Magíster en Ciencias, Mención Geología. Geólogo / Geoquímica de metales preciosos y metaloides en depósitos de sínter silíceo: Implicancias en la incorporación de elementos a fases silíceas Los depósitos de sínter silíceo están compuestos por rocas sedimentarias químicas, ricas en sílice, formadas por el sobre enfriamiento de un fluido alcalino clorurado de pH neutro. Su ocurrencia está asociada a zonas de up-flow de sistemas geotermales y a los niveles superficiales de depósitos epitermales de oro-plata de baja sulfuración. En el sínter se reconocen difernetes grados de cristalinidad de la sílice, junto con variados minerales accesorios que co-precipitan a partir del fluido hidrotermal. Además, diversas especies metálicas pueden ser incorporadas a la matriz silícea. A pesar de que se han registrado diversas concentraciones geoquímicas en el sínter, la relación entre los grados de cristalinidad de la sílice y los enriquecimientos/empobrecimientos en metales preciosos y metaloides no ha sido bien estudiada. Para estudiar la posible relación entre las fases silíceas y las concentraciones de especies metálicas a nivel traza, se investigó el depósito de sínter del campo geotermal de Puchuldiza en el Altiplano del norte de Chile, el cual presenta concentraciones metálicas en el fluido hidrotermal y en los depósitos de sínter y paleo sínter (asociado a fuentes termales inactivas). En esta investigación se combinaron análisis de difracción de rayos X, de microscopía electrónica de barrido (SEM) y de espectrometría de masas por plasma inductivamente acoplado utilizando ablación láser (LA-ICP-MS); para determinar los grados de cristalinidad y minerales accesorios, definir las micro-morfologías de cada fase de sílice y cuantificar la geoquímica en cada fase, respectivamente. En el depósito de sínter de Puchuldiza se reconoce una secuencia diagenética completa para las fases de sílice (ópalo A, ópalo A/CT, ópalo CT y cuarzo), entre fases amorfas hasta micro cristales de cuarzo, con valores del Full Width at Half Maximum (FWHM) variables entre 9.52-0.11 º2Ɵ. Las fases amorfas exhiben morfologías formadas por micro esferas de sílice de 1 a 6 μm, con superficies lisas y concentraciones promedio de Au de 0.23 ppm, Ag 0.74 ppm, As 133-10809 ppm y B 328-3015 ppm; las fases intermedias presentan micro esferas de superficies rugosas-hojosas de 5 a 20 μm con concentraciones promedio de Au de 13.47 ppm, Ag 46 ppm, As 274 ppm y B 65.6 ppm. Finalmente, las fases cristalinas se caracterizan morfológicamente por micro cristales de cuarzo sin orientación, con concentraciones promedio de 22 ppm de Au, 46 ppm de Ag, 11.2-28.4 ppm de As y 58 ppm de B. El grado de cristalinidad de las fases silíceas presenta una marcada correlación con el enriquecimiento en metales, las fases amorfas están enriquecidas en metaloides y las fases cristalinas en metales preciosos. Factores deposicionales durante la formación del sínter como la aglomeración de nano-micro esferas de sílice y la co-precipitación de minerales accesorios favorecerían la incorporación de especies metálicas a las fases amorfas. Posteriormente, factores post deposicionales como los cambios morfo-cristalográficos de las fases de sílice promoverían la incorporación de metales preciosos como oro y plata, y su aglomeración en fases maduras; por lo que la transición diagenética de la sílice se considera preponderante en el tipo de enriquecimiento de metales en depósitos de sínter silíceo. El bajo orden cristalográfico de la fase amorfa de ópalo A coincide con los valores previamente publicados para El Tatio. Esta característica sería una propiedad común de los sínter emplazados en el Altiplano, producto de la posible influencia ambiental en la precipitación de sílice y de la incorporación de especies metálicas a nano escala.

A principal limitação do uso de MgO em refratários é a facilidade com que reage com água formando hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) que, devido à sua menor densidade, causa tensões destrutivas nesses materiais. Para outras aplicações, no entanto, a reação de hidroxilação do MgO é necessária, como em produção de agentes antichamas, em compósitos poliméricos e na correção de pH de solos. Observações empíricas na literatura demonstraram que diferentes fontes de MgO possuem reatividades e sensibilidades à hidroxilação distintas. Este estudo analisou o impacto de variáveis externas (por exemplo, a liberação de calor que ocorre durante a reação ou o volume das amostras) que ainda não foi completamente compreendido. O impacto auto-catalítico da temperatura reacional e da exotermia da reação foi avaliado. Por meio de medidas de temperatura in situ e de grau de hidroxilação termogravimétrico, também foram estudados os impactos do volume das amostras testadas e da concentração de sólidos nas suspensões, por meio de medidas de temperatura in situ e termogravimetria. Analisou-se também as principais diferenças estruturais entre duas principais fontes de MgO (sínter de MgO e magnésia cáustica): morfologia de partículas, densidade e área superficial específica. Em seguida, os mecanismos de hidroxilação em suspensões aquosas e seus efeitos foram avaliados por meio de testes de hidroxilação seguidos de termogravimetria, difração de raios-X, medidas de condutividade iônica, densidade, área superficial específica e microscopia eletrônica, e relacionado com as características físico-químicas e morfológicas das respectivas fontes de MgO. Pôde-se constatar que diferenças significativas entre a temperatura nominal do meio reacional e no interior da amostra podem afetar a cinética de hidroxilação do material. O volume e a concentração de sólidos variáveis também podem acentuar consideravelmente os efeitos da exotermia e gerar gradientes de hidroxilação. Também se verificou que a morfologia e a quantidade do Mg(OH)2 formado mudam significativamente dependendo do precursor e em função das condições de tempo-temperatura. / The use of MgO in refractories is restrict due to the easy reaction with water forming magnesium hydroxide (Mg(OH)2). Its lower density causes compressive stresses that can crack their structure. On the other hand, for applications such as the production of flame retardant agents for polymer composites and pH correcting of contaminated soil, this reaction is necessary. Empirical observations in the literature have shown that different sources of MgO have district levels of chemical reactiveness. The present study analyzed the main structural differences between the two main sources of MgO (magnesia sinter and caustic magnesia): particle morphology, density and specific surface area. The mechanisms of hydroxylation of these raw materials in aqueous suspensions and their effects were followed by hydroxylation tests, X-ray diffraction, ionic conductivity, density, specific surface area and scanning electron microscopy. They were associated with the physical characteristics morphological, chemical of these MgO sources. The impact of external variables (e.g., heat release during the reaction or the sample volume), that was not yet completely understood, was also evaluated through temperature measurements carried out in situ and hydroxylation degree accessed by thermogravimetry. The effects of samples volume and solid concentration in aqueous suspension were also investigated. The results showed that differences between the ambient temperature and reaction inside sample temperature can affect the kinetics of hydroxylation of the material. The samples volume and solids concentration can also enhance significantly the effects of heat release and generate gradients of hydroxylation. It was also found out that the morphology and the amount of Mg(OH)2 formed can change depending on the precursor and on the time-temperature conditions.

A principal limitação do uso de MgO em refratários é a facilidade com que reage com água formando hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) que, devido à sua menor densidade, causa tensões destrutivas nesses materiais. Para outras aplicações, no entanto, a reação de hidroxilação do MgO é necessária, como em produção de agentes antichamas, em compósitos poliméricos e na correção de pH de solos. Observações empíricas na literatura demonstraram que diferentes fontes de MgO possuem reatividades e sensibilidades à hidroxilação distintas. Este estudo analisou o impacto de variáveis externas (por exemplo, a liberação de calor que ocorre durante a reação ou o volume das amostras) que ainda não foi completamente compreendido. O impacto auto-catalítico da temperatura reacional e da exotermia da reação foi avaliado. Por meio de medidas de temperatura in situ e de grau de hidroxilação termogravimétrico, também foram estudados os impactos do volume das amostras testadas e da concentração de sólidos nas suspensões, por meio de medidas de temperatura in situ e termogravimetria. Analisou-se também as principais diferenças estruturais entre duas principais fontes de MgO (sínter de MgO e magnésia cáustica): morfologia de partículas, densidade e área superficial específica. Em seguida, os mecanismos de hidroxilação em suspensões aquosas e seus efeitos foram avaliados por meio de testes de hidroxilação seguidos de termogravimetria, difração de raios-X, medidas de condutividade iônica, densidade, área superficial específica e microscopia eletrônica, e relacionado com as características físico-químicas e morfológicas das respectivas fontes de MgO. Pôde-se constatar que diferenças significativas entre a temperatura nominal do meio reacional e no interior da amostra podem afetar a cinética de hidroxilação do material. O volume e a concentração de sólidos variáveis também podem acentuar consideravelmente os efeitos da exotermia e gerar gradientes de hidroxilação. Também se verificou que a morfologia e a quantidade do Mg(OH)2 formado mudam significativamente dependendo do precursor e em função das condições de tempo-temperatura. / The use of MgO in refractories is restrict due to the easy reaction with water forming magnesium hydroxide (Mg(OH)2). Its lower density causes compressive stresses that can crack their structure. On the other hand, for applications such as the production of flame retardant agents for polymer composites and pH correcting of contaminated soil, this reaction is necessary. Empirical observations in the literature have shown that different sources of MgO have district levels of chemical reactiveness. The present study analyzed the main structural differences between the two main sources of MgO (magnesia sinter and caustic magnesia): particle morphology, density and specific surface area. The mechanisms of hydroxylation of these raw materials in aqueous suspensions and their effects were followed by hydroxylation tests, X-ray diffraction, ionic conductivity, density, specific surface area and scanning electron microscopy. They were associated with the physical characteristics morphological, chemical of these MgO sources. The impact of external variables (e.g., heat release during the reaction or the sample volume), that was not yet completely understood, was also evaluated through temperature measurements carried out in situ and hydroxylation degree accessed by thermogravimetry. The effects of samples volume and solid concentration in aqueous suspension were also investigated. The results showed that differences between the ambient temperature and reaction inside sample temperature can affect the kinetics of hydroxylation of the material. The samples volume and solids concentration can also enhance significantly the effects of heat release and generate gradients of hydroxylation. It was also found out that the morphology and the amount of Mg(OH)2 formed can change depending on the precursor and on the time-temperature conditions.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Geología / La actividad geotermal es registrada en los depósitos de sínter silíceo, que se forman cuando aguas termales se descargan y enfrían rápidamente en superficie. La formación de sínter silíceo entrampa microbios que viven en aguas termales, así como también material vegetal. La preservación de ésta materia orgánica permite la datación mediante 14C en sistemas geotermales activos como El Tatio en el norte chileno. A pesar de ser el tercer campo de géiseres más grande del mundo, después de Yellowstone en Estados Unidos, y El Valle de Géiseres en Kamchatka, la edad absoluta de este sistema geotermal permanece sin constreñir. El campo de géiseres El Tatio está localizado en el altiplano chileno, a una altitud de más de 4.200 metros sobre el nivel del mar, y sus condiciones climáticas extremas como la alta tasa de evaporación, gran amplitud térmica, y alta radiación UV, resultan en un ambiente único análogo a la Tierra primitiva y Marte. En este estudio, la edad de los depósitos de sínter silíceo de El Tatio es determinada mediante 14C en 21 muestras de superficie usando espectrometría de masas con acelerador. Con el objetivo reconstruir la evolución de la formación de sínter silíceo, la estrategia de muestreo incluyó la colección de muestras en perfiles estratigráficos de afloramientos de sínter fósiles. Las edades varían de 15,042 ± 30 a 230 ± 35 años B.P., indicando que El Tatio ha tenido una descarga activa de aguas termales por al menos 15.000 años. Estas edades son utilizadas para determinar la tasa de precipitación en El Tatio, que fue calculada entre 0,14 and 2,57 kg/años/m2. Estos valores están entre las más altas tasas de precipitación medidas en sistemas geotermales y son consistentes con experimentos de precipitación in situ en El Tatio (0,84-2,92 kg/años/m2). Los resultados indican que las condiciones ambientales extremas en el Altiplano Chileno, i.e., alta tasa de evaporación y enfriamiento de las aguas termales, junto con una gran amplitud térmica, han jugado un rol fundamental en la construcción y preservación de los depósitos de sínter silíceo. La mineralogía de las muestras de sinter silíceo fue determinado utilizado difracción de rayos X y espectroscopia Raman, mostrando que las fases minerales presentes en los sinter fósiles son dominantemente ópalo-A y ópalo-A/CT, reflejando un general bajo grado de diagénesis. Estos resultados apuntan a una compleja evolución mineral en el Tatio, donde la maduración de sílice está asociada a procesos de disolución-reprecipitation. Este estudio resalta la importancia de un mejor entendimiento de la evolución de la formación de sinter silíceo en sistemas geotermales y explora el uso del radiocarbono como una herramienta novedosa para constreñir las tasas de precipitación, Además, este estudio enfatiza el impacto de las condiciones ambientales en la precipitación de sílice en los sistemas geotermales andinos. / Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (CEGA),Proyecto FONDAP-CONICYT 15090013, y por el Núcleo Milenio Trazadores de Metales NC130065