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• Jose Carlos Romero

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PROCESOS SUPERGENOS Procesos supérgenos y enriquecimiento secundario Alteración supérgena Enriquecimiento secundario Comportamiento de metales en ambiente supérgeno Procesos supérgenos Zonación supérgena y comportamiento geoquímico de metales Importancia de la pirita en procesos supérgenos Factores condicionantes para el enriquecimiento supérgeno Procesos supérgenos en yacimientos de plata Procesos supérgenos en yacimientos de oro Bacterias oxidantes

Procesos supérgenos y enriquecimiento secundario • Erosión  Exhumación  Meteorización • Meteorización de depósitos minerales hipógenos – Cambio mineralógico – Destrucción/empobrecimiento – Concentración/enriquecimiento secundario

Alteración supergena • 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 supergenas. • Afecta a los silicatos generando minerales de arcillas (halloysita, smectita) y a los sulfuros hipógenos que se transforman en minerales oxidados.

Enriquecimiento secundario • Proceso resultante de la meteorización (alteración supergena) de depósitos minerales, en el cual la oxidación produce soluciones ácidas que lixivian metales transportándolos hacia abajo y reprecipitándolos, con el consecuente enriquecimiento de los minerales sulfurados originalmente presentes. • Muy importante en pórfidos cupríferos

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 • Oxidación  destrucción de sulfuros hipógenos • Lixiviación  remoción de metales en solución como sulfatos • Reacción con minerales de las rocas o ganga  minerales oxidados estables • Precipitación de sulfuros supergenos (bajo el nivel de aguas subterráneas

Procesos supergenos • Se requiere que los depósitos sean exhumados • Dataciones K-Ar de alunita supergena de pórfidos cupríferos chilenos (Sillitoe y McKee, 1996) mostraron que los procesos supergenos comenzaron >11 Ma después de la mineralización hipógena • Las dataciones K-Ar revelan un rango entre 34 y 14 Ma (Oligoceno – Mioceno Medio) para los procesos supergenos de oxidación y enriquecimiento en el norte de Chile

¿Cuanto duran? • Las dataciones K-Ar (alunita) de Sillitoe y McKee (1996) indican períodos de 0,4 a 6,2 Ma para el desarrollo de la actividad supergena en los pórfidos Cu-Mo del norte de Chile • Modelo teórico de Ague y Brimhall, 1989 indica que en condiciones ideales el proceso de reequilibrio puede completarse en 12.000 años • El proceso cesa una vez que una nueva mineralogía estable se forma, pero puede reactivarse por la continuación de la denudación y descenso del nivel de aguas subterráneas

Limonita FeO*OH*nH2O Hematita Fe2O3 Malaquita Cu2CO3(OH)2 Atacamita CuCl(OH)3 Azurita Cu3(CO3)2(OH2) Crisocola CuH4Si4O10(OH)8 Calcosina Cu2S Covelina CuS

Calcopirita CuFeS2 Bornita Cu5FeS4 Piriita FeS2

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Zonación supérgena y comportamiento geoquímico de metales

Andacollo

Zonación supergena en pórfidos cupríferos

Etapa inicial de formación de un pórfido cuprífero ligado a una cámara magmática en profundidad con mineralización hipógena formándose sobre el ápice del intrusivo y en rocas de caja reactivas.

La erosión remueve la cubierta de rocas sobre el depósito de cobre original. La meteorización y el agua meteórica descendente produce la lixiviación del cobre de la parte superior y su re-depositación debajo del nivel de aguas subterráneas. Esto produce una zona enriquecida en cobre usualmente de alta ley y bastante horizontal.

Después de la erosión y enriquecimiento el depósito puede ser cubierto por rocas volcánicas y/o gravas, lo cual protege la zona enriquecida de erosión posterior. En la superficie puede haber escasos indicios de la riqueza geológica que yace en profundidad. Ej. Ujina, Spence, Gaby.

Para encontrarlos se requiere de métodos especiales: Ej. geoquímica, geofísica, arriesgar un número de sondajes, persistencia y suerte.

Ignimbrita

Zona oxidada - lixiviada

Zona enriquecida

UJINA

Zonación supérgena en Cerro Colorado

La pirita (FeS2) es un sulfuro de hierro muy común que es estable en condiciones anóxicas (sin oxígeno). Sin embargo, expuesta al aire o a las condiciones oxidantes en subsuperficie sobre el nivel de aguas subterráneas un mol de pirita se oxida para formar 2 moles de ácido sulfúrico en una reacción de tres pasos: • (Eq. 1) FeS2 + 7/2O2 + H2O = Fe2+ + 2SO42- + 2H+ • (Eq. 2) Fe2+ + 1/4O2 + 3/2H2O = FeOOHppt + 2H+ • (Eq. 3) FeS2 + 15/4O2 + 7/2H2O = Fe(OH)3ppt + 2SO42- + 4H+

Importancia de la pirita en procesos supérgenos • El ácido sulfúrico generado por la oxidación de la pirita contribuye a la descomposición de otros sulfuros hipógenos, hidrólisis de minerales silicatados (alteración supérgena) y a formar sulfatos solubles de algunos metales como el cobre. • Stokes (1907) demostró experimentalmente como la reacción entre iones Cu y la pirita puede resultar en enriquecimiento secundario.

Ecuación de Stokes • 5FeS2 + 14Cu+2 + 14SO4-2 + 12H2O  pirita Cu disuelto como sulfato 7Cu2S + 5Fe+2 + 24H+ + 17SO4-2 calcosina • El exceso de ácido se neutraliza bajo el nivel de aguas subterráneas donde el ambiente es reductor y la calcosina permanece incrementando las leyes de Cu en esta zona.

Minerales en zona de enriquecimiento supergeno de Cu • Calcosina Cu2S • Digenita • Anilita • • • •

Djurleita

Cu9S5 Cu7S4 Cu31S16

79,8% Cu 78,10% Cu 77,62% Cu 70,34% Cu

Covelina Cu S Cuprita Cu2O

66,4% Cu 88,8% Cu

Cu nativo Cu

100% Cu

Factores condicionates para el enriquecimiento supergeno • • • • • • • •

Evolución geomorfológica (exhumación) Clima Mineralogía hipógena (mena y ganga) Composición de la roca de caja Estructura Nivel de aguas subterráneas Agentes orgánicos: Bacterias Estos factores son interdependientes

Reemplazo de sulfuros hipógenos por sulfuros supergenos bajo el nivel de aguas subterráneas

Cubiertas lixiviadas (Anderson, 1983)

Cubiertas lixiviadas (Anderson, 1983)

Cubiertas lixiviadas (Anderson, 1983)

Gossan o sombrero de

Zona de oxidación: Rosario de Collahuasi

Zona de oxidación: Rosario de Collahuasi

La Escondida: Mineralización Oxidada

La Escondida: Enriquecimiento Secundario

Zona de enriquecimiento secundario: Rosario de Collahuasi

Yacimientos exóticos de cobre

Mineralización exótica por migración lateral de soluciones supergenas

Mineralización exótica: gravas de Huiquintipa, Distrito Collahuasi

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PROCESOS SUPERGENO S

Turquesa Norte

Sistema Porfirico El Salvador Damiana

Epoca metalogénica Supegena Oligoceno Superior – Mioceno Inferior

Migración lateral de soluciones (mineralización exótica)

Sílice - Arcilla

Sílice - Caolín - Sericita

Sílice - Hematita

Yeso - Arcilla

Camus, 2003 5 Km.

Procesos supérgenos en yacimientos de plata • La química en el ambiente supergeno de la plata es aproximadamente similar a la del Cu, aunque el Cu forma carbonatos insolubles (malaquita, azurita), mientras que la Ag no. • La plata se solubiliza como sulfato y precipita bajo el nivel de guas subterráneas como acantita (AgS2; polimorfo de baja temperatura de la argentita) y, por lo tanto, puede formar zonas de enriquecimiento secundario de sulfuros. • En el caso que existan elementos halógenos en el ambiente supergeno la plata formará haluros insolubles sobre el nivel de aguas subterráneas (cerargirita, yodargirita, bromargirita), minerales que son comunes en la zona oxidada de muchos yacimientos argentíferos del norte de Chile y que producen un importante enriquecimiento de la zona de oxidación de los mismos.

Procesos supergenos en yacimientos de oro • El Au no es reactivo químicamente. • El Au se enriquece cerca de la superfice por: – Concentración residual (remoción de sulfuros y ganga soluble) – Procesos químicos que involucran la migración del Au

• Dada la limitada movilidad del Au, este tiene menos tendencia a enriquecerce en la zona de sulfuros supergenos.

Procesos supergenos en yacimientos de oro • Los minerales hipógenos de oro son Au nativo, aurostibnita, fischerita y varios teluros de Au. La pirita, arsenopirita y pirrotina también pueden incluirse debido a que aportan una gran proporción de Au en muchos distritos. • Au nativo es el único mineral supergeno de oro • Se presenta en pepitas, barritas irregulares, laminillas, dendritas, alambres, ramitas, agregados, pelos, filamentos, filigramas, láminas y metal finamente dividido llamado pintura o mostaza de oro.

Procesos supergenos en yacimientos de oro • El oro es liberado en la zona de oxidación por la descomposición de sulfuros y es incorporado en minerales y compuestos amorfos que cenemtan los gossans, donde el Au está intimamente mezclado con limonita, wad (óxidos de Mn) y otros agregados. • En zonas de oxidación permeables el oro fino puede moverse físicamente hacia abajo por gravedad o por las aguas percolantes. • Gran parte de la explotación aurífera en Chile se ha restringido a la porción oxidada de los yacimientos donde las leyes son más altas y el oro está libre.

El rol de las bacterias • Las bacterias a menudo tienen participación directa en la alteración química de minerales en el ambiente supergeno. • Algunos minerales o productos intermedios de la descomposición de los mismos pueden ser necesarios directa o indirectamente para su metabolismo. • La disolución de sulfuros en condiciones ácidas (drenaje ácido de rocas o minas), la precipitación de minerales bajo condiciones anaeróbicas, la adsorción de metales por bacterias u algas, la formación y destrucción de complejos metálicos-orgánicos son ejemplos de participación directa o indirecta de microorganismos.

El ciclo del azufre y acción bacterial

Bacterias oxidantes • Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus organoparus y Thiobacillus acidophilus • Bacterias que son capaces de derivar energía de la oxidación de minerales sulfurados e ión ferroso y producen ácido sulfúrico (Ej. iones hydrogeno, H+, e iones sulfato, SO42-) como producto de su metabolismo. • Descomponen los sulfuros, liberan los metales y acidifican las aguas (drenaje ácido de rocas y minas)

• La oxidación de sulfuros catalizada por acción bacterial puede tener razones de reacción de seis ordenes de magnitud mayores (1.000.000 de veces) que las mismas reacciones en ausencia de las bacterias. • De ahí su uso en biolixiviación

Condiciones favorables para oxidación rápida de sulfuros • Ión ferroso para la oxidación de sulfuros. • Thiobacillus ferrooxidans y oxígeno para la oxidación del ión ferroso a férrico. • pH compatible con el habitat de las T. ferrooxidans, tipicamente pH 1.5-3.5 • La actividad metabólica de las T. ferrooxidans es dependiente de la temperatura, siendo máxima a ~30-35°C

Biomineralización • Existen algunas bacterias que pueden cristalizar en sus superficies celulares una variedad de metales como Fe, Mn, Zn, Ca y Au. • Minerales de Ca constituyen ~50% de los biominerales conocidos. • Southam y Beveridge, 1994 mostraron experimentalmente que Bacillus subtilis, una bacteria común en suelos, es capaz de acumular oro por difusión a través de la membrana celular y su precipitación en el citoplasma. • Ellos sugieren que el oro es estabilizado internamente como un complejo orgánico y luego es precipitado como una solución coloidal una vez que se ha alcanzado una concentración crítica.

Biomineralización • Existen algunas bacterias que pueden cristalizar en sus superficies celulares una variedad de metales como Fe, Mn, Zn, Ca y Au. • Minerales de Ca constituyen ~50% de los biominerales conocidos. • Southam y Beveridge, 1994 mostraron experimentalmente que Bacillus subtilis, una bacteria común en suelos, es capaz de acumular oro por difusión a través de la membrana celular y su precipitación en el citoplasma. • Ellos sugieren que el oro es estabilizado internamente como un complejo orgánico y luego es precipitado como una solución coloidal una vez que se ha alcanzado una concentración crítica.

Biomineralización • La diagénesis posterior de sedimentos que contienen bacterias enriquecidas en Au resultaría en recristalización y coalescencia del Au para formar pepas de oro. • En ciertos depósitos de Au se ha postulado que en la concentración del metal precioso han participado bacterias. • Investigacioones de Placer Dome en placeres auríferos de Cerro Pelado, Brasil sugieren que las pepas de oro han crecido por acción bacteriana y no corresponden exclusivamente a una concentración gravitacional aluvial.

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