Depósitos formados por procesos sedimentarios y superficiales

1 Introducción

Hemos optado en este capítulo para agrupar varios tipos de yacimientos que tienen la característica común de haber formado en o muy cerca de la superficie de la tierra sólida. Un grupo de depósitos de los resultados de la sedimentación, es decir, la acumulación de granos detríticos o químicos precipitados en los ríos, los lagos, los ajustes de la costa o en aguas poco profundas de los océanos profundos. El otro grupo comprende depósitos que se forman en zonas de meteorización justo debajo de la superficie, por lo general en ambientes tropicales húmedas.

Tabla 5.1 resume estos procesos y da ejemplos de cada tipo de depósito.

En cada caso, los minerales que se extraen en estos depósitos son estables a temperaturas bajas en el, por lo general entorno oxidante húmeda a la superficie de nuestro planeta. Se pueden identificar tres grandes tipos de procesos de mineral de formación.

1. Un yacimiento aluvial es una concentración de partículas erosionadas de minerales valiosos en un depósito aluvial o eluvial de arena o grava. Los minerales de mena en dichos depósitos cristalizan inicialmente dentro de la corteza, de los magmas y rocas metamórficas o de los fluidos hidrotermales. En algunos casos sus concentraciones en estas rocas de origen son más altos que en rocas de la corteza normales, como en una veta de oro o de kimberlita diamantífera, pero en otros casos los minerales son fases accesorias presentes en las concentraciones habituales. Estos minerales son liberados de sus rocas de caja por el levantamiento, a la intemperie y la erosión y luego se concentran en los yacimientos por procesos sedimentarios. Placer yacimientos de oro en los ríos gravas o arenas eólicas y depósitos de minerales pesados Zr y Ti en la arena de playa, son ejemplos de este tipo de depósitos.

2. Otros minerales de mena precipitan de agua del lago o de mar para formar rocas sedimentarias químicas. Los metales u otros minerales valiosos en tales depósitos son solubles en las aguas superficiales, pero precipitan cuando llegan a niveles de saturación o cuando la composición o las condiciones físicas de los cambios de agua. Los ejemplos incluyen los depósitos de sal que resultan de la evaporación de las aguas en los lagos o mares poco profundos, y Fe-Mn-rica o sedimentos que resultan de la mezcla de aguas con diferentes composiciones o estados redox.

3. El tercer tipo de cuerpo de mineral se compone de minerales que son estables en las zonas de intensa erosión en la superficie de la Tierra. Particularmente en condiciones calientes y húmedas, muchos minerales en forma de roca se descomponen para formar fases secundarias que son solubles en las aguas superficiales. Estos compuestos se eliminan por circulación de las aguas subterráneas, dejando sólo los minerales insolubles que se convierten en cada vez más concentrados como los otros minerales, que constituyen la mayor parte de la roca original, se lixivian fuera. Bauxita (el mineral de Al) y Ni depósitos lateríticos forman de esta manera. Un tipo similar de proceso actúa cuando otros tipos de depósitos de mineral están expuestos en la superficie, los componentes solubles se lixivian hacia fuera dejando una capa residual que puede llegar a ser enriquecida en metales valiosos. Este proceso es la alteración calledsupergene o enriquecimiento secundario.

2 Depósitos de placer

Un yacimiento de placer es un depósito de arena, grava o tierra que contiene partículas erosionadas de minerales valiosos. Estos minerales son capaces de sobrevivir y concentrado en el ambiente de la superficie debido a sus propiedades químicas y físicas, como se ilustra en la Tabla 5.2. No son necesariamente termodinámicamente estables, pero sus velocidades de reacción son lentas en comparación con la duración de la erosión, transporte de sedimentos y los depósitos. Un ejemplo es el diamante, que, aunque termodinámicamente inestable a baja presión (James Bond estaba equivocado, los diamantes no son "para siempre"), es muy capaz de sobrevivir el tiempo suficiente para ser transportados desde su origen kimberlítica a un lugar de depósito de gravas en alta mar. Otros minerales en depósitos de placer son de oro, que se produce en la forma nativa o metálica, y óxidos o silicatos tales como rutilo, ilmenita, zircón, y monacita, que son las fuentes de Ti, Zr, Nb y otros metales de alta tecnología. Uraninite sólo es estable en condiciones reductoras como las que existían en la atmósfera, los océanos y los ríos de la primera parte de la historia de la Tierra, y depósitos de placer de estos minerales se formó sólo en el Proterozoico, Arcaico y comienzos. Diamante, uraninita y los óxidos de Zr-Ti son moderadamente a extremadamente duro, que les permite resistir la abrasión como los granos son liberados de sus rocas de acogida y llevan a lo largo de ríos o en las corrientes oceánicas. Oro, por supuesto, es muy suave, pero

también es muy maleable y dúctil, que hace que sea duradero en el transporte sedimentario (Tabla 5.3).

Además de ser resistente en el ajuste de la superficie, la mayoría de los minerales de la mena en depósitos de placer son significativamente más denso que otros minerales que son transportados por procesos de sedimentación. Es esta característica que permite a estos minerales para ser resuelto a partir de minerales detríticos o fragmentos de roca que forman la mayor parte de la carga de sedimentos y se concentra en los yacimientos. La Tabla 5.2 muestra algunos ejemplos: el diamante es sólo ligeramente más denso que los minerales detríticos como el cuarzo o feldespato, y sólo su extrema dureza permite que se acumule. El oro es el ejemplo de lo contrario, su densidad siendo seis veces mayor que la de los minerales que forman rocas comunes. Debido a la alta densidad de contraste, la clasificación por las corrientes del río permite que incluso pequeñas partículas de oro para separar eficazmente de otros granos detríticos, para producir cuerpos de mineral de placer que contienen concentraciones de oro que son mayores en un factor de varios 1.000 que las concentraciones en la corteza continental normal. Clasificación de los minerales moderadamente densas como circón y rutilo es menos eficiente y depósitos de placer de estos minerales son mucho menos enriquecido, que contiene las concentraciones de Zr y Ti que son normalmente sólo 10-100 veces mayor que en rocas de la corteza normales.

2.1 Placeres auríferos

Depósitos de oro de placer han producido dos terceras partes de todo el oro que se ha extraído nunca. El oro ganó fácilmente en los placeres fluviales de California, Australia y otros lugares se extraía a cabo muy rápidamente en las fiebres del oro, por lo general en un período de sólo unos pocos años, y posterior explotación minera en cada uno de estos lugares se convirtió centró en "gold lode"; es decir, oro en las venas en roca sólida depositada a partir de fluidos hidrotermales, como se describe en el Cap. 4. En la actualidad, la producción de oro de los placeres es en gran parte artesanal y constituye sólo una pequeña fracción de la producción total de oro. Por otro lado, la producción continúa en los yacimientos de Witwatersrand de Sudáfrica (Fig. 5.1), un depósito paleoplacer (hidrotermalmente reelaborado) conglomerático que es el mayor yacimiento de oro que conocemos. Los cuerpos minerales Witwatersrand han producido casi la mitad del oro que ha sido extraído nunca. En 1970 todavía representaban la mitad de la producción mundial, pero en 2007 la cifra se había reducido a 11%, debido al agotamiento de los yacimientos poco profundos y ricos en Witwatersrand y el desarrollo de otras minas de oro en muchas partes del mundo. China es ahora el mayor productor.

Lavaderos de oro jóvenes consisten en la acumulación de partículas de oro en la grava del Cuaternario y Terciario, arena o tierra, y sus equivalentes consolidados. Dos grandes tipos se pueden distinguir, los depósitos aluviales, en la que el oro se transporta por vía fluvial o las corrientes oceánicas y se separa de los granos de otros minerales por la acción de estas corrientes y depósitos; eluviales, en la que el oro se mantiene más o menos en el lugar en el sitio de la exposición del depósito primario, mientras que los otros minerales se eliminan.

Un tipo de formas de depósito eluviales en cuesta de la colina justo debajo de las exposiciones de las venas auríferas: sliding gravedad o la acción del viento o el agua elimina los componentes más ligeros que salen las partículas de oro más densas donde se encuentren. Otras formas de tipos sobre las llanuras del desierto, donde los vientos o inundaciones ocasionales eliminan los minerales menos densos o soluble.

En placeres aluviales del río o arroyo camas, el flowage de agua concentrados de oro en los lugares donde la velocidad disminuye notablemente o donde las corrientes contrastantes con caudales o estilos de flujo (laminar o turbulento) se yuxtaponen. Ejemplos incluyen la arena o los bancos de grava en el interior de meandros, por debajo de rápidos y cascadas, aguas abajo de rocas u otros obstáculos, tales como fracturas, articulaciones o nervios en arroyos. En todos estos lugares, las partículas menos densas o más fino son transportadas lejos del sitio de los depósitos de agua de flujo rápido dejando el más denso o granos más grandes en las regiones de la reducción de la velocidad del agua.

Oro en depósitos de placer es casi en su totalidad en la forma metálica y se produce en una gama de tamaños de grano, de partículas o copos minutos a grandes pepitas. Oro en placeres es muy puro, normalmente 80-85% Au, siendo el resto principalmente Ag. En los lugares donde se puede identificar la fuente original de la veta de oro de placer, el oro de placer suele ser más puro que el oro de veta. El refinamiento aparentemente tiene lugar en parte durante la oxidación cuando el oro de veta está expuesto en la superficie, porque la plata es más soluble que el oro en estas condiciones. Sin embargo, las capas finas de oro muy puro (98-99%) se forma comúnmente bordes alrededor de las partículas y pepitas de oro en depósitos de placer, lo que conduce a la hipótesis de que las pepitas de seguir creciendo dentro de los propios placeres por algún tipo de proceso de disolución-precipitación.

Conglomerado o pirítico paleoplacers guijarros de cuarzo, de los cuales los yacimientos de la cuenca Witwatersrand en Sudáfrica son el ejemplo tipo, fueron depositados en riachuelos y abanicos aluviales durante el Paleoproterozoic. Los conglomerados consisten en guijarros bien redondeados de cuarzo, sílex y localmente pirita (fig. 5.2) en una matriz de cuarzo, mica, clorita, pirita y Fuchsite. Contienen oro nativo, pirita y otros sulfuros, arseniuros y sulfosales, uraninita (UO2), brannerite (U4 +, Ca) (Ti, Fe 3 +), pequeñas pepitas de los elementos del grupo del platino y, significativamente (por razones que se explican más adelante) pyrobitumen 2O6. El oro nativo se encuentra en la matriz de los conglomerados y de pequeñas cantidades de oro también ocurrir en la pirita y otros minerales de azufre. Dos tipos morfológicos de oro se pueden distinguir, wellrounded granos que se asemejan a pequeñas pepitas en pequeños depósitos de placer y

agregados irregulares y espesuras euhedrales bien cristalizados que se parecen de oro de origen hidrotermal.

Figura 5.1, un croquis de la cuenca Witwatersrand, muestra la disposición central de las arenas y conglomerados del Rand Central y West Rand grupos que contienen los arrecifes de conglomerados auríferos. También muestra las superpuestas Ventersdorp basaltos de inundación, que protegían a los arrecifes de la erosión, y los granitos y dioritas circundantes, que son la fuente probable del oro. Los sedimentos de los grupos de West Rand Central y fueron depositados entre 2.8 y 3.0 Ga en el margen de un mar interior en un sistema de ríos trenzados que erosionaron el material de las montañas circundantes. Las fluctuaciones en el nivel del mar cambiaron varias veces la posición de línea de costa, la creación de una secuencia de 5 km de espesor de arenas deltaicas, lutitas y conglomerados ~. Los yacimientos se encuentran en las lentes de arenita guijarros en varios niveles estratigráficos en el Witwatersrand supergrupo. Otros depósitos o este tipo incluyen los de la ca. 2.1 Ga Sistema Tarkwaian de Ghana y en Jacobina, Bahia, Brasil.

A pesar de que hemos elegido para describir los depósitos de la cuenca Witwatersrand en este capítulo de los depósitos de rocas sedimentarias, el origen de estos depósitos es controversial. Hay dos hipótesis que compiten por el origen del oro, el modelo de placer y el modelo hidrotermal. Los argumentos a favor y en contra de cada una se resumen en la Tabla 5.1.

De acuerdo con el modelo de placer, granos detríticos de oro y fueron transportados a la cuenca y se depositan en la matriz de los conglomerados. La Figura 5.2 muestra los granos redondeados de pirita detríticos del conglomerado Witwatersrand. En virtud de la atmósfera rica en oxígeno moderna estos granos serían reemplazados por óxidos de hierro y no podrían sobrevivir en condiciones fluviales. Su presencia se toma como evidencia de condiciones más reductoras en el Arcaico más tarde.

De acuerdo con el modelo hidrotermal, fluidos H2O-CO2 calientes, tal vez deriva de la deshidratación de las rocas metavolcánicas debajo de la cuenca, fluido a lo largo de los horizontes conglomeritic permeables y depositado el oro y otros minerales en el espacio de los poros de los sedimentos. Los defensores de ambas escuelas están de acuerdo en que los fluidos hidrotermales, efectivamente, el flujo a través de los conglomerados en una o más ocasiones: la escuela hidrotermal cree que la mayoría o todo el oro se introdujo en estos fluidos, mientras que la escuela colocador cree que estos fluidos causados relativamente menor y recristalización redistribución de oro de origen detrítico. Debido a esto removilización, este último modelo se refiere comúnmente como el "modelo colocador modificado", como en la Tabla 5.1. Ambos grupos han desarrollado numerosas líneas de evidencia y, sin embargo, a pesar de décadas de investigación y discusión, el problema sigue sin resolverse. Al igual que con otro de los grandes sudafricano tipo de mineral - la cromita y depósitos PGE del Bushveld (cap. 3) - ni la fama de los depósitos, ni su importancia económica, ni de largos años de investigación, han sido capaces de resolver las cuestiones pendientes que rodean el origen de los minerales!

2.2 Arenas de playa

La mayoría de los suministros mundiales de titanio y zirconio provienen de las concentraciones de minerales pesados en la arena de playa. Estos elementos son conocidos "de alta tecnología" o metales "era espacial", ya que su alta relación resistencia-peso los hace muy adecuados para la construcción de aviones y naves espaciales, por no hablar de los clubes de golf, las carcasas de los ordenadores Macintosh y los mástiles de yates de carreras. El principal uso de titanio no es como un metal, sin embargo, sino como un óxido: TiO2 es el pigmento que imparte un color blanco brillante a una amplia variedad de pinturas, papeles, plásticos y otros materiales. Los elementos de las tierras raras, que están encontrando usos crecientes en superconductores, cerámica,

baterías, imanes, fósforos en las pantallas de televisión, y catalizadores en refinerías de petróleo, están presentes en monacita, un componente menor en la arena de playa.

Depósitos de minerales pesados en arenas relativamente jóvenes playa son la única fuente significativa de circonio, además de ser una fuente importante de titanio. El último metal también se extrae en depósitos magmáticos de ilmenita (FeO.TiO2) en anortositas en Canadá y Noruega, y como anatasa (TiO2) en depósitos residuales que recubren las intrusiones alcalinas en Brasil.

Los principales minerales de mineral de arenas de la playa de gran minerales son ilmenita (FeO. TiO2), leucoxeno (aproximadamente TiO2, un producto de la alteración de ilmenita), rutilo (TiO2), circón (ZrSiO4) y monacita (fosfato de Th y tierras raras elementos). Las concentraciones de minerales de mineral son muy variables. Los depósitos más ricos contienen hasta un 50% de ilmenita, 5-20% de ambos rutilo y circón y 1-3% de monacita; minerales más normales contienen sólo un pequeño porcentaje de minerales pesados combinados. Sin embargo, puesto que los depósitos se encuentran en la superficie en forma de arenas no consolidadas, los costos de extracción son mucho más bajos que los de los depósitos normales en los que la roca sólido duro primero debe ser extraído de minas profundas luego trituradas antes de los minerales de la mena se pueden extraer.

Todos los minerales pesados en los depósitos de playa de arena se presentan como fases accesorias que están presentes en pequeñas cantidades (<1%) en las rocas magmáticas y metamórficas félsicas normales. Granos de estos minerales se liberan cuando la roca huésped se divide por la erosión subaérea y los granos, que son estables en el entorno fluvial de baja temperatura, son transportados por los ríos y arroyos de las costas de lagos y océanos, donde la acción de las olas , el viento, las mareas o las corrientes de larga costa aventa fuera el cuarzo y feldespato más ligero, dejando las arenas enriquecidas en la densa Ti y Zr minerales. Para que el proceso sea efectivo, un gran reservorio de la roca de origen debe ser sometido a largos periodos de desgaste químico. Esta es la situación en antiguos cratones precámbricos que son ricos en rocas graníticas o gnéisica que contienen concentraciones relativamente altas de Zr y Ti minerales, y que se erosionan a una Penillanura que está sujeta a la intemperie prolongada e intensa, particularmente cuando se encuentra en las regiones ecuatoriales . Cuando las rocas similares se exponen en las cordilleras más jóvenes en climas temporales o frío, a la intemperie mecánica domina y los minerales pesados no están separados de manera eficaz a partir de otros componentes. Por estas razones, los depósitos más grandes están situadas alrededor de viejos continentes estables en las regiones ecuatoriales, es decir, a lo largo de las costas de Australia, Sudáfrica y la India. Estos países son por lo tanto los principales productores de Zr y Ti. Depósitos más pequeños o menos ricas se encuentran en el sur de EE.UU., África Occidental, Malasia y China.

2.3 Diamantes aluviales

Los primeros diamantes descubiertos en Sudáfrica estaban en las gravas del río Orange y sus afluentes. Seguimiento de estos ríos hasta sus fuentes condujo primero al descubrimiento de las fuentes primarias de diamantes en kimberlitas alrededor de la ciudad de Kimberley, en el centro de Sudáfrica, y luego a enormes placeres de playa en la costa occidental del continente en Sudáfrica y Namibia ( . Fig. 5.3).

Depósitos de placer son la fuente de alrededor del 34% de la producción mundial de diamantes. Con mucho, los campos más importantes son las de la costa oeste del sur de África, desde Ciudad del Cabo hasta el Congo, pero los diamantes aluviales han sido extraídos de la India a lo largo de la historia y también en grandes cantidades en Rusia y Brasil. Depósitos de placer normalmente contienen una alta proporción de la gema de diamante de alta calidad (hasta el 97%) debido a monocristales impecables grandes sobreviven los rigores del transporte y deposición de sedimentos mejor que pequeños cristales defectuosos.

Diamantes aluviales del río Orange y sus afluentes (Fig. 5.4) se extraen a escala artesanal de las operaciones comerciales de tamaño medio. Recuperación de los diamantes en gravas en alta mar, que están presentes en profundidades de agua de hasta unos 100 m, requiere el equipo pesado - una amplia flotilla de barcazas conectadas a grandes tubos que absorben los diamantes del fondo del mar (Fig. 5.5).

2.4 Otros Placeres: estaño, platino, torio-uranio

La principal fuente de estaño es la casiterita (SnO2) un mineral magmático que cristaliza en un tipo inusual de granito. Las llamadas "granitos de hojalata" tienen una distribución bastante restringida, tanto en el espacio y el tiempo geológico, son muy raros en el Precámbrico y ser más abundante en épocas posteriores. Los ejemplos más conocidos son en la península malaya, una dotación que ha hecho Malasia, el mayor productor del mundo del este mineral. Aproximadamente la mitad de los depósitos están en los granitos ellos y la otra mitad están en depósitos aluviales de los ríos, arenas de playa y depósitos en alta mar.

Gran parte de la misma historia se aplica a los elementos del grupo del platino. La fuente principal es en las rocas ultramáficas como las del Bushveld Complex (cap. 3), pero en algunas regiones, pepitas de aleaciones PGE liberados por la meteorización y la erosión de las rocas ultramáficas han producido depósitos de placer viables. En algunos casos las fuentes son depósitos de mineral en su propio derecho, como en los complejos ultramáficos de Siberia, en otros casos ofiolitos con ninguna concentración de minerales comerciales han dado los minerales de la mena, como en Nueva Caledonia.

Torio y el uranio se alojan en uraninita en los yacimientos Witwatersrand que, como se mencionó anteriormente, pueden ser de origen aluvial, y en monacita en arenas de la playa. Las playas flanquean algunas partes de la India contienen altas concentraciones de monacita y el país se encuentra desarrollando un nuevo tipo de reactor nuclear que utiliza Th como combustible.

3 Depósitos de hierro sedimentarios

3.1 Introducción

Aunque la producción mundial de algunos productos puede haber alcanzado un máximo y ahora se puede pasar en declive, el petróleo es el ejemplo clave, esto está lejos de ser el caso para el hierro. El consumo mundial de mineral de hierro fue de aproximadamente 1.400 t en 2006, y aun teniendo en cuenta gran aumento debido a la creciente demanda en China y otros países en desarrollo, la cifra anual es poco probable que supere 2.000 t / año (la proporción de hierro reciclado, actualmente 8-10%, es probable que aumente). Reservas mundiales de mineral de hierro (depósitos cuya existencia ha sido probada por la perforación) se estiman en un enorme 800.000t de mineral, y los recursos globales (minerales cuya existencia puede inferirse) son más del doble de esta cantidad. Dividiendo las reservas o recursos de la tasa anual de consumo nos da el período de tiempo antes de que se agoten los minerales de hierro - 400 o cerca de 1.000 años, dependiendo de la figura se utiliza. ¿Cuánto hierro necesitará la humanidad al comienzo del próximo milenio?

Por otra parte, como la mayoría de otras materias primas, los depósitos de mineral de hierro no se distribuyen por igual en todo el mundo. China, el mayor productor del mundo, extrae más de 260 toneladas de mineral de hierro de sus vastos recursos nacionales en 2007, pero también es el mayor consumidor, gracias a la creciente demanda para el acero necesario para construir la infraestructura que se requiere para una rápida industrialización la sociedad. Actualmente China importa cerca de 500 toneladas de mineral al año, principalmente de Australia y Brasil. India está pasando por una fase de reindustrialización similar a la de China, pero muchos geólogos y los políticos creen que las reservas de mineral de hierro en ese país son relativamente limitados. La cuestión de cómo gestionar los recursos minerales

3.2 Tipos y características de los depósitos de hierro

Una combinación de dos procesos produce los minerales de hierro más ricos. Minerales Fe primero precipitar a partir de agua de mar para formar sedimentos química; entonces el desgaste químico actualiza el contenido de Fe cuando el depósito está expuesto en la superficie. (Este último proceso, llamado enriquecimiento supergénico se describe más adelante en este capítulo).

Hay varios tipos diferentes de depósito de hierro, que se enumeran en la Tabla 5.4. El tipo conocido como "mineral de hierro", "Minette" o "Tipo de Lorraine", ha explotado en toda Europa desde el comienzo de la edad de hierro alrededor del año 800 antes de Cristo. Extracción de

minerales de los minerales de hierro de la cuenca Lorena y depósitos cercanos de carbón (necesario para fundir el mineral de hierro) en el norte de Francia, Bélgica y Gran Bretaña impulsó la revolución industrial. Diseños de Alemania en los recursos Lorraine hierro fueron una de las causas de la Primera Guerra Mundial.

Ironstones de la región de Lorraine eran conocidos como "Minette" o "pequeña ore" debido a su bajo contenido de hierro. La calificación fue típicamente alrededor de 30%, aproximadamente el 20-35% menos que en el "fer fuerte", el mineral más rico extraído en otros países. Además, el hierro está presente en minerales de silicato que son difíciles de filtrar, y se acompañan de fósforo y otros elementos que complican aún más los procesos de extracción. Con el descubrimiento de los grandes yacimientos en Brasil y Australia, la minería de minerales Europea se ha convertido en poco competitivos y una tras otra las minas de la cuenca de Lorena han cerrado, el último a finales de 1990.

Ironstones producen como camas lenticulares comúnmente asociados con orgánicos ricos en pizarras negras. Ellos contienen poco o nada de sílex y el hierro está presente en minerales como hematita (Fe2O3) goethita (FeO.OH) asociada con carbonato (siderita, FeCO3) y silicatos tales como greenalite (una serpentina o claywith la composición (Fe2 +, Fe3 +) 2? 3Si2O5OH4), chamosita (a filosilicatos con la composición (Fe 2 +, Mg, Fe 3 +) Al (Si Al) O (OH, O)) y glauconita (K, Na) (Fe, Al, Mg) (Si, Al ) (O, OH). Los óxidos de hierro y chamosita suelen caliza. Además de los

depósitos europeos, ironstones se conocen y se extraen en centralUSAwhere que se conocen como minerales de tipo Clinton. Theywere depositado twowelldefined tramos de edad, en el Ordovícico-Silúrico y otra vez en el Jurásico.

Ironstones se cree que se forman cuando el hierro en los continentes está sujeta a lo profundo intemperie en un clima cálido y húmedo, las condiciones que dan lugar al desarrollo de los suelos lateríticos. El enriquecimiento con hierro inicial y el crecimiento de las pequeñas estructuras redondas, pisolites, se llevaron a cabo en la capa de superficie altamente oxidado en respuesta a los procesos de baja temperatura y química y biogénicas. Los suelos lateríticos fueron transportados en aguas poco profundas en deltas o estuarios donde la acción actual y las olas ordenados y se concentra los minerales de hierro.

Congregada de hierro-formaciones son el tipo dominante de depósito de hierro. El término se utiliza para los sedimentos químicos camas que comprenden capas alternas de minerales de hierro, por lo general óxidos o hidróxidos, y de cuarzo de grano fino o sílex (fig. 5.6). Thebanding se manifiesta a diferentes escalas: camas centímetro de espesor de hierro mineralsand sílex se dividen internamente en láminas milimétricas o sub-milímetro de minerales thesame. Componentes detríticos tales como arcillas, o granos de cuarzo y feldespato, son por lo general poco frecuente. En las principales formaciones de hierro de la Cuenca Hamersley, la continuidad de la ropa de cama es notable: una sola banda de 2,5 cm de espesor se ha trazado sobre una superficie de 50.000 km2 y varves a escala microscópica son continuas durante 300 km.

Congregada de hierro-formaciones (BIF) fueron depositados en tres períodos de tiempo diferentes, todos en el Precámbrico. La más antigua es 3.5-2.7 Ga, el segundo y, con mucho, la más importante de 2,5 a 2,0 Ga, y el tercero, mucho menos importante, de 1.000 a 500 Ma. El marco tectónico de la deposición y los tipos de rocas asociadas es diferente en cada caso, y esto ha dado lugar a los siguientes nombres para cada tipo:

Algoman, Superior y Rapitan, respectivamente.

Depósitos de tipo Algoman son relativamente pequeños y se encuentran en el Arcaico correas de la diorita, en asociación con las rocas volcánicas. Depósitos de tipo Superior son nombrados después del lago Superior entre Canadá y EE.UU., donde primero fueron minados andstudied. Los depósitos en América del Norte ya se han visto eclipsados por los depósitos más grandes de la cuenca del Hamersley de Australia Occidental, la cuenca ofBrazil Transvaal, el "Cuadrilátero Ferrífero" en Brasil, Krivoy Rog en Ucrania y la región Singhbhum de la India. Por último, los depósitos de tipo Rapitan, el nombre de la localidad tipo en las montañas de McKenzie en el noroeste de Canadá, son un tipo relativamente menores asociados con depósitos glaciales Neoproterozoico.

Una clasificación en paralelo de los depósitos BIF se basa en la mineralogía de las fases de hierro. Óxidos (hematita o magnetita) son la fase principal en la mayoría de ironformations bandas, pero en otros carbonato, silicatos, o predominan sulfuro. Los diferentes tipos de minerales de hierro, cuyas composiciones se dan en la Tabla 5.4, son estables bajo condiciones contrastantes de Eh y pH, de relativamente oxidantes a altamente reductora, lo que sugiere que fueron depositados en diferentes ambientes. Como se ve en la figura. 5.7, los óxidos son estables en soluciones ácidas, hematita en alto Eh y magnetita a baja Eh, y pirita y siderita son estables en soluciones casi neutras a bajo Eh (pero estos campos se expanden a altas actividades de carbonato o azufre). En soluciones alcalinas, hierro ferroso es soluble en un amplio intervalo de Eh pero el campo es más amplio en condiciones reductoras. Por lo tanto, se puede ver que un aumento de Eh, la oxidación, estabiliza hematita relativa a Fe2 +, y este proceso es la clave para la formación de la mayoría de los depósitos BIF.

La restricción de este tipo de depósito para el período 2,4-2,0 Ga, y la enorme cantidad de Fe invertido en estos depósitos, se toma comúnmente como evidencia de que la composición de los océanos y la atmósfera de la Tierra ha cambiado notablemente en este momento.

El ambiente Arqueana, pre-2.7 Ga, era una reducción de, mezcla libre de oxígeno de nitrógeno, dióxido de carbono y el metano, más bien como la atmósfera de Júpiter; los océanos eran más caliente, ácido y que contenían abundantes de Si y Fe disuelto. A principios del Proterozoico, el

contenido de oxígeno de la atmósfera y los océanos construyen, o debido a, o en paralelo con, la aparición de abundantes oxigénica cianobacterias, y este cambio condujo a la precipitación de óxidos de Fe y Si. La Figura 5.8 muestra con más detalle cómo funciona el proceso podría haber funcionado durante química o bioquímicamente ayudado precipitación en aguas poco profundas en las plataformas continentales o intracratónicas cuencas, a menudo evaporíticos. En este modelo se supone que el hierro se deriva de entrada hidrotermal lo que implica una fuente volcánica exhalativo, pero otros modelos proponemos una fuente a través de la erosión de continental o corteza oceánica. Cualquiera que sea el caso, se cree que los minerales de hierro y sílice precipitado cuando se reduce a Fe-ricos agua de mar de profundidad se mezcla con agua de mar poco profundas oxigenados. Los diferentes tipos de minerales de hierro se atribuyen a diferentes profundidades y las condiciones de deposición. Las fluctuaciones en el flujo de fluido de entrada explican las bandas centímetro escala. En cuanto a las laminaciones submilimétricas escala, se ha sugerido que estos reflejan un ciclo de calentamiento, la evaporación y la oxigenación durante el día y la moderada actividad durante la noche. En otras palabras, el espesor de las laminillas quizás podría reflejar la longitud de un día, hace más de dos mil millones años!

Tipo Algoman formaciones de hierro probablemente el resultado de la mezcla más local de los fluidos reducidas y oxidadas en las cuencas restringidas contiguas a los continentes Arcaico.

Una asociación con carbonato y sulfuro de facies sugiere que la fuente de hierro eran fluidos hidrotermales exhalativo que emanan de la corteza oceánica. Depósitos Rapitantype se cree que se forman después de "Tierra Bola de Nieve" períodos. Este término se aplica a los períodos durante el Proterozoico, cuando todo el planeta estaba cubierta cubierta por capas de hielo que cubrían los dos continentes y océanos. El agua de mar se convirtió en la reducción, más bien, como en los tiempos arcaicos y fue capaz de disolver el hierro ferroso. Durante los períodos interglaciares del agua de mar mezclada con la reducción de las aguas superficiales oxidados, que conduce a la deposición de las formaciones de hierro.

Formaciones de hierro primarios contienen 20-30% Fe, mientras que los minerales extraídos en la mayoría de los países contienen 55-65% Fe. Procesos de enriquecimiento que actúan sobre las formaciones de hierro después de ser acreditados con base a los continentes y que se exponen en la superficie o cerca explicar la diferencia. La exposición en los climas cálidos y húmedos que circula groundwaterleaches de sílice de la roca y la sustituye por óxidos de hierro. En la provincia de Hamersley, en el distrito de Pilbara en Australia Occidental, por ejemplo, tres tipos principales de proceso de enriquecimiento se reconocen: enriquecimiento secundario, la disolución del hierro del BIF y su redeposición como óxidos de hierro a lo largo de antiguos canales, ríos, principalmente terciarias, la erosión, el transporte de fragmentos de los depósitos de hierro y redeposición de este material detrítico en depósitos secundarios.

3.3 Otros depósitos sedimentarios: Mn, fosfato, nitrito, sal

Depósitos camas individuales de forma Mn de una manera muy similar a formaciones de hierro. Los minerales de mena, pirolusita, un óxido (MnO2) y rodocrosita, un carbonato (MnCO3), precipitan del agua de mar como rocas sedimentarias camas. Controles sobre la solubilidad del Mn son como los de Fe: el metal es soluble en ácido reductor fluidos y su precipitación es causada por un aumento en la alcalinidad o por oxidación. Depósitos de manganeso son comúnmente asociados con los depósitos de hierro y en varios casos se cree que la precipitación inicial de Fe deja el agua enriquecida en Mn que precipita posteriormente como aumenta el grado de oxidación. Este proceso puede ser observado en el Mar Negro, donde muy reducidos (euxínicas) aguas más profundas precipitan pirita lodos ricos como las aguas superficiales más oxidadas precipitan óxidos de Mn.

Depósitos de manganeso ocurren en las rocas de todas las edades. Los yacimientos más importantes son los yacimientos Proterozoico del Kalahari en Sudáfrica, los minerales del Cretácico de Groote Eylandt en Australia y los minerales de rodocrosita del distrito de Molango México.

Fosforita, que se extraen para ser utilizados como fertilizantes, la forma en estantes continente poco profundos o bien por precipitación directa del agua de mar o por el reemplazo diagenéticos de calizas. Los procesos biológicos son importantes en el control de la acumulación de fósforo disuelto en agua de mar y su posterior precipitación.

La evaporación de las salmueras en estuarios o lagos producir precipitados químicos que se extrae para la sal normal (NaCl), silvita (KCl, una fuente de potasio en los abonos), yeso (CaSO4.2H2O, utilizado en la construcción) y de la anhidrita (utilizado en el cemento).

Sodio y potasio nitratos encontrar una lista notable de usos: como un fertilizante, un propulsor sólido para cohetes, un inhibidor de la corrosión y en la pólvora; en la conservación de alimentos, en esmaltes de vidrio y cerámica, en la fabricación de cigarrillos para mantener un quemado del tabaco , y en los dentífricos para dientes sensibles. Grandes depósitos naturales del mundo de nitrato de sodio se encuentran en el desierto de Atacama de Chile, una de las regiones más secas del mundo. La extracción de estas riquezas generadas por Chile hace más de un siglo, hasta la década de 1940 cuando el químico alemán Fritz Haber desarrollado un proceso para producir amoníaco del nitrógeno atmosférico.

4 Lateritas

Lateritas son suelos que se desarrollan a través de la roca prolongada e intensa erosión en climas cálidos y húmedos. La mayoría de las lateritas son relativamente ricos en hierro y no tienen valor económico, pero cuando se forman en granitos o lutitas ricas en arcilla, que forman la bauxita, el

mineral de aluminio, y cuando se desarrollan en las rocas ultramáficas, pueden formar depósitos de níquel lateríticos.

4.1 Bauxita

Tabla 5.5 se presenta una lista de los mayores productores mundiales de aluminio metálico. Incluido en la lista son los grandes países industriales como China y los EE.UU. y varios países con grandes reservas de bauxita, como Australia, India y Brasil. Pero también se incluyen en la lista son países pequeños sin bauxita en absoluto. Islandia, por ejemplo, es una pequeña isla poco poblada volcánica en medio del gélido norte Atlanti - lo que está haciendo en la lista?

La razón es simple: para extraer el metal de aluminio a partir de los óxidos e hidróxidos que son los minerales de mineral de bauxita requiere una gran cantidad de electricidad, una mercancía que Islandia tiene en exceso. Así bauxita o su producto refinado de alúmina (Al2O3) se envía al otro lado del mundo, desde Australia, refinado en Islandia en el metal de aluminio que luego es enviada a los mercados de Europa y América. ¿Tiene esto algún sentido económico? ¿Y cuál es el impacto en el medio ambiente de esos "miles" de bauxita?

En Islandia, el costo de la electricidad es de unos 2 centavos de dólar / kWh (en comparación con un máximo de 7 c / kWh en Alemania). En Australia la electricidad es también bastante barato 3-4 c / kWh, no mucho mayor que en Islandia, pero los costos directos de enviar la alúmina no son enormes y en el equilibrio del comercio es viable. Pero la ventaja real es visto cuando consideramos los asuntos ambientales. En Islandia la electricidad que se produce en plantas hidroeléctricas o geotérmicas que liberan casi sin CO2 a la atmósfera, mientras que en Australia el 76% de la electricidad se produce a partir de carbón, el peor efecto invernadero gasemitter de todos. Al igual que con la discusión sobre si es más sabio que los europeos comen tomates cultivados en invernaderos con calefacción en Holanda o enviado desde el otro lado del Mediterráneo, las consecuencias ecológicas no son inmediatamente evidentes.

Al igual que para el hierro, hay pocas posibilidades de que alguna vez agotar nuestros recursos de aluminio. Las reservas de bauxita son enormes, de unos 25 millones de toneladas, suficiente para durar más de 300 años, incluso teniendo en cuenta en gran medida el aumento del consumo. E incluso si la bauxita fueron nunca totalmente minada a cabo, incluso las cantidades más grandes de Al están presentes en la arcilla y feldespato, cuya abundancia es inconmensurable. Incluso ahora, algunos de aluminio se produce en Rusia por feldespato minería en intrusiones alcalinas.

Depósitos de bauxita del mundo se encuentran principalmente en las regiones ecuatoriales de clima tropical, Guinea, Australia, Brasil y Jamaica. Los mayores y más ricos depósitos se forman en penillanura continentales que están sujetos a largos períodos de alternancia de estaciones secas y húmedas, las condiciones que hacen que el nivel freático a oscilar. Como su nivel de alzas y caídas de agua subterránea, los componentes más solubles son lixiviados y lo que queda es un suelo lateríticos que retiene solamente los componentes más insolubles. En algunas partes de África,

América del Sur y Central y Australia, laterización en superficies planas peneplained ha persistido por hasta 100 millones de años, originó una gruesa manta profundamente degradado lateríticos cuyo espesor puede alcanzar los 150 m.

La mayoría de los principales elementos que forman rocas - Si, Fe, Mg, Ca, Na y K - es moderada a altamente soluble en el agua casi neutras (pH 5-9) en horizontes lateríticos intemperie. Los óxidos de estos elementos representan alrededor del 80% de feldespato rocas como el granito, gneis y esquisto y si fueron totalmente eliminados, la concentración de Al2O3 aumenta cuatro veces, de alrededor del 15% (el nivel de la roca madre) para cerca de 60 %, el nivel de riqueza Al mineral. Los mejores bauxita son mezclas de hidróxidos de Al - gibbsita (Al (OH) 3), y dos polimorfos con la composición AlO (OH), boehmita y diáspora. En la práctica, la eliminación de los componentes más solubles no es completa, algunos de ellos se conservan en la roca parcialmente alterado y otros se acumulan, a menudo en minerales secundarios, a diversos niveles en el perfil laterítico suelo.

En la figura. 5.9 se muestra un perfil a través de dos yacimientos lateríticos, uno que contiene la bauxita y el otro un laterita de Ni. La zona saprolith en la base del perfil se compone de roca altamente degradado que conserva gran parte de su textura y estructura original. Feldespato y los minerales ferromagnesian se destruyen y los componentes solubles se eliminan parcialmente, mientras que Si y Al se retienen en arcillas y algo de Fe se retienen en la goetita y hematita. En la parte superior de la saprolith y en el pedolith todos, pero los minerales primarios más resistentes son destruidos y en la roca compuesta enteramente por arcillas, óxidos de Al y Fe y hidróxidos, y pequeñas cantidades de cuarzo residual. La textura original está completamente perdido y la roca tiene una estructura pisolitic o nodular que resulta de episodios repetidos de disolución y acreción.

El pedolith superior consta de gravas y duricrust Fe-óxido-ricas no consolidadas o cementada.

La mayoría de las lateritas en las regiones ecuatoriales tienen los contenidos de hierro que los hace inadecuados para la recuperación de aluminio. La bauxita forma más pura a través de una combinación de procesos, (1) la presencia de Al-rica (y Fe-pobres) roca madre como el granito alcalino, sienita, toba o arcilla rica en sedimentos y sus equivalentes metamorfoseados, (2) una adecuada el equilibrio de la temperatura y las precipitaciones (altas temperaturas favorecen lateritas Fe-ricos), y (3) una alternancia pronunciada de estaciones húmedas y secas.

4.2 Lateritas de niquel

Si se acepta que la mitad de la isla en todo el mundo es parte de la nación francesa, entonces las mayores minas en Francia son en Nueva Caledonia. Los depósitos de níquel de la isla fueron encontrados en 1864 por Jules Garnier que dio su nombre a la principal mineral de mineral, mezcla de verdes pálidos filosilicatos o verde manzana con el mineral de composición aproximada, (Ni, Mg) 3Si2O5 (OH) 4. Los depósitos se han extraído casi continuamente desde 1875 y han visto el desarrollo de muchos procedimientos innovadores para la extracción de Ni a partir de minerales

lateríticos. Durante los primeros años muy ricos minerales garnierita que contienen hasta 15% de Ni y un promedio de 2,5% de Ni fueron explotadas pero están ahora en gran parte agotados y la minería ha convertido a los menos ricos minerales goethitic (1.3-1.6% Ni). La historia larga y complicada del desarrollo de un nuevo depósito en la mina Goro, desde su concepción en 1993 a la producción prevista en 2013, se da a http://www.valeinco.nc/pages-eng/propos/history.htm . Los nuevos depósitos Caledonian se cree que contienen alrededor de un tercio de la producción mundial de níquel, y cuando se incluyen otros grandes yacimientos lateríticos en Indonesia, Cuba y Australia, la cifra alcanza el 50-60%.

Al igual que con la bauxita, la extracción de metal Ni a partir de los silicatos e hidróxidos que constituyen mineral de níquel laterítico requiere energía abundante. Los minerales lateríticos contener agua unida abundante, que debe ser conducido fuera, y tienen contenidos altos de magnesio lo que significa que las fundiciones convencional debe funcionar a temperaturas muy altas. Una amplia variedad de procesos de extracción alternativos han sido desarrollados Nueva Caledonia y Cuba y éstos se están aplicando con éxito variable en la extracción de mineral en otros países. Debido al alto consumo de energía, la viabilidad de un proyecto de laterita de níquel depende fundamentalmente del precio de la energía, que es dictado por el precio del petróleo, cuando es baja, los depósitos lateríticos obtener una ventaja competitiva sobre los depósitos magmáticos.

Tabla 5.6 lista las ventajas y desventajas de los dos tipos de depósitos de Ni. Lateritas de níquel se desarrollan cuando las rocas ultramáficas están expuestos a la intemperie prolongado en climas cálidos y húmedos. En la mayoría de las zonas donde se sabe que los depósitos - Nueva Caledonia, Indonesia, Cuba, etc - las rocas ultramáficas provienen de las partes más bajas, manto de ofiolitos. Una notable excepción es los depósitos en Australia Occidental, que se han formado en las intrusiones de linaje komatiitic, las mismas rocas que albergan yacimientos magmático.

El proceso de laterización es directamente comparable a la de la formación de bauxita y el paralelo se lleva a cabo en la comparación de los dos perfiles en la figura. 5.9. Lateritas de níquel se desarrollan cuando cualquiera de los principales minerales de las rocas ultramáficas, olivino y piroxeno, o serpentina secundario que reemplaza estos minerales, se someten a la intemperie en condiciones t similares a los que producen bauxita. Los elementos tales como Si, Mg, Ca, que constituyen cerca del 90% de la roca madre, se eliminan y el Ni menos móvil (y Fe) se conservan. A través de este proceso aumenta el contenido de Ni del 0,2% al 0,3% en el peridotita a 1-3% en los minerales. El cobalto también se concentra por este proceso y constituye un valioso subproducto. Los ricos minerales garnierita de Nueva Caledonia se desarrollan en la parte inferior de la saprolith, los minerales de óxido de hierro explotados actualmente están en la parte inferior de la pedolith.

5 Otros depósitos lateriticos

La acumulación de oro en depósitos residuales (eluviales) se ha descrito en la Sección. 5.2. Cuando la intemperie tiene lugar en climas cálidos y húmedos, perfiles lateríticos gruesas se acumulan y cuando se desarrollan en las rocas con un contenido de oro significativa, la intemperie pueden transformar protore (material aurífero en la que el grado es demasiado baja a la mía) al mineral. Buenos ejemplos de este tipo de depósitos se encuentran en el África occidental.

Lo mismo se aplica a los elementos del grupo del platino que se concentran en los suelos lateríticos sobre rocas ultramáficas en la región de Carajás de Brasil.

Otro tipo de depósito superficial se forma como "caliche", el nombre dado a los suelos calcificados, calcita-ricos que se desarrollan en ambientes áridos. Depósitos de uranio importantes (Langer Heinrich en Namibia y Yeelirie en Australia Occidental) se han formado por la precipitación de carbonato en las aguas superficiales que conduce a la concentración de carnotita, el mineral de uranio amarillo vivo con la composición K2 (UO2) 2 (VO4) 2 · 3H2O.

6 Alteración Supérgeno

Cuando los cuerpos de mineral de sulfuro están expuestos en la superficie, los minerales de sulfuro se oxidan y los metales del mineral se filtran hacia abajo a concentrarse en una capa cerca de la parte superior de la tabla de agua (fig. 5.10). Estas capas de "enriquecimiento secundario" contienen dos a cinco veces más que los metales del mineral de la mena primaria y están convenientemente situados cerca de la superficie donde pueden ser recuperados en el inicio de la operación minera. El desarrollo de una mina es un proceso largo y complicado que requiere una gran inversión, a menudo de muchos millones de dólares. El tiempo desde el inicio de la operación para la recuperación y la venta de los primeros metales puede ser 5-10 años, por lo que la posibilidad de extraer una capa de mineral anormalmente rica proporciona bienvenido alivio financiero para la empresa y a menudo hace que la diferencia entre un viables y una operación poco rentable.

La Figura 5.10 muestra el perfil a través de la zona de enriquecimiento secundario por encima de un cuerpo de mineral de sulfuro de cobre. La capa superior, de óxidos de hierro hidratados, se llama un gossan. Estas capas son nulas de metales del mineral pero tienen texturas distintivos que indican la presencia de sulfuros enterrados y se usan comúnmente en la exploración de minerales. Dos capas enriquecidas subyacen a la zona de lixiviado. La zona superior de los minerales "oxidados" contiene una amplia variedad de minerales secundarios - carbonatos, silicatos, sulfatos, fosfatos - que comúnmente bien cristalizado, de colores brillantes y muy apreciada por los coleccionistas de minerales. Está sustentada por una zona de enriquecimiento de sulfuros en los sulfuros de hierro que soportan originales, como la calcopirita (CuFeS2) se sustituyen por sulfuros secundarios que son libre de hierro o de hierro pobres y tienen un alto contenido de cobre. Los ejemplos incluyen chacocite (Cu2S), covelita (CuS) y bornita (Cu5FeS4).

Quizás los ejemplos más conocidos de la zona de enriquecimiento secundario son las que se superponen depósitos de pórfidos de cobre. Mineral de primaria en el depósito Chuquicamata (discutido en el Cap. 4) contiene sólo alrededor del 0,8% de Cu, pero que fue cubierta por una capa gruesa de enriquecimiento secundario en el que la ley de cobre fue de 2-3%. Además, el flujo de soluciones ácidas del cuerpo principal de mineral transportado aguas abajo de cobre disueltos en el que se vuelve a depositar en gravas para formar un cuerpo de mineral secundario que se llama depósito Exotica. Este depósito contenía un adicional de 300 toneladas de mineral, también con cerca de 2% Cu.