Enriquecimiento Supergeno
Sumérgete en el fascinante mundo de los procesos supergenos y el enriquecimiento secundario de depósitos minerales. Descubre cómo la meteorización y la alteración supergena transforman los minerales hipógenos originales en valiosos concentrados cerca de la superficie terrestre. Aprende sobre la oxidación de sulfuros, la lixiviación de metales solubles como el cobre, la plata y el zinc, y su posterior precipitación como sulfuros supergenos bajo el nivel de aguas subterráneas, un proceso crucial en la formación de importantes pórfidos cupríferos.
Alteración de silicatos.
Explora el comportamiento geoquímico de diversos metales en el ambiente supergeno: mientras el hierro, el aluminio y el titanio tienden a formar óxidos estables en la zona de oxidación, el oro muestra una movilidad limitada pero puede concentrarse por remoción de otros minerales. La pirita juega un rol fundamental al generar ácido sulfúrico, intensificando la descomposición de sulfuros y la alteración de silicatos.
Drenaje ácido de minas
Además, adéntrate en la sorprendente participación de bacterias como Thiobacillus ferrooxidans en la biolixiviación y el drenaje ácido de minas, comprendiendo tanto su potencial en la recuperación de metales como sus consecuencias ambientales. Descubre cómo los regolitos y las lateritas se forman bajo climas específicos y su importancia en la concentración de oro y aluminio (bauxitas), así como la génesis de los depósitos de arcillas.
Contenido:
Enriquecimiento Secundario
- Procesos Supergenos y Enriquecimiento Secundario:
- Inician con la erosión y exhumación de depósitos minerales hipógenos, seguidas por la meteorización.
- La meteorización de estos depósitos conlleva un cambio mineralógico, destrucción o empobrecimiento de ciertos minerales, y concentración o enriquecimiento secundario de otros.
- La alteración supergena es un proceso de reequilibrio de la mineralogía hipógena a condiciones oxidantes cerca de la superficie, por encima del nivel de aguas subterráneas.
- Implica la circulación descendente de soluciones supergenas.
- Afecta a los silicatos, generando minerales de arcillas como la halloysita y la esmectita, y transforma los sulfuros hipógenos en minerales oxidados.
- El enriquecimiento secundario resulta de la meteorización (alteración supergena), donde la oxidación produce soluciones ácidas que lixivian metales, transportándolos hacia abajo y re-precipitándolos como sulfuros supergenos debajo del nivel de aguas subteráneas.
- Es muy importante en pórfidos cupríferos.
Comportamiento de Metales en Ambiente Supergeno
- Comportamiento de Metales en Ambiente Supergeno:
- Hierro (Fe), aluminio (Al), titanio (Ti), cromo (Cr), manganeso (Mn), níquel (Ni), cobalto (Co), y plomo (Pb) forman óxidos estables y permanecen en la zona de oxidación (sobre el nivel de aguas subterráneas).
- Cobre (Cu), molibdeno (Mo), zinc (Zn), y plata (Ag) forman sulfatos solubles, siendo lixiviados de niveles superficiales y transportados en solución hacia abajo, re-precipitando como sulfuros supergenos debajo del nivel de aguas subteráneas.
- El oro (Au) no es reactivo químicamente, tendiendo a permanecer en la zona de oxidación, aunque puede ser transportado si existen cloro (Cl) o bromo (Br).
- Procesos Supergenos Detallados:
- Oxidación: Destrucción de sulfuros hipógenos. La pirita (FeS2), un sulfuro de hierro común, se oxida en condiciones oxidantes para formar ácido sulfúrico.
- Lixiviación: Remoción de metales en solución como sulfatos.
- Reacción con minerales de las rocas o ganga: Formación de minerales oxidados estables.
- Precipitación de sulfuros supergenos: Ocurre bajo el nivel de aguas subterráneas. El exceso de ácido generado por la oxidación de la pirita se neutraliza bajo el nivel de aguas subterráneas, favoreciendo la formación de calcosina (Cu2S) y otros sulfuros de cobre, enriqueciendo la ley del mineral.
Factores Condicionantes para el Enriquecimiento Supergeno
- Factores Condicionantes para el Enriquecimiento Supergeno:
- Evolución geomorfológica (exhumación). Se requiere que los depósitos sean exhumados.
- Clima.
- Mineralogía hipógena (mena y ganga).
- Composición de la roca de caja.
- Estructura.
- Nivel de aguas subterráneas.
- Agentes orgánicos: Bacterias.
- Estos factores son interdependientes.
Duración de los Procesos Supergenos
- Duración de los Procesos Supergenos:
- Dataciones K-Ar de alunita supergena de pórfidos cupríferos chilenos (Sillitoe y McKee, 1996) mostraron que los procesos supergenos comenzaron >11 Ma después de la mineralización hipógena.
- Las dataciones K-Ar revelan un rango entre 34 y 14 Ma (Oligoceno – Mioceno Medio) para los procesos supergenos de oxidación y enriquecimiento en el norte de Chile.
- Los períodos de desarrollo de la actividad supergena en los pórfidos Cu-Mo del norte de Chile (Sillitoe y McKee, 1996) indican rangos de 0,4 a 6,2 Ma.
- Un modelo teórico (Ague y Brimhall, 1989) indica que en condiciones ideales el proceso de re-equilibrio puede completarse en 12.000 años.
- El proceso cesa al formarse una nueva mineralogía estable, pero puede reactivarse por la continuación de la denudación y el descenso del nivel de aguas subterráneas.
- Minerales Supergenos Comunes:
- Zona de Óxidos: Incluye limonita (FeOOHnH2O), hematita (Fe2O3), malaquita (Cu2CO3(OH)2), atacamita (CuCl(OH)3), azurita (Cu3(CO3)2(OH2)), y crisocola (CuH4Si4O10(OH)8).
- Zona de Enriquecimiento Supergeno de Cobre: Predominan calcosina (Cu2S) y covelina (CuS), con altas leyes de cobre. También digenita (Cu9S5), anilita (Cu7S4), djurleita (Cu31S16), cuprita (Cu2O) y cobre nativo (Cu).
Zonación Supergena en Pórfidos Cupríferos
- Zonación Supergena en Pórfidos Cupríferos:
- Se desarrolla una zona oxidada o lixiviada en la parte superior, donde los metales solubles son removidos.
- Debajo se forma una zona enriquecida en cobre, usualmente de alta ley y horizontal, por la reprecipitación de los metales lixiviados.
- Esta zona enriquecida puede ser protegida de erosión posterior por coberturas de rocas volcánicas y/o gravas.
- Ejemplos de yacimientos con zonación supergena: Ujina, Spence, Gaby, Rosario de Collahuasi, Chuquicamata.
Pirita en Procesos Supergenos
- Importancia de la Pirita en Procesos Supergenos:
- El ácido sulfúrico generado por la oxidación de la pirita contribuye a la descomposición de otros sulfuros hipógenos, hidrólisis de minerales silicatados (alteración supérgena) y a formar sulfatos solubles de algunos metales como el cobre.
- Experimentalmente se demostró cómo la reacción entre iones Cu y la pirita puede resultar en enriquecimiento secundario (Ecuación de Stokes).
Procesos Supergenos en Yacimientos de Plata
- Procesos Supergenos en Yacimientos de Plata:
- La química es similar a la del cobre, aunque la plata (Ag) no forma carbonatos insolubles.
- La plata se solubiliza como sulfato y precipita bajo el nivel de aguas subterráneas como acantita (AgS2), formando zonas de enriquecimiento secundario de sulfuros.
- En presencia de halógenos, la plata forma haluros insolubles sobre el nivel de aguas subterráneas (cerargirita, yodargirita, bromargirita), comunes en la zona oxidada de yacimientos argentíferos y que producen un importante enriquecimiento en esta zona.
Procesos Supergenos en Yacimientos de Oro
- Procesos Supergenos en Yacimientos de Oro:
- El oro (Au) no es reactivo químicamente.
- Se enriquece cerca de la superficie por concentración residual (remoción de sulfuros y ganga soluble) y procesos químicos que involucran su migración limitada.
- Tiene menos tendencia a enriquecerse en la zona de sulfuros supergenos.
- El oro nativo es el principal mineral supergeno de oro, presentándose en diversas formas.
- Es liberado en la zona de oxidación por la descomposición de sulfuros y se incorpora en gossans, mezclado con limonita y óxidos de manganeso.
- En zonas de oxidación permeables, el oro fino puede moverse físicamente hacia abajo por gravedad o aguas percolantes.
- Gran parte de la explotación aurífera en Chile se ha centrado en la porción oxidada de los yacimientos.
- El Rol de las Bacterias:
- Participan directamente en la alteración química de minerales en el ambiente supergeno.
- Su metabolismo puede requerir minerales o productos intermedios de su descomposición.
- Ejemplos de su participación: disolución de sulfuros en condiciones ácidas (drenaje ácido), precipitación de minerales anaeróbicamente, adsorción de metales, formación y destrucción de complejos metálicos-orgánicos.
- Bacterias oxidantes como Thiobacillus ferrooxidans derivan energía de la oxidación de sulfuros e ión ferroso, produciendo ácido sulfúrico.
- Descomponen sulfuros, liberan metales y acidifican las aguas (drenaje ácido).
- La oxidación de sulfuros catalizada por bacterias puede ser millones de veces más rápida.
- Esto se aprovecha en la biolixiviación.
- T. ferrooxidans oxida directamente el mineral, los iones ferrosos a férricos, y el azufre elemental.
- El ión férrico (Fe3+) es un poderoso agente oxidante, crucial para la disolución de sulfuros de metales base.
Drenaje Ácido de Minas
- Consecuencias Ambientales: Drenaje Ácido de Minas:
- Es un problema mayor, generado por la oxidación de minerales sulfurados (principalmente pirita) en presencia de aire, agua y bacterias.
- Puede ocurrir durante la exploración, operación y cierre de minas, e incluso después de la explotación al inundarse labores subterráneas.
- El ácido ataca otros minerales, liberando elementos tóxicos.
- Los componentes principales para su generación son minerales sulfurosos reactivos, agua y un oxidante (oxígeno).
- Factores secundarios que afectan la velocidad y magnitud: bacterias, pH, temperatura.
- Se pueden aplicar métodos de neutralización, como segregación de residuos, aditivos básicos (calizas), cubiertas, bactericidas, recolección y tratamiento de efluentes, y bioremediación.
- Minerales que consumen acidez: carbonatos (calcita), hidróxidos (limonita), silicatos (clorita), arcillas.
- La calcita (CaCO3) es común para neutralizar, pero puede ser poco efectiva a largo plazo.
- Biomineralización:
- Algunas bacterias pueden cristalizar metales como Fe, Mn, Zn, Ca y Au en sus superficies celulares.
- Bacillus subtilis puede acumular oro y precipitarlo intracelularmente.
- Se ha postulado la participación de bacterias en la concentración de oro en ciertos depósitos.
- Regolitos en Climas Húmedos Cálidos o Tropicales:
- La meteorización química intensa y profunda genera regolitos.
- Pueden contener oro y formar lateritas ricas en Fe, Al, Ni, Co.
- Bajo altas tasas de precipitación y calidez, la descomposición extrema de rocas puede dejar solo óxidos insolubles de Fe y/o Al (lateritas).
- Terminología: Regolito (cubierta alterada), Saprolito (rocas descompuestas preservando la fábrica original), Pedolitos (parte superior del regolito con fábrica destruida y concentración de elementos).
- Lateritas: Material altamente meteorizado rico en óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio. El oro se presenta en las porciones superiores (pedolíticas) de zonas de meteorización laterítica. El oro en perfiles lateríticos tiende a ser puro.
- El oro es esencialmente inmóvil en saprolitos, pero dispersado en horizontes lateríticos. El oro en saprolitos puede ser económicamente importante por su fácil explotación.
- Depósitos Residuales de Aluminio: Lateritas de Al dan origen a bauxitas, formadas por óxidos e hidróxidos de aluminio, acompañados de óxidos de Fe y Ti y caolinita. Se forman por la meteorización de diversos tipos de rocas. Se usan principalmente para la producción de aluminio.
- Lateritas de Níquel: Ricas en garnierita.
- Depósitos de Arcillas: Son los productos más abundantes de la meteorización, formados por la descomposición (hidrólisis) de feldespatos. La caolinita se forma en condiciones húmedas y ácidas, la illita en condiciones más alcalinas, y las arcillas de esmectita por meteorización de rocas intermedias a básicas bajo condiciones alcalinas.
Autor y Fecha de Publicación:
- Profesor: Dr. Victor Maksaev
- Semestre de Primavera: 2007
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