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7/18/2019 01- Generacion de Magma- Sistemas Hidrotermales y Alteracion
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CursoMINERALOGIA Y GEOLOGÍAING. METALURGICA
PROCESOS ENDOGENOS:MagmatismoCristalización fraccionada y diferenciación magmática
U N I V E R S I D D D E C O N C E P C I O N
INSTITUTO DE GEOLOGÍ ECONÓMIC PLIC D
Prof: Marcos Pincheira
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Generación de magma
Sectores magmáticos activos son los márgenes de placas y zonas adyacentes
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Hot spot Zona de subducción
Dorsal
GENERACION DE MAGMA EN LA
ACTUALIDAD
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La porción superior de la placa oceánica
subductada, rica en agua y minerales hidratados,compuesta por una delgada cubierta de sedimentos
y rocas vocánicas basálticas de fondo oceánico
muy alteradas, controlan la generación de
magmatismo en las zonas de convergencia.
Generación de magmas en margencontinental activo
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Formaciónde los primeros
cristalesde olivino
Formaciónde los primeros
cristalesde piroxeno.
Formaciónde los primeros
cristalesde cuarzo
Olivino
Piroxeno
Cuarzo
CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA Y
DIFERENCIACIÓN MAGMÁTICA
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CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA Y DIFERENCIACIÓNMAGMÁTICA
Primeros minerales formados al bajarla temperatura del magma sonretirados del sistema por su densidady acumulados en el fondo de la
cámara magmática.El magma residual se empobrece enalgunos elementos (Fe, Mg, Ti, Ca,etc.) y se concentra relativamente enotros, cambiando progresivamente
su composición química a medidaque progresa la cristalización(cristalización fraccionada).
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Serie de Bowen: orden de cristalización en un
magma, formando silicatos
d e s c e n s o d e l a
t e m p e r a t u r a
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DIFERENCIACIÓN POR CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA
Plagioclasascálcicas
Magmade gabro
Magmagranítico
Magmadiorítico
Tipo deMagma
Plagioclasasintermedias Cuarzo Ortocl.
Plagioclácida
Piroxeno AnfíbolasOlivino Anfíbolas Biotita
Componentesclaros
Componentesoscuros
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ROCAS ÍGNEAS PLUTÓNICAS
Gabro Diorita
Sienita Granito rosado
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Algunos elementos presentes en el magma son de carácter incompatible
debido a su radio iónico, composición química del magma y estado deoxidación. Estos elementos no entran con facilidad en la estructura de lossilicatos y son enriquecidos en el magma residual.
QUE ELEMENTOS ENTRAN CON FACILIDAD EN LAESTRUCTURA DE LOS SILICATOS
Si, Al
O
Tetraedros de silicio-oxígeno
Cadenas dobles detetraedros de silicio-oxígeno
y cationes de Fe-Mg
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Minerales: Formula
Olivino (Mg,Fe)2SiO4
Enstatita Mg2Si2O6
Hiperstena (Mg,Fe++)2Si2O6 Augita (Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)(Si,Al)2O6
Biotita K(Mg,Fe++)3[AlSi3O10(OH,F)2
Hematita Fe2O3
Magnetita Fe++Fe+++2O4
Ilmenita Fe++TiO3
Plagioclasas (Na,Ca)(Si,Al)4O
8Ortoclasa KAlSi3O8
Muscovita KAl2(Si3 Al)O10(OH,F)2
Cuarzo SiO2
Esfeno CaTiSiO5
Zircón ZrSiO4
Epidota Ca2(Fe+++,Al)3(SiO4)3(OH)
Hornblenda Ca2[Fe++4, Mg++4 (Al,Fe+++)]Si7 AlO22(OH)2
PROCESOS DE CONCENTRACIÓN DE METALES EN EL MAGMA
Qué minerales (y elementos) se
retiran mayoritariamente del
magma durante la cristalizaciónFraccionada para formar silicatos?
En que medida se incorporan
los metales (Cu, Zn, Au, Ag,
Pb,Mo) en estos minerales ?
Donde se concentran el S, As,
Cl, H2O ?
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Metales como el Cu, Zn, Pb, Au, Ag, etc. son incorporados a la fasecristalina como trazas en minerales formadores de roca ya sea comomicroinclusiones de sulfuros magmáticos o en la red cristalina.
Metal Concentración Minerales Ligando más
media en hospedantes frecuente en
Granitos (ppm) fluidos magmáticos
Cu 12 Pirrotina, anfibola, piroxeno Cl-
Pb 20 Feldespato-K, biotita Cl-
Zn 50 Fe-Ti-Ox, anfibola, piroxeno Cl-
Mo 1,5 Fe-Ti-Ox, anfibola, piroxeno OH-
Sn 3 Fe-Ti-Ox, anfibola, piroxeno Cl-
Au 0,002 Pirita, pirrotina, bornita Cl-, HS-, H2S
Incorporación de metales en la red cristalina de los minerales
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Curso:GEOLOGIA Y MINERALOGIA
INGENIERIA METALURGICA
Las etapas post-magmáticas; los sistemas hidrotermalesMecanismos de depositación de metales
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SISTEMAS HIDROTERMALES
Un depósito mineral de origenhidrotermal se forma por lacirculación por fluidos de temperaturavariable, entre 50ºC y 500ºC, que
lixivia, transporta, y posteriormenteprecipita su carga de metales, enrespuesta a cambios en las condicionesfísico-químicas del medio por dondecircula.
Un fluido hidrotermal puede ser
definido como una solución acuosa aalta temperatura portadora de muchosmetales en solución, en forma decomplejos iónicos, que puede migrarlateral y verticalmente en el interior dela corteza terrestre en un rango
amplio de temperaturas y presiones.
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Vapor
ESQUEMA DE FLUJO CONVECTIVO Y DISTRIBUCIÓN DEISOTERMAS
Fluido de origenmagmático
Isotermas
Flujo convestivoaguas meteóricas
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Las rocas donde circula el fluido hidrotermal experimentan diversos grados dealteración, porque la asociación mineral existente en las rocas no es estable en la
presencia de dicho fluido y tiende a re-equilibrarse, formando una nuevaasociación mineral, estable en estas nuevas condiciones.
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FUENTE DE ORIGEN DE FLUIDOS EN LOS SISTEMASHIDROTERMALES
Dos fuentes para el agua en los sistemas hidrotermales:
• Meteórica (aportada por aguas lluvia) Muy abundante en las fases finales de menor temperatura (95% del volumen total
de aguas circulantes) del sistema.
• Magmática (aprox. 2-6% en volumen aportada por el magma en enfriamiento). Alta participación en las fases iniciales de mayor temperatura. Pese a lo anterior,no representa probablemente más de un 5% del total del volumen de agua que
circula durante el tiempo en que se desarrolla el sistema.
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EFECTO DEL AGUA Y VOLÁTILES EN UN SISTEMAMAGMÁTICO EN ENFRIAMIENTO
El agua es el volátil mayoritario en un magma (2,5 a 6,5% en peso).
Otros constituyentes incluyen cantidades menores de H2S, CO2, HCl, HF, H2.
El principal efecto del agua en una mezcla silicatada fundida es bajar
considerablemente su viscosidad debido a un fenómeno de despolimerización.
Si, Al O-2
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El agua y otros volátiles tales como el F, B, Cl rompen estospuentes de oxigeno reemplazando un ion O2- por 2OH-
Los efectos del agua pueden ser resumidos en:
• Despolimeriza la mezcla y reduce su viscosidad
• Aumenta la velocidad de difusión iónica
• Disminuye la temperatura de cristalización
• Se exsuelve y expande en el magma, causando endeterminadas circunstancias una explosiva evacuación devolátiles hacia la superficie (ebullición retrógrada).
OH - OH -
OH -
OH-
O2-
Ó Ó
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El continuo incremento de la concentración del H2O en el magma
residual, debido a la cristalización fraccionada, provoca que en algún
momento de su evolución (y siempre que el nivel de ascenso del
magma en la corteza sea considerable) la presión del H2O en la parte
superior de la cámara magmatica iguale la presión confinante. En este
punto se producirá la “segunda ebullición” o “ebullición retrógrada” de
los volátiles en el magma.
EBULLICIÓN Y SEPARACIÓN DE FASES
400ºC
A condiciones de altapresión y temperatura, unmagma posee una altasolubilidad del agua, la
que decrece con eldescenso de temperaturay más fuertemente, conel descenso de presión.
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EBULLICIÓN DE LAS SOLUCIONES RESIDUALES EN EL MAGMA
400ºC
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EBULLICIÓN DE LAS SOLUCIONES RESIDUALES EN EL MAGMA
El aumento de la presión de vapor al
entrar en ebullición el sistema, llega asuperar la resistencia mecánica de lasrocas de caja, produciéndose unafracturación y brechización hidráulica(FBx) de las rocas cristalinas de la
costra exterior del plutón, encima dela zona saturada.
Como resultado se produce una rápida perdida de presión de fluido
en la cámara magmática, lo cual lleva a la precipitación de sílice,
sellando el sistema y a la formación de nuevo magma residual
saturado en agua.
Brecha Marginal del yacimiento El Teniente:Brecha hidrotermal con matriz de turmalina y
sulfuros.
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Stockwork de vetillas en un pórfidocuprífero, oxidadas por efectossupergenos (parte superior del
depósito)
BRECHAS HIDRAULICAS “STOCKWORK” Y BRECHA HIDROTERMAL
En el estado final del proceso se haproducido una densa red de fracturas
sobre el Plutón y una alteraciónprogresiva de los canales decirculación de las soluciones,generando un stockwork.
Los minerales de mena,concentrados generalmente por las
soluciones hidrotermales mástardías, pueden ser transportados através de esta red de fracturas ydepositados generalmente a partirde soluciones hipersalinas durante
los estadios póstumos de laactividad magmática.
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~1-3 km
Superficie
SISTEMAS DE PÓRFIDOS CUPRÍFEROS
IntrusiónMagma hidratado
~400ºC
Exsolución del aguadesde el magma
Intrusión Pórfidoportador de la
mineralización deCu-Mo
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La precipitación de los metales desde un fluido hidrotermal ocurrirá porejemplo como resultado de:
1-Variaciones de la temperatura
2- Cambios químicos producidos por mezcla de fluidos.
3- Reacciones de la solución con las rocas de caja
DEPOSITACIÓN DE LOS METALES
La alteración hidrotermal de los feldespatos y de otrossilicatos ocurre a través de la hidrólisis, lo que significa laextracción de los iones de hidrógeno desde la solución, locual disminuye la estabilidad de los complejos clorurados y
causa la precipitación de sulfuros.
1 y 2La temperatura y el nivel de oxidación y el pH cambian
bruscamente cuando fluidos hidrotermales magmáticos se
mezclan con aguas meteóricas superficiales frías y oxigenadas y
de pH neutro.
3
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Agua meteóricarica en oxigeno
y de baja Tº
Zona de mezcla de solucionesmagmáticas y meteóricas
DEPOSITACIÓN DE LOS METALES
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Curso:GEOLOGIA Y MINERALOGIA
INGENIERIA METALURGICA
Alteración HidrotermalEfectos sobre los procesos de recuperación metalúrgica
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Las rocas donde circula el fluido hidrotermal experimentan diversos grados dealteración, porque la asociación mineral existente en las rocas no es estable en lapresencia de un fluido a alta temperatura (100º - 500º C, con muchos elementos
en solución) y tiende a re-equilibrarse, formando una nuevas asociaciones, dondequedan remanentes de la mineralogía original de la roca, fuertemente alterados aminerales más estables en estas nuevas condiciones.
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ALTERACIÓN HIDROTERMAL
La Alteración Hidrotermal produce cambios mineralógicos, texturales yquímicos de una roca, formados por la circulación a través de ella desoluciones hidrotermales. La alteración hidrotermal está caracterizada por:
• Un sistema abierto de interacción agua – roca• Desequilibrio químico fluidos - roca
• Adición o remoción de componentes químicos (metasomatismo)
Vapor y fluido a alta temperatura
Cambios:
Mineralógicos,Texturales yquímicos de las rocasatravesadas
Roca
Cuerpo magmático: fuentede calor y fluidos
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En términos generales se puede establecer un orden relativo desusceptibilidad a la alteración de los minerales, debido a que los de más altatemperatura de cristalización estarán en fuerte desequilibrio en condiciones
hidrotermales y serán los primeros en alterarse:
Olivino > magnetita > piroxenos > anfiboles > biotita = plagioclasa
Existen minerales mas fáciles de alterar que otros
Alta Tº
Baja Tº
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La característica esencial de la alteración hidrotermal es la conversiónde un conjunto mineral inicial en una nueva asociación de mineralesmás estable bajo las condiciones hidrotermales de temperatura, pH ycomposición de fluidos.
Venillas de alteración cuarzo-sericita-sulfuros Alteración argílica (caolín-esmectita)
Oxidados de Cu
Sulfuros Cu-Fe
Sondajes en pórfidos cupríferos
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Alteración de plagioclasa sericita arcillas cuarzo
andesina sericita + cuarzo0.75 Na2CaAl4Si8O24 + 2H+ + K + = KAl3Si3O10(OH)2 + 1.5 Na+ + 0.75 Ca2+ + 3SiO2
sericita (mica potásica) caolinita
KAl3Si3O10(OH)2 + H+ + 1.5 H2O = 1.5 Al2Si2O5(OH)4 + K +
caolinita Cuarzo0.5 Al2Si2O5(OH)4 + 3H+ = SiO2 + 2.5 H2O + Al 3+
andesina caolinita + cuarzo
Na2CaAl4Si8O24 + 4H+
+ 2H2O = 2 Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + 2Na+
+ Ca2+
La alteración hidrotermal, debido al bajo pH de la solución, producehidrólisis (H + y OH - ), quebrando la estructura cristalina de los silicatos,debido a la adición de iones H+ y OH- en los sitios de unión de laestructura cristalina.
El H+ penetra en la estructura cristalina donde compite con ventaja sobreotros cationes, debido a su pequeño radio y fuerte atracción iónica,desplazando al Ca2+ , K +, Na+, etc., los cuales son transferidos a lasolución, donde son captados por los OH-.
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Factores que controlan la alteración hidrotermal
Temperatura y la diferencia de temperatura ( tº) entre la roca y el fluido que lainvade: mientras más caliente el fluido mayor será el efecto sobre la mineralogíaoriginal.
Composición del fluido, sobre todo el pH del fluido hidrotermal: mientras másbajo el pH (fluido más ácido) mayor será el efecto sobre los minerales originales.
Duración de la interacción agua/roca y variaciones de la razónagua/roca: mientras mayor sea el volumen de soluciones que circulen por lasrocas y por mayor tiempo, las modificaciones mineralógicas serán más completas.
Permeabilidad de la roca: Una roca compacta y sin permeabilidad no puede serinvadida por fluidos hidrotermales para causar efectos de alteración. Sin embargo,los fluidos pueden producir fracturamiento hidráulico de las rocas o disolución deminerales generando permeabilidad secundaria en ellas.
M d l d Al ió Mi li ió Pó fid
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El esquema clásico de alteración-mineralización fue estudiado por
Lowell & Guilbert (1970) en San Manuel-Kalamazoo en Arizona.
Según este modelo general, los depósitos de cobre porfídico
desarrollan generalmente cuatro zonas de alteración hidrotermal,
las cuales están normalmente centradas en el cuerpo plutónico
porfídico central, alrededor del cual se disponen coaxialmente
envolturas concéntricas (a veces incompletas) de las siguientes
zonas:
•Zona potásica
•Zona fílica
•Zona argílica
•Zona propilítica
•Zona clorita-sericita-epidota-magnetita
Modelo de Alteración y Mineralización en Pórfidos
Cuarzo-sericita-clorita-feldespato-K
Feldespato-K / Biotita
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Esquema clásico de alteración-mineralizaciónde Lowell & Guilbert (1970)
R. Oyarzun, 2011
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Zona de alteración potásica, caracterizada
por el desarrollo de feldespato
potásico/biotita secundaria, o por la
presencia de feldespato potásico-clorita ya veces por la asociación feldespato
potásico-biotita-clorita. Corresponde a un
intercambio catiónico con la adición de K+
a las rocas
La anhidrita es importante en esta zona ygeneralmente también ocurre algo de
sericita.
La alteración potásica es de alta temperatura (400° a 800°C) y se caracteriza por unaalteración selectiva y penetrativa de la roca. La Biotita en vetillas ocurre principalmente en
el rango 350°-400°C, y feldespato potásico en vetillas en el rango 300°-350°C. La alteración
potásica comúnmente es tardimagmática y se presenta en la porción central de zonas
alteradas ligadas al emplazamiento de intrusivos.
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Alteración sílico-potásica: Feldespato potásico,
biotita,clorita, anhidrita,
magnetita,pirita
Zona de alteración potásica
Biotita
Biotita
Qz
Observación microscópica
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Zona de alteración fílica, conocida también
como zona de alteración cuarzo-serícitica.
Esta zona está caracterizada por la asociación
cuarzo-sericita-pirita, a menudo acompañada
por algo de rutilo. Desarrolla clorita y pirofilitaen la parte interior e illita en la parte exterior.
La zona de alteración fílica posee el
mayor desarrollo de pirita
rellenando vetillas y en forma
diseminada.
La alteración cuarzo-sericita ocurre en un
rango de pH 5 a 6 y a temperaturas sobre los
250°C. A temperaturas más bajas ocurre illita
(200°-250°C) o illita-esmectita (100°- 200°C).
A temperaturas sobre los 450°C aparece
corindón asociado a sericita y andalucita.
Cuarzo SiO2
Sericita KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2
Illita (K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)
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ALTERACIÓN SERICÍTICA O CUARZO-SERICÍTICA
Ambos feldespatos (plagioclasas y feldespato potásico) transformados a sericita y
cuarzo, con cantidades menores de illita. Normalmente los minerales máficos
también están completamente destruidos en este tipo de alteración.
Qz Ser
Observación macroscópicaSección delgada de roca bajo
observación microscópica, con luzpolarizada.
ALTERACIÓN ARGÍLICA
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Zona de alteración argílica (y argilica
intermedia), está caracterizada por la
presencia de minerales de arcilla:
caolinita más importante en la
zona interior
montmorillonita más inportante
en la parte exterior.
La pirita está presente en menorcantidad que en la zona fílica,
generalmente en forma de vetillas.
La alteración argílica intermedia ocurre en rangos de pH entre 4-5 y puede coexistir con la
alunita en un rango transicional de pH entre 3 y 4.
La caolinita se forma a temperaturas bajo 300°C, típicamente en el rango 150°C-200°C.
Sobre los 300°C la fase estable es la pirofilita.
Hay una significativa lixiviación de Ca, Na y Mg de las rocas. La alteración argílica
intermedia representa un grado más alto de hidrólisis (bajo pH) relativo a la alteraciónpropilítica.
ALTERACIÓN ARGÍLICA
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ARGÍLICA AVANZADAGran parte de los minerales de las rocas son transformados a caolinita, dickita,
pirofilita, alunita y cuarzo. Este tipo de alteración representa un ataque hidrolítico
extremo de las rocas en que incluso se rompen los fuertes enlaces del aluminio enlos silicatos originando sulfato de Al (alunita).
En casos extremos la roca puede ser transformada a una masa de sílice oquerosa
residual (“vuggy silica”). La alteración argílica avanzada ocurre dentro de un amplio
rango de temperatura pero en condiciones de pH entre 1 y 3,5. A bajo pH 2 domina
el cuarzo, mientras que alunita ocurre a pH sobre 2.
Cuarzo : SiO2
Caolinita: Al2Si2O5(OH)4
Dickita: Al2Si2O5(OH)4
Alunita: KAl3(SO4)2(OH)6
Pirofilita: Al2Si4O10(OH)2
Jarosita: KFe+33 . [(OH)6· (SO4)2]
vuggy silica
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Zona de alteración argílica
ALTERACIÓN PROPILÍTICA
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Zona de alteración propilítica, muy extensa
y siempre presente en la parte externa de
los yacimientos. Con presencia de epidotay/o clorita (plagioclasa albitizada, calcita y
pirita). Este tipo de alteración representa
un grado bajo de hidrólisis de los minerales
de las rocas.
Esta alteración ocurre por lo general comohalo gradacional y distal de una alteración
potásica, gradando desde actinolita-biotita
en el contacto de la zona potásica.
En la zona central de mayor extensión se
observan asociaciones de epidota-clorita-albita-carbonatos.
ALTERACIÓN PROPILÍTICA
La alteración propilítica se forma a condiciones de pH neutro a alcalino y
temperatura de 200° a 300°C. La presencia de actinolita (280°-300°C) puede ser
indicador de la zona de alteración interior.
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Plag
Clorita
Lim
Plag-(albita)
Clorita
Secciones transparentes: Observación microscópica
Las formaciones de clorita, epidota y albita están representadas por las reaccionessiguientes:
Cloritización de la biotita:
biotita + H+ clorita + cuarzo + K+
Epidotización y albitización de la plagioclasa:
plagioclasa + cuarzo + H2O + Na+ epidota + albita + H+
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Evolución mineralógica de un yacimiento; sucesivassobreimposiciones de eventos de alteración-mineralización
K
K
K
K
P
P
P
P
X
VolcánicosMesozoico/Terciario
+
+
+
++
Flujos magmáticos
Plutón
AA
AA AA
X
X
X
X
X
X X
X
X
Paleozoico
T e c h o
d e l b a s a m
e n t o
K
KK
K
K
P
P
P
QsQs
Vetas/brechas
Cu-As-Au
Flujos
meteóricos
Vetas / brechas
Vetas “D”
FlujosMeteóricos
Paleosuperficie
0 2 km
Ef t d l lt ió d l l
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Efectos de la alteración de las rocas en los
procesos metalúrgicos
1- Molienda: Uno de los procesos mas ineficientes en
terminos de consumo de energia es la molienda. Factores
claves son la dureza de la roca (por ej. alteración cuarzo-
sericítica) o bien la alta plasticidad de la misma (alteraciónargílica) debidos a los procesos de alteración, forman parte
de las dificultades de la molienda.
2- Flotación: La presencia de lamas (materiales finos
menores a 10 µm, generalmente del tipo filosilicatos), son
uno de los principales factores en la mala recuperación en la
flotación. Modificar los parámetros operacionales o agregar
químicos, aumenta los costos asociados a la recuperación.
Pirometalurgia:
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3- Lixiviación: Los minerales son primeramente
chancados, lo cual tiene similares dificultades que la
molienda por la presencia de rocas duras o blandas
debidos a la alteración que las afecta. La etapa siguiente la
del curado supone el contacto del mineral con ácidoconcentrado, aquí el consumo de ácido esta directamente
relacionado a la mena y a la ganga que reacciona con el
ácido.
Hidrometalurgia:
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4- Estabilidad de la Pila: La alta presencia de minerales
de arcillas expandibles (esmectitas) en las rocas puedecausar la impermeabilización, la desestabilización de un
sector de la pila y la pérdida operacional de la misma.
5- Pérdida de conectividad hidráulica: La presencia de
arcillas causa también el sellado de los poros en la pila y
finalmente el aposamiento, con perdidas de recuperación
importantes.
FIN