MINERALOGÍA TEMA 24 ELEMENTOS, SULFUROS Y SULFOSALES

MINERALOGÍA
TEMA 24
ELEMENTOS, SULFUROS Y SULFOSALES
ÍNDICE
24.1 Elementos
24.1.1 Metales
24.1.3 No metales
24.2 Sulfuros y sulfosales
Ce
lia
Ma
rco
sP
24.2.2 Sulfosales
asc
24.2.1 Sulfuros
ua
l
24.1.2 Semimetales
24.1 ELEMENTOS
Hay muy pocos elementos químicos, unos 20, que se encuentran en estado nativo.
Pueden dividirse en:
24.1.1 Metales
24.1.2 Semimetales
24.1.3 No metales
ua
l
24.1.1 METALES
Incluye los siguientes grupos:
•
Grupo del oro:
asc
oro
plata
cobre
Grupo del platino
sP
•
Platino
paladio
Grupo del hierro
Ma
rco
•
kamacita
taenita
GRUPO DEL ORO
•
Cristalografía:
Ce
lia
Cristalizan en el sistema cúbico.
oro
Grupo
espacial
plata
cobre
Fm3m
a
4,079 Å 4.09 Å 3,615 Å
Z
4
El oro aparece en cristales octaédricos pero la forma más corriente de presentarse es en masas
arborescentes; también diseminado en capas aplastadas, escamoso o macizo. La forma más
frecuente para placeres es la llamada "pepita", masas macizas redondeadas por el rodamiento,
que pueden variar de tamaño.
La plata aparece normalmente formando grupos ramosos, arborescentes o filamentosos, en
placas y escamas o también en forma masiva, rellenando fracturas y vetas.
El cobre se presenta en grupos dendríticos arborescentes, aunque aparece también cristalizado,
sP
asc
ua
l
siendo el octaedro la forma más frecuente.
Ce
lia
Ma
rco
Figura 24.1.- Formas cristalinas de oro (izquierda) y cobre (derecha)
Figura 24.2.- Simetría m3 m
•
Estructura cristalina:
Todos los metales son isoestructurales, con enlace es metálico.
Forman estructuras cúbicas compactas con átomos idénticos con coordinación 12.
ua
l
•
asc
Figura 24.3.- Estructura cristalina del oro
Propiedades físicas:
Se caracterizan porque son muy blandos, maleables (se pueden extender en láminas), dúctiles
sP
(que admiten grandes deformaciones sin romperse) y séctiles (pueden cortarse con la hoja de un
cuchillo).
Son buenos conductores de la electricidad y del calor.
Ma
rco
Tienen brillo metálico y fractura astillosa.
Los puntos de fusión son bajos.
Color:
Amarillo
Raya:
Amarilla
brillante
plata
Blanco de
plata
Blanco de
plata
Brillo:
Metálico
Metálico
Metálic
o
Dureza:
2,5
2,5 a 3
2,5 a 3
Peso
específico:
19,3
10,5
8,9
Opaco
Opaco
Opaco
Ce
lia
oro
Óptica:
•
cobre
Rojo
Roja
Características químicas:
Existe solución sólida completa entre el oro y la plata, mientras que el cobre presenta solución
sólida limitada con ellos.
•
Origen y yacimientos:
El oro aparece en yacimientos epitermales, metamórficos y yacimientos en zonas de cizalla.
También como placeres y paleoplaceres. En España existen numerosas minas antiguas del oro,
algunas de las cuales han sido explotadas desde la época de los romanos como el yacimiento de
Las Médulas (León) o en las proximidades del río Síl (Orense). De tiempos más recientes es el
yacimiento epitermal de Rodalquilar (Almería), actualmente agotado. En los yacimientos de la
Faja Pirítica (Huelva - Sevilla) se encuentra asociado a los sulfuros masivos, en los niveles
hidrotermalizados denominados "silicatado" (Mina de La Zarza) y sobre todo en las capas
superiores de gossan (Mina de Ríotinto). En Asturias, se explotó en Rio Nancea hasta el 2007.
La plata aparece en yacimientos hidrotermales asociada con sulfuros, ceolitas, calcita, barita;
con uraninita y minerales de cobalto y níquel. En zonas de oxidación de los depósitos de
ua
l
minerales de plata. Yacimientos en España: Hiendelaencina (Guadalajara), Horcajo (Ciudad
Real), Guadalcanal (Sevilla), Herrerías (Almería). Actualmente la explotacón de plata nativa
está agotada.
asc
El cobre se encuentra en la zona de oxidación de los depósitos de cobre. En España se
encuentra con frecuencia en casi todas las monteras de las minas de cobre, destacando como
sP
principales localidades: Linares y La Carolina (Jaén), así como en Ríotinto y Tharsis (Huelva),
La Puebla de Guzmán (Huelva) y en San Lúcar La Mayor (Sevilla), Sierra Bermeja (Málaga) y
en Sierra Nevada (Granada), en las minas del Jaroso y en la Sierra de Almagrera (Almería), El
malaquita.
Ma
rco
Horcajo (Ciudad Real), en Infiesto (Asturias), generalmente seudomorfizado a cuprita y/o
Se utiliza como hilo para conductores eléctricos; también para aleaciones.
GRUPO DEL PLATINO
La estructura del platino y del paladio es cúbica compacta.
•
Los elementos de este grupo son más duros y tienen puntos de fusión más elevados que los
Ce
lia
•
elementos del grupo del oro.
•
El platino como elemento nativo aparece casi exclusivamente en rocas ultrabásicas (dunita).
•
Los depósitos más productivos son placeres.
GRUPO DEL HIERRO
•
Incluye el hierro que raramente se presenta en la superficie de la tierra y dos especies frecuentes
en los meteoritos: kamacita y taenita.
•
El hierro en estado nativo es muy inestable en condiciones oxidantes en la corteza terrestre y en
la atmósfera terrestre. Generalmente se encuentra como Fe2+ y Fe3+ en óxidos. También se
encuentra en los meteoritos.
24.1.2 SEMIMETALES
•
Incluyen a:
Arsénico
Antimonio
Bismuto
•
Son romboédricos y sus estructuras no pueden describirse por un simple empaquetamiento de
esferas.
Está formada por capas paralelas al eje c cristalográfico, como consecuencia del enlace
ua
l
•
Ma
rco
sP
asc
relativamente fuerte entre los cuatro átomos vecinos más próximos.
Figura 24.4.- Estructura del arsénico
•
El enlace entre las capas es débil y por ello presentan buena exfoliación según los planos
Ce
lia
perpendiculares a c.
•
Son quebradizos y mucho peor conductores del calor y de la electricidad que los metales.
•
El arsénico y el bismuto son especies minerales raras que se encuentran en filones asociados a la
plata, cobalto o menas de níquel.
Arsénico
•
Cristalografía:
Cristaliza en el sistema romboédrico, Grupo espacial: R-3m.
a = 3.76 Å, c = 10.548 Å, γ = 120º; Z = 6.
ua
l
asc
Figura 24.5.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha)
Propiedades físicas:
Color: Blanco de estaño gris.
Raya: Gris plomo a negra.
Brillo: Metálico fuerte.
Ma
rco
Dureza: De 3 a 4.
sP
•
Peso específico: De 5.4 a 5.9
Óptica: Opaco de color blanco.
•
Origen:
Se forma en venas hidrotermales de baja temperatura.
•
Yacimientos en España:
Ce
lia
En Pola de Lena y Mieres (Asturias), en manchas y capas sobre calcita. En Hiendelaencina
(Guadalajara), asociado con baritina.
Bismuto
•
Cristalografía:
Cristaliza en el sistema romboédrico, Grupo espacial: R-3m.
a = 4.546 Å, c = 11.860 Å; γ = 120º; Z = 6
•
Propiedades físicas:
Color: Blanco rojizo o amarillento.
Raya: Blanco plata.
Brillo: Metálico.
Dureza: De 2 a 2.5
Peso específico: 9.8
Óptica: Opaco de color blanco rosado. Fuertemente anisótropo.
•
Origen:
Se forma en venas hidrotermales de alta temperatura y en yacimientos de carácter pegmatítico.
•
Yacimientos en España:
En Espinavell y Caralps (Gerona), asociado a esfalerita y arsenopirita. En Villanueva de
ua
l
Córdoba, Venta de Azuel y Conquistala (Córdoba), en filoncillos de cuarzo.
Antimonio
Cristalografía:
asc
•
Cristaliza en el sistema romboédrico, Grupo espacial: R-3m.
Ce
lia
Ma
rco
sP
a = 4.299 Å, c = 11.25 Å, γ = 120º; Z = 6.
Figura 24.6.- Formas cristalinas (izquierda). Simetría (derecha).
•
Propiedades físicas:
Color: Blanco de estaño.
Raya: Gris plomo a negra.
Brillo: Metálico fuerte.
Dureza: De 3 a 3.5.
Peso específico: 6.6
Óptica: Opaco.
•
Origen:
Se forma en venas hidrotermales.
•
Yacimientos en España:
En Meredo y Castropol (Asturias) y en Viñuela (Málaga
24.1.3 NO METALES
•
Incluyen a:
Azufre
Diamante
Grafito
•
Cristalografia:
Cristaliza en el sistema rômbico, grupo espacial: Fddd
Ma
rco
sP
asc
a = 10.47Å, b = 12.87Å, c = 24.49 Å; Z = 128Å.
ua
l
Azufre (S)
Ce
lia
Figura 24.7.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha)
•
Estructura cristalina:
Consta de grupos S8 enlazados covalentemente que forman anillos como arrugados. Estos
anillos se mantienen como tales hasta los 160 ºC.
ua
l
Propiedades físicas:
Color: amarillo
Brillo: resinoso
Huella: incolora
Dureza: 1,5-2,5
Diamante
Ma
rco
Peso específico: 2,05-2,09
sP
•
asc
Figura 24.8.- Estructura cristalina del azufre (derecha) y grupo S8 (izquierda).
Es carbono puro.
•
Cristalografía
Ce
lia
Cristaliza en el sistema cúbico, grupo espacial Fm3m, en forma de octaedros. Son corrientes las
maclas con la ley de la espinela.
a = 3.567 Å; Z = 8.
Figura 24.9.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha)
•
Estructura cristalina
La estructura del diamante es de tipo esfalerita. Paralelamente a los planos {111} se aprecian
los átomos dispuestos en hojas bastante distanciadas unas de otras, constituyendo planos de
sP
asc
ua
l
exfoliación.
Figura 24.10.- Estructura del diamante en tres dimensiones (izquierda) y proyectada
•
Ma
rco
perpendicularmente al eje c (derecha)
Propiedades físicas
Su dureza en la escala de Mohs 10.
El alto índice de refracción, 2,42, y la fuerte dispersión de la luz le proporcionan el brillo
adamantino. Normalmente es incoloro, aunque también aparece de color verde, amarillo, azul.
El diamante es inestable a presiones o temperaturas bajas, Es polimorfo del grafito. La
Ce
lia
transformación polimórfica entre ambos es muy lenta.
•
Yacimientos:
Se encuentra en depósitos aluviales, debido a su naturaleza química inerte, a su gran dureza y
elevado peso específico. También en kimberlitas.
Grafito (C)
Está formado por carbono puro.
•
Cristalografía:
Cristaliza en el sistema hexagonal en cristales tabulares de forma hexagonal (figura).
ua
l
Propiedades físicas:
Brillo: metálico
Dureza: muy baja (1-2)
Color: negro
•
Ma
rco
Óptica: opaco
sP
•
asc
Figura 24.11.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha)
Estructura cristalina:
La estructura del grafito consta de capas de anillos hexagonales de 6 átomos, en los cuales cada
átomo de carbono puede considerarse como ligado por fuertes enlaces covalentes a sus tres
vecinos más próximos en la misma capa. El cuarto queda libre, generando así una carga
eléctrica dispersa que le confiere al grafito una conductibilidad eléctrica relativamente elevada
Ce
lia
(Figura 24.12).
El enlace entre las capas es tan débil que de lugar a una perfecta exfoliación basal.
Figura 24.12.- Estructura cristalina del grafito
•
Yacimientos:
Ce
lia
Ma
rco
sP
asc
ua
l
El grafito se halla en rocas metamórficas. Su peso específico también es muy elevado.
24.2 SULFUROS Y SULFOSALES
24.2.1 SULFUROS
Un mineral sulfuro se forma cuando se combinan uno o más metales con el azufre.
Constituyen una clase importante de minerales ya que la mayoría de ellos son importantes
menas metálicas.
Los minerales de este clase tienen en su mayoría enlace covalente o metálico o ambos. Son
en su mayoría opacos, con colores vivos y con rayas de colores característicos.
ua
l
Los minerales no opacos de la clase:
asc
cinabrio
rejalgar
oropimiente
esfalerita
tienen índices de refracción elevados y son transparentes, en secciones muy delgadas.
Una consecuencia importante de las características del enlace del azufre su configuración
sP
electrónica permite varias valencias y muchas posibilidades de hibridación dentro de los orbitales d)
es la existencia de un gran número de poliedros de coordinación de los metales con el azufre,
haciendo que existan un gran número de estructuras cristalinas en los sulfuros.
Ma
rco
Existen dos divisiones convencionales para los sulfuros:
1ª sulfuros metálicos en los que los metales de transición coordinan com el azufre.
2ª sulfosales, en los que los semimetales As y Sb ocupan alguna de las posiciones del metal.
Esta división es algo artificial y una alternativa es distinguir entre sulfuros simples y
complejos (Zoltai & Stout, 1985)1. Los primeros incluyen la mayor parte de los sulfuros metálicos y
algunas de las sulfosales, y los sulfuros complejos incluyen la mayor parte de las sulfosales
Ce
lia
convencionales y algunos de los sulfuros metálicos.
En general las estructuras de los sulfuros simples tienen el azufre y otros elementos no
metálicos formando un empaquetado compacto y el metal ocupando los huecos. La distinción entre
ellos se basa en si los huecos tetraédricos, octaédricos o ambos están ocupados.
Una gran mayoría de las estructuras de los sulfuros complejos consiste de grupos, bandas o
capas de unidades de sulfuros simples formando un empaquetado compacto y unidas por enlaces
tipo molecular fuertemente direccionales.
La fórmula general para sulfuros es
XmZn
donde:
1
Zoltai T. & Stout J.H. (1985).- Mineralogy: Concepts and principles. Ed. Burgess Publishing Company, USA.
505 pp.
X representa el elemento metálico
Z representa el elemento no metálico.
Los átomos de metales y del azufre en la estructura de los sulfuros juegan un papel parecido
Galena (PbS)
Cristalografía:
asc
Ma
rco
•
sP
Argentita Ag2S
Bornita Cu5FeS4
Calcopirita CuFeS2
Calcosina Cu2S
Cinabrio HgS
Galena PbS
Esfalerita ZnS
Estibina Sb2S3
Marcasita FeS2
Molibdenita MoS2
Niquelina NiAs
Oropimente As2S3
Pirita FeS2
Pirrotina Fe1-xS
Rejalgar AsS
…….
ua
l
Incluyen a:
Cristaliza en el sistema cúbico, grupo espacial Fm-3m
a = 5,936 Å, Z = 4
Ce
lia
Suele presentarse en cubos.
Figura 24.13.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha)
•
Estructura cristalina:
Tiene estructura tipo NaCl.
•
Propiedades físicas:
Color: gris plomo
Brillo: metálico
Huella: gris plomo
Dureza: 2,5
Peso específico: 7,4 a 7,6
Exfoliación: perfecta {001}
•
ua
l
Óptica: opaca
Origen y yacimientos:
Es un sulfuro muy corriente. Se encuentra en filones asociado a esfalerita, pirita, marcasita,
calcopirita, cerusita, anglesita, dolomita, calcita, cuarzo, barita y fluorita. Las localidades más
asc
famosas son Freiberg (Sajonia); montañas del Harz; Westfalia y Nassau; Pribram (Bohemia);
Cornwall, Derbyshire y Cumberland (Inglaterra); Broken Hill (Australia); Missouri, Kansas y
sP
Oklahoma (Estados Unidos). En España es abundante y se encuentra bastante extendida; entre
las localidades más importantes cabe citar Linares, La Carolina, sierra Almagrera.
Ma
rco
Esfalerita (ZnS)
Es el polimorfo cúbico de baja T del ZnS y la wurtzita es el polimorfo de alta T, estable por
encima de los 1020 ºC y 1 atmósfera de P.
•
Cristalografía:
Cristaliza en el sistema cúbico, grupo espacial F 4 3m
a = 5,41 Å, Z = 4
Ce
lia
Se presenta generalmente en forma masiva.
Figura 24.13.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha)
•
Estructura cristalina:
asc
ua
l
La estructura de la esfalerita deriva del empaquetado cúbico compacto.
Figura 24.14.- Estructura cristalina de la esfalerita
Propiedades físicas:
Color: incolora, castaño a negro
Brillo: resinoso o adamantino
Ma
rco
Huella: blanca a amarillo y castaño
sP
•
Dureza: 3,5-4
Peso específico: 3,9
Exfoliación: perfecta {011}
Óptica: Transparente a traslúcida. Incolora cuando es pura, también de color caramelo (blenda
acaramelada).
Origen y yacimientos:
Ce
lia
•
Es la mena más importante de Zn y es un mineral bastante corriente. Está íntimamente
relacionada con la galena, por su origen. En España es abundante en los Picos de Europa
(Asturias), Santander, País Vasco y Navarra.
Pirita (FeS2)
La pirita es un polimorfo del FeS2 junto a la marcasita.
•
Cristalografía:
Cristaliza en el sistema cúbico, grupo espacial Pa 3
a = 5,42 Å; Z = 4.
Las formas más frecuentes son cubo, cuyas caras están estriadas, piritoedro y octaedro.
ua
l
asc
Figura 24.15.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha)
Estructura cristalina:
sP
•
Tiene estructura tipo NaCl con el Fe (bolas rojas) ocupando la posición del Na y los grupos S2
Ce
lia
Ma
rco
(bolas amarillas) ocupando la posición del Cl.
Figura 24.16.- Estructura de la pirita
•
Propiedades físicas:
Color: amarillo latón
Brillo: metálico
Huella: verdosa a pardo negra
Dureza: 6-6,5
Peso específico: 5,02
Óptica: opaco
•
Origen y yacimientos:
Es el sulfuro más corriente y extendido. Se forma tanto a altas T como a bajas T. Aparece como
segregación magmática directa y como mineral accesorio en rocas ígneas. También en depósitos
metamórficos de contacto y en filones hidrotermales. La pirita es un mineral común en las rocas
sedimentarias. Está asociada a muchos minerales, especialmente a calcopirita, esfalerita y
Calcopirita CuFeS2
•
Cristalografía:
a = 5.25 Å, c = 10.32 Å; Z = 4
Ce
lia
Ma
rco
sP
Se presenta normalmente masivo
asc
Cristaliza en el sistema tetragonal, grupo espacial I 4 2d
ua
l
galena.
Figura 24.17.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha)
•
Estructura cristalina:
La estructura puede considerarse derivada de la de la esfalerita en la que la mitad del Zn está
sustituido por Cu (bolas naranjas) y la otra mitad por Fe (bolas rojas), haciendo que se duplique
la celda elemental. Las bolas amarillas representan el azufre.
ua
l
Propiedades físicas:
Color: amarillo latón
Brillo: metálico
Huella: negra verdosa
Ma
rco
Dureza: 3,5-4
sP
•
asc
Figura 24.18.- Estructura cristalina de la calcopirita
Peso específico: 4,1-4,3
Óptica: opaco
•
Origen y yacimientos:
Es el mineral de cobre más corriente y una de las fuentes más importantes de este metal. La
mayor parte de las menas de sulfuros contienen este mineral. Los más importantes
Ce
lia
económicamente son los depósitos hidrotermales y los de reemplazamiento. Como mena
principal de cobre se encuentra en Riotinto (España), Cornwall (Inglaterra), Chile, Zambia,
Canadá (Sudbury, Ontario), etc.
Cinabrio (HgS)
Hay dos polimorfos, el de baja temperatura (estable aproximadamente por debajo de 344 ºC)
que es hexagonal; el polimorfo de alta temperatura es cúbico.
•
Cristalografía:
Cristaliza en el sistema romboédrico, grupo espacial P3l2l o P322l para el polimorfo de baja
temperatura con:
a = 4,146 Å, c = 9,497 Å; Z = 3
El grupo espacial del polimorfo de alta temperatura es F 4 3m con:
a = 5,852 Å; Z = 4
•
Estructura cristalina:
La estructura del cinabrio está constituida por infinitas cadenas espirales Hg-S-Hg que se
sP
asc
ua
l
extienden a lo largo del eje c. Las bolas amarillas representan el azufre y las rojas el mercurio.
Figura 24.19.- Estructura cristalina del cinabrio
Propiedades físicas:
Color: rojo
Ma
rco
•
Brillo: adamantino (cuando es puro) a terroso mate
Huella: rojo escarlata
Dureza: 2,5
Peso específico: 8,10
Ce
lia
Exfoliación: perfecta
Óptica: translúcido
•
Origen y yacimientos:
Es la mena más importante del mercurio, pero se halla en cantidad apreciable sólo en
determinados lugares, como Almadén en España. Se encuentra como impregnaciones y filones
de relleno cerca de rocas volcánicas recientes y fuentes termales y depositado cerca de la
superficie. Asociado a pirita, marcasita, estibina y sulfuros de cobre en una ganga de ópalo,
calcedonia, cuarzo, barita, calcita y fluorita.
MOLIBDENITA (MoS2)
•
Cristalografía:
Cristaliza en el sistema hexagonal, grupo espacial P63/mmc
asc
ua
l
a = 3,16 Å, c = 12,32 Å, γ = 120º; Z = 0,33
•
Estructura cristalina:
sP
Figura 24.20.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha)
Está compuesta de sandwiches de molibdeno entre átomos de azufre. Los forman capas
Ma
rco
perpendiculares al eje cristalográfico c. Debido a la debilidad de enlaces entre los sándwiches,
la molibdenita presenta muy buena exfoliación {0001}.
Ce
lia
Forma dos politipos, uno hexagonal (2H) y otro romboédrico (3R)
Figura 24.21.- Estructura cristalina de molibdenita
•
Propiedades físicas:
Color: Gris plomo algo azulado
Raya: Negra grisácea o verdusca
Brillo: Metálico algo mate
Dureza: 1 a 1,5
Peso específico: 4,65
Óptica: Opaco. Blanco, fuerte pleocroismo de blanco a gris, fuerte anisotropismo.
Otras: Tacto graso, flexible y superficie escamosa.
•
Origen y Yacimientos:
ua
l
Pegmatítico neumatolítico. Neumatolítico de contacto. Hidrotermal de alta temperatura.
Ortomagmático accesorio en ciertos granitos.
En España aparece en: Cuevas de Salavé, Infiesto, Presnos y Selviella (Asturias). Como indicios
en Lousane y San Finx de Noya (La Coruña). En Costabona y Espinavell (Gerona), así como en
asc
Sant Cugat del Vallés, Gualba, Palamós, Caldas de Montbui o Sant Feliú de Guixols. En
Valdeteja (León), asociado a calcopirita.En granitos de la sierra del Guadarrama en Villacastín
sP
(Segovia), Moralzarzal, Hoyo del Manzanares o Torrelodones (Madrid). En el batolito de Los
Ce
lia
Ma
rco
Pedroches (Córdoba), al sur de Badajoz y en ciertas localidades de Málaga.
24.2.2 SULFOSALES
El termino "sulfosal" proviene de la semejanza de esta estructura a la de las sales de ácidos
con oxígeno, donde el oxígeno ha sido sustituido por azufre.
Las sulfosales difieren de los sulfuros en que el As y Sb juegan un papel bastante semejante
al de los metales en la estructura, a diferencia de sulfuros. En las sulfosales aparecen grupos
aislados de complejos de arsénico o antimonio y azufre.
ua
l
Minerales de esta clase son:
Pirargirita Ag3SbS3
Proustita Ag3AsS3
Ce
lia
Ma
rco
sP
Tennantita Cu12Sb4S13
asc
Tetraedrita Cu12Sb4S13