Se aplica a todos todos los yacimientos yacimientos de minerales minerales metáli metálicos. cos. Comp mprrende un proce ceso so en que la mi min neraliz izac aciión se ha incr in crem emen enttad ado, o, co como mo resu resultltad ado o de la in infifiltltra raci ción ón de ag agua uass meteór met eórica icass que trans transpor portan tan mate materi rial al en so solu lució ciónn haci haciaa el interior del cuerpo mineralizado original. CALCOSINA
COVELINA
Se aplica a todos todos los yacimientos yacimientos de minerales minerales metáli metálicos. cos. Comp mprrende un proce ceso so en que la mi min neraliz izac aciión se ha incr in crem emen enttad ado, o, co como mo resu resultltad ado o de la in infifiltltra raci ción ón de ag agua uass meteór met eórica icass que trans transpor portan tan mate materi rial al en so solu lució ciónn haci haciaa el interior del cuerpo mineralizado original. CALCOSINA
COVELINA
El material material en solució sol ución n puede: a) Depositarse Depositarse como un nuevo mineral; b) depositarse como un sedimento posterior al mineral ya preexistente, o c) reemplazar al yacimiento mineral original por uno más rico en un mineral explotable. Por ejemplo: una veta que contiene calcopirita, - CuFeS 2 (34,5% Cu) - puede ser enriquecida tanto por deposición de bornita -Cu5FeS4 (63,3% de Cu) o por la transformación de la calcopirita en calcosina -Cu S (79,8%de Cu) -
Calcopirita CuFeS2 (34,5% Cu)
Bornita (deposición) Cu5FeS4 (63,3% de Cu) Calcosina (transformación) Cu2S (79,8%de Cu)
Oxida xid ación de los de d epósitos: pósi tos: La atmósfera de la tierra produce un fuerte cambio a las rocas cercanas de la su supe perfi rfici cie. e. Especi Especial alme ment nte e lo loss min miner eral ales es de men menaa tien tienen en un unaa fu fuer erte te tendencia a disolverse en un ambiente am biente de óxidos. de óxidos.
la pirita (py) se descompone y se forma limonita. Porr ej Po ejemp emplo lo::
Se forma entonces, una zona de óxidos y abajo del nivel freático una zona de sulfuros. La zona de óxidos esta marcada por una zona de lixiviación y una zona de enriquecimiento de óxidos. Además se forma un “sombrero de hierro o gossan” que destaca por su alta dureza y generalmente forma form a una zona m morfológicamente orfológicamente elevada. elevada.
Se pueden diferenciar tres zonas en el nivel de los óxidos: 1.- Sombrero de hierro ( gossan), 2.- Zona de lixiviación y, 3.- Mena oxidada.
El límite hacia la zona de los sulfuros generalmente esta definida por el “Nivel freático”.
Con este nombre de gossan, sombreros de hierro o también llamados monteras de hierro, se denominan los afloramientos de rocas, que originalmente contenían sulfuros y que han sido sometidas a un proceso de alteración supergéna.
La característica más llamativa de los gossan es su aspecto de colores rojizos, como consecuencia de la transformación de los sulfuros originales, principalmente los ricos en hierro, en compuestos oxidados. Los gossan son el resultado de la alteración física y química de las rocas como consecuencia de la acción de los agentes como la lluv ia, el viento, la acción solar o las aguas subterráneas . Estos procesos producen la alteración de los sulfuros, disolución y precipitación de otros minerales y una lixiviación importante en las rocas.
Históricamente, los gossan debido al contraste de sus colores, han servido como guía de exploración de diferentes mineralizaciones. En épocas romanas, el objetivo eran las concentraciones de metales preciosos como oro y plata, en los niveles más profundos de las zonas oxidadas. En la minería moderna, la presencia de los gossans ha sido la guía más importante para el descubrimiento de concentraciones de sulfuros metálicos. En la actualidad, una parte importante de los estudios sobre los gossans están encaminados a prever las consecuencias para el medio ambiente de estos procesos físico-químicos, debido al medio ácido que se origina por la alteración de las rocas.
Sí hay un contenido considerable en SiO 2 (silice), en la corteza, se forma una zona de mayor dureza., que morfológicamente produce una elevación. Los sombreros de hierro se reconoce generalmente muy fácil por su característica forma. Los sombreros de hierro, finalmente protegen el yacimiento y no permiten el comienzo de erosión y transporte del depósito. Ahora, sí la zona de sílice se ha gastado o disminuido, la erosión avanza rápidamente y transforma rápidamente minerales existentes en arcillas.
La zona de óxidos se encuentra en la superficie del yacimiento o columna mineral cerca de ella, y contiene óxidados de cobre, los que típicamente tienen un color verde o azul. Los minerales oxidados se han formado por acción del oxígeno y otros agentes que atacan las rocas mineralizadas que se encuentran en la superficie. Óxidos: en sentido estricto, se refiere a minerales formados por el enlace entre metales con oxígeno. En minería, se utiliza este término para referirse a todos los min erales derivados del proceso de oxidación de un yacimiento, es decir el ataque del mineral por parte del oxígeno proveniente de la atmósfera bajo la for ma de fluidos oxidantes (agua, aire). Por esta razón, estos minerales se forman cerca de la superficie.
Entre los minerales oxidados de cobre u óxidos más comunes se tienen: carbonatos
(malaquita y azurita), sulfatos (brochantita y antlerita), cloruros (atacamita y azurita) Óxidos ( cuprita, tenorita)
Alteración Supérgena de Depósitos de Cobre y la Zona de enriquecimiento secundario
• El proceso supérgeno de enriquecimiento secundario
comienza cuando un depósito con mineralización hipógena ( mineralización primaria) se expone a condiciones oxidantes.
Procesos supérgenos y el enriquecimiento secundario Erosión
Exhumación
Meteorización
La Meteorización de depósitos minerales hipógenos provoca en el yacimiento: – Cambios mineralógicos – Destrucción y/o empobrecimiento mineral – Concentración y enriquecimiento secundario de
minerales.
¿Que es la Alteración Supérgena? • Proceso
de reequilibrio de la mineralogía hipógena a las condiciones oxidantes en las cercanías de la superficie (sobre el nivel de aguas subterráneas) por la circulación descendente de soluciones supérgenas ( de la superficie).
•
Proceso que afecta a los silicatos generando minerales de arcillas como: halloysita, esmectita y a los sulfuros hipógenos ( calcopirita ) que se transforman en minerales oxidados.
¿Que es el enriquecimiento secundario? •
Proceso resultante de la meteorización (alteración supergena) de depósitos minerales, en el cual la oxidación produce soluciones ácidas que lixivian metales transportándolos abajo y re precipitándolos, con el consecuente enriquecimiento de los minerales sulfurados originalmente presentes.
Comportamiento de metales en ambiente supérgeno • Fe, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Co, Pb forman óxidos estables
Permanecen en la zona de oxidación (sobre el nivel de aguas subterráneas).
• Cu, Mo, Zn, Ag forman sulfatos solubles
Son lixiviados de niveles superficiales y transportados en solución hacia abajo re-precipitando como sulfuros supérgenos debajo del nivel de aguas subterráneas.
• Au no reactivo químicamente
tiene a permanecer en zona de oxidación, aunque puede ser transportado si existe Cl o Br.
Procesos supérgenos destrucción • Oxidación hipógenos ( Cpy, py, Bo)
de
sulfuros
remoción de metales en • Lixiviación solución como sulfatos. • Reacción con minerales de las rocas o ganga minerales oxidados estables • Precipitación de sulfuros supérgenos (bajo el nivel de aguas subterráneas)
Generalidades de Procesos supérgenos • Se requiere que los depósitos sean exhumados • Dataciones radiométricas de K-Ar en alunita supérgena
de pórfidos cupríferos chilenos, mostraron que los procesos supérgenos 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
En varias ocasiones el límite no es abrupto, y se pasa por una zona de transición ( “zona de mixtos”), que corresponde a un nivel en que la mineralización parece más de un sulfuro – sin embargo, sigue habiendo presencia de óxidos los cuales se pierden paulatinamente hacia mayores profundidades Esto se produce especialmente por cambios en el nivel freático finalmente controlado por el clima . La profundidad del límite entre óxidos y sulfuros puede ser entre 20 metros hasta 200 metros de profundidad. ( la cuprita y Cu nativo aparecen en el nivel freático, minerales indicadores de fin del oxigeno en el sistema) En sectores desérticos (Atacama) se ubica en una profundidad entre 70 y 110 metros.
Perfil Supérgeno
FORMACION Y DESARROLLO ZONAL
Este proceso ha sido dividido en 4 partes: 1) Zona de Lixiviación 2) Zona de oxidación, 3) Zona de enriquecimiento secundario y 4) Zona de sulfuros primarios...
LA ZONA DE LIXIVIACION Es la parte superior superficial del cuerpo mineralizado representado por afloramientos de Iimonitas. La limonita como aquí se describe; es un material oxidado derivado de la alteración de los sulfuros u otros minerales de un depósito mineralizado, constituido mayormente por Oxidos de hierro. La zona de lixiviación ocurre en la zona de aireación. Se presenta como corteza marrón o rojiza o como manchas y revestimientos de fracturas y como pigmentos de suelo de color rojo amarillento o marrón. Cuando se presentan formando cuerpos se le conoce como sombreros de hierro y en los depósitos diseminados se les denomina coberteras (pórfidos de cobre). La limonita , está constituida principalmente por goethita, hematita y jarosita; accesoriamente ocurren lepidocrocita , siderita, etc. Además se encuentran impurezas como sílice, minerlaes de manganeso, yeso, etc
Las limonitas se pueden clasificar en: 1) Indígenas, autóctonas o nativas:
Ocurren por precipitación de las soluciones ferrosas en cavidades, o espacios primeramente ocupados por sulfuros u otros minerales de los cuales Se derivo el hierro
2)
Transportada:
Es el precipitado de las soluciones ferrosas fuera de los límites del mineral original, estando suficientemente cercana a éstos límites como para reconocer sin duda alguna su fuente de origen. En muchos casos esto significa que la, limonita se deposita como una orla adyacente a la cavidad o espacio dejado por el sulfuro. 3)
Exótica:
Cuando se precipita lejos de su fluente de 0rigen, de tal manera que su fuente no sea fácilmente reconocible, la distancia de migración varía de pocos milímetros a un centenar de milímetros.
LA ZONA DE OXIDACION Ocurre inmediatamente debajo de la zona de Iixiviación. Los sulfuros al estar expuestos a la acción del medio ambiente se descomponen formando óxidos y soluciones sulfatadas. La zona de oxidación ocurre en principio hasta el nivel superior de la napa freática, pero puede formarse encima o debajo de este nivel (de acuerdo a su antiguo nivel y a su historia fisiográfica), según las particularidades hidrogeológicas de las rocas encajonantes. En general la zona de oxidación tiene una altura que varía de algunos metros a decenas de metros, pero ocasionalmente puede alcanzar varios centenares de metros (600-800 metros en Tintic - EEUU y 900 metros en Lonely - Zimbabwe). Estos casos excepcionales se explican por algunas particularidades de la historia fisiográfica local o del orden Lilológico estructural.
La Oxidación está relacionada a la composición de las aguas Meteóricas. Estas aguas meteóricas generalmente son ricas en C0 2 - 02, conteniendo algunas veces Yoduros, cloruros y bromuros. Estos compuestos generan disolventes poderosos tales Como sulfato férrico y/o cIoruro férrico que atacan a la mayoría de los minerales formando soluciones sulfatadas (CuS0 4, Fe2 (S04)3, ZnS04), con un pH ligeramente ácido a moderado (llegando a alcalino cuando circulan a través de los carbonatos y feIdespatos). En general la oxidación depende de la ocurrencia de ácido sulfúrico, y del pH y Eh , de los minerales y soluciones meteóricas.
El ácido sulfúrico (y/o sulfato férrico), proviene principalmente de los mismos sulfuros o de una fuente externa. Este ácido ataca a los sulfuros en la zona de oxidación. Algunos sulfuros contienen suficiente azufre para la formación de ácido necesario para su completa disolución y para ceder ácido libre. Así, la pirita contiene un gran exceso de azufre generando ácido libre y promoviendo la oxidación y solución de los sulfuros acompañantes como: Calcocita, bornita, tetraedrita, etc. La pirrotita y calcopirita también contienen un exceso de azufre, menor que la pirita. La arsenopirita también genera soluciones ácidas fuertes, pero ocurre esporádicamente.
Otros sulfuros contienen suficiente azufre para su solución completa y/o requieren de ácido de una fuente externa para completar su oxidación y solución pero ninguno de ellos genera ácido libre; entre es los sulfuros está la esfalerita (sin hierro), la molibdenita. Como ellos no ceden ácido libre, su asociación con otros sulfuros (calcocita,
Algunos sulfuros como calcocina, bornita y tetraedrita son deficientes en azufre y solamente pueden oxidarse y disolverse cuando exista una fuente externa que suministre ácido. El desarrollo de la oxidación en la zona de aireación depende de la porosidad y permeabilidad del terreno siendo favorecido por la presencia de fracturas y planos de junturas abiertas e interconectadas, que se extienden a través de toda la roca a intervalos de varios centímetros hasta un metro o más, con ancho que disminuyen con la profundidad. Los bloques de roca entre las fracturas abiertas y espaciadas tienen una multiplicidad de fracturillas presentando frecuentemente una estructura de mosaico, dichas fracturillas tienen el espesor de una hoja de papel. Las rocas residuales, limitadas a su alrededor por fracturillas contienen numerosos poros capilares.
En este terreno el aire circula libremente y se percolan las aguas de lluvia u otras aguas superficiales hacia la zona de saturación. Por filtración se aloja la humedad en las fracturillas, quedando retenida por un largo período de tiempo, luego de haber cesado de circular el agua en los canales mayores. Durante el tiempo de estiaje ocurre un .proceso de secado disminuyendo la humedad de muchas fracturillas, desapareciendo el agua de los espacios abiertos y manteniéndose una fina película de humedad adherida en la superficie de los poros capilares. También las rocas y sucios arcillosos mantienen la humedad en sus fracturillas. La circulación de aire en las fracturas mayores es estimulada por un efecto de fuelle, cuando la lluvia u otra agua de superficie percola hacia abajo a través de estas fracturas. Estos movimientos de aire libre están excluidos en las fracturillas y poros capilares ya que están sellados por películas de humedad, pero el aire libre se difunde fácilmente a través de tales partículas, renovándose y abasteciendo cualquier punto, casi tan rápidamente como la oxidación lo consume.
La circulación de aire a través de la zona de aereación es casi constante y puede alcanzar adecuada. Mente todas las partes, aún cuando la circulación de la humedad sea retardada o parada temporalmente. La humedad en las fracturillas y poros capilares durante la estación seca (en climas áridos y semiáridos), se presenta como películas delgadas de espesor molecular, pennitiéndo que la oxidación continue mientras existan productos vulnerables úlatacados. Los cambios de temperatura ocasionados por la alternancia de períodos húmedos y secos favorecen la oxidación durante gran parte del año. Se producen procesos de oxidación con rapidez excepcional en los climas áridos y semiáridos. La actividad química se duplica cada lOºC aproximadamente, así los sulfuros pueden oxidarse 2 veces más rápido a 30 que a 20ºC y 4 veces más rápido a 30 .que a lOºC. La zona de oxidación crítica se encuentra sobre la zona de saturación, aproximadamente a un metro sobre ella.
En esta zona la oxidación será continua y persistente, por el continuo abastecimiento de humedad por atracción capilar y por su porosidad debida a una oxidación inicial. El desarrollo de la oxidación en esta zona crítica permite bajar el nivel de saturación y acrecentar el proceso de oxidación hacia abajo. El desarrollo de la oxidación en la zona de saturación depende de la porosidad de la roca, aproximándose la porosidad al 10 % en promedio. El agua circula lentamente y a veces rápidamente cuando entran a aberturas de tamaño anormal. Cuando no hay drenaje, la zona de saturación permanece frecuente y virtualmente estaciollaria por semanas y meses; esto ocurre en zonas semiáridas, donde existen períodos de 6-8 meses de estiraje. La temperatura del agua en esta zona generalmente es similar a la roca madre, a través de la cual circula, existiendo cambios de .temperatura por actividad química. La actividad química está condicionada a la abundancia de agua, las reacciones son más débiles que en la zona de acreación y raramente se producen cambios bruscos en la concentración de sales. El agua subterránea en la zona de saluración contiene generalmenle menos del 0.2 % de minerales disueltos.
El proceso de oxidación determina la estabilidad. de los compuestos en la zona de oxidación, clasificándolos en minerales estables e inestables (Tabla 6.3). Los minerales estables o casi estables son principalmente óxidos y/o hidróxidos de Fe, Mn, Al, Cr, W, etc. También se encuentran minerales nativos de oro, plata, etc. Algunos de los compuestos como cerusita, crisócola, malaquita y limonita provienen de la alteración de los minerales inestables y primarios como galena, calcopirita y pirita, etc, respectivamente. Los minerales inestables están divididos en dos grupos. En el primer grupo están considerados aquellos minerales inestables en la zona de oxidación, pero que pueden ser reemplazados por minerales estables secundarios; a este grupo pertenecen la galena, arsenopirita, estibina, etc., que forman depósitos de carbonatos de Fe, Mn, Pb, As, Di, Sb, etc. El segundo grupo están considerados minerales inestables que se disuelven fácilmente, migrando fuera de los límites de los cuerpos mineralizados conformando depósitos de Zn, Cu, Ni, Co, Mo, V, (en Sulfuros) y B; estos depósitos asi formados generalmente elevan su contenido metálico en sus partes profundas, como el caso de los pórfidos de cobre.
LA ZONA DE ENRIQUECIMIENTO SECUNDARIO, Ocurre debajo de la zona de oxidación (Fig. 6.2). Después del proceso de oxidación las soluciones sulfatadas ácidas, frías y diluídas descienden a la zona de saturación reaccionando con los sulfuros hipógenos primarios, precipitando sulfuros secundarios y enriquecidos esta zona respecto de la zona de oxidación y la de minerales primarios. Estas soluciones son transportadas dc acuerdo a un orden de solubilidades, según la siguiente relación Zn: Cu: Pb. Esta relación nos indica que el sulfato de plomo no es muy soluble y su transporte será limitado, y el sulfato de zinc por el contrario será transportado Lejos de su lugar de oxidación. La deposición de estos metales ocurre de diversas maneras, siendo las principales reacciones de intercambio centro las soluciones sulfatadas y los minerales primarios (roca de caja, disminuyendo el pH de las soluciones y depositándose el metal transportado
Existen una serie de condiciones para la formación de una zona de enriquecimiento, estos son: 1) Formación de compuestos solubles de Zn, Cu, Ni, Co, etc en la zona de oxidación. Estos compuestos provienen de los minerales inestables del segundo grupo y fácilmente migran hacia la zona de saturación. 2) Que durante el transporte de los metales lixiviados, éstos no se precipitan antes de llegar a la zona de enriquecimiento secundario. Cuando se forman compuestos muy solubles como zincosita ZnS04, al migrar hacia la zona de saturación pueden encontrar rocas carbonatadas y convertirse en smithshonita ZnC03 poco soluble, impidiendo su enriquecimiento al no llegar a la zona de enriquecimiento propiamente dicho. 3) Precipitación de los compuestos de metales solubles al pasar de un medio ácido en la zona de oxidación, a unos menos ácidos y alcalino en la zona de saturación. Esto ocurre con las menas de ; Cu, U, Ag (en sulfuros), a veces níquel. Esta propiedad no la tiene la zincosita que no hidroliza, ni se oxida, ni se reduce, dispersándose en rocas inertes o en rocas carbonatadas. 4) Una potente zona de enriquecimiento ocurre asociada a una oxidación prolongada que suministre el metal, depositándose en una napa freática de escaso
La precipitación de los sulfuros secundarios depende de los ambientes de formación. Termalización, donde la movilidad de los iones metálicos está determinada por la composición de las aguas me teóricas y de la roca madre. Las soluciones ácidas al llegar a la zona de saturación se extienden lateralmente y se diluyen, cambiando de pH y su grado de neutralización de acuerdo al tipo de roca madre circundante. Se conocen 3 tipos de roca madre de acuerdo a su grado de neutralización, éstos son: 1) Rocas que no tienen poder neutralizante, 2) Rocas de moderado poder neutralizante y 3) Rocas de fuerte poder neutralizante. Las rocas que no tienen poder neutralizante actúan como gangas inertes, entre las cuales están las rocas altamente caolinizadas ó serie itizadas, también rocas constituidas por cuarzo o baritina.
Estudios realizados en rocas inertes en zonas de fracturamiento nominal y continuidad vertical, indican que las soluciones derivadas de la zona de oxidación pueden descender hasta 100 metros; Con una acidez ligeramente disminuida, especialmente la pirrotita o esfalerita. Las rocas con poder neutralizante moderado están constituidas por rocas ricas en feldespatos con granitos, monzonitas y pizarras. El poder neutralizante de estas rocas varia ampliamente dependiendo de la composici6n de sus feldespatos, así los feldespatos sericitizados tienen menor poder neutralizante que sus equivalentes no sericitizados, y entre los feldespatos inalterados la aortita tiene mayor poder neutralizante que la ortosa y tabita. Donde la fisura miento es influyente y cuando estas rocas son atacadas por soluciones de sulfato cúprico, son reemplazadas fácilmente por calcocita supérgena en un intervalo de 1-50 metros o más debajo de la zona de saturación, generalmente siguiendo el orden de reemplazamiento siguiente: Calcocita, bornita, calcopirita, esfalerita, pirrotita y galena.
La pirita no es fácilmente atacada hasta que los primeros sulfuros de la lista anterior sean parcialmente atacados. Las rocas que tienen un fuerte poder neutralizan te como las carbonatadas (calizas, dolomías, margas, etc.), generan una precipitación de los minerales metálicos en un intervalo de 2 a 15 metros de profundidad. Deposición Metálica disminuye en profundidad y depende del fracturamiento de las rocas carbonatadas.
v
LA ZONA DE SULFUROS PRIMARIOS
Ocurre debajo de la zona de enriquecimiento secundario .Esta zona contiene el mineral primario hipógeno sin alteración alguna. En esta zona el agua no circula y solamente se encuentra en los intersticios de las rocas. Los sulfuros primarios pueden aflorar en superficie en zonas donde la erosión es activa y más rápida que la oxidación. Anorando junto con las limonitas. Esto ocurre frecuentemente en las zonas glaciadas recientemente descubiertas.
Limonita FeO*OH*nH 2O Hematita Fe2O3 Malaquita Cu2CO3(OH)2 Atacamita CuCl(OH) 3 Azurita Cu3(CO3)2(OH2) Crisocola CuH 4Si4O10(OH)8
Calcosina Cu2S Covelina CuS
Calcopirita CuFeS 2 Bornita Cu5FeS4 Pirita FeS2
Zonación Supérgena y comportamiento geoquímico de metales
Minerales en zona de enriquecimiento supérgeno de Cu • Calcosina • Digenita • Anilita • Djurleita • Covelina • Cuprita • Cu nativo
Cu 2S Cu 9S5 Cu 7S4 Cu 31S16 Cu S Cu 2O Cu
79,8% Cu 78.10% Cu 77.62% Cu 70.34% Cu 66,4% Cu
Factores condicionantes para el enriquecimiento supérgeno • Evolución geomorfológica (exhumación) • Clima • Mineralogía hipógena (mena y ganga) • Composición de la roca de caja • Estructuras • Nivel de aguas subterráneas • Agentes orgánicos: Bacterias
