Transporte y Deposicion de Metales Preciosos en Depositos Epitermales

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA GEOLGICA MINERA Y METALRGICA

Escuela Profesional de Geologa

Yacimientos de Minerales Metlicos

Transporte Y Deposicion De Metales Preciosos En Depsitos Epitermales

Datos del alumno:

Apellidos y Nombre: Gonzales Castro, Rodrigo Cdigo:20104063C

Email:[email protected] Mvil: 945191952

Fecha de entrega:06/04/14

Profesor: Esteban D. Manrique Ziga

Email: [email protected], Mvil: 998 718 646

Universidad Nacional de Ingeniera

Facultad de ingeniera Geolgica Minera y Metalrgica

Escuela Profesional de geologa

ndice

RESUMEN ............................................................................................................................. 1

1 Introduccion ............................................................................................................... 2

2 Mecanismos de Transporte ...................................................................................... 3

3 Mecanismos de Deposicion ..................................................................................... 7

4 Discusion ................................................................................................................... 9

5 Conclusiones ........................................................................................................... 15




Tema: Page: 1 Trabajo Domiciliario, Ciclo 2013-I

RESUMEN

En sistemas epitermales el oro y la plata puede ocurrir juntos como electrum o en ensambles

minerales consistiendo de varias proporciones de minerales nativos, sulfuros, sulfosales,

telururos y seleniuros. Los ratios plata:oro varan desde menos de uno hasta ms que 20 en

estos depsitos. .donde una relacin paragentica puede ser establecida ente oro y plata,

argumentos geoqumicos llegan a la conclusin que los dos metales son transportados como

similares especies bisulfuros. La solubilidad de estos metales como complejos bisulfuros

incrementa con la actividad del H2S y decrece con la actividad del oxgeno. Dependiendo de la

composicin de la solucin, un incremento en el pH puede generar en ambos un incremento o

decrecimiento en la solubilidad de los complejos bisulfurados. En temperaturas mayores a los

300 C, dependiendo de la salinidad de la solucin, los complejos clorurados dominan sobre

los complejos sulfurados. La solubilidad del oro y la plata como complejos clorurados

incrementa con la temperatura y la actividad de oxgeno, y decrece con el incremento del pH.

Los mecanismos de deposicin de los metales preciosos transportados como complejos

bisulfurados contrastan con los mecanismos para metales transportados como especies

cloruradas. Para complejos bisulfurados, un decrecimiento de la actividad de H2S y/o oxidacin

de la solucin son los ms eficientes mecanismos de deposicin. Para complejos clorurados,

el decaimiento de la temperatura, el incremento del pH, y/o la reduccin son requeridas. Para

soluciones saturadas con respecto a cada uno, menos importante pero igualmente lentos

mecanismos de deposicin para cada especie compleja son los decrecimientos en salinidad y

fraccin en masa de agua.

Los procesos en los cuales ocurren en naturales sistemas hidrotermales los cuales resultan

en los cambios necesarios en qumica para causar la deposicin de los metales son la

ebullicin, la mezcla de soluciones, y las reacciones de alteracin de la roca caja. Estos tres

procesos pueden resultar en un decrecimiento de la temperatura y actividad de H2S en el

transporte de soluciones. La ebullicin resulta en un incremento del pH, actividad del oxgeno

y los cloruros, y salinidad, y un decrecimiento en la fraccin de masa de agua en el fluido

mineralizante. La mezcla de soluciones resulta en un incremento en la actividad de oxgeno y

fraccin en masa de agua y un decrecimiento en la actividad del cloruro y la salinidad.

Finalmente, las reacciones de alteracin de la roca caja resultan en un incremento del pH y

salinidad y un decaimiento en la fraccin de masa de agua.





1 INTRODUCCION

Exitosos modelos de exploracin para depsitos hidrotermales de metales preciosos deben ser

basados en los bien definidos modelos genticos que considera la teora geolgica y

geoqumica as como observaciones de campo en ocurrencias conocidas. Los lmites en el

ambiente geoqumico de formacin mineral dentro de un arreglo estructural favorable pueden

ser establecidos si los mecanismos de transporte y deposicin son entendidos. El propsito de

este artculo es comparar las soluciones qumicas de oro y plata con el objetivo de determinar

mecanismos de transporte y deposicin que son consistentes con las ocurrencias minerales

de estos dos metales.

En depsitos epitermales y otros tipos polimetlicos hidrotermales el oro y la plata a menudo

ocurren juntos como electrum en ensambles minerales consistiendo de varias proporciones de

metales nativos, sulfuros, sulfosales, telururos y seleniuros. En estos depsitos el ratio

plata:oro vara desde menos de uno hasta ms de veinte. La tabla 1 enlista estos ratios para

un nmero de depsitos seleccionados, muchos de los cuales son conocidos por su produccin

de oro. Aunque no est incluido en la tabla, depsitos en roca sedimentaria de tipo Carlin

parecen ser relativamente escasos en plata cuando se compara con otros tipos de depsitos.

Donde una relacin paragentica puede ser establecida entre oro y plata, es razonable concluir

que los dos metales fueron depositados por mecanismos similares y fueron transportados en

medios similares tambin. La discusin debajo confirmara las similaridades en la qumica de

las soluciones de los dos metales, aunque las diferencias pueden explicar las separaciones del

oro y la plata en ciertos tipos de depsitos hidrotermales.

Los procesos que controlan el transporte y la deposicin de metales preciosos en sistemas

hidrotermales envuelven un complejo set de relaciones de equilibrio entre los minerales de las

rocas encajonantes, la solucin acuosa, y a menudo una fase de vapor. Estos equilibrios, en

turnos, son gobernados por variaciones en la temperatura, presin, pH de la solucin, las

actividades del oxgeno, azufre y otros componentes voltiles en el sistema; y la concentracin

de sales disueltas como cloruro de sodio en la solucin. El transporte de metales depender

de su solubilidad acuosa y el efecto de cada uno de estos parmetros fisicoqumicos en la

solubilidad es evaluado debajo usando informacin terica y experimental. Una vez conocida

como el oro y la plata ocurren en solucin y en qu cantidades, es posible postular cambios

ocurridos en los distintos parmetros que podran ser responsables de la deposicin. En

sistemas hidrotermales naturales son raramente independientes uno del otro, y por lo tanto es

difcil de evaluar el efecto de cada parmetro por separado en el comportamiento del oro y la

plata en un sistema dado. Las relaciones de fase presentadas definen lmites qumicos en el

sistema hidrotermal, asumiendo equilibrio. Sin embargo, la geometra final, tamao y ley de un

deposito depender del ratio de flujo del fluido, cintica de las reacciones responsables de la

deposicin, y mltiples evento de lixiviacin-precipitacin por la introduccin de soluciones, as

que el tiempo se vuelve una variable real.





2 MECANISMOS DE TRANSPORTE

Los mecanismos de transporte del oro en sistemas hidrotermales han sido abordados

previamente por Henley (1973), Seward (1973; 1979; 1984), Saunders (1986), Romberger

(1986a; 1988), y Shenberger y Barnes (1989). Aunque muchas soluciones acuosas de

complejos de oro son conocidas, bajo las condiciones fisicoqumicas apropiadas para la

formacin de muchos depsitos epitermales existe suficiente informacin solo para complejos

clorurados y bisulfurados. Saunders (1986) presenta buena evidencia para el oro siendo

transportado como un complejo telurururado en la formacin de depsitos de telururos de oro,

sin embargo, no hay informacin que garantice la estabilidad de esta especie. En adicin,

estudios experimentales de Grigoryeva y Sukneva (1981) sugiere que el oro puede ser

transportado como un complejo tioarseniurado basado en las solubilidades medidas para este

metal en soluciones con contenido de arsnico. Romberger (1986a) discuti las variables

importantes envueltas en el transporte y deposicin de oro como una especie tioarseniurada.

Sin embargo, no existe informacin suficiente para calcular cuantitativamente la solubilidad de

complejos oro-arsnico en sistemas hidrotermales. El transporte del oro como un complejo

tioarseniurado es consistente con la comn asociacin entre los minerales de oro y arsnico

en muchos tipos diferentes de sistemas hidrotermales desde depsitos epitermales a

metamorfognicos emplazados en dioritas.

Dos de las ms convenientes variables usadas para describir el equilibrio solucin-mineral en

sistemas hidrotermales conteniendo metales preciosos y minerales asociados son la actividad

de oxgeno y pH. La Figura 1 sirve como un cuadro geoqumico para una posterior discusin.

Este muestra la importancia relativa de varias especies acuosas sulfuradas, los campos de

estabilidad de varios minerales de hierro encontrados en depsitos de minerales preciosos, y

la relativa estabilidad del carbn, dixido de carbono y metano a 250 C. Estas relaciones de

fase son calculadas usando informacin de Wagman y otros (1969), Robie y otros (1978), y

Barner y Scheuerman (1978). La solucin es elegida para tener 6% en masa de cloruro de

sodio y 320 ppm de azufre. La temperatura est basada en un valor promedio determinado a

partir de un numero de medidas geotermomtricas en depsitos de oro epitermal (Buchanan,

1981). Sin embargo, este y los diagramas subsecuentes pueden ser aplicados a depsitos

formados a diferentes temperaturas tambin. La posicin relativa de los campos de estabilidad

y las pendientes de las fronteras son independientes a la temperatura, pero, los interceptos de

varios campos fronterizos y contornos con la actividad de oxgeno y pH cambiaran con la

temperatura. Los diagramas son ms usados en relacionar soluciones qumicas a ensambles

minerales estables y en determinar cambios en el sistema como pH y la variacin en la

actividad de oxgeno. Por lo tanto, los valores absolutos para la actividad de oxgeno y pH no

son crticos.

Superimpuestos en los diagramas estn las solubilidades y las estabilidades relativas de los

complejos AuCl2- y Au(HS)2-. La solubilidad de los complejos clorurados fue calculada usando

informacin termodinmica de Wagman y otros (1969). La solubilidad de los complejos

bisulfurados fue calculada usando la informacin de Shenberger y Barnes (1989). Para este y

los subsecuentes diagramas en los clculos de solubilidad se tomaron en cuenta los





coeficientes de actividad usando la ecuacin modifica de Debye-Huckel e informacin

apropiada de Helgeson y otros (1981). La figura muestra que la mxima solubilidad del oro

ocurre como complejo bisulfurado en soluciones ligeramente alcalinas cerca al borde acuoso

sulfuro-sulfato dentro del campo de la estabilidad de la pirita-sericita. En contraste, el oro es

ms soluble como complejo clorurado en soluciones acidas oxidantes fuera del campo de

estabilidad de la pirita.

La figura 2 muestra la solubilidad del oro como complejos bisulfurados y clorurados en funcin

de la temperatura y de la concentracin de cloruro de sodio a un pH 4 y a una actividad de

oxigeno equivalente al borde H2S-sulfato (Fig. 1). La solubilidad del oro como complejos

clorurados incrementa rpidamente con la temperatura. Sin embargo, los complejos

bisulfurados muestran solo una ligera dependencia de la temperatura, con un bajo mximo de

acerca 200 C. El resultado muestra una temperatura de cruce en la cual en la parte superior

los complejos clorurados predominaran y debajo del cual el oro ocurrir en solucin

predominantemente como complejo bisulfurado. Arriba entre 250 y 300 C a este acido pH la

solubilidad del oro como complejo clorurado excede al complejo bisulfurado. La temperatura

de cruce cambia con la concentracin de cloruro de sodio desde cerca de 250 C a un 30 por

ciento en peso de cloruro de sodio a cerca de 350 C a un 0.6 por ciento en peso de la solucin.

Esto resulta a partir del incremento de la solubilidad del complejo clorurado como el incremento

de la actividad del cloruro. En contraste, la solubilidad del complejo bisulfuro es ligeramente

dependiente de la concentracin de cloruro de sodio a causa de la pequea variacin del

coeficiente de actividad para Au(HS)2- con la salinidad y la temperatura. Este cambio a partir

de complejos bisulfuros a complejos clorurados de oro por incremento de la temperatura es

similar al determinado por Large y otros (1988) en sus estudios de distribucin de oro en

depsitos de sulfuros masivos.

El cruce entre complejamiento bisulfurado y clorurado es tambin una funcin del pH. La figura

3 compara la solubilidad de los complejos bisulfurados y clorurados de oro como una funcin

a pHs de 4 y 6 en un 6 por ciento en peso de solucin de cloruro de sodio a lo largo del lmite

H2S-sulfato. El pH 6 fue escogido porque se encuentra o est cerca, dependiendo de la

temperatura, en el campo de la estabilidad de la sericita, una comn alteracin mineral en

depsitos epitermales. Basado en ensambles minerales, las soluciones responsables del

transporte de oro en depsitos epitermales son probablemente ms cercanos al neutro o

ligeramente alcalino. Un pH neutro a 250 C es aproximadamente 5.5. La figura 3 muestra que

la solubilidad del Au(HS)2- incrementa con el pH mientras que la del AuCl2- decrece,

resultando en un cruce desde 285 C a pH 4 a ms de 400 C a un pH 6. Estos resultados

muestran que excepto a altas temperaturas y bajo pH los complejos bisulfurados predominaran

sobre los complejos clorurados. El esquema puede contribuir a una menor movilidad del oro

en zonas de alteracin acidas-sulfatadas en depsitos epitermales, y puede ser la principal

forma de oro soluble en sistemas de prfidos de cobre de altas temperaturas.

La figura 1 sugiere que la solubilidad del oro es fuertemente dependiente de la actividad de

oxigeno (Romberger, 1986a, 1988). La figura 4 compara la solubilidad de Au(HS)2- y AuCl2- a

lo largo de dos diferentes actividades de oxigeno; donde las actividades de H2S y sulfato son





iguales, como en la figura 2 y 3, y a una alta actividad de oxigeno donde la pirita coexiste con

la hematita y la magnetita (Fig. 1). Otras condiciones elegidas son el pH 6 y un 6 por ciento en

peso de cloruro de sodio. A este pH, la pirita coexiste con la hematita por debajo de los 225 C

y con la magnetita por encima de esta temperatura. La figura 4 muestra que la solubilidad de

los complejos clorurados incrementa ligeramente con el incremento de la actividad de oxgeno.

Sin embargo, la solubilidad de los complejos bisulfurados decrece significantemente. A 250

C, est un quinto orden de decrecimiento de la magnitud en la solubilidad de oro con un

segundo orden de incremento de magnitud en actividad de oxgeno. Este decrecimiento en la

solubilidad de oro como Au(HS)2- con la oxidacin es consistente con la pendiente de la

superficie de solubilidad en el campo de sulfato en la Figura 1, ilustrado por el espacio cercano

del contorno de solubilidad. La figura 4 tambin muestra que los complejos clorurados se

vuelven ms importantes a altas temperaturas y en soluciones oxidantes.

La solubilidad de oro como un complejo bisulfurado tambin ser una funcin de la actividad

de varias especies de azufre en solucin. Esto es mostrado en la figura 5 donde la solubilidad

de oro como complejos clorurados y bisulfurados es expresada en trminos de las actividades

de oxgeno y H2S a 250 C, pH 6, y un 6 por ciento en masa de solucin de cloruro de sodio.

Tambin mostrado en el diagrama estn las estabilidades relativas de varios xidos y sulfuros

de hierro, con magnetita siendo reemplazada con clorita (Barton y otros, 1977). El borde entre

sulfuro en vapor y sulfuro lquido, Sv/Sl y que donde las actividades de H2S y sulfato son

iguales son incluidas. La figura tambin muestra el rango de actividades de oxigeno sobre el

grafito es estable. La solubilidad de Au(HS)2- incrementa con el incremento de la actividad de

H2S y el decrecimiento de la actividad de oxgeno. Adems, desde la pendiente del contorno

de solubilidad, est claro que la solubilidad del oro es mucho ms sensible a la actividad del

H2S que a la actividad de oxgeno. En contraste, la solubilidad del oro como complejo clorurado

es independiente de la actividad de H2S e incrementa con la actividad de oxgeno.

Argumentos paralelos pueden ser hechos para la solubilidad de la plata como complejos

clorurados y bisulfurados aunque histricamente el complejamiento clorurado ha sido

considerado ms importante. Seward (1976) midi la solubilidad de la plata en soluciones de

cloruro de sodio a temperaturas mayores de 350 C y concluyo que el complejamiento

clorurado fue importante en el transporte y deposicin de este metal en depsitos

hidrotermales. El complejo predominante bajo ms condiciones epitermales seran AgCl2-. El

complejamiento clorurado de la plata es consistente con su comn asociacin en una variedad

de depsitos hidrotermales con metales base como cobre, zinc, y plomo, los cuales tambin

son transportados como complejos clorurados.

Schwarzenbach y Widmer (1966) midieron la solubilidad del sulfuro de plata en soluciones

sulfuradas a 20 C como una funcin del pH y postularon la existencia de tres complejos

bisulfurados, la ms importante del cual fue Ag(HS)2-. Ms recientemente, Sugaki y otros

(1987) y Gamon y Barnes (1989) midieron la solubilidad de sulfuros de plata en concentradas

soluciones de bisulfuro de sodio a elevadas temperaturas. Basado en estos estudios, el

complejamiento bisulfurado de plata fue considerado a contribuir significantemente al

transporte de plata en soluciones neutras a ligeramente alcalinas a temperaturas epitermales.





ltimos autores postularon que Ag(HS)2- fue el complejo dominante bajo estas condiciones.

Por tanto, los complejos clorurados y bisulfurados de plata tienen idnticas estequiometrias

que aquellas de oro.

En una manera similar a la figura 1, la figura 6 expresa la solubilidad de los complejos AgCl2-

y Ag(HS)2- en trminos de actividad de oxgeno y pH a 250 C en una solucin conteniendo 6

por ciento en peso de cloruro de sodio y 320 ppm de azufre. La solubilidad del complejo

bisulfurado fue calculado usando la informacin de Gammon y Barnes (1989). Estas relaciones

de solubilidad son superimpuestas en los campos de estabilidad para plata nativa, argentita, y

varios minerales de hierro y aluminosilicatos. Similar al oro, la mxima solubilidad de la

argentita como el complejo bisulfurado ocurre en soluciones ligeramente alcalinas cerca del

lmite sulfuro-sulfato.

La figura 7 muestra la solubilidad de la plata como complejos bisulfurados y clorurados como

una funcin de la temperatura y concentraciones de cloruro de sodio a un pH 6 y a una actividad

de oxigeno equivalente al borde H2S-sulfato (Fig. 6). Las relaciones mostradas aqu son muy

similares a aquellas para oro, excepto el que complejo clorurado de plata es ms estable que

el complejo clorurado de oro, y como resultado, el cruce por la predominancia de

complejamiento bisulfurado versus clorurado ocurre a mucho menores temperaturas. El cruce

ocurre a 270 C a un pH 6 y 6 por ciento en peso de cloruro de sodio (Fig. 3), y a un pH 4

ocurre a 115 C, mucho menor que para oro. Las curvas de solubilidad para AgCl2- y para

Ag(HS)2- a pH 4 son incluidas en la Figura 7 como finas lneas cortadas. Estos resultados

muestran que para sistemas epitermales de baja salinidad donde las soluciones son casi

neutras a ligeramente alcalinas, la plata ser transportada como complejos bisulfurados, y

complejos clorurados sern importantes a altas temperaturas y en soluciones acidas.

Como en el caso con oro, la estabilidad y solubilidad de los complejos de plata estar en funcin

de la actividad de oxgeno. La Figura 8 compara la solubilidad de Ag(HS)2- y AgCl2- a lo largo

de dos diferentes actividades de oxigeno; donde las actividades de H2S y sulfato son iguales

dentro del campo de estabilidad de la pirita (Figura 7) y en altas actividades de oxigeno donde

la pirita coexiste con la hematita y magnetita (Figura 4). De acuerdo a la Figura 8 la solubilidad

de Ag(HS)2- con la oxidacin es consistente con la pendiente de la superficie de solubilidad en

el campo de sulfato (Figura 6) indicado por el cercano espaciamiento del contorno de

solubilidad.

La Figura 9 muestra la solubilidad de la plata como complejos clorurados y bisulfurados como

una funcin de las actividades de oxgeno y H2S a 250 C, pH 6, y 6 por ciento de peso de

solucin de cloruro de sodio. Los bordes entre los campos de estabilidad de los minerales de

plata estn mostradas en gruesas lneas slidas. Otros bordes son aquellos mostrados en la

Figura 5. La solubilidad de la plata como complejo bisulfurado aumenta con la actividad del

H2S, mientras que la solubilidad de AgCl2- decrece con el incremento de la actividad de H2S.

Los comportamientos de dos complejos en el campo de la plata nativa son similares a aquellos

para complejos clorurados y bisulfurados de oro.





Las similaridades del complejamiento entre plata y oro no son inesperados. Estos dos metales,

junto con el cobre, pertenecen al grupo Ib en la tabla peridica de los elementos, y por lo tanto

las qumicas de sus soluciones deben ser similares. Basados en la teora de vinculacin,

Creerar y otros (1985) clasificaron la plata como un cido suave que se vincula a

preferentemente con bases suaves de las cuales HS- es uno. Estas similaridades pueden ser

extendidas al cobre tambin, ambas desde una perspectiva geolgica y basada en estudios

experimentales. Cantidades importantes de cobre ocurren en varios depsitos epitermales de

metales preciosos los cuales carecen de equivalentes concentraciones de otros metales base.

Ejemplos son los distritos de Summitville y Red Mountain en Colorado; Goldfield, Nevada

(Ashley y Keith, 1976); y el Indio, Chile (Siddeley y Araneda, 1986). Heald y otros (1987)

agruparon estos depsitos dentro de un tipo acido-sulfato donde los ensambles de alteracin

y minerales indican una alta actividad de azufre. Romberger y Barnes (1970) y luego Crerar y

Barnes (1976) sugirieron que el cobre pudo ser transportado como complejo bisulfurado en

soluciones alcalinas conteniendo al menos 500 ppm de azufre a 250 C. La estequiometria de

uno de los complejos propuestos a contar para esta solubilidad es el Cu(HS)2-.

3 MECANISMOS DE DEPOSICION

Las relaciones de equilibrio solucin-mineral ilustradas arriba pueden ser usadas ahora para

predecir qu cambios en los sistemas naturales hidrotermales pueden ser responsables de la

precipitacin de oro y plata. Las variables consideradas fueron la temperatura; el pH de la

solucin, la actividad de oxgeno, H2S y cloruro; y la salinidad. En sistemas epitermales donde

la ebullicin de las soluciones mineralizantes puede ocurrir, la fraccin en masa del agua es

tambin una importante variable. Para bajas profundidades, sistemas de baja temperatura, la

presin tendr poco efecto en el comportamiento de las soluciones acuosas homogneas en

la ausencia de una fase vapor. Sin embargo, la presin es importante para el alcance que

determina la profundidad a la cual la ebullicin ocurre, el cual suceder cuando la presin de

vapor de la solucin iguale a la presin total.

Cualquier mineral que exhibe una solubilidad acuosa prgrada tendr el potencial para

precipitar como resultado de un enfriamiento si la solucin es inicialmente saturada con

respecto a ese mineral. Henley (1973), Seward (1973), y Schenberger y Barnes (1989)

demostraron que la solubilidad del oro como complejos clorurados y bisulfurados incremento

con la temperatura. Seward (1976) tambin demostraron que la solubilidad de la plata

incremento con la temperatura en soluciones cloruradas. Gammon y Barnes (1989) obtuvieron

una solubilidad prgrada para soluciones de sulfuros de plata y bisulfuros tambin. Por lo tanto,

el enfriamiento aparece a ser un adecuado mecanismo para la deposicin de estos metales si

la solucin est cerca a la saturacin. Sin embargo, la temperatura afecta otros parmetros de

la solucin como las actividades de oxgeno y azufre y pH, particularmente si estas variables

son controladas por ensambles minerales o componentes disueltos. Por lo tanto, puede ser

difcil evaluar los efectos de la temperatura independientemente. Figuras 2 y 7 muestran que

hay un mximo en las curvas de solubilidad de los complejos bisulfuros a cerca de 200 C

cuando la solucin es controlada a lo largo del borde H2S-sulfato, as que el enfriamiento pudo

no haber sido un mecanismo viable de deposicin por encima de esta temperatura bajo esas





condiciones. Sin embargo, a altas temperaturas o a bajos pHs donde complejos clorurados

tienen un importante enfriamiento es un adecuado sistema de deposicin. La naturaleza del

control de oxigeno afecta al comportamiento de los complejos con la temperatura. La figura 4

muestra que si una solucin en estado de oxidacin esta controlada a lo largo del borde (pirita-

oxido (o pirita-clorita), luego la solubilidad del oro como complejo bisulfurado es prgrado sobre

el completo rango de temperaturas de importancia. Estudios geotermomtricos en diferentes

depsitos hidrotermales de metales preciosos sugieren que no hay variaciones temporales o

espaciales significantes en la temperatura dentro de algn episodio de mineralizacin, al

menos las que son reconocibles a nivel de detalle de muestreo. Por lo tanto, este puede no ser

una variable importante a considerar excepto lo establecido a la temperatura total del sistema.

Las figuras 1, 3, 6 y 7 muestran que si el oro y la plata son transportadas como complejos

clorurados, el incremento del pH puede resultar en la deposicin de estos metales. Sin

embargo, si estos metales son transportados como complejos bisulfurados en soluciones que

son casi neutras o ligeramente alcalinas, la deposicin ocurrira si el pH bajara. El rol de la

actividad de oxgeno en la precipitacin del oro y sulfuros de plata pueden ser obtenidos a partir

de las figuras 1, 4, 6 y 8. Para complejos clorurados, la deposicin es favorecida por un

decremento en la actividad de oxigeno (reduccin). En contraste, las figuras 1 y 6 muestran

que las mximas solubilidades como complejos bisulfurados de oro y plata ocurren

respectivamente donde las actividades de H2S, bisulfuro y sulfato son iguales. Arriba del borde

sulfuro-sulfato las superficies de solubilidades se inclinan abruptamente en la direccin del

incremento de la actividad de oxgeno, indicado por el cercano espaciamiento a los contornos

de concentracin del metal. Por lo tanto, la oxidacin parece un eficiente mecanismo de

deposicin de oro y sulfuro de plata en sistemas hidrotermales. Las figuras 4 y 8 muestran que

este mecanismo se aplicara a un amplio rango de temperaturas.

La figura 10 muestra la solubilidad del oro y la plata como una funcin de la actividad de

oxgeno a 250 C y pH 6. Superimpuestos en el diagrama estn los bordes entre sulfuros y

xidos de hierro, plata nativa y argentita, especies sulfuradas acuosas oxidadas y reducidas, y

la relativa estabilidad del metano, el grafito y el dixido de carbono. Esto muestra la porcin de

las curvas de solubilidad a lo largo del cual los complejos bisulfurados y clorurados predominan,

y el hecho que los complejos bisulfurados son ms importantes bajo condiciones reductoras y

los complejos clorurados bajo condiciones oxidantes. La pendiente de las curvas de solubilidad

para complejos bisulfurados en el campo de los sulfatos es aparente. La figura muestra que

una solucin puede comenzar desde un ppb de oro o plata a actividades de oxigeno o debajo

del borde sulfuro-sulfato, fuertemente saturado de oro o argentita, y la deposicin ocurrira con

slo una ligera elevacin de la actividad de oxgeno. Las figuras 6 y 10 indican que donde una

cantidad mxima de plata seria transportada como complejo bisulfuro el ensamble mineral

estable es argentita ms pirita. Por tanto, la predominancia de este ensamble en minerales

primarios hidrotermales es consistente con el transporte y deposicin de la plata como

complejo bisulfurado.

Las figuras 5 y 9 fueron usadas arriba para ilustrar el efecto de la actividad de H2S en la

solubilidad del oro y la plata, respectivamente. Donde estos metales son transportados como





complejos bisulfurados, un decrecimiento en la actividad de H2S promovera la deposicin. Sin

embargo, donde la plata es transportada como complejo clorurado en soluciones en equilibrio

con sulfuro de plata, un incremento en la actividad del H2S resultara en deposicin. La

estabilidad de los complejos clorurados de oro y plata en la plata nativa son independientes de

la actividad del H2S como el contorno horizontal de solubilidad lo indica. La deposicin ocurrir

para estos complejos como resultado de la reduccin de la solucin.

Las figuras 2 y 7 muestran que la deposicin ocurrir como resultado de una baja en la actividad

del cloruro si el transporte es por complejos clorurados. En contraste, la concentracin del

cloruro de sodio tiene solo un menor efecto en la solubilidad de los complejos bisulfurados. Los

coeficientes de actividad de las disueltas especies inicas decrecen con el aumento de la

salinidad. A causa de la relacin:

= .

Donde ai es la actividad, i es el coeficiente de actividad y mi es la concentracin de las especies

disueltas, como el coeficiente de actividad decrece, la solubilidad incrementa debido a que la

actividad de mantiene constante en una solucin de una temperatura dada que est saturada

con respecto a un mineral dado. El efecto neto es que estos minerales sern ms solubles en

soluciones de alta salinidad que aquellos que estn diluidos. Este efecto es pequeo para

complejo bisulfurados, como se muestra en las figuras 2 y 7 por las curvas de solubilidad

cercanamente espaciadas, al menos a temperaturas por debajo de los 250 C.

La tabla 2 resume desde la discusin arriba los mecanismos de deposicin para metales siendo

transportados como complejos bisulfurados y clorurados. Por ejemplo, un decrecimiento en la

columna opuesta a la temperatura bajo cloruros significa que el enfriamiento es un mecanismo

viable de precipitacin si los metales son transportados como complejos clorurados. En

algunos casos los mecanismos son los mismos para ambos complejos, sin embargo, el efecto

de cambios en cantidades importantes como la actividad de oxgeno y H2S son opuestas para

los dos diferentes complejos. Esto resultara en la prediccin de ambientes geoqumicos

ligeramente diferentes de deposicin mineral para los dos complejos. El efecto de la fraccin

en masa de agua ser discutido con ms detalles debajo.

4 DISCUSION

Usando los diagramas de estabilidad mineral discutidos arriba y ensambles minerales

hidrotermales observados en el campo es posible poner lmites en las condiciones

fisicoqumicas de la deposicin mineral de oro y plata. Una vez estas condiciones han sido

definidas, luego es posible predecir con cierto nivel de certeza como los metales fueron

transportados y depositados. Un modelo predictivo para una favorable ambiente de formacin

mineral puede ser desarrollado si los mecanismos de transporte y deposicin son entendidos.





Muchos depsitos hidrotermales han reportado temperaturas de formacin de

aproximadamente 250 C aunque este puede variar como mucho en 50 de este valor entre y

dentro de depsitos individuales (Buchanan, 1981; Vikre, 1989). Las salinidades de inclusiones

fluidas para estos depsitos varan desde 1 a 6 por ciento de NaCl equivalente. Para estas

condiciones los lmites de estabilidad de varios sulfuros y sulfosales comnmente asociadas

con metales preciosos han sido calculados usando la informacin de Barton y Skinner (1979)

y ploteados en la Figura 11. Las condiciones bajo las cuales los ensambles minerales de oro,

rejalgar, pirita, y grafito, comn en minerales primarios de varias rocas encajonantes, depsitos

diseminados, son resaltados en el diagrama.

Este ensamble define angostos lmites en las condiciones fisicoqumicas de la deposicin

mineral para estos depsitos. El carbn no fue emplazado con el oro, y probablemente ocurri

en las rocas encajonantes antes de la mineralizacin (Ilchik y otros, 1986; Leventhal y otros,

1987). Sin embargo, los fluidos hidrotermales tendern a enfocarse en el equilibrio con las

rocas a travs de la cuales ellos migraran de la composicin de la solucin y caern dentro o

cerca del campo de estabilidad del grafito.

Heald y otros (1987) clasificaron los depsitos hidrotermales emplazados dentro de rocas

volcnicas en tipos acida-sulfatada y adularia-sericita basados en los minerales de alteracin

y gangas. La presencia de sericita y/o adularia sugiere que las soluciones mineralizantes son

casi neutras a ligeramente alcalinas. Los depsitos cidos-sulfatados a menudo contienen

alunita y/o minerales de alteracin arglica que son estables bajo condiciones ms acidas. Los

ltimos depsitos tambin contienen ensamble que sugieren que las soluciones tuvieron una

alta actividad de azufre. Dos distritos que pueden ser utilizados para ejemplificar las

condiciones qumicas que se dieron lugar durante la mineralizacin usando los minerales

gangas y de alteracin as como los ensambles de sulfuros asociados son los distritos de

Comstock para el tipo adularia-sericita, y el distrito Goldfield para tipo acido-sulfato.

La geologa y mineralizacin del distrito Comstock ha sido resumido recientemente por Hudson

(1986), Vikre (1987, 1989), Vikre y otros (1988) y Brake (1989). Los cuerpos minerales son

emplazados en rocas andesticas volcnicas del Mioceno y consisten de venillas y stockworks

conteniendo mltiples eventos de cuarzo y sulfuros con menores cantidades de adularia,

sericita, clorita, albita y un ltimo evento de calcita. Los minerales mena son galena, esfalerita,

calcopirita, oro, electrum, argentita, polibasita, estefanita, tetraedrita, pirargirita y proustita.

Adyacente a mas venillas esta la andesita alterada a sericita, cuarzo y pirita. A bajas

profundidades las rocas caja han sido alteradas a varias proporciones e cuarzo, pirita, sericita,

montmorillonita y caolinita, y localmente los ltimos minerales predominan. A mayores

profundidades la clorita incrementa en importancia con el cuarzo. Estudios isotpicos de

oxigeno e hidrogeno por Taylor (1973) y Vikre (1987, 1989) sugieren que el agua meterica

domino el sistema hidrotermal en Comstock, aunque la informacin a partir de algunas de las

mineralizaciones a ms altas temperaturas permitieron tambin una contribucin del agua

magmtica (Vikre, 1989). Vikre (1987, 1989) reporto resultados geotermomtricos de

inclusiones fluidas indicando una mxima temperatura de formacin mineral de

aproximadamente 300 C. Los minerales mena fueron depositados entre 250 y 275 C. Las





salinidades variaron entre 2 y 6 por ciento en masa de NaCl. Brake (1989) reporto temperaturas

de homogenizacin de uno de los cuerpos stockwork de 260 a 270 C y salinidades de

aproximadamente 1 por ciento en masa de NaCl. En el ltimo estudio no hay evidencia de una

ebullicin en las soluciones mineralizantes, aunque Vikre (1989) concluye que al menos dos o

posiblemente ms soluciones estuvieron involucradas en el sistema hidrotermal en Comstock.

Basado en los ensambles de minerales de alteracin y sulfuros, las condiciones qumicas de

la deposicin mineral son mostradas en las figuras 12a y 12b en trminos de actividad de

oxgeno y H2S y actividad de oxgeno y pH respectivamente. Las condiciones ploteadas en la

figura 12a estn basadas en la presencia de menor tetraedrita, proustita y calcopirita con

argentita y pirita. Las condiciones de actividad de S2 de 10-13.5 a 10-15.2 determinados por

Vikre (1989) basados en las composiciones de esfalerita y electrum descansaran en bajas

condiciones de actividad de oxigeno que aquellos mostrados aqu. Sin embargo, las

temperaturas reportadas por Vikre (1989) son algo mayores que los 250 C usados aqu.

Basados en la figura 12a, el contenido de sulfuro aproximadamente seria 160 ppm, en su

mayora como H2S, la actividad de oxigeno estara entre 10-36 y 10-37, y aproximadamente

10 ppm por milln serian transportadas principalmente como complejos bisulfurados. La

deposicin de argentita podra ocurrir como resultado del decrecimiento en la actividad de H2S.

En la ausencia de ebullicin, este decrecimiento podra resultar en la mezcla de soluciones

entre la reducida solucin de transporte y un fluido oxidante libre de H2S, o un resultado de la

precipitacin de sulfuros.

En la figura 12b, las condiciones resaltadas para la deposicin de minerales est basada en el

comn ensamble cuarzo-sericita-pirita, la menor ocurrencia de adularia, y la composicin

resaltada en la figura 12a. En el rea mostrada, la plata es ms soluble como un complejo

bisulfurado, y la pendiente de la superficie de solubilidad, expresado por los cercanos

contornos de concentracin, indican que la argentita seria depositada como un resultado de la

oxidacin. Como concluimos arriba, este cambio resultara de la mezcla de fluidos

transportadores reducidos con aguas ms oxidantes.

La geologa del distrito Goldfield ha sido descrita por Ashley (1974) con un breve resumen por

Heald y otros (1987). Las rocas cajas consisten de rocas andesticas a dacticas del Oligoceno

al Mioceno. Las venillas ocurren en fracturas concntricas que parecen estar relacionadas con

la formacin de una caldera. La alteracin de las rocas caja es pervasiva y consiste de cuarzo,

caolinita y alunita. Las venillas consisten de cuarzo, pirita, famatinita, tetraedrita-tenantita,

bismutinita, goldfieldita y oro nativo. En contraste con el distrito Comstock, el contenido de plata

de las menas de Goldfield es muy bajo, donde el ratio plata:oro es menor que uno (Tabla 1).

Estudios geotermomtricos en inclusiones fluidas sugieren que la temperatura de formacin

est entre 250 y 290 C (Brusha y Noble, 1983). Ashley (1979) concluye que las soluciones

hidrotermales fueron dominadas por aguas metericas en las bases de informacin isotpica

de oxgeno.

Las condiciones fisicoqumicas para la deposicin de minerales de Goldfield son mostrados en

la Figura 13 en trminos de actividades de oxgeno y H2S a 250 C. Este diagrama fue





calculado a un pH 4 para representar las condiciones acidas sugeridas por la ocurrencia de

caolinita y alunita en los ensambles de alteracin. Las condiciones resaltadas estn basadas

en la ocurrencia comn de famatinita a lo largo con menores cantidades de tetraedrita en las

menas. Estas condiciones son equivalentes a un contenido de azufre en la solucin de

aproximadamente 1000 ppm, en su mayor parte de H2S, y una actividad de oxigeno entre 10-

36 y 10-37. Entre 1 y 10 ppb el oro puede ser transportado como complejo bisulfurado. La

deposicin del oro ocurrira como un resultado del decrecimiento en la actividad de H2S. Como

en el caso de la plata discutida arriba, la mezcla de soluciones y la precipitacin de sulfuros

son procesos que pueden resultar en el decrecimiento de la actividad de H2S. Sin embargo,

en el sistema de ebullicin de Goldfield puede haber una posible explicacin. No hay

informacin de inclusiones fluidas que sugieran que la ebullicin ocurri. Sin embargo, la baja

profundidad de emplazamiento (Heald y otros, 1987) junto con la abundancia de alunita en el

ensamble de alteracin sugiere que la solucin mineralizante ebulli.

Drummond (1981) y Drummond y Ohmoto (1985) discuten los cambios qumicos que ocurren

durante la ebullicin. Basados en trazas de solucin ploteadas en trminos de fugacidad de

oxgeno y pH, ellos demostraron que es haba un incremento de pH y de fugacidad de oxgeno

en la solucin residual; la cantidad depende de la composicin inicial y del volumen de vapor

producido. Este comportamiento qumico es concordante con el particionamiento de especies

formadores de acido como dixido de carbono y componentes reducidos como H2S, metano,

e hidrogeno en fase de vapor. Mientras la prdida de dixido de carbono resulta en un

incremento del pH, el escape de H2S incrementa la actividad de oxgeno y desestabiliza los

complejos bisulfurados como un resultado del decrecimiento de la actividad de H2S. El ltimo

resultara en la deposicin de oro y argentita en un sistema de ebullicin epitermal. Drummond

y Ohmoto (1985) tambin descubrieron que muchos de los significantes cambios qumicos han

ocurrido por el tiempo donde el volumen del vapor alcanzo al del lquido, o donde 2 por ciento

del lquido ha sido convertido a vapor a 250 C. ellos tambin concluyeron que la perdida de

H2S fue ms eficiente en la deposicin de oro que la oxidacin.

En sistemas de ebullicin, la fraccin en masa de agua remanente en las soluciones residuales

es importante, particularmente si el transporte de soluciones est cerca o dentro de la

saturacin de varios minerales. El cuarzo, o alguna otra forma de slice, es el ms abundante

mineral ganga en depsitos epitermales. Las formas metaestables y la naturaleza de grano

fino de la slice sugieren la que la deposicin fue relativamente rpida. Fournier (1985) reviso

la qumica de la slice en sistemas epitermales y concluyo que el enfriamiento es un importante

mecanismo para su deposicin. Sin embargo, Drummond y Ohmoto (1985) concluyeron que la

isoentalpa (contenido de calor constante para el sistema vapor-liquido) de enfriamiento tuvo

solo un menor efecto en la qumica de las soluciones en un sistema de ebullicin, al menos en

el rango de temperaturas para sistemas epitermales.

Incluso pensando que la ebullicin es una parte integral de muchos modelos para la formacin

de depsitos epitermales, no todos los sistemas muestran evidencias de ebullicin, y otros

procesos deben ser responsables de la deposicin mineral como se ejemplifico con el distrito

Comstock discutido arriba. La mezcla de soluciones tiene el mismo efecto que la ebullicin en





la temperatura, actividad de oxgeno y H2S, especialmente si agua de la superficie, mas fras

y oxigenadas, estn involucradas. El pH puede incrementar durante la mezcla. Lo ltimo puede

ocurrir si algunas de las aguas acidas sulfatadas generadas en la parte superior de la ebullicin

se vuelve a incorporar debajo debido a la conveccin. La mezcla de soluciones no es fcil de

identificar y se debe confiar en cuidadosos estudios de inclusiones fluidas y estudios de

isotopos estables para detectarlo. Mientras tales estudios han sido llevados a cabo en otros

tipos de depsitos hidrotermales, pocos se han dirigido a depsitos epitermales (Hofstra y

otros, 1988). En el modelo de Romberger (1986b) para el origen de depsitos emplazados en

rocas sedimentarias y en observaciones del presente en activos sistemas de aguas termales,

no es difcil de ver el rol que la mezcla podra tener.

La interaccin con la roca caja puede ser un importante proceso deposicional en ciertos

sistemas hidrotermales, particularmente donde hay una cercana relacin espacial entre los

minerales y la alteracin de roca caja. Esta alteracin es una parte integral de rodo el proceso

mineralizante y es ampliamente usado como gua de exploracin. Estudios de balances de

masa han mostrado que, en muchos casos, los componentes voltiles como dixido de

carbono y agua han sido aadidos a las rocas cajas y los metales alcalinos han sido lixiviados

de las rocas por la solucin. El efecto neto de este intercambio es un incremento del pH en las

soluciones transportadoras las cuales resultaran en la deposicin de metales como complejos

clorurados. Sin embargo, si las rocas encajonantes contienen una gran cantidad de minerales

oxigenados como xidos de hierro y sulfatos, el oxgeno puede ser intercambiado, resultando

en la oxidacin de la solucin. La sulfidizacin de rocas ricas en hierro por H2S originario en

las soluciones transportadoras resultara en la formacin de pirita en los ensambles de

alteracin de la roca caja. El decrecimiento resultante en la actividad del H2S en las soluciones

desestabiliza a los complejos bisulfurados y causa precipitacin de oro y sulfuros de plata. Este

mecanismo ha sido sugerido para la formacin de ciertos depsitos de oro pirticos emplazados

en formaciones de hierro en el oeste de Australia (Phillips y otros, 1984) y pueden aplicarse a

ciertos depsitos epitermales tambin. La cercana asociacin del oro y la pirita en el ltimo,

independientemente de la roca caja, es bien reconocido.

La tabla 3 resume los cambios en la qumica de las soluciones llevadas a cabo por la ebullicin,

mezcla de soluciones y alteracin de la roca caja. Por ejemplo, un decrecimiento opuesto a la

temperatura bajo la columna de ebullicin significa que el ltimo proceso resultara en un

enfriamiento de la solucin y as sucesivamente. El signo de interrogacin opuestos al pH y a

la actividad de oxigeno bajo la mezcla de soluciones y alteracin de la roca caja,

respectivamente, significa que el cambio depender de la composicin de las fases acuosas y

solidas involucradas. Especficamente, el pH de las soluciones transportadoras puede

incrementar si la mezcla ocurre con tpicas aguas subterrneas. Sin embargo, un decrecimiento

del pH puede ocurrir si la mezcla toma lugar con aguas acidas producidas por la oxidacin del

H2S en sistemas de aguas termales ebullentes en superficie. Independiente las opuestas

actividad de cloruro y salinidad bajo alteracin de rocas cajas indican que el ultimo ha tenido

poco o casi ningn efecto en esos parmetros. La Tabla muestra que la ebullicin incrementara

la actividad del cloruro y la salinidad mientras que la mezcla de soluciones disminuira estas

variables. Muchos sistemas epitermales involucran soluciones que son relativamente diluidas,





con salinidades de alrededor de 1 a 3 por ciento en peso de NaCl. A estas relativas bajas

concentraciones en comparacin a los depsitos de metales base, la salinidad y por lo tanto la

actividad del cloruro, no tendrn importancia en el control de la solubilidad de metales preciosos

en depsitos epitermales. Una excepcin puede ser en una ebullicin, dominado por vapor,

ambiente de aguas termales donde una proporcin significante de agua es convertida a vapor.

Esto resultara en un incremento estas cantidades en el lquido residual y por lo tanto un ligero

incremento en la solubilidad del metal, particularmente donde el complejamiento clorurado est

involucrado.





5 CONCLUSIONES

Entendiendo el comportamiento qumico del oro y la plata en soluciones hidrotermales es crtico

desarrollar modelos genticos para la formacin de depsitos epitermales. Las relaciones de

equilibrio de fase pueden ser usadas juntas con ensambles de minerales mena, gangas y de

alteracin e informacin de inclusiones fluidas en minerales primarios para establecer las

condiciones qumicas bajo las cuales los depsitos se formaron. Este enfoque asumiendo

equilibrio que ha sido alcanzado entre soluciones y minerales. Como una suposicin puede ser

difcil de aceptar, particularmente para fuentes termales dinmicas donde parece lgico que

las condiciones qumicas puedan cambiar rpidamente y episdicamente. Sin embargo, la alta

frecuencia con la cual los mismos ensambles minerales parecen aparecer en depsitos de oro

y plata, independiente de los arreglos estructurales y rocas encajonantes, sugiere que el

equilibrio qumico est enfocado pero no alcanzado. Los mecanismos de transporte son

determinados una vez las condiciones qumicas de deposicin han sido establecidas. Para

muchos depsitos epitermales donde los ensambles minerales primarios pueden contener

cualquier combinacin de oro (electrum), argentita, pirita, sericita, adularia, sulfuros de

arsnico, o carbn, las condiciones favorecen el transporte de metales preciosos como

complejos bisulfurados. La deposicin ocurrira como un resultado del decrecimiento de la

actividad de H2S u oxidacin de las soluciones. Los procesos que ocurren en ambientes

epitermales los cuales producen estos cambios incluyen ebullicin, mezcla de soluciones, e

interaccin con la roca caja.

Para depsitos formados a altas temperaturas, por arriba de los 300 C, dependiendo de la

salinidad de la solucin, el complejamiento clorurado es el ms comn mecanismo de

transporte. La temperatura de transicin desde el complejamiento bisulfurado a clorurado es

menor para la plata que para el oro. Los mecanismos de deposicin para metales transportados

como complejos clorurados contrastan para aquellos con aquellos para complejos bisulfurados

e incluyen el incremento del pH y la actividad del H2S y la reduccin de la solucin. Si los

metales preciosos son transportados como complejos clorurados, ellos comnmente serian

asociados a metales base como zinc, plomo y cobre, los cuales prefieren un complejamiento

clorurado.

Transporte y Deposicion de Metales Preciosos en Depositos Epitermales

Documents

Transcript of Transporte y Deposicion de Metales Preciosos en Depositos Epitermales