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Curso: GEOLOGIA Y MINERALOGIA
INGENIERIA METALURGICA
Modulo III: Metalognesis
Sistemas de Cobres Porfdicos Modelos de mineralizacin en cobres porfdicos Fenmenos de alteracin suprgena-enriquecimiento secundario
U N I V E R S I D A D D E C O N C E P C I O N INSTITUTO DE GEOLOGA ECONMICA APLICADA
Prof. Marcos Pincheira Nez
SISTEMAS DE PRFIDOS CUPRFEROS
Los prfidos cuprferos son esencialmente depsitos minerales de baja ley y gran tonelaje.
Yacimientos de Cu (-Mo-Au) de gran tonelaje y baja ley 50 a 500 Mt de mineral con 1% Cu y 0.02% Mo En Chile algunos gigantes con >1.000 Mt y con >1% Cu
Cristales de plagioclasa y feldespatos
Masa fundamental microcristalina
Se denominan prfidos porque frecuentemente, se asocian con rocas gneas intrusivas de textura porfdica con fenocristales (feldespatos, biotitas) en una masa fundamental microcristalina de grano fino.
Diseminacin de calcopirita
y bornita
Los depsitos de tipo prfido cuprfero se pueden subdividir
en distintos tipos considerando su contenido metlico.
Cu-Mo,
Cu-Au,
Cu-Au y Mo.
En general los prfidos se asocian a intrusivos derivados por
cristalizacin fraccionada de magmas bsicos originados en
fusin parcial del manto en mrgenes convergentes de
placas (mrgenes continentales activos y arcos de islas).
DEPSITOS DE COBRE PRFIDICO
Magmas con importante contenido de agua
Durante este proceso, en cuanto el magma hidratado alcance presiones litostticas lo suficientemente bajas como para que se exsuelva el agua que contiene, este detendr su ascenso y cristalizar en el lugar. Produciendo el escape de los fluidos hidrotermales portadores de la mineralizacin metlica
El magma que se genera en mrgenes convergentes de placas es un magma hidratado, ya que el agua migra desde la placa ocenica en subduccin hacia la corteza inferior y luego se incorpora al magma que se est formando, junto con otros voltiles como H2S, S
-2, CO2, Cl, As.
El agua hace menos viscoso el magma y permite que pueda alcanzar altos niveles corticales en su emplazamiento, lo que es esencial para la formacin de prfidos cuprferos.
~1-3 km
Superficie
SISTEMAS DE PRFIDOS CUPRFEROS
Intrusin Magma hidratado
~400C
Exsolucin del agua desde el magma
Intrusin Prfido
portador de la
mineralizacin de
Cu-Mo
Chimenea de
brechas
hidrotermales
El Cl se encuentra disuelto en cantidades importantes en el magma, y tiene un
coeficiente de particin DClH2O/magma = 106, por lo tanto prcticamente todo el cloro
prefiere entrar en solucin acuosa y muy poco permanece disuelto en el magma. La
importancia de esto radica en que el cobre es movilizado a alta temperatura como
un complejo clorurado
Otra condicin importante es que la mezcla silicatada fundida no llegue al punto de
saturacin del azufre antes que se produzca la saturacin y exsolucin del agua
(ebullicin retrograda).
Como el cobre es un elemento calcfilo (D Cu sulfuro/ magma >>> 100) , la presencia de
azufre exsuelto retirara del magma una gran cantidad de cobre, formndose
sulfuros de cobre en la roca magmtica, por lo que el Cu no estara disponible en el
momento de la migracin de los fluidos hidrotermales hacia las rocas circundantes.
El coeficiente de particin (D) de una sustancia, es la razn entre las concentraciones de esa sustancia
en las dos fases de la mezcla formada por dos disolventes inmiscibles en equilibrio.
Por tanto, ese coeficiente mide la solubilidad diferencial de una sustancia en esos dos disolventes.
D = [sustancia-1] / [sustancia-2] Donde [sustancia]1 es la concentracin de la sustancia en el primer
disolvente y, [sustancia]2 es la concentracin de la misma
sustancia en el otro disolvente.
La mineralizacin primaria (hipgena) se puede desarrollar:
Completamente contenida dentro del prfido,
En parte en el prfido y en parte en las rocas de caja o
Completamente en las rocas de caja circundantes al prfido.
En general, la zona mineralizada corresponde a un cuerpo aproximadamente cilndrico subvertical.
Los cuerpos mineralizados estn normalmente rodeados por una envoltura rica en pirita.
Igual que la alteracin la distribucin de la mineralizacin sigue
tambin una disposicin concntrica, con respecto del prfido
central.
MODELO DE MINERALIZACIN PRIMARIA (HIPGENA) EN LOS PRFIDOS CUPRFEROS
La mineraloga primaria de los prfidos cuprferos andinos es muy simple, consiste de pirita (FeS2), calcopirita (CuFeS2) como los sulfuros ms abundantes, con cantidades menores de bornita (Cu5FeS4) y calcosina (Cu2S) en las partes internas.
El Mo est contenido en la molibdenita (MoS2), con una razn Cu/Mo promedio de 40:1. En las partes altas de los sistemas aumenta el contenido de sulfosales de cobre con enargita (Cu3AsS4) y tennantita ((Cu,Fe)12As4S13), generalmente en forma de vetas. Esta mineralizacin tarda puede incluir tambin esfalerita (ZnS) y galena (PbS).
La parte central es una zona de baja ley con algo de calcopirita y molibdenita. La pirita es un constituyente menor en esta zona.
MODELO DE MINERALIZACIN EN PRFIDOS CUPRFEROS
Zona mineralizada: Hacia afuera existe un incremento de la mineralizacin, primero de molibdenita y luego de calcopirita en la zona ms intensamente mineralizada (ore shell).
La mineralizacin se ubica en la zona de transicin entre la alteracin potsica y la alteracin flica, siendo poco frecuente en la zona arglica, la cual aparece en muchos yacimientos como un fenmeno tardo sobreimpuesto a las otras zonas de alteracin.
Diseminacin de calcopirita y bornita
Exteriormente se localiza una envoltura piritosa donde la pirita puede alcanzar hasta un 15 % en peso, acompanada por pequeas cantidades de calcopirita
Distribucin de zonas de alteracin hidrotermal y de mineralizacin hipgena en un prfido cuprfero.
Modelos combinados de Lowell y Gilbert (1970 ), Gustafson y Hunt (1975) y Giggenbach (1997).
Ar.Int
Ar.Av
MODELOS DE LA MINERALIZACIN HIPGENA
Curso: GEOLOGIA Y MINERALOGIA
INGENIERIA METALURGICA
Modulo III: Metalognesis
Procesos Suprgenos en Prfidos Cuprferos Enriquecimiento Secundario Depsitos de Cobre Extico
U N I V E R S I D A D D E C O N C E P C I O N
INSTITUTO DE GEOLOGA ECONMICA APLICADA
Prof. Marcos Pincheira Nez
Superficie
Nivel fretico
Exhumacin de un
prfido cuprfero
Aprox.
3-5 km
O2 + CO2+ H2O
Sismos
Procesos suprgenos:
(entre la superficie y el
nivel fretico)
Procesos hipgenos:(bajo
el nivel de aguas freticas)
Procesos suprgenos
Oxidacin y destruccin de sulfuros hipgenos
Generacin de soluciones cidas producidas por la descomposicin de
la pirita principalmente
Lixiviacin y remocin de metales en solucin como sulfatos
Percolacin y reaccin con los silicatos en las rocas
Formacin de niveles superficiales con alteracin arglica
Neoformacin y depositacin de minerales oxidados
Precipitacin de sulfuros secundarios (bajo el nivel de aguas freticas)
proceso de enriquecimiento supergeno
Oxidacin y destruccin de sulfuros hipgenos
Exhumacin de un prfido cuprfero y alteracin suprgena
3-5 km Nivel fretico
Prfido profundo
Envoltura rica en pirita (hasta un 15 % en peso), con trazas de calcopirita y molibdenita.
O2 + CO2+ H2O
pH = 5,6 a 6
Exhumacin: Alzamiento tectnico y erosin
Nivel fretico
Enriquecimiento suprgeno
Prfido exhumado
Cubierta lixiviada y
zona de oxidacin Pirita + H2O + O2 Fe+++ + SO4
= + 4H+ + [Me++(aq)]
O2 + CO2+ H2O
Procesos de Alteracin Suprgena
El ambiente de los fenmenos suprgenos, tiene lugar en la parte ms externa de
la corteza, por sobre el nivel de aguas freticas, bajo condiciones de temperatura
cercana a la ambiental, alto contenido de H2O (meterica), oxigeno y CO2.
La alteracin suprgena modifica minerales previamente formados en condiciones
muy diversas, re-equilibrndolos a las condiciones antes mencionadas
Nivel fretico
Superficie
Precipitacin aguas
lluvia
Zona rica en
Oxigeno
H2O, CO2
Ambiente
suprgeno:
T ambiente
pH variable
neutro a
cido
Soluciones
percolantes
Roca en
superficie
Minerales de
mena en
proceso de
alteracin Ambiente hipgeno
Zonacin vertical de la alteracin suprgena
PROCESOS SUPRGENOS EN PRFIDOS CUPRFEROS
Cubierta lixiviada
Zona de oxidacin
Zona primaria del prfido
Zona de cementacin o enriquecimiento secundario
xidos, sulfatos, silicatos, carbonatos, cloruros, etc.
Calcosina, covelina
Pirita, calcopirita, bornita, galena, esfalerita, etc.
Nivel fretico
Limonitas: goethita, hematita, jarosita
CO2, O2 Superficie
Cubierta lixiviada
Es la zona en contacto con la superficie, donde los proceso de oxidacin son
ms intensos, provocando la disolucin y transporte del cobre hacia zonas ms
profundas o lejanas. Generalmente presenta contenidos relictos anmalos de
elementos metlicos (Cu, Mo, Au, Pb, Zn, etc.), lo que junto con su contenido de
limonitas, que le confiere un vistoso color pardo, es utilizado para localizar los
yacimientos de este tipo desde la superficie.
PROCESOS SUPRGENOS EN PRFIDOS CUPRFEROS
Nivel fretico
Cubierta Lixivida con limonitas, goethita, hematita, jarosita, lepidocrosita
CO2, O2
Superficie
Cubierta lixiviada
Zonas ms superficiales con remplazo total por hidrxidos y xidos de hierro tales como Goethita (gt) y hematita (hm)
gt
hm
Zonas mas profundas con relictos de la mineralizacin primaria de calcopirita (cpy), restos de calcosina (cc) como producto del reemplazo de la calcopirita. Ambas en proceso de oxidacin y reemplazo por goethita
gt
Cc
PROCESOS SUPRGENOS EN PRFIDOS CUPRFEROS
PROCESOS SUPRGENOS EN PRFIDOS CUPRFEROS
Zona de oxidacin
El cobre solubilizado en la parte superior encuentra condiciones de mayor
estabilidad en esta zona y es depositado en forma de minerales oxidados de
cobre, comnmente de color verde o azul (brochantita, malaquita, atacamita,
crisocola, etc.).
Zona Oxidacin: con xidos, sulfatos, silicatos, carbonatos, cloruros, etc.
Nivel fretico
CO2, O2
Superficie
Minerales de Cobre comunes en zonas de oxidacin superficial
%Cu Nombre Frmula qumica
56,20 Brochantita Cu4(SO4)(OH)6
53,74 Antlerita Cu3(SO4)(OH)4
25,45 Chalcantita CuSO45(H2O)
18,82 Kroehnkita Na2Cu(SO4)22(H2O)
59,51 Atacamita Cu2Cl(OH)3
44,44 Paratacamita (Cu,Zn)2(OH)3Cl
52,93 Gerhardtita Cu2(NO3)(OH)3
24,17 Crisocola (Cu,Al)2H2Si2O5(OH)4n(H2O)
Sulfatos
Silicatos
Nitratos
Haluros
Minerales de Cobre comunes en zonas de oxidacin superficial
%Cu Nombre Frmula qumica
60,56 Pseudomalaquita Cu5(PO4)2(OH)4
7,81 Turquesa CuAl6(PO4)4(OH)84(H2O)
88,82 Cuprita Cu2O
79,89 Tenorita CuO
44,91 Olivenita Cu2AsO4(OH)
21,09 Chenevixita Cu2Fe+3
2(AsO4)2(OH)4(H2O)
57,48 Malaquita Cu2(CO3)(OH)2
55,31 Azurita Cu3(CO3)2(OH)2
35,01 Lindgrenita Cu3(MoO4)2(OH)2
Molibdatos y Wolframatos
Carbonatos
Arseniatos
Oxidos e Hidrxidos
Fosfatos
Zona Oxidos
Copper pitch asociado con crisocola. Crisocola intercrecida con cuarzo y pseudomalaquita.
Crisocola intercrecida con copper pitch.
Grano de Copper pitch intercrecido con crisocola y arcillas caf rojizas.
Malaquita asociada con cuprita y tenorita.
Mq
Tn
Cup
Vetillas de atacamita cortando prfido feldesptico argilizado.
PROCESOS SUPRGENOS EN PRFIDOS CUPRFEROS
PROCESOS SUPRGENOS EN PRFIDOS CUPRFEROS
Zona de cementacin o enriquecimiento suprgeno
Es la situada por debajo del nivel fretico, en la que se produce el enriquecimiento
del contenido de cobre, con el desarrollo de sulfuros de cobre de tipo calcosina
Cu2S (79,8% Cu) y covelina CuS (66,5% Cu), a partir del reemplazo de los sulfuros
primarios calcopirita CuFeS2 (34,6% Cu), pirita FeS2 y otros.
Calcosina, covelina
Nivel fretico
CO2, O2 Superficie
Zona enriquecimiento secundario
Cpy
Cv
Cv
PROCESOS SUPRGENOS EN PRFIDOS CUPRFEROS
PROCESOS SUPRGENOS EN PRFIDOS CUPRFEROS
Zona primaria
Caracterizada por la mineralizacin inalterada de sulfuros de origen hidrotermal,
por ejemplo calcopirita, bornita, molibdenita, pirita etc.
Pirita, calcopirita, bornita, galena, esfalerita, etc.
Nivel fretico
CO2, O2 Superficie
Zona sulfuros primarios PROCESOS SUPRGENOS EN
PRFIDOS CUPRFEROS
PERFIL GEOQUIMICO ASOCIADO A PROCESOS DE ALTERACION SUPERGENA
Cubierta lixiviada
Zona de oxidacin
Zona primaria
Zona de cementacin o enriquecimiento secundario
Las reacciones que se producen oxidan y destruyen los sulfuros con la consiguiente
formacin de iones sulfatos y H+, que implican una acidificacin del medio.
Estos procesos son los que originan las aguas cidas, caractersticas de las reas
mineras.
Son tambin responsables de la destruccin de los sulfuros primarios y su posterior
lixiviacin desde la parte superior del perfil de alteracin suprgena.
En el caso que la lixiviacin haya sido muy eficiente (Ej. La Escondida,
super-leaching donde solo quedan trazas de Cu en la cubierta lixiviada (<
100 ppm Cu) se forman pocos minerales oxidados (porqu??)
Por el contrario en los casos donde la lixiviacin no ha sido muy intensa se
puede originar un volumen importante de minerales oxidados (Ej. El Abra).
La eficiencia de la lixiviacin depende de varios factores, pero uno de los
ms relevantes es la capacidad de la mineraloga primaria de generar
soluciones cidas al reaccionar con los fluidos metericos percolantes.
Para esto, la presencia de pirita es fundamental ya que la descomposicin
de la misma genera cido sulfrico.
2 FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2 Fe 2+ (aq) + 4 SO4
2- (aq) + 4H+ (aq)
El Fe 2+ se oxida a Fe 3+ y forma goethita (limonita) y/o hematita, que se
depositan en la zona de oxidacin (reacciones 1 y 2).
(1) 4FeS2 + 10H2O + 15O2 = 4FeOOH + 16H+ + 8SO4
-2
Pirita Goethita (limonita)
(2) 4FeS2 + 8H2O + 15O2 = 2Fe2O3 + 16H+ + 8SO4
-2
Pirita Hematita
El cobre y otros metales son elemento solubles en ambiente cido y durante los procesos de alteracin se infiltran hacia la
zona de cementacin.
El Cu2+ en solucin se infiltra hacia la zona de cementacin donde dependiendo de la afinidad por el azufre puede reemplazar a otros metales menos afines en los sulfuros: ej. calcopirita CuFeS2 o pirita FeS2.
El proceso de enriquecimiento suprgeno
Alta
afinidad
del catin
por el S-2
Baja
afinidad
por el S-2
Serie de Schrmann
Paladio
Mercurio
Plata
Cobre
Bismuto
Cadmio
Antimonio
Estao
Plomo
Zinc
Niquel
Cobalto
Fierro
Arsenico
Talio
Manganeso
En condiciones reductoras bajo el nivel fretico se producen las reacciones que dan lugar a la formacin de sulfuros secundarios de cobre (calcosina y covelina), por sustitucin de hierro de calcopirita o pirita (reacciones 5, 6 y 7).
(5) Cu 2+ + CuFeS2 = Cu2S + Fe 2+
Calcopirita Calcosina
Stokes demostr experimentalmente como la reaccin entre iones Cu2+ y
la pirita puede resultar en enriquecimiento secundario.
(6) 5FeS2 + 14Cu+2 + 14SO4
-2 + 12H2O = 7Cu2S + 5Fe+2 + 24H+ + 17SO4
-2
pirita Cu disuelto como sulfato calcosina
(7) 2Cu2+ + 2FeS2 + 2H2O + 3O2 = 2CuS + 2Fe2+ + 2SO4
-2 + 4H+
Pirita Covelina
Factores condicionantes para el enriquecimiento supergeno:
Evolucin geomorfolgica (exhumacin)
Clima
Mineraloga hipgena (mena y ganga)
Composicin de la roca de caja (reactividad de la roca encajante)
Estructura (fallas y fracturas)
Nivel de aguas subterrneas
Agentes orgnicos: Bacterias
Estos factores son interdependientes
La capacidad de transporte descendente del Cu depende, de la
mineraloga de mena y ganga puesto que si existen minerales que
reaccionen y neutralicen la solucin (Por ej. calcita o feldespato potsico
y plagioclasas) precipitarn minerales oxidados de Cu en la zona de
oxidacin.
Si por el contrario la mineraloga no es reactiva (alteracin silcea o
cuarzo-serictica) la mayor parte del contenido metlico puede ser
transportado por debajo del nivel de aguas subterrneas donde
precipitar como sulfuros secundarios de Cu al reaccionar con los
sulfuros hipgenos.
Fin