Las tierras de diatomeas o diatomita constituyen un recurso mineral biogénico relativamente abundante en Chile. La creciente importancia económica que este recurso ha adquirido, la complejidad del mineral y su amplio espectro de aplicaciones abren interesantes posibilidades para el desarrollo de técnicas de análisis y geología especializada, poco conocidas en el país.

Por su origen biológico, las tierras de diatomeas constituyen una valiosa herramienta para establecer correlaciones estratigráficas y variaciones en el medio ambiente, que ocurrieron hace millones de años. Las diatomeas, como organismos vivos, son, además, objeto de creciente atención como indicadores de parámetros ambientales relevantes en el estudio ecológico de una región. Estos aspectos que acentúan el interés científico en el tema son materia para un artículo separado.


Composición

En su aspecto físico, las tierras de diatomeas o diatomita se presentan como rocas silíceas sedimentarias, de color blanco. A no ser por el bajo peso específico de este mineral -del orden de 0.4 en roca-, los afloramientos naturales de diatomitas pueden confundirse con ocurrencia de caolines, dolomita o yeso. Visto el mineral al microscopio, sin embargo, su carácter único queda de manifiesto.

La diatomita está constituida por restos fosilizados de plantas unicelulares acuáticas relacionadas con las algas, las diatomeas. Estos organismos prosperan comúnmente en medios lacustres o marinos de aguas poco profundas -alrededor de los 40 metros-, con contenido relativamente abundante de sílice soluble y boro. La presencia de diatomeas es visible incluso en lagunas de aguas quietas, en la forma de una nata iridiscente en la superficie, o una película gelatinosa de color café en las rocas y vegetación acuáticas.

Los depósitos actuales de diatomita, sin embargo, se originaron hace unos cincuenta millones de años, durante el período terciario, y generalmente están asociados a presencia significativa de cenizas volcánicas. Los principales depósitos chilenos son probablemente de la época pleistocena posterior -unos quinientos mil años-, con mantos cuyas potencias oscilan entre uno y diez metros. El espesor de los mantos permite estimar entre mil y diez mil años el período de formación de estos depósitos. Durante el lapso indicado se mantuvieron, en formaciones lacustres, condiciones excepcionalmente aptas para la multiplicación de las diatomeas, las que al morir se fueron depositando sobre el fondo a manera de una persistente llovizna, perdurando sus esqueletos o frústulas hasta hoy.

Como mineral, la diatomita está constituida esencialmente por sílice diatomácea. Este apelativo circular se explica por las características de la sílice biogénica, que no son comunes a otras formas de sílice natural. En la diatomea, la sílice se encuentra en estado amorfo, hidratada, con un cierto grado de cristalinización (en forma de alfa y beta cristobalita). La dureza del mineral oscila entre 4 y 5 en la escala de Mohs, no siendo simple la determinación de este valor debido a la fragilidad del fósil silíceo de la diatomea.

Las impurezas constitutivas de la sílice diatomácea, esencialmente alúmina y fierro, así como los detritos sedimentarios que acompañan al mineral por su origen como deposición, distinguen aún más a la sílice biogénica de otras ocurrencias de minerales de sílice. Normalmente, un depósito de tierras de diatomeas de alta pureza contiene entre un 86% a un 92% de dióxido de silicio (SiO₂). Depósitos como los que existen en la provincia de Arica, asociados a la "Formación Lluta", con contenidos de SiO₂ de hasta un 96%, son considerados como excepcionalmente puros.


Estructura y configuración

Para la botánica, la diatomea pertenece a la clase Bacillariophyceae (Baciliarofíceas) y al orden de las Bacillarias. Más de 12.000 especies comprenden sobre 300 géneros distintos. Típicamente es posible encontrar alrededor de 3.000 especies en un depósito mineral, constituyendo la distribución relativa de las especies una característica de éste, que lo distingue de otros como una impresión dactilar. Taxonómicamente es posible agruparlas en dos categorías amplias: discoídeas y elongadas o filiformes.

La frústula, o esqueleto silíceo de la diatomea, está formada por dos compuertas o valvas en un mismo plano, que encajan a través de un cinto de un modo análogo a como se cierra una caja de píldoras. Las compuertas poseen una rica vertebración que a su vez son soportes de cámaras y aberturas de distintos diámetros. Esta serie de estructuras imbricadas permite clasificarlas como primarias, secundarias y terciarias y la función de éstas, en la diatomea viva, es la de soporte de la membrana celular a través de la cual los nutrientes fluyen por osmosis.

La frústula de diatomea mide entre 50 y 120 micrones. En estado mineral, sin embargo, y debido a fragmentaciones ocasionadas por tensiones orogénicas, la distribución granulométrica está centrada en torno a los 20 micrones.


Usos industriales

De las características de la frústula de la diatomea que constituye la sílice diatomácea, derivan las propiedades de este mineral que lo convierte en un insumo básico en una gran variedad de procesos industriales.

Por ser químicamente inertes y exhibir una gran área superficial por unidad de masa, las tierras de diatomeas son excelentes portadores y dispersantes de productos químicos. En agua, la diatomita es capaz de absorber hasta 2,5 veces su peso. De este modo, líquidos de transporte riesgoso, como los ácidos sulfúrico o fosfórico, pueden ser convertidos en un polvo de porteo considerablemente más seguro. Uno de los primeros usos, para este efecto, fue el de portador de la explosiva nitroglicerina.

Las propiedades térmicas de la sílice diatomácea y la gran porosidad de la frústula de las diatomeas hacen a este mineral un excelente aislante térmico en un rango de temperaturas que van desde el frío hasta el punto de fusión de la sílice amorfa, en torno a los 1.600°C. Por su baja densidad aparente, además, es una materia prima preferida en la fabricación de ladrillos y morteros aislantes.

Las propiedades ópticas del mineral, entre las que se cuentan un índice de refracción semejante al aceite, reflectibilidad difusa de luz y gran blancura, justifican su uso como agente "mateante" en pinturas, recubrimiento en látex y papeles. Por otra parte, los cortes granulométricos precisos que pueden obtenerse de los agregados celulares que constituyen el mineral, lo convierten en un buen agente reforzante en cauchos sintéticos y, en general, en carga inerte con propiedades funcionales.

Donde las propiedades únicas de la sílice diatomácea son más relevantes, sin embargo, es en su uso como auxiliar filtrante. Cuando a un líquido con impurezas se le agrega tierra de diatomeas y se le hace pasar a presión por una malla o tela filtrante, ésta se acumula a un lado del medio filtrante, formando una capa porosa incompresible con múltiples e intrincadas vías de tránsito. En los finísimos poros que constituyen la estructura secundaria y terciaria de las frústulas de diatomeas, las impurezas, aún en el rango submicrónico, son retenidas por absorción mecánica y retiradas del filtrado.

En Chile el principal mercado es como auxiliar filtrante. Como tal lo emplean las industrias vitivinícola, cervecera, del azúcar, de la glucosa de maíz y del agar-agar, entre otras. Recientemente, la industria de jugos de fruta y la planta de sales de litio en el Salar de Atacama (II Región) han aumentado la demanda nacional por este auxiliar filtrante.

Un uso relativamente novedoso es el que le otorga ENAMI en la planta recuperadora de metales nobles: las tierras de diatomeas mantienen la porosidad de los barros anódicos de donde se recupera el selenio por evaporación. Otro uso creciente es como desmoldante de fundición en la gran minería del cobre, sustituyendo a la tradicional ceniza de huesos.

Otras aplicaciones, corrientes en Chile, van desde el dispersante adherente del azufre ventilado para utilización como fungicida a filtración de percloroetileno en lavasecos, o abrasivo suave en compuestos para pulidos finos.

Usos potenciales, comunes en otros países, son el de agente antiaglomerante en granulación de nitrato de amonio y fertilizantes en general; el de aditivo del concreto para mejorar su maniobrabilidad, resistencia a la abrasión química y evitar el sangramiento; el de aditivo de barros de perforación y como parte de la composición de la cabeza del palo de fósforo para evitar la brasa luego del encendido.

Esta gran variedad de aplicaciones justifica el apelativo común de las tierras de diatomeas: "el mineral de los mil usos".


Proceso industrial

Aparte de la etapa de secado y purificación de la materia prima, el proceso industrial consiste esencialmente en una calcinación controlada a una temperatura próxima a la del punto de fusión de la sílice amorfa.

Mediante la calcinación, parte de la estructura terciaria de la frústula diatomácea se funde, disminuyendo de este modo la superficie específica del mineral procesado. El promedio de la distribución granulométrica de la materia prima, además, aumenta considerablemente por sinterización de fragmentos y escoriación de contaminantes arcillosos. La sinterización es una operación metalúrgica de unión por soldadura entre dos o más partículas metálicas, en hornos a presión y temperatura especiales. Con este proceso se logran aumentar las razones de flujo en aplicaciones como ayuda filtrante, controlar la capacidad absortiva de las tierras y aumentar la blancura.

La calcinación con aditivos químicos consigue, además, reducir el nivel de contaminantes solubles por transformación de éstos en silicatos insolubles. Este proceso, que envuelve reacciones químicas complejas en la superficie relativamente reactiva de la sílica amorfa, no se conoce suficientemente bien.

Tanto el aspecto químico como el de obtener industrialmente cortes granulométricos precisos de acuerdo a las estrictas demandas de calidad del mercado, son temas de investigación tecnológica que requerirán crecientemente del ingenio y la capacidad del profesional chileno.


Geología

Las diatomeas son algas muy comunes tanto en los cursos de aguas como en los ambientes límnicos y marinos actuales. Se conocen desde la Edad Jurásica (150 a 200 millones de años atrás). Una importancia económica, sin embargo, tienen sólo aquellos yacimientos de épocas geológicamente modernas, vale decir desde el terciario (50 millones de años atrás) hasta el Holoceno (actual). La mayoría de las especies existentes en el período terciario han perdurado hasta la actualidad. Este es un clásico caso del principio de actualismo en el cual se funda la geología.

Estudios realizados principalmente en Estados Unidos y Alemania Federal indican que este tipo de organismos, caracterizado por su enorme variedad de especies, se puede utilizar para definir ciertos medios ambientales ecológicos precisos. Por ejemplo la diatomea conocida como Synedra ulna prefiere aguas claras y frías; la Navicula cincta vive en ambientes más bien turbios. Un típico representante de un medio ambiente salobre es la Cyclotella meneghiniana, que mide 11 a 15 micrones de diámetro.

La importancia práctica que esto reviste reside en que a las distintas familias les corresponden individuos con formas y dimensiones muy particulares, confiriéndole a la materia prima cualidades distintas. Es así, por ejemplo, que la familia de las Cyclotellas y Stephanodicus tienen formas de "rodajitas", siendo generalmente más grandes (0,05-0,10 mm). Por el contrario, las Synedras y Naviculas corresponden a formas alargadas de*** hasta 0.12 mm, con diámetros entre 0.001 y 0.01 mm.

En forma generalizada, se puede considerar que en un medio ambiente salobre va a existir una población de especies grandes, lo cual entregaría una materia prima de calidad apta para elaborar ayuda filtrantes rápidos. En un medio ambiente de aguas frías, claras y dulces se desarrollarían preferentemente especies de dimensiones menores, aptas para elaborar ayuda filtrantes de gran brillantez, pero con razones de flujo menores. En este último caso la distribución granulométrica puede aumentarse -cuando las especificaciones del producto final así lo requieren- mediante una calcinación adecuada de la materia prima en el proceso industrial.

De lo anteriormente expuesto se desprende que la evaluación cabal de un yacimiento de tierras de diatomeas comprende no sólo su cubicación y el conocimiento de la distribución de sus contaminantes, sino que, además, un acucioso estudio micropaleontológico. De esta forma se pueden catalogar los distintos yacimientos, según su aplicabilidad tecnológica con la mayor eficiencia posible.

En este sentido se conocen muy poco las diatomitas chilenas. Existen algunos estudios sobre los depósitos de la formación Lluta, en Arica. Los yacimientos investigados corresponden a sistemas ecológicos de aguas dulces y frías. Sin embargo, no se descartan ocurrencias de depósitos originarios de ambientes salobres.


Aspectos económicos

A escala mundial, la industria de las tierras de diatomeas procesa aproximadamente un millón de toneladas por año. El alto costo de transporte agravado por la baja densidad del mineral procesado -5 metros cúbicos por tonelada- ha incentivado la descentralización productiva. Países tradicionalmente importadores como Australia, Sudáfrica y Brasil han desarrollado o están en vías de establecer instalaciones locales para explotar y procesar tierras de diatomeas.

El costo de una planta de capacidad intermedia -50.000 toneladas por año- se ha estimado en US$ 8.000.000. Debido a que la tecnología de proceso no es estándar y está íntimamente ligada a las características de los depósitos minerales, una fracción considerable de la inversión debe dirigirse hacia prospecciones altamente especializadas, adaptación y desarrollo de técnicas de proceso adecuadas a la materia prima local.

Chile tiene una capacidad productiva instalada cercana a las 4.000 toneladas por año, de la cual más de la mitad se exporta a los países del mercado regional. En términos monetarios la industria chilena de tierras de diatomeas significará ingresos en divisas para el País del orden de los US$ 700.000 durante 1985 y una cifra similar por concepto de sustitución de importaciones.

Las proyecciones para la industria nacional de tierras de diatomeas son buenas por cuanto el mercado regional es deficitario en producción y tiene que recurrir a importaciones de ultramar por sobre las 30.000 toneladas/año. El menor costo del flete que debe pagar el productor chileno para llegar a los centros regionales de consumo asegura un amplio margen de competitividad.

Aunque no se tiene una cubicación exacta de las reservas de tierras de diatomeas en Chile, se estiman las reservas de la "formación Lluta", en la provincia de Arica, en varios millones de toneladas.


Referencias útiles


1) Frederic L. Kadey: "Diatomite". En: Industrial Minerals & Rocks, 4th Ed., Nueva York, 1975.

2) Robert Digman & Kenneth Lohman: "Late Pleistocene Diatoms from the Arica Area, Chile; Art. N° 78, U.S. Geol. Survey Prof. Paper, pp. C69-72, 1963.

3) L. L. Bahls, E. E. Weber & J. O. Jarvie: "Ecology and Distribution of Major Diatom Ecotypes in the Southern Fort Union Coal Region of Montana. U.S. Geol. Survey Prof. Paper N° 1289, 1984.

4) Zuhze, A. P.: "Siliceous Sediments of Modern and Ancent Lakes". Geochemistry of Silica, Strakhov, Ed. pp. 301-320, 1966.

5) Rivera R., Patricio: Sinopsis de las Diatomeas de la Bahía de Concepción, Chile. GAYANA Botánica. N° 18, 1968.

6) Rivera R., Patricio: Diatomeas de los lagos Ranco, Laja y laguna Chica de San Pedro (Chile), GAYANA Botánica. N° 20, 1970.



Jorge Ballet

Soc. Minera Chaquiri,Carlos Theune,
Div. Minerales Industriales, Eprom. Ltda.