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