procesos mineralizadores

Procesos Mineralizadores
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PROCESOS MINERALIZADORES
Los depósitos minerales metálicos constituyen concentraciones anómalas de un elemento (u
elementos) en la corteza terrestre. Ahora bien, para que un determinado elemento llegue a
constituir un yacimiento explotable económicamente el metal debe estar concentrado muy
por encima de su abundancia media en la corteza terrestre, el grado de enriquecimiento
varía para cada elemento dependiendo del valor de cada metal, esto se ilustra en la tabla a
continuación (tomada de Evans, 1980, pag. 4):
Tabla 1.- Concentración mínima de elementos metálicos para constituir yacimientos
Elemento
Contenido promedio
de la corteza
Ley promedio
mínima explotable
Factor de
concentración
Al
8%
30%
3,75
Fe
5%
25%
5
Cu
50 ppm
0,4%
80
Ni
70 ppm
0,5%
71
Zn
70 ppm
4,0%
571
Mn
900 ppm
35%
389
Sn
2 ppm
0,5%
2500
Cr
100 ppm
30%
3000
Pb
10 ppm
4,0%
4000
Au
4 ppb
1 g/t
250
_________________________________________________________________________
La tabla 1 muestra que para que se forme un yacimiento de cobre se requiere que este metal
se concentre al menos 80 veces por encima del contenido normal en rocas de este elemento;
en los grandes yacimientos cupríferos chilenos que se explotan con leyes de ~1% Cu y más
la razón de concentración es >200 veces que el contenido normal de Cu en roca. Además,
hay metales que requieren concentraciones varios miles de veces más altas que el contenido
normal en rocas corticales (Ej. el Pb) para ser de interés económico. Consecuentemente
deben existir procesos naturales que permiten la concentración anómala de elementos en
ciertas partes de la corteza terrestre y aquí se presenta una revisión de dichos procesos
mineralizadores. Cabe señalar, que si bien existe consenso respecto a los distintos procesos
que pueden originar depósitos o yacimientos minerales metálicos, el origen de un tipo
específico de yacimientos es en muchos casos controvertido y distintos autores tienen
diferentes interpretaciones genéticas.
Procesos Mineralizadores
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Tabla 2.- CLASIFICACION SIMPLE Y RESUMEN DE PROCESOS
MINERALIZADORES
PROCESOS ENDOGENOS: Procesos internos de la tierra
Proceso
Naturaleza del proceso
Depósitos típicos
Cristalización
magmática
Precipitación de minerales de mena como
constituyentes mayores o menores de rocas
ígneas en forma de granos diseminados o
segregaciones.
Diamantes diseminados en kimberlitas, tierras raras en
carbonatitas. Pegmatitas de Li-Sn-Cs de Bikita, Simbabwe.
Pegmatitas de uranio de Bancroft, Canadá y Rösling,
Namibia. Granitos, basaltos, dunitas, sienitas de nefelina
usados como rocas ornamentales.
Segregación
magmática
Precipitación de minerales de mena por
cristalización fraccionada y procesos
relacionados durante la diferenciación
magmática.
Capas de cromita del Gran Dique de Zimbabwe y el
Complejo Bushveld de Sudáfrica.
Inmiscibilidad de líquidos. Precipitación
de sulfuros en magmas, fundidos de
sulfuros – óxidos u óxidos que se
acumulan debajo de silicatos o fueron
inyectados en rocas de caja o, en casos
raros, eruptados en la superficie.
Depósitos de Cu-Ni de Sudbury, Canadá y los de Pechenga,
R.F. y Yilgarn Block de Australia occidental. Depósitos de
titanio de Allard Lake, Quebec, Canadá.
Hidrotermal
Depositación desde soluciones acuosas
calientes, las cuales pueden tener orígen
magmático, metamórfico, meteórico,
marino o de formación (connatas).
Pórfidos cupríferos chilenos: Chuquicamata, El Teniente, La
Escondida, etc. Vetas auríferas de El Indio; Stockwork de
molibdenita de Climax. EEUU; Chimeneas de brecha
cupríferas del distrito Cabeza de Vaca, Copiapó, etc.
Metamórfico
Metamorfismo regional y de contacto
produciendo minerales industriales.
Depósitos de andalusita de Transvaal, Sudáfrica; Depósitos
de granate de N.Y., EEUU.
Depósitos pirometasomáticos (skarn)
formados por reemplazo de rocas de caja
adyacentes a una intrusión.
Depósitos de Cu de MacKay, EEUU y Craigmont, Canadá.
Distrito cuprífero de San Antonio, Norte de La Serena.
Cuerpos de magnetita de Iron Springs, EEUU; depósitos de
Talco de Luzenac, Francia.
Algunas vetas de oro y depósitos de Ni diseminados en
rocas ultramáficas.
Concentración de elementos de mena por
procesos metamórficos iniciales o
subsecuentes.
PROCESOS EXOGENOS: Procesos superficiales
Proceso
Naturaleza del proceso
Depósitos típicos
Exhalativos
superficiales;
volcanogénicos
Exhalación de soluciones hidrotermales en
la superficie, usualmente en condiciones
submarinas y originando cuerpos
estratiformes de sulfuros metálicos.
Depósitos de metales base de Meggen, Alemania; Sullivan,
Canadá; Mount Isa, Australia; Río Tinto, España; depósitos
de tipo Kuroko, Japón; Mina La Plata, Ecuador; Depósitos
de fuentes termales submarinas de los océanos modernos;
Mercurio de Almaden, España; Depósitos de solfataras
(caolín y alunita), Sicilia; Azufreras en volcanes del Norte
Grande de Chile.
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Sedimentarios
Meteorización
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Alóctonos (clásticos): concentración de
minerales pesados y durables en
sedimentos clásticos formando placeres.
Arenas de rutilo-circón de New South Wales, Australia y
Trail Ridge, EEUU; Placeres de Sn de Malasia y Brasil;
Placeres de Au de Yukon, Canadá y de Marga-Marga, V
Región, Chile; Arenas y gravas de uso industrial.
Autóctonos: precipitación de minerales en
ambientes sedimentarios adecuados, con o
sin la intervención de organismos
biológicos.
Formaciones de hierro bandeado (BIF) de los Escudos
Precámbricos, Ej. Itabiritas de Brasil. Depósitos de Mn
sedimentario de la III y IV Regiones de Chile; Depósitos de
Cobre del Kupferschiefer de Europa; depósitos de fosfatos
de Florida, EEUU.
Residuales: lixiviación de los elementos
solubles de las rocas dejando
concentraciones de elementos insolubles
en el material restante.
Lateritas de Ni de Nueva Caledonia; Bauxitas de Hungria,
Venezuela, Guyana, Jamaica y Arkansas, EEUU; Depósitos
de caolín de Nigeria.
Supergenos: lixiviación y oxidación de
elementos valiosos de la parte superior de
depósitos minerales y su precipitación en
profundidad con concentraciones más
altas.
Parte superior de la mayoría de los pórfidos cupríferos
chilenos (zonas de óxidos y de sulfuros supérgenos); zona
enriquecidas de vetas de plata y oro.
Exóticos: lixiviación de elementos
metálicos de depósitos primarios y
transporte en solución en napas de aguas
subterráneas y re-depositación dentro de
gravas y rocas a cierta distancia del
depósito madre.
Depósitos de Cu: Las Cascadas, I Región; Chuqui Sur en la
II Región; Damiana vecino a mina El Salvador en la III
Región.
Tal como se resume en la tabla 2 existen procesos endógenos y exógenos que pueden
concentrar metales para formar yacimientos explotables económicamente. A saber:
1 Procesos Magmáticos: Las masas silicatadas fundidas (magmas) que, una vez
cristalizadas, llegan a constituir cuerpos intrusivos y/o rocas volcánicas pueden, en ciertas
condiciones, concentrar algunos minerales de interés económico por procesos como:
1.1. Cristalización magmática: Los procesos normales de cristalización de magmas
producen rocas volcánicas e intrusivas, algunas de las cuales pueden ser explotadas
directamente, como por ejemplo como rocas ornamentales o como áridos para la
construcción. Otras pueden contener minerales de importancia económica, Ej.
Diamantes como fenocristales en kimberlitas, feldespato o cuarzo en pegmatitas.
1.2. Segregación magmática: los términos segregación magmática o depósito
ortomagmático se utilizan para depósitos que han cristalizado directamente desde un
magma.
Los que se forman por cristalización fraccionada se encuentran
comúnmente en rocas ígneas plutónicas. Aquellos producidos por segregación de
líquidos inmiscibles pueden encontrarse tanto asociados a rocas plutónicas como
volcánicas.
Los procesos de segregación magmática pueden llegar a formar capas dentro o debajo de la
masa de roca ígnea (Ej. Capas de cromita, sulfuros de Cu-Ni).
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a) Cristalización fraccionada: Esta incluye cualquier proceso por el cual cristales
formados tempranamente no pueden quedar dispersos en el magma en el que crecieron.
Durante el período de cristalización monomineral los cristales pueden hundirse en la
cámara magmática para formar una capa de un solo mineral. Estos precipitados se
denominan acumulados y ellos comúnmente alternan con capas de otros minerales
formando capas o bandeamiento rítmico en rocas ígneas. Las cromitas (FeCr2O4) y
las ilmenitas (FeTiO3) pueden acumularse de esta forma. Las cromitas en rocas
ultrabásicas y las ilmenitas en anortositas y gabros anortosíticos (rocas máficas). La
asociación de estos acumulados minerales exclusivamente con rocas ígneas son la
evidencia de su origen magmático directo.
b) Líquidos inmiscibles: De la misma manera que el agua y el aceite no se mezclan, sino
que forman glóbulos inmiscibles de uno dentro del otro, una mezcla de magma (mezcla
silicatada fundida) con contenido de sulfuros metálicos formará dos líquidos que
tenderán a segregarse. Se separan gotas de sulfuros y coalescen para formar glóbulos,
los cuales al ser más densos que el magma se hunden para acumularse en la base de una
intrusión o flujo de lava. El principal constituyente de esas gotas es el sulfuro de hierro
(pirita Fe2S), el cual se asocia a rocas básicas o ultrabásicas debido a que el azufre y
hierro son más abundantes en estas que en rocas ácidas o intermedias. Los elementos
calcófilos (con afinidad con el azufre; Ej. Cu) también son incorporados o se
particionan en los glóbulos de sulfuros y a veces metales del grupo del platino. Los
magmas básicos o ultrabásicos se forman por fusión parcial en el manto y ellos pueden
adquirir su contenido de azufre tanto del manto, como subsecuentemente por
asimilación de rocas de la corteza. Para que se produzca la segregación de sulfuros el
magma debe estar saturado en sulfuros. Si se llegan a formar glóbulos de sulfuros
inmiscibles gran parte del Cu y Ni serán removidos del magma (particionados dentro de
la fase sulfurada). La acumulación de Fe-Ni-Cu en gotas debajo de la fracción
silicatada puede producir cuerpos de sulfuros macizos, los cuales estarán sobreyacidos
por una zona de enrejado de sulfuros, a veces denominada mena diseminada o en red.
Esta zona a su vez grada hacia arriba a una zona débilmente mineralizada que grada a
una peridotita, gabro o komatiita, dependiendo de la composición de la fracción
silicatada asociada.
2.
Procesos Hidrotermales. La formación de muchos depósitos minerales metálicos
involucra la participación de soluciones acuosas calientes; por Ej. vetas, stockworks de
varios tipos, depósitos exhalativos volcanogénicos, pórfidos cupríferos, etc. La mayor
parte de los depósitos metálicos de la Cordillera de Los Andes son de origen
hidrotermal, por lo que estos procesos son muy relevantes para comprender la
formación de los yacimientos chilenos en particular. Los fluidos participantes en estos
procesos se denominan soluciones hidrotermales y existen distintas evidencias que
indican su importancia como mineralizadores, particularmente las que provienen de
inclusiones fluidas dentro de minerales precipitados a partir de soluciones
hidrotermales y alteración hidrotermal de las rocas encajadoras (las que serán
discutidas más adelante). La homogenización de inclusiones fluidas en minerales de
depósitos hidrotermales ha mostrado que el rango de depositación de minerales de
mena y ganga para todo tipo de depósitos hidrotermales es de aproximadamente 50° a
Procesos Mineralizadores
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650°C. Los análisis de los fluidos muestran que el agua es la fase más común y el
contenido salino es frecuentemente más alto que en el agua de mar.
Las soluciones hidrotermales tienen evidentemente la capacidad de transportar una amplia
variedad de materiales y depositarlos en minerales tan diversos como el oro o la sericita
(hidromuscovita), lo que muestra que la fisico-química de tales soluciones es compleja y
difícil de duplicar en laboratorios.
El conocimiento de las propiedades y comportamiento de las soluciones hidrotermales
todavía no está totalmente aclarado, existiendo muchas ideas sobre el orígen de tales
soluciones y los materiales que ellas transportan. Los problemas principales son la fuente
y naturaleza de las soluciones acuosas, la fuente de los metales y el azufre transportados
por ellas, la fuerza que mueve las soluciones a través de la corteza, la forma de transporte
de los componentes en solución y los mecanismos de depositación.
Fuente de fluidos hidrotermales y su contenido.
Existen evidencias (sobre todo de inclusiones fluidas) que las soluciones hidrotermales
salinas están ampliamente distribuidas en la corteza. En algunos sistemas geotermales
activos (Ej. El Tatio en el norte de Chile) se puede observar como afloran aguas calientes
en superficie. Los sistemas geotermales son objeto de estudios para comprender la
circulación de soluciones hidrotermales. ¿De dónde provienen las soluciones? Los datos
provenientes de fuentes termales, aguas de minas, túneles, sondajes, inclusiones fluidas de
minerales y rocas indican que hay cinco fuentes de aguas hidrotermales:
1.- Aguas meteóricas: incluye aguas superficiales y subterráneas (acuíferos o napas de
aguas subterráneas.
2.- Aguas marinas: agua de los océanos.
3.- Aguas connatas o de formación: aguas que quedan atrapadas en los intersticios o poros
de secuencias de rocas y aguas meteóricas de penetración profunda.
4.- Aguas metamórficas: aguas liberadas por cambios mineralógicos de minerales
hidratados a minerales anhidros.
5.- Aguas magmáticas: aguas primarias derivadas de procesos ígneos que dan origen a
rocas intrusivas y volcánicas.
La medición de abundancias relativas de isótopos de hidrógeno y de oxígeno provee
información sobre la fuente de agua al comparar las razones isotópicas 18O/16O y D/H
(deuterio/hidrogeno) de aguas y minerales hidratados, los que son comparados respecto a
un standard SMOW (standard mean ocean water). Sin embargo, la interpretación de datos
isotópicos no siempre es simple, porque la composición isotópica del agua puede variar por
reacciones agua-roca y por mezcla de aguas de distinto origen.
 Rmuestra
δ =
 Rstandard

− 1  × 1000

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Las razones isotópicas 18O/16O y D/H se presentan como δ18O‰ y δD‰ (per mil) donde
Standard (SMOW) “standard mean ocean water” corresponde a un valor medio de aguas
marinas.
Las razones 18O/16O pueden utilizarse como geotermómetro, porque los isótopos presentan
fraccionamientos que es dependiente de la temperatura
Fraccionamiento isotópico (reacción de intercambio isotópico) del sistema cuarzo-agua:
H218O+ ½ Si16O2
H216O+ ½ Si18O2
Existe una constante de equilibrio α que depende de la temperatura. Sin embargo, la
aplicación no es tan simple porque el agua en inclusiones fluidas en minerales que
contienen oxígeno, invariablemente intercambian isótopos con los minerales huéspedes, por
lo que cambia la razón 18O/16O en el agua de la inclusión. Por otra parte, el
fraccionamiento de 18O/16O a alta temperaturas es muy pequeño y las calibraciones han sido
muy difíciles, de modo que las determinaciones de paleotemperaturas varían, aún para
resultados provenientes de un solo laboratorio.
El fraccionamiento de D/H es lejos mayor que el de 18O/16O, pero por lo mismo no puede
utilizarse como geotermómetro.
Existen evidencias que distintos tipos de aguas pueden formar depósitos similares y que
aguas de dos o más tipos han jugado roles importantes en la formación de algunos
depósitos minerales.
Ahora bien, ¿De donde viene el contenido de materiales disueltos? Los datos que
poseemos provienen de inclusiones fluidas, sistemas geotermales modernos, fuentes
termales y aguas encontradas en perforaciones profundas en campos petrolíferos.
Los constituyentes mayores son Na, K, Ca y Cl. En cantidades menores (<1000 ppm) se
presentan Mg, B, SO4-2, Fe, Zn, Cu, He, Pb, Sr. La fuente de estos componentes en sentido
estricto se desconoce, pero en el caso del He, Pb y Sr los estudios isotópicos entregan
indicios de su fuente.
Los pocos estudios de isótopos de He indican un origen en el manto (magmático). Los
estudios de isótopos de Pb de yacimientos hidrotermales más numerosos sugieren que el Pb
puede derivarse, al menos en parte, de sedimentos subyacentes, de rocas metamórficas
del basamento, de rocas ígneas asociadas o directamente del manto. Sin embargo, los
otros componentes metálicos en un depósito mineral no necesariamente pueden tener el
mismo origen que el Pb. Existen menos trabajos en isótopos de Sr en depósitos minerales,
los cuales tienden a realizarse en las rocas de caja alteradas de los depósitos. Resultados de
los depósitos de sulfuros masivos de cobre de Chipre concuerdan con que estos depósitos
exhalativos volcanogénicos se formaron a partir de aguas marinas Cretácicas calentadas y
recirculadas. Por otra parte, mineralización de molibdeno cerca de Central City, Colorado,
EEUU se indica una derivación magmática de los fluidos mineralizadores.
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El conocimiento actual indica que la mayoría de las rocas pueden constituir fuentes de
elementos geoquímicamente escasos como los metales (normalmente son elementos trazas
en las rocas), los cuales pueden ser lixiviados (extraídos) bajo condiciones adecuadas por
soluciones hidrotermales. Por ejemplo, experimentos de laboratorio han mostrado que los
metales pesados presentes en una arenisca se fraccionan hacia el agua de mar o una
salmuera natural a 350°C. Esto significa que las rocas de caja de una región podrían
constituir la fuente de los metales concentrados en los depósitos existentes en ella, si por las
rocas de la región circularon aguas calientes.
Existe una relación espacial entre muchos depósitos hidrotermales y rocas ígneas, por
lo existe una fuerte escuela de pensamiento que sostiene que los magmas en consolidación
son la fuente de muchas, sino de todas, las soluciones o fluidos hidrotermales. Lo seguro
es que una masa ígnea constituye la fuente de calor para establecer sistemas hidrotermales,
pero el agua o su contenido metálico puede venir del mismo magma o de otras fuentes.
Las soluciones hidrotermales de derivación magmática se consideran fluidos residuales
que quedan luego de la cristalización de la masa ígnea fundida y que contienen metales
base y otros elementos incompatibles que no pueden acomodarse en los minerales que
cristalizan dentro de un magma.
El magma tiene varios role posibles en sistemas hidrotermales; puede ser la fuente del agua,
de los metales y otros componentes en solución y provee el calor que hace circular los
fluidos en celdas convectivas en torno a la masa ígnea caliente.
La concentración de agua en magmas félsicos parece variar desde 2,5 a 6,5% H2O en peso
con una media de 3% H2O en peso (el contenido es mayor si se considera en proporción de
volumen, dada la relativamente baja densidad del agua).
La solubilidad de agua en magmas es dependiente principalmente de la presión y a
profundidades mayores de 3 – 5 km el agua permanece en solución debido a la alta presión
confinante, pero al ascender el magma la presión decrece progresivamente y se produce la
saturación del agua resultando en la exsolución de una fase volátil del magma. Además, al
cristalizar los magmas se producen principalmente minerales anhidros, lo cual redunda en
que puede liberarse un enorme volumen de agua a partir de un magma en enfriamiento. 1
km3 de magma félsico con 3% en peso de agua puede liberar aproximadamente 100
millones de toneladas (1011 litros) de agua.
Pero el agua no es el único componente volátil del magma, este contiene también H2S,
HCl, HF, CO2 y H2. El H2S y HCl pueden ser de particular importancia y son componentes
que se fraccionan o particionan fuertemente en la fase acuosa en exsolución del magma.
Todos los metales base y muchos otros pueden ser extraídos eficientemente de una fase
silicatada fundida (magma) hacia una fase acuosa, siempre que exista suficiente agua para
ser liberada. En teoría con un 3% en peso de agua en una fase silicatada fundida, podría ser
extraído aproximadamente un 95% del Cu contenido en un magma félsico.
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En Diciembre de 1986 el volcán Monte Erebus en la Antártica se descargó cerca de 0,1 kg
de Au y 0,2 kg Cu, lo que extrapolando a 10.000 años equivaldría a 360 ton de Au. Esta
evidencia, así como otros volcanes, demuestra la capacidad de los magmas de generar
volátiles con contenidos metálicos.
Existen depósitos metalíferos asociados a cuencas sedimentarias. Sin embargo, en muchos
campos petrolíferos (asociados a cuencas sedimentarias) no existen intrusiones que puedan
ser fuentes de menas. Algunos autores han postulado orígen en fuentes magmáticas más
remotas, tal como la corteza inferior o, más frecuentemente, procesos magmáticos
profundos en el manto, mientras que otros han favorecido la depositación de menas a partir
de soluciones de formación (aguas connatas). Esto es agua que fue atrapada en
sedimentos durante la depositación y que ha sido movilizada por el aumento de temperatura
y presión causado por el enterramiento profundo. Este enterramiento puede ocurrir en
cuencas sedimentarias y las soluciones de este tipo se denominan salmueras de cuenca
(“basinal brines”). Un gradiente geotérmico normal de 1°C/30m implica que a los 9 km de
profundidad hay temperaturas de ~300°C. Las soluciones calientes de esta fuente pueden
lixiviar metales, pero no necesariamente azufre de las rocas a través de las cuales circulan,
para precipitarlos cerca de la superficie en los borde de las cuencas y lejos de intrusivos o
rocas ígneas.
El modelo anterior es el que corrientemente de utiliza para explicar la formación de
depósitos de baja temperatura de Pb-Zn-fluorita-baritina hospedados en rocas carbonatadas
(calizas-dolomitas) conocidos como “Missisipi Valley-Type” (MVT) existentes en
Norteamérica. Hay otros autores que objetan que el volumen de aguas de formación sea
suficiente para transportar la cantidad de metal presente en esos depósitos y algunos
sugieren la circulación de agua bajo gradiente hidrostático (como los pozos artesianos) a
través de una cuenca sedimentaria para producir el fluido mineralizador.
Sistemas Geotermales
Los sistemas geotermales en los que circulan aguas calientes por rocas y frecuentemente
afloran como fuentes termales o geysers, pueden ser generadores de depósitos minerales.
Estos sistemas se forman donde existe una fuente de calor (usualmente magmática) a pocos
km de profundidad que genera la circulación de aguas subterráneas profundas (celda
hidrotermal convectiva). Esta agua son generalmente de orígen meteórico, pero en algunos
sistemas pueden estar presentes aguas de otras fuentes (de formación, de salares) y puede
haber adición de agua magmática desde la fuente de calor. Los componentes disueltos
pueden originarse desde la fuente magmática en profundidad, así como de las rocas por las
que circula el fluido caliente.
En el sistema geotérmico de Broadlands, en Nueva Zelandia, las aguas calientes depositan
un precipitado amorfo de sulfuros de Sb-As-Hg-Tl con leyes de oro y plata; asimismo en
cercano el sistema geotermal de Rotokawa precipitan metales base acompañados de
acantita (sulfuro de plata). Desde la formación de un cráter de explosión hidrotermal
(explosión que se produce por sobrepresión de agua a alta temperatura, la que al
descomprimirse se transforma violentamente en vapor) hace 6060 años atrás, donde se
Procesos Mineralizadores
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ubica el lago de aguas termales de Rotokawa en la actualidad pueden haber sido
transportadas 360 ton de oro en las rocas debajo del cráter.
Medios de transporte de metales
Los sulfuros y otros minerales metalíferos tienen muy baja solubilidad en agua, de modo
que debe existir otra forma de transporte de metales en fluidos hidrotermales. Sabemos que
muchos elementos precipitan como sulfuros a partir de fuentes hidrotermales (los campos
geotérmicos son un ejemplo y otro son las fuentes termales submarinas “black smokers”),
pero si los metales son insolubles como iones simples debe haber otro modo de transporte y
este es como complejos o iones complejos en los cuales los cationes metálicos se unen a
grupos complejos (ligantes).
Los ligantes más importantes son HS- o H2S, Cl- y OH-. Para que los complejos sulfurados
sean estables se requieren altas concentraciones de H2S y HS- (Ej. PbS(HS)-).
Muchos autores favorecen el transporte de metales como complejos clorurados tales como
AgCl2- y PbCl3-.
En la práctica ambos tipos de iones complejos juegan un rol en el transporte de metales (así
como otros complejos menos relevantes); los datos experimentales indican que los
complejos clorurados son estables a altas temperaturas en fluidos hidrotermales, pero se
descomponen al bajar la temperatura, mientras que los complejos sulfurados son estables
hasta temperaturas más bajas siempre y cuando exista una alta actividad de H2S y HS-.
Para ilustrar como los iones complejos pueden transportar metales, cabe mencionar que el
proceso industrial más utilizado en la recuperación del oro es la lixiviación con cianuro.
Este proceso (cianuración) aprovecha el hecho que el oro forma un complejo estable a
temperatura ambiente que es el dicianato de oro: Au(CN)2-. Este anión es altamente soluble
y permite extraer el oro de una pila o de mineral pulverizado a una solución de la cual luego
se precipita el oro, ya sea incorporando zinc en polvo o haciendo pasar la solución por
carbón activado.
Fuente del azufre: La fuente del azufre que permite la precipitación de sulfuros metálicos
en yacimientos hidrotermales es un problema aparte. En algunos casos de mineralización
(Ej. vetas de sulfuros profundas en granitos y cuarcitas) es obvio que el azufre debió ser
transportado en solución al igual que los componentes metálicos. El azufre es un
componente notable en erupciones volcánicas (aporte magmático) y es el principal
componente de solfataras en los volcanes (fumarolas azufrosas). La evidencia isotópica de
sistemas geotermales modernos, fuentes termales submarinas y datos de inclusiones fluidas
muestra que las soluciones hidrotermales pueden tener concentraciones relativamente altas
de metales y de azufre. Consecuentemente, para muchos depósitos hidrotermales se
favorece que tanto el azufre y los metales son transportados por el fluido mineralizador. Si
los metales de mena han sido transportados por complejos bisulfurados, sin duda debe
haber existido abundante azufre para la precipitación de sulfuros en el lugar de
depositación.
Procesos Mineralizadores 10
En los casos en que los metales fueron transportados por complejos clorurados, que es la
hipótesis más favorecida por los estudios de depósitos Pb-Zn hospedados en carbonatos, se
plantea el problema en lo que se refiere al aporte de azufre ya que los complejos clorurados
a temperaturas inferiores a 150ºC no pueden transportar suficiente Pb y H2S para formar
yacimientos. Existen tres alternativas para este problema:
a) El azufre se agrega desde otra solución en el sitio de depositación (modelo de mezcla).
El azufre derivaría de la reducción de sulfatos por materia orgánica en el sitio de
depositación.
b) Un solo fluido: metal transportados en complejos orgánicos, lo que permitiría que el
azufre fuera transportado junto con los metales como H2S.
c) Transporte de metales con azufre como sulfato, el cual sería reducido por reacción con
compuestos orgánicos para precipitar como sulfuros metálicos.
Precipitación de sulfuros: Este es un campo complejo de debate. El ascenso de
soluciones hidrotermales hacia zonas saturadas con aguas subterráneas va a producir
precipitación por dilución de los materiales disueltos y por cambios en el estado de
oxidación o pH de la solución. La ebullición del fluido al acercarse a la superficie
redunda en la liberación de H2S y aumento del pH de la solución con la consecuente
precipitación de los materiales en solución. Por lo que la ebullición se plantea como un
medio eficiente de precipitación en algunos tipos de depósitos. El descenso de la
temperatura del fluido también reduce drásticamente las solubilidades, asimismo cambios
en el fluido tales como el aumento de especies sulfuradas reducidas, aumento de la
concentración de metales, descenso de la concentración de ligantes, oxidación o reducción
son fenómenos que producen precipitación. Hay autores que asignan un rol fundamental a
la mezcla de fluidos hidrotermales con aguas oxidantes superficiales o con aguas sulfatadas
ácidas, mientras que otros favorecen la ebullición para depósitos formados a profundidades
someras.
En síntesis, cambios físico-químicos de las soluciones hidrotermales producen la
precipitación de los materiales transportados en solución. La precipitación de sulfuros
metálicos en el sector donde ocurren cambios físicos o químicos de la solución (“trampa de
mena”) a medida que continúa la circulación de fluido hidrotermal redunda en la
concentración local de elementos metálicos precipitados que puede dar origen a
yacimientos hidrotermales.
3.
Procesos Metamórficos. El metamorfismo de muchas rocas puede producir
materiales que tienen uso industrial directo. Un ejemplo obvio son los mármoles,
producidos por metamorfismo de contacto o regional de calizas y dolomitas. Otro caso
son las pizarras muy utilizadas para techos desde tiempos antiguos, sobre todo en
Europa. Otros minerales industriales de origen metamórfico son: asbestos, corindón,
granate, algunas gemas, grafito, magnesita, pirofilita, sillimanita, talco y
wollastonita. El metamorfismo puede estar acompañado de metasomatismo y puede
conducir a la formación de depósitos metalíferos tipo skarn que pueden ser de alta ley.
Procesos Mineralizadores 11
Metamorfismo: ajuste mineralógico, químico y estructural de rocas sólidas sometidas a
condiciones físicas y químicas impuestas a profundidad, debajo de las zonas de
meteorización y cementación, las cuales difieren de las condiciones en las que las rocas se
originaron.
Metasomatismo: proceso de solución capilar y depositación prácticamente simultánea
(metamorfismo aloquímico), por el cual un nuevo mineral puede crecer en el cuerpo de un
mineral pre-existente o agregado mineral. La presencia de líquidos de poro químicamente
activos o gases dentro de la roca o introducidos de una fuente externa son esenciales para el
proceso, el cual a menudo (pero no necesariamente) ocurre a volumen constante, con escasa
perturbación de características texturales.
Nota: los procesos de metamorfismo, metasomatismo y alteración hidrotermal involucran
cambios mineralógicos de rocas pre-existentes, aunque los procesos difieren
substancialmente entre sí los límites entre ellos son difusos.
Los cambios metamórficos que involucran recristalización o redistribución de materiales
por difusión iónica en estado sólido o a través de medios volátiles, especialmente agua,
pueden resultar en el transporte de constituyentes de mena móviles a sitios de menor
presión, tales como zonas de cizalles, fracturas o charnelas de pliegues. Esta es la manera
que se han formado vetas de cuarzo-calcopirita-pirita en anfibolitas y muchas vetas
(mesotermales) con oro en fajas de rocas verdes (facies metamórfica de esquistos verdes).
Estudios recientes de cambios que ocurren en rocas acompañando el desarrollo de foliación
y que consideran balance de masas, han mostrado que los terrenos metamórficos regionales
son grandes sistemas hidrotermales análogos a los sistemas a menor escala en corteza
oceánica joven. Estos sistemas tienen la capacidad de lixiviar una amplia gama de
componentes, incluyendo minerales de mena, desde un gran volumen de rocas de la
corteza. Para que exista flujo en estos sistemas debe desarrollarse una permeabilidad
regional. Las zonas de cizalle mayores pueden proveer tales conductos y este mecanismo
permite explicar la existencia de numerosos depósitos de oro en zonas de cizalle
particularmente del Arcaico (Precámbrico >2.500 Ma).
4. Procesos exhalativos superficiales: Existe un grupo de depósitos minerales llamados
exhalativos que incluyen a los sulfuros masivos volcanogénicos (VMS), los que están
asociados a secuencias volcánicas submarinas y a depósitos de sulfuros en secuencias
sedimentarias (SEDEX; sedimentarios exhalativos). Actualmente existe consenso que estos
depósitos se forman por efluentes hidrotermales submarinos, aunque no hay consenso si las
soluciones que precipitan los sulfuros en los fondos marinos corresponden a fluidos de
derivación magmática o de agua marina en circulación.
Las fuentes termales submarinas conocidas como “black smokers”, porque parecen humos
negros en las profundidades oceánicas, se descubrieron en los años 70s durante las
investigaciones de los fondos marinos utilizando submarinos que alcanzan grandes
profundidades (ALVIN). Estas son fuentes de fluidos a alta temperatura que son
expulsados en el fondo marino (típicamente a 300 – 350ºC) en chimeneas de sulfuros –
Procesos Mineralizadores 12
anhidrita conectadas con fracturas en el fondo oceánico. Los efluentes a alta temperatura
forman nubes negras o blancas en las frías aguas de las profundidades oceánicas; el color
negro se debe a la precipitación de partículas de sulfuros y el blanco a la precipitación de
sulfatos de calcio (anhidrita–yeso) y de bario (baritina). Al observarse en detalle la emisión
de efluentes hidrotermales en el fondo marino se observa que el fluido caliente es
transparente, el color negro o blanco lo adquiere al mezclarse con las aguas frías del mar y
el enfriamiento y disolución resulta en la precipitación de sulfuros y sulfatos, los que
pueden acumularse y formar depósitos minerales. Este es uno de los pocos lugares donde
puede observarse directamente la formación de depósitos de sulfuros metálicos a partir de
un fluido hidrotermal.
La acción marina sobre los depósitos de sulfuros de los fondos oceánicos produce la rápida
oxidación y destrucción de los cuerpos de sulfuros, excepto cuando son cubiertos
rápidamente por rocas volcánicas o volcanoclásticas o sedimentarias que los preservan de la
oxidación. Los procesos tectónicos de acreción hacen que los depósitos de este tipo sean
incorporados a cadena s montañosas y formen yacimientos de interés económico en áreas
continentales. Aquellos depósitos modernos y actuales de los fondos oceánicos no son
económicos con la tecnología actual.
Los procesos sedimentarios pueden dar origen a
5. Procesos Sedimentarios:
concentraciones de ciertos componentes de interés económico. Esto puede ocurrir
como una concentración mecánica en sedimentos clásticos (sedimentos alóctonos) o por
la precipitación química de ciertos componentes (sedimentos autóctonos).
Sedimentos alóctonos: Estos son aquellos depósitos que han sido transportados al
ambiente donde han sido depositados e incluyen a los depósitos clásticos y piroclásticos.
Los depósitos terrestres de arcillas, arenas y gravas acumulados por acción aluvial pueden
ser de uso industrial como materiales de construcción. Sin embargo, el tipo de depósitos
alóctonos más importante son los placeres. Estos son depósitos terrígenos formados por
los procesos sedimentarios normales que concentran minerales pesados. Generalmente esta
es una separación gravimétrica que se produce en agua en movimiento, aunque la
concentración en medios sólidos y gaseosos también puede ocurrir. Para poder ser
concentrados los minerales pesados primero deben ser liberados de las rocas que los
contienen y deben poseer una alta densidad, resistencia química a la meteorización y
durabilidad mecánica. Aunque los placeres de oro son los más conocidos de este tipo de
depósitos, los minerales de placeres que cumplen en mayor o menor medida con las
propiedades expuestas incluyen: casiterita, cromita, columbita, cobre, diamante, granate,
ilmenita, magnetita, monazita, platino, rubí, rutilo, zafiro, xenotima y circón.
Los sulfuros se descomponen fácilmente al oxidarse en ambiente supérgeno,
consecuentemente es raro encontrarlos en depósitos de placeres. Sin embargo, existen
excepciones en secuencias precámbricas, probablemente debido a la existencia de una
atmósfera sin oxígeno en el Precámbrico y existen raros ejemplos recientes de
concentración de sulfuros en placeres.
Sedimentos autóctonos: Las rocas formadas por precipitación química de carbonatos
pueden ser de interés económico como minerales industriales (Ej. calizas y dolomitas): Sin
Procesos Mineralizadores 13
embargo, para los efectos de este curso es más relevante la formación de depósitos
metálicos por precipitación química tales como las formaciones de hierro bandeado (BIF:
“banded iron formations”) del Precámbrico, los depósitos de hierro oolítico fanerozoicos
y los depósitos sedimentarios de manganeso.
Las formaciones de hierro bandeado se presentan en forma de secuencias que alcanzan
centenas de metros de potencia y cientos a miles de kilómetros de corrida. Constituyendo
enormes depósitos de óxidos de hierro que fueron depositados entre 2.500 y 1900 Ma atrás.
El mineral consiste en finas bandas, de 0,5 a 3 cm de potencia, las cuales a su vez están
laminadas a la escala de milímetro o fracción de milímetro. Se alternan bandas silíceas con
bandas de minerales de hierro (hematita, magnetita). El hierro habría precipitado en
condiciones subacuáticas por efectos químicos o bioquímicos, lo cual habría sido
favorecido por las condiciones anóxicas (sin oxígeno) de la atmósfera terrestre en el
Precámbrico.
Los depósitos sedimentarios de hierro fanerozoicos son de tipo oolítico,(sedimentos
oolíticos de hematita-chamosita-siderita o de siderita-chamosita), de los cuales existen dos
tipos (Clinton y Minette), pero que actualmente tienen poca importancia económica, por sus
bajas leyes y dificultad de beneficio debido a su mineralogía silicatada.
Los depósitos sedimentarios de manganeso son la fuente del grueso de la producción de
manganeso en el mundo. Aparentemente, el manganeso se disuelve en aguas marinas
profundas anóxicas y precipita en cuencas intracratónicas durante la transgresión debido a
las condiciones oxidantes de la zona somera de la plataforma como óxidos de manganeso.
Este sería el caso de los depósitos de manganeso presentes en secuencias marinas del
Cretácico Inferior en las regiones III y IV de Chile.
Existen también depósitos de cobre asociados a rocas sedimentarias, entre ellos los
ejemplos más notables son los del Kupferschiefer de Europa y la Faja Cuprífera de Zambia.
Sin embargo, aunque la precipitación directa de minerales cupríferos es una posibilidad, la
mayor parte de los autores sugieren que estos depósitos tienen un origen post-sedimentario,
relacionado a la diagénesis de las rocas sedimentarias que contienen estos depósitos
cupríferos.
6. Procesos supérgenos: La acción de la meteorización y de las aguas subterráneas pude
producir depósitos minerales de valor económico, ya sea por efectos sobre rocas o por
modificación de mineralización hipógena preexistente.
Depósitos residuales: La acción de la meteorización y circulación de aguas subterráneas
puede dar origen a depósitos residuales mediante la lixiviación de ciertos componentes de
las rocas o minerales y dejando un residuo de interés económico. Para que se formen este
tipo de depósitos se requiere que exista una intensa meteorización química, tal como
ocurre en climas tropicales con altas tasas de precipitaciones. En zonas tropicales, muchas
rocas se meteorizan originando suelos de los cuales todos los materiales solubles han sido
disueltos y este tipo de suelos se denominan lateritas. Los hidróxidos de hierro y aluminio
son algunas de las sustancias naturales más insolubles y las lateritas están constituidas
Procesos Mineralizadores 14
principalmente por estos compuestos, los que si están mezclados no tienen valor. Sin
embargo, si las lateritas tienen un solo metal concentrado, como el aluminio, pueden
constituir depósitos económicos, excepto en las lateritas de Fe que son muy pobres como
para ser de interés económico.
Cuando una laterita está constituida de casi puro hidróxido de Al se denomina bauxita y es
la principal mena de aluminio.
Otros depósitos residuales de interés económico son los de níquel, los que se forman por
meteorización intensa en climas tropicales de rocas ricas en Ni, tales como peridotitas y
serpentinitas que tienen alrededor de 0.25% Ni. Durante la lateritización de tales rocas se
libera el Ni, pero este rápidamente precipita ya sea con óxidos de Fe o en filosilicatos
niquelíferos en la roca meteorizada debajo de la laterita. El cobalto también puede ser
concentrado de la misma manera, pero generalmente es fijado en óxidos de Mn.
Depósitos supérgenos: las aguas superficiales que percolan a través de cuerpos
mineralizados de sulfuros hipógenos producen su oxidación y liberan solventes que
disuelven otros minerales. La pirita es uno de los sulfuros más comunes y se descompone
en hidróxidos de Fe y ácido sulfúrico. Las soluciones supérgenas pueden lixiviar cobre,
zinc y plata, redepositandolos como sulfuros supérgenos (secundarios) inmediatamente
debajo del nivel de aguas subterráneas; esto puede producir enriquecimiento del contenido
metálico del mineral pre-existente. Tanto la zona superior oxidada, como la enriquecida
por los procesos supérgenos de los depósitos tienen importancia económica: la primera
porque en general los óxidos son más baratos de beneficiar y la segunda porque el mineral
sulfurado con enriquecimiento supérgeno tiene mejores leyes que el mineral primario.
Depósitos exóticos: La migración lateral de soluciones supérgenas a partir de depósitos
cupríferos mayores, tales como los pórfidos cupríferos chilenos, puede transportar su
contenido metálico a través de sistemas de paleodrenaje hasta distancias de 8 km del
depósito fuente y producir mineralización cuprífera oxidada dentro de sedimentos o rocas
del sustrato. Ej. Depósitos Mina Sur de Chuquicamata (Exótica), Damiana, El Tesoro,
Sagasca, Hiquintipa.