COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS MINERALES

Química de minerales y su relación con la génesis de rocas, su importancia económica.

YesoCa(SO4)•2(H2O)

Se describen como materiales cristalinos aquellos materiales sólidos cuyos elementosconstitutivos se repiten de manera ordenada y paralela y cuya distribución en elespacio muestra ciertas relaciones de simetría.

ESTADO CRISTALINO

Se conoce con el nombre de estructura mineral a la distribución ordenada de los átomos en uncristal o en un mineral; proporciona información sobre la localización de todos los átomos, lostipos de enlace, la simetría y el contenido químico de la celda unitaria.

Estructura mineral.

En las estructuras cristalinas los iones están agrupados de tal forma que cuando los cationescomparten aniones los poliedros de coordinación formados en torno a uno de ellos están unidoscon frecuencia compartiendo vértices y/o aristas, pero generalmente no comparten las caras.

Estructura de la CalcopiritaCuFeS2

Tetragonal ‐ Scalenohedral

Estructura de la CalcitaCaCO3 

Trigonal ‐ Hexagonal Scalenohedral

Hay muy pocos minerales que sean sustancias puras, la mayoría de los minerales presentan unavariación amplia en la composición química.

Esta variación de la composición química es el resultado de la sustitución en una determinadaestructura mineral de un ion o grupo iónico por otro ion o grupo iónico.

Este tipo de relación se conoce por el nombre de sustitución iónica o solución sólida y se presentasiempre entre minerales que son isoestructurales.

Composición química de los minerales.

Dos fase cristalinas son isoestructurales cuando presentan la mismo estructura cristalina y distinta composición química. 

Isoestructurales

ANHIDRITA CaSO4ACANTITA Ag2S (Argentita)ALUNITA KAl3(SO4)2(OH)6ANGLESITA PbSO4 ATACAMITA Cu2Cl(OH)3AZUFRE  SANTLERITA Cu3(SO4)(OH)4ARAGONITO CaCO3ARSENOPIRITA FeAsS (Mispiquel)BORNITA Cu5FeS4 AZURITA Cu3 (CO3)2(OH)2BARITINA BaSO4 (espato pesado)

Hay minerales como el oro, la plata, el azufre… que se presentan en estado nativo y sus formulas sonlos símbolos de los elementos, sin embargo la mayor parte de los minerales son compuestosformados por dos o mas elementos y sus formulas indican las proporciones atómicas de loselementos presentes.

Hay muy pocos minerales que tengan una composición química constante, a esos se les llamasustancias puras (cuarzo SiO2, cianita Al2SiO5, etc.). La mayoría de los minerales presentanvariaciones en la composición dentro de las posiciones atómicas de las estructuras, por ejemplo laZnS siempre lleva hierro en la posición del Zn en distintas proporciones.

Análisis químicos elementales.

LA GENESIS DE LOS MINERALES

Los minerales son productos naturales de muchos y variados procesos que han ocurrido en la cortezaterrestre desde su formación, bajo el titulo de génesis de los minerales se pueden considerar 3apartados:

1º la manera de formarse los minerales, el crecimiento de los cristales y la variación de sus formas ypropiedades físicas;

2º los mecanismos fisicoquímicos de formación de los minerales;

3º el proceso geológico de la formación mineral.

Conceptos geoquímicos.

Los minerales pueden formarse o bien por cristalización de mezclas naturales o bien por lainteracción de gases y soluciones o también por la interacción de estos gases y solucionescon la parte sólida de la corteza terrestre. Este último caso es el que más ocurre.

Cuando se hace un análisis químico de las rocas o de los minerales de la corteza seestablece que ambos están compuestos fundamentalmente por 8 elementos: O, Si, Al, Fe,Mn, Ca, Na, K. Además de estos 8 elementos fundamentales puede haber otros enproporciones inferiores a un 1% que se conocen como elementos traza.

Teniendo en cuenta las afinidades electrónicas de los elementos y la forma en la queaparecen en la naturaleza, todos los elementos se pueden dividir en los siguientesgrupos geoquímicos: siderofilos, calcófilos y litófilos.

Los siderofilos son los que tienen una afinidad relativamente débil por el O ó por el S,aparecen normalmente nativos.

Los elementos calcofilos son los que tienen una fuerte afinidad por el azufre,aparecen como minerales en forma de sulfuros.

Los elementos litófilos son los que presentan una fuerte afinidad por el oxígeno yaparecen como elementos oxigenados

Además de estos 3 grupos básicos existen también elementos atmófilos que seencuentran en la atmósfera y elementos biófilos que se encuentran en plantas oanimales, los elementos de estos dos grupos no son minerales.

Hay elementos químicos que se encuentran en más de un grupo porque los compuestosque forma no dependen solo de ellos sino también de otros factores(presión/temperatura) y de otros elementos presentes.

Los elementos que forman parte de los minerales forman los depósitos minerales que sedividen en dos grupos: depósitos endógenos y exógenos.

Los primeros se forman bajo la corteza terrestre o bien en la superficie por material que hasalido fuera de las profundidades de la Tierra, mientras que los depósitos exógenos seforman enteramente en la superficie.

Se conoce como magma a la mezcla natural compuesta principalmente por silicatos quese genera en la profundidad de la Tierra.

Cuando el magma solidifica en las partes mas profundas de la corteza terrestre forma lasrocas plutónicas o rocas intrusivas, ahora bien los movimientos de la corteza puedenprovocar que el magma ascienda a la superficie donde aparece como lava que al enfriarseforma las rocas volcánicas o rocas extrusivas.

Cristalización y composición de los magmas.

Estos dos tipos de rocas son distintas, pero las condiciones de formación o decristalización de estos dos tipos de rocas son distintas, así las rocas plutónicas seforman a altas P y T, mientras que las rocas volcánicas se forman a altas T pero a Patmosféricas.

Los principales constituyentes del magma corresponden a los geoelementos, por lo tantolos magmas y rocas y ígneas se dividen dependiendo del contenido de Si en forma de oxidoen las rocas ultrabásicas, básicas, intermedias y rocas ácidas.

El contenido de Si varía desde un 40 a un 70%. El orden en que los minerales cristalizancuando el magma se enfría viene expresado por las reacciones de Bowen.

Fase magmática Intervalo de temperatura

Fase magmática temprana > 900°C

Fase magmática principal 900 ‐ 600°C

Fase pegmatítica 600 ‐ 500°C

Fase neumatolítica 500 ‐ 400°C

Fase hidrotermal  400 ‐ 100°C

Fase teletermal < 100°C

De acuerdo de la situación geotectónica se forman diferentes tipos de magma.

El magma en zonas de subducción es diferente como el magma de una cordillera centro oceánica.

El ambiente geotectónico se refleja entonces en los tipos de rocas magmáticas y en lacomposición química, especialmente de los elementos de traza y de las tierras raras (Nb, Y, La).

La clasificación de la secuencia magmática se subdividen en grandes rasgos denominado Fases dela Consolidación Magmática:

Procesos Magmáticos

La cristalización de los magmas en sus diferentes fases de consolidacion da origen auna gran variedad de minerales, que se asocian para dar origen a las diversas rocasígneas y depósitos minerales que a su vez pueden contener una cierta variedad deconcentraciones de determinados minerales de interés económico.

Esta variedad está en relación con la variedad de procesos implicados en la génesis yevolución de los magmas desde su formación en niveles más o menos profundos delplaneta hasta su cristalización en proximidad de la superficie

Fase Magmática Temprana y Principal ( Ortomagmática)

A estos magmas formados "in situ", y que aún no han sufrido los procesos dediferenciación que veremos a continuación se les denominamagmas primarios.

Cristalizan la mayor parte de los minerales de punto de fusión alto (básicos, densos yoscuros)

Abarca desde el origen del magma hastaque éste desciende su temperatura hastalos 600 °C.

Se produce en el interior de la cámaramagmática

Depósitos Minerales de origen ortomagmático.

Los minerales metálicos acompañan, como hemos visto, a las rocas intrusivas como mineralesminoritarios, en forma de óxidos o de sulfuros, fundamentalmente, que cristalizan a la vez que elresto de componentes silicatados de la roca.

Los magmas máficos a menudo contienen altas proporciones de sulfuros metálicos, que puedenindividualizarse debido a que son inmiscibles con el magma silicatado. Se forman así yacimientosde sulfuros de Ni‐Co‐Cu‐Fe, formados por minerales como pirrotina, pentlandita, calcopirita, amenudo enriquecidos en elementos del grupo del platino.

Depósitos formados a partir del propio magma silicatado. Existen tres grandes subtipos:

Formados por cristalización simple: es el caso de los diamantes, cuyo alto valor económico haceque a pesar de encontrarse en muy bajas concentraciones, sea explotable.

Formados por cristalización más acumulación. El caso más extendido de este tipo corresponde ayacimientos de cromita en rocas máficas y ultramáficas, en los que de nuevo suelen darseconcentraciones interesantes de elementos del grupo del platino.

Formados por cristalización más acumulación y segregación. El caso más favorable para laexplotación es aquel en el que los minerales metálicos llegan a separarse físicamente del restodel magma, por mecanismos diversos, fundamentalmente bajo la acción de esfuerzos tectónicos.Algunos yacimientos de magnetita corresponden a esta tipología

Al final de la primera fase de la cristalización magmática, es decir, de la formación delas rocas ígneas correspondientes existen generalmente fundidos residuales ricos enelementos volátiles que dan lugar a nuevos depósitos minerales.

En la fase pegmatítica cristalizan grandes cantidades de silicatos con elementos rarosy no compatibles tales como berilio, boro, niobio y otros.

Fase Pegmatítica

Normalmente estos fundidos residualespenetran por las fisuras y cavidades de lasrocas que lo rodean y depositanminerales íntimamente con las rocasígneas, estas formaciones se llamanpegmatíticas, pero siempre se les da elnombre de la roca a la que esta asociada.

Las mas frecuentes son de composición granítica, asociadas a granitos y granitosalcalinos, y están constituidas mayoritariamente por cuarzo, feldespato potásico(microclina u ortoclasa), plagioclasa sódica (albita) y mica blanca (moscovita), junto aotros minerales que pueden ser mas o menos abundantes: turmalina, apatito, fluorita,lepidolita, berilo, topacio, corindón, monacita, casiterita, uraninita, torbernita, asíhasta 300 especies mineralógicas descritas en un solo macizo pegmatítico

El desarrollo de sus cristales es a veces de varios metros.

Depósitos Minerales de origen Pegmatitico

Todos los elementos volátiles incluyendo el vapor de H2O, pueden dar origen a tiposespeciales de depósitos minerales.

Cuando estos depósitos se forman por encima de 400º C se llaman neumatolíticos y losque se forman por debajo se llaman hidrotermales, y además estos últimos sesubdividen de acuerdo con la T de deposición en 3 tipos:

Fase neumatolíticos e hidrotermales.

Hidrotermal de alta T formados entre 400 y 300º C,Hidrotermal de T media entre 300 y 150º C,Hidrotermal de baja T entre 150 y 50º C.

En general las más próximas a la fuente magmáticason los de mayor T.

Estos dos tipos de depósitos son generalmentefilones o venas que son fuentes importantes decobre, plomo, zinc…

Fase neumatolítica

Las rocas neumatolíticas, son intermedias entre las pegmatitas y las hidrotermales.

Son rocas de reemplazamiento metasomático, es decir, producto delreemplazamiento a alta temperatura de una roca por otra, por disolución parcial de laoriginal, y depósito a partir de los fluidos mineralizantes.

Las temperaturas características de formación se sitúan entre 600 y 400ºC.

Su composición es muy variable, en función de la de los fluidos, y de la roca a la quereemplazan, con la que suele producirse mezcla química.

Los depósitos más conocidos e interesantes desde el punto de vista minero son losdenominados skarns, producidos por la interacción entre fluidos derivados degranitos, y, principalmente, rocas carbonatadas (calizas o dolomías).

Un Skarn es un depósito formado en un ambiente de metamorfismo de contacto con roca de cajade carbonatos (calizas o talvez margas).

Adicionalmente de los fenómenos del metamorfosis de contacto se puede detectar una fuertemetasomatosis ( o alteración) en las rocas de calizas y en el plutón.

Existe Skarn de magnesia (generalmentetiene minerales como forsterita u otrossilicatos de Mg) y Skarn de calcio (contienesilicatos de calcio; por ejemplo diopsita oandradita).

Existen principalmente depósitos de Skarnde hierro (Fe), Skarn de Cu, de Zn, de W.Algunos tienen una cantidad considerableen oro.

Depósitos Minerales de origen Neumatolítico Tipo SKARN

La mena generalmente muestra una distribución muy heterogénea muchas veces asociado afracturas como fallas y diaclasas.

La temperatura de génesis puede llegar a los 800ºC, pero en la mayoría se mueve entre 400ºChasta 500ºC.

La metamorfosis forma algunos minerales específicos como wolastonita, diópsido, tremolita,actinolita y granates.

La parte del skarn que perteneció a la roca intrusiva se llama endoskarn, la parte que pertenecióa la roca de caja exoskarn. La mineralización puede afectar ambas partes, pero en el exoskarn esmás común.

Otro tipo de yacimiento neumatolítico de interés minero es el denominado greissen.

Corresponden estos yacimientos a zonas de alteración relacionadas con granitos, y que por logeneral afectan a zonas periféricas o apicales del propio granito.

En estas zonas se produce una destrucción del feldespato potásico, con formación de mica blancamicrocristalina (illita), y con entrada de abundante sílice que se deposita en la roca en formacoloidal (calcedonia), en lo que de denomina proceso de silicificación.

La casiterita y la wolframita suelen ser las principales menas metálicas asociadas a estosyacimientos. A menudo los greissen se asocian a yacimientos típicamente filonianos.

Esquemas geológicos de los yacimientos de tipo greissen en zonas de cúpula granítica y con complejos filonianos asociados

Depósitos Minerales de origen Neumatolítico Tipo GREISSEN

Comúnmente también conocidos como filonianos (vein deposits), se clasifican según su temperaturade formación (que suele estar entre los 400 y los 100ºC), y en función de la mayor o menorproximidad a la roca ígnea de la que derivan.

Las mineralizaciones hidrotermales están constituidas fundamentalmente por cuarzo y/o carbonatosdiversos, entre los que cabe destacar calcita, dolomita, y siderita, minerales que suelen constituir laganga o parte no explotable en los yacimientos de interés minero.

Entre los minerales de interés minero (o menas)que pueden estar presentes en este tipo derocas o yacimientos, podemos citar barita,fluorita , y minerales sulfurados, como pirita,calcopirita, blenda, galena, cobres grises(tetraedrita y tennantita), argentita, platas rojas(proustita‐pirargirita), cinabrio, y un largoetcétera de minerales, entre los que seencuentran también la plata y el oro nativos.

Fase hidrotermales.

Los depositos filonianos constituyen el relleno de fracturas abiertas en la roca, otras morfologíasincluyen el entrecruzado de vetillas (stockwork) y las diseminaciones de mineral, característicasambas de los yacimientos de tipo pórfido cuprífero.

También son relativamente frecuentes los cuerpos irregulares, que pueden formarse tanto porfenómenos de reemplazamiento como por relleno de cavidades. Las texturas son característicasde la cristalización en espacios abiertos: geodas, drusas, crecimientos paralelos, concentracionesnodulares, etc.

De entre los distintos tipos de yacimientos hidrotermales, destacaremos dos tipos por suimportancia económica:

los yacimientos de pórfidos cupríferos (+/‐Mo) y

los epitermales de metales preciosos (Au , Ag). Tienen también su importancia, aunque menoren la actualidad,

Las mineralizaciones filonianas de metales de base (Pb‐Zn‐Cu), y de estaño‐wolframio . Tambiénllegan a alcanzar considerable interés minero algunas mineralizaciones de hierro de carácterhidrotermal asociadas a intrusiones.

Depósitos Minerales de origen Hidrotermal

Parte de estas soluciones pueden llegar a la superficie en forma de geiseres, fuentes termales ofumarolas

Son yacimientos de gran tonelaje y bajas leyes de cobre. Aparte del cobre estos yacimientos puedenpresentar cantidades variables de molibdeno y/o metales preciosos (Au+Ag), susceptibles de serrecuperados económicamente.

Depósitos Minerales de origen Hidrotermal Tipo Porfidos Cupríferos

Los yacimientos epitermales de metales preciosos se forman, como su nombre lo indica, en un rangobajo de temperaturas (50‐300ºC), en asociación con manifestaciones volcánicas tipo aparato central,calderas, o campos geotérmicos.

Son yacimientos de baja ley (algunas decenas de g/t de Au; aunque esto puede ser extremadamentevariable) y se clasifican en dos tipos:

1) sulfato ácido;2) sercita‐adularia

El primer tipo se encuentra relacionado con clásicos fenómenos volcánicos tipo aparato central ocalderas, sistemas ricos en azufre (generadores de grandes cantidades de ácido sulfúrico) que danorigen a facies de alteración tipo argílica avanzada. Otras facies que reconocemos en ellos incluyen lasilicificación y la propilitización .

El tipo sericita‐adularia se encuentra más bien relacionado con manifestaciones tipo campogeotérmico, y las facies de alteración presentes son principalmente del tipo potásico (adularia) yclorítica.

Un tercer tipo, si así podemos denominarles, corresponde al de los denominados yacimientosepitermales tipo “Carlin”, se asocian principalmente a facies carbonatadas.

Depósitos Minerales de origen Hidrotermal Tipo Epitermales

Hay minerales que se pueden formar porque las soluciones hidrotermales alcanzan la superficie dela corteza terrestre como fuentes calientes o exhalaciones volcánicas despedidas durante laerupción de la lava.

En este tipo de depósitos son característicos los haluros y otros minerales como S nativo y sulfatosque aparecen alrededor de los cráteres volcánicos. Estos depósitos se suelen formar o bien porsublimación o por interacción entre los gases y consecuente paso a sólido. Son muy frecuentesminerales como las ágatas.

Depósitos Fumarólicos. (Fuentes Calientes)

Fase Teletermal.

Procesos metasomáticos.

Cuando se produce la migración de los fluidos magmáticos o pegmatíticos o de las solucioneshidrotermales, las rocas regionales cambian por la introducción o descarga de sustancias q resultande la interacción de los minerales ya existentes con las soluciones o lo fluidos.

Este proceso es lo que se llama metasomatismo, es un proceso de remplazamiento que estácontrolado por distintos factores como son: el grado de difusión de los iones, la naturaleza de losminerales y sobre todo la temperatura (a alta temperatura se ve favorecido).

Un ejemplo es el que se produce cuando en un contacto entre un granito y unas rocas calcáreas seproducen otras rocas formadas por silicatos de calcio (skarn).

Además son importantes para encontrar procesos metasomáticos la presencia de mineralespseudomorfos (mineral parcial o completamente remplazado por otro pero que conserva las formascristalinas originales).

Hay minerales pseudomorfos que no tienen la misma composición química, por ejemplo unpseudomorfo de limonita con pirita. También hay minerales pseudomorfos con la mismacomposición química, se los llama paramorfos, por ejemplo un pseudomorfo de calcita (trigonal) yaragonito (rómbico).

‐Alteración.

La primera etapa de la formación de los depósitos supergénicos es la alteración de otros depósitos yaexistentes, el proceso incluye la descomposición gradual de los minerales inestables y su conversiónen otros que persisten bajo las condiciones nuevas.

Los agentes destructivos de los minerales son de tres tipos:

1º físicos (cambios de temperatura, acción mecánica del aire),

2º agentes químicos (aguas superficiales y as sales disueltas en ellas),

3º agentes mecánicos (acción de organismos vivos).

Además es importante saber que la alteración de los minerales se produce, de acuerdo con la serie dereacciones de Bowen, así los minerales de más alta temperatura, olivino y anortita, son los que sealteran antes mientras que los minerales de más baja temperatura son más resistentes

Procesos  Supergénicos.

Durante los procesos de alteración hay minerales resistentes y otros parcialmente descompuestos quese acumulan en las regiones continentales dando lugar a los depósitos eluviales y aluviales, losprimeros son concentraciones in situ mientras que los segundos son los formados cuando losminerales son transportados y depositados por corrientes o ríos.

En estos tipos de deposito son importantes minerales muy resistentes con el peso especifico alto,como el oro, que son minerales que están presentes en la roca como accesorio pero se concentran porlas corrientes o los ríos dando depósitos económicamente importantes llamados placeres.

Depósitos eluviales y aluviales.

Hay depósitos minerales que se forman por procesos químicos mas intensos dando lugar a laformación de minerales secundarios, son los depósitos residuales, como por ejemplo depósitos demineral de la arcilla cuya formación se debe a la alteración de otros silicatos.

Los depósitos de infiltración se forman por la circulación de soluciones superficiales atravesandootras rocas, un ejemplo típico son los depósitos de Fe y Mn formados cuando soluciones ácidas quecontienen estos materiales atraviesan rocas carbonatadas produciéndose una neutralización dandolugar a los depósitos.

Depósitos residuales y de infiltración.

En contraste con los procesos supergénicos que se forman en las rocas continentales, los depósitossedimentarios se forman bajo el agua.

Estos están enriquecidos en sales llevadas desde las zonas continentales en gorma de suspensionesy después se depositan inmediatamente al alcanzar el agua del mar.

En las cuencas marinas se forman lechos calcáreos, o bien por precipitación química de solucionessaturadas, o bien por acumulación de conchas calcáreas o de esqueletos de organismos marinos yasí se forman carbonatos, sulfatos, fosfatos, etc. Además de estos minerales hay otros que seforman de soluciones saturadas por medio de evaporación, son compuestos solubles como loscloruros.

En algunos casos las lavas de los volcanes son echadas al fondo del mar y se forman los depósitosvolcánico‐sedimentarios, suelen ser óxidos de Fe o Mn. El proceso de formación de los procesossedimentarios transcurre en tres fases:

Singénesis: proceso de deposición de los minerales sedimentarios.

Diagénesis: proceso de compactación de los minerales sueltos.

Epigénesis: comprende todos los cambios que sufren las rocas sedimentarias después de suformación. Debería considerarse como la primera etapa del metamorfismo.

Procesos Sedimentarios.

Los procesos metamórficos se dividen, de acuerdo con la naturaleza de los factores que producenel metamorfismo, en cuatro tipos de procesos:

1º metamorfismo dinámico, donde el factor principal es la presión;2º metamorfismo de contacto o térmico, inducido por una fuente caliente de rocas ígneasadyacentes;3º metamorfismo metasomático, causado por la introducción o separación de sustancias mineralespor la acción de gases, de soluciones o de fluidos;4º regional, implica un ambiente mas complicado porque combina influencias de presión ytemperatura variables.

Los procesos metamórficos pueden afectar a la composición química y mineralógica, y a la texturay estructura de la roca, y así teniendo en cuenta las composiciones, hay metamorfismo isoquímicoy aloquímico.

El metamorfismo isoquímico no lleva consigo cambios en la composición química (caliza enmármol), mientras que el metamorfismo aloquímico si que implica cambios (calcita en wollastonitapor entrada de sílice).

En las rocas de metamorfismo regional se producen un conjunto de minerales característicos quese conocen con el nombre de facies metamórficas, es decir, es un conjunto de minerales asociadosrepetidamente en el espacio y en el tiempo, de tal manera que es una constante y característica dela relación entre la composición química y la mineralógica.

Procesos de Metamorfismo

La paragénesis o asociación natural de los minerales es muy importante para estudiar su origenporque a partir de un magma básico cristalizan olivino y plagioclasas, pero nunca aparece cuarzoporque si existe sílice en exceso en el magma, reacciona con el olivino para dar piroxeno. Es decir,una paragénesis mineral comprende solo aquellos conjuntos de minerales formados bajo las mismascondiciones físico‐químicas; requiere una localización en el espacio y en el tiempo.

Terminos para Recordar

Impregnación o metasomatismo por sílice (cuarzo, calcedonia, ópalo) de una roca preexistente,que puede estar ligada a fenómenos magmáticos e hidrotermales, a migraciones de la sílice enciertas rocas metamórficas o a precipitaciones de sílice en rocas sedimentarias

Silicificación

Paragénesis.

La alteración hidrotermal de una roca ígnea de grano fino (particularmente la andesita) en unamasa de minerales secundarios tales como la clorita, la epidota, el cuarzo, los carbonatos y las sub‐micas (como la «sericita»).

Propilitización