2 Clase II. Sulfuros, Arseniuros, Sulfosales 2.1 Composición y Propiedades Generales Pertenecen a esta clase aquellos minerales en cuya composición se encuentra la combinación no oxigenada de metales y no metales con azufre (S), selenio (Se), teluro (Te), arsénico (As) y antimonio (Sb) (rara vez Bi). Para incluir todos estos compuestos, la denominación de la clase debería de ser más amplia, pero se resume como se muestra en el título El tipo de enlace que presentan estos compuestos es, sobre todo covalente covalente,, aunque muchos de ellos poseen un marcado carácter metálico (algunos son casi aleaciones). También existen sulfuros (los más simples) con un cierto carácter iónico. iónico . Las leyes de la estequiometría, muchas veces, parecen no cumplirse, pero hay que tener en cuenta que son frecuentes las asociaciones en cadena y los grupos complejos (sulfosales). La composición química se basa en la fórmula fór mula X mAp, donde:
A: S, As, Sb, Se, Te X: Uno o más metales El tamaño de A suele ser mayor que el de X. En las siguientes dos tablas pueden observarse los iones que forman parte de estos minerales, así como sus radios iónicos:
ION RADIO (Å) ION RADIO (Å) ION RADIO (Å) (Å) Mn+2
0,8
Zn+2
0,74
Sn+2
1,12
Fe+2
0,76
As+3
0,58
Sn+4
0,71
Fe+3
0,64
As+5
0,47
Sb+3
0,76
0,74
+2
+2
Co
+2
Ni
Hg
1,1
Bi
+3
1,2
+2
0,96
0,72
+2
Pd
0,86
Pt
Cu+1
0,96
Ag+1
1,26
Pb+2
1,2
Cu+2
0,69
Cd+2
0,97
Pb+4
0,84
S-2 Se-2 Te-2 As-3 Sb-3 ION: RADIO: 1,34 1,98 2,21 2,22 2,45 El número de especies que forman esta clase es superior a 300, aunque tan sólo 30 pueden considerarse importantes, por encontrarse en grandes cantidades y estar más o menos difundidos. El resto resto suele suele poseer poseer un interés interés muy limita limitado do al colecc coleccion ionism ismo o o a alguna alguna activi actividad dad cientí científic fica a concre concreta. ta. Entre Entre los sulfur sulfuros os import important antes es y que están están consid considerad erados os como como menas metál metálicas icas,, se mencionan los siguientes:
MINERAL
MENA
Blenda
Zn
Calcosina
Cu
Calcopirita
Cu
Tetraedrita
Cu
Tenantita
Cu
Galena
Pb
sulfurCinabrio Hg Molibdenita
Mo
Argentita
Ag
Pirargirita
Ag
Proustita
Ag
Mispíquel
As
Rejalgar
As
Oropimente
As
Esmaltina
Co y Ni
Cleantita
Co y Ni
Skutterudita
Co y Ni
Niquelina
Ni
Antimonita
Sb
Bismutinita
Bi
Greenockita
Cd
La pirita no se utiliza como mena de hierro, pues no se obtiene un metal de buena calidad, sin embargo, se utiliza como materia prima para la obtención del ácido sulfúrico. Las propiedades físicas de estos minerales pueden resumirse en los puntos siguientes: Aspecto y brillo metálico. Densidades elevadas (hasta 9). Opacos. Algunos transmiten la luz en los bordes. Coloraciones características. Elevados índices de refracción. Gran conductividad calorífica y eléctrica. Algunos son semiconductores La dureza depende de la estructura. Los sulfuros con estructuras en cadena y los estratificados son los más blandos (1 a 2), mientras que los covalentes son los más duros (6 a 7). • • • • • • •
Por lo que respecta a sus características químicas, podemos realizar las consideraciones siguientes. Los sulfuros de metales pesados suelen tener un producto de solubilidad muy bajo, por lo cual son muy insolubles. Sin embargo, los sulfuros de elementos alcalinos y alcalino-térreos presentan una gran solubilidad, hasta el punto de que suelen ser higroscópicos. Como regla general, se puede decir que, cuanto más noble sea un metal, más estables e insolubles serán los sulfuros que forme. -2 Teniendo en cuenta el diagrama de especies del sistema SH2 /SH /S , que se muestra en la figura, se puede extraer la conclusión siguiente: Cuanto mayor sea el producto de solubilidad de un sulfuro, mayor será el pH en el que empieza a existir como especie precipitada.
Por lo tanto, los sulfuros muy insolubles se podrán formar a cualquier pH , pero para que se formen los sulfuros más solubles es necesario que el pH sea mayor. Por ejemplo, para precipitar SPb (Kps= 10-28), el pH puede ser bajo (ácido), mientras que para la formación de SMn (Kps= 10-15), es necesario un pH mayor (amoniacal). Como consecuencia de lo anterior hay ciertos sulfuros que son solubles en ClH (SFe, SCd, SZn, SMn, SNi, SCo). Otros sulfuros sólo se solubilizan si se hace desaparecer del medio al ion S-2, lo cual se consigue oxidándole a azufre con ácido nítrico, caso de los sulfuros de cobre y plata. Los sulfuros de metales muy nobles sólo se pueden disolver en agua regia, donde se combinan las acciones acidificantes con las oxidantes y con la capacidad formadora de complejos. Como los aniones son grandes, se pueden polarizar fácilmente y los enlaces que se establecen en estos compuestos tienen un carácter homopolar mayor que los correspondientes compuestos oxigenados. Debido a ello, sus propiedades son más parecidas a las de los metales y elementos nativos. Si se considera la serie de combinaciones de un elemento dado con S, Se y Te, las propiedades metálicas del compuesto aumentan a medida que el anión aumenta de número atómico. Lo mismo ocurre si se comparan los compuestos de la serie As, Sb y Bi. Por ejemplo, la bismutinita tiene un brillo metálico más intenso que la antimonita, mientras que el oropimente es traslúcido y los cristales poseen brillo adamantino.
2.2 Origen y Yacimientos
La mayor parte de los minerales de esta clase se encuentran en yacimientos de origen hidrotermal, tanto de alta (hipotermales ), como de media ( mesotermales ) y de baja temperatura (epitermales). Los elementos metálicos procedentes de focos magmáticos, se depositan cuando bajan las presiones y las temperaturas. Estos compuestos son transportados en disolución, hasta que al bajar más la temperatura y aumentar la disociación del SH2, se forman los aniones sulfuro. La presencia simultánea del sulfuro y de los cationes metálicos en disolución provoca la precipitación de los sulfuros metálicos en el momento que se alcanza el producto de solubilidad . También se forman sulfuros en rocas sedimentarias y en formaciones carboníferas (piritas, marcasitas,...). En estos últimos casos la descomposición, en condiciones anaerobias, de sustancias orgánicas de origen biológico, han favorecido la reducción de los compuestos de azufre a SH2. En algunos casos, la formación de sulfuros está relacionada con procesos bacterianos. En cuanto a las paragénesis, se puede decir que es muy normal, dado el tipo de formación, que en yacimientos hidrotermales coexistan varios sulfuros (también arseniuros y sulfosales), como por ejemplo pirita, galena, calcopirita, blenda, tetraedrita, etc. Estos yacimientos son relativamente abundantes. Por lo que respecta a las gangas que suelen acompañar a estos minerales, citaremos al cuarzo, la fluorita, la baritina y carbonatos como calcita, dolomita y ankerita. 2.4 Usos y Aplicaciones de los Sulfuros
Como se ha comentado anteriormente, algunos de los sulfuros más comunes y difundidos son empleados como menas metálicas. Para la obtención de metales a partir de los sulfuros es necesario someterlos a procesos de Metalurgia Extractiva. Para el beneficio de las menas suele ser necesaria una concentración previa. La concentración de las menas sulfuradas se realiza tradicionalmente mediante flotación, aprovechando las diferencias de mojabilidad superficial que existen entre estos minerales y las gangas. La separación entre sulfuros , una vez separados de las gangas, también se realiza mediante flotación selectiva, empleando reactivos que deprimen y activan las superficies de los sulfuros que se desea separar. Como resultado de estas operaciones se obtienen los concentrados que posteriormente son sometidos a procesos pirometalúrgicos. La primera etapa pirometalúrgica que se aplica a los sulfuros es la tostación, mediante la cual son transformados en óxidos. Las tostaciones se realizan en hornos especiales, generalmente de rastrillos, y en corriente de oxígeno, para favorecer el proceso, que en el caso de la blenda ocurre según la reacción siguiente: 2SZn + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2 Este proceso se aplica también a arseniuros, como por ejemplo el mispíquel: 2AsSFe + 5O2-> As2O3 + Fe2O3 + 2SO2 Una vez obtenido el óxido metálico se le somete a reducción (con carbón u otros reductores) y se obtiene el metal correspondiente. Aunque la pirita y la marcasita son potenciales menas de hierro, no se emplean para este fin, debido al elevado contenido en azufre que empeora la calidad del hierro. Sin embargo, la pirita se emplea para la obtención de ácido sulfúrico.
