Dr. Thomas Cramer thcramer@unal.edu.co

!  The �Commodity Snake� to illustrate the global production (in metric tonnes) of major mineral raw materials in 1983 (Lorenz, 1991).

!  Consumo de materia prima mineral per capita y año en EE.UU., 2002

!  Yacimiento: Depósito mineral que ha sido examinado y ha probado tener suficiente tamaño, ley y accesibilidad, como para ser puesto en producción y ser rentable. La rentabilidad de un yacimiento depende también de condiciones ajenas al cuerpo mineral, como las tasas de impuesto, precio de metales, etc.

United Nations framework classification for fossil energy and mineral reserves and resources 2009 (UNECE 2009)

!

!

Continuidad espacial y contenidos aproximados de mena en diferentes tipos de yacimientos

!

!  2008: 34.321.020,01 2009: 47.837.774,64 2010: 53.605.657,37

!  Mayoria de Ag en el mundo en PbS (galena), en Colombia en Au-Ag (electrum)

Precios de algunas comodities

Producción mineral en Colombia 2005-2009 (USGS MYB)

1. Naquen Serrania (PK, Au, C) 2. Taraira Serrania (PK Migmatite, Au)

3. Santander Massif (PK, Ju, Au, dimension stone

4. San Lucas Serrania (Tri-Ju: Au)

5. Ibague-Mocoa Batholith (Porph Cu, Cu-Mo, Au)

6. Payande Au,Skarn (Cu-Au-W-Pb-Zn) 7. Antioqueño Batholith Au

8. Mande Batholith Porph. Cu-Mo-Au

9. Piedrancha Batholith Cu-Mo-Au 10. Cañasgordas-Dagua VMS, Mn, Au

Traditional mineral potential in Colombia Au, PGE, emeralds

Ta/Nb? Guayana Shield Grenville

PGE Emeralds

E de �Fallas de Romeral�: corteza continental W: corteza oceanica, joven

Guayana Shield: 1,2 Ga

!

!

Valores Clarke en diferentes rocas

Concentraciones de elementos (ej. Pb) en rocas alrededor del limite mineralógico

!

Litofilos: concentratos en silicatos (griego: lithos-piedra)

Siderofilos: prefieren fase metálica (gr.: sideros-hierro)

Calcofilos: prefieren formar sulfuros (gr: calcos-cobre)

Atmofilos: en forma de gas (gr.: atmos-gas, vapor)

Desarrollo de los minerales y diferenciación magmática de la

Tierra

!

!

!

Desarrollo de algunos depósitos minerales en el tiempo geológico

!!

Elementos compatibles, diagramas de fases: p/T de H2O y log aO2/pH

Fe-S-O-H

Fe-S-O Eh vs T

Control de la formación de algunos depósitos metálicos por el estado Red-Ox de rocas graníticas geneticamente relacionados (tomado de Sillitoe (1996)

!

Solubilidad de oro en soluciones hidrotermales

Gold solubility (in parts per billion; solid lines) and speciation at 500 bar and 250°C as a function of log fO2 and pH in a solution containing 1 m NaCl with ΣS = 0.01 m. The dashed lines separate regions of predominance of H2S, HS-, SO42- and HSO4-. Regions of high solubility are highlighted. The stability constants for gold species are from Stefánsson and Seward (2004), and thermodynamic data for other species are from the SUPCRT92 database (Johnson et al. 1992) (Williams-Jones et al. 2009. Gold in solution, Elements, Vol. 5, pp. 281–287).

Formas de yacimientos, permeabilidad y porosidad

!

!

!

!

Tectónica de placas y ambientes de formación de yacimientos (Kesler 1994)

!

Oceanic crustal architecture showing the main types of ore deposits characteristic of this

environment. Only chromite and related deposits (Cr–Ni–Pt) are related to igneous ore-forming processes; VMS (Cu, Co, Zn) and sediment-hosted deposits (Mn, Co, Ni) (de Robb 2005)

!

Continental crustal architecture showing the main types of igneous-related ore deposits characteristic of this environment. (Robb 2005)

!

Segregación Magmática Cordillera Occidental

! Ni ! Cr ! Pt –

PGE, ! Cu ! Au

!  Cromitas en Peridotitas

!  Medellin

Capas del horizonte de cromita 'UG1' (negra) en anortosita (gris) en el Dwars River como parte del Bushveld Igneous Complex, Transvaal oriental, RSA

!

Pentlandita (Ni, Fe)9S8 Sudburry

!  Ni en Cerro Matoso !  1) en Olivinos (Mg, Fe, Ni)2SiO4 !  2) en lateritas: hidrosilicatos de Ni

Enriquecimiento de elementos calcófilos por adición de S que

se expresan en la superficie como empobrecimiento

Sulfuros masivos > 60% sulfuros. Productos: Zn, Pb, Cu; Au, Ag "by-products"; •Tenores Cu 1.4%-1.6%; Zn + Pb > 10% ; •10 to 500 Mt; a menudo en “clusters"

!  Cu mundialmente Pórfidos Cu (Chile!) (pórfidos en Col " Au) !  En Col Cu en SMV El Roble, Carmen del Atrato, gossans Au!

Ambientes tectónicos de SMV Tipo Chipre: pirita, calcopirita “Ars cyprium”=> “cobre”, relacionado con ofiolita en zonas

de rifting. Tipo Besshi: (Japón), similar, volcanitas máficas, pero con espesos sedimentos

arcillosas-arenosas y tobas. Tipo Kuroko: Pb-Zn-Cu (Keiko Cu-Fe) dentro de sedimentos jóvenes y volcanismo

riolítico-andesítico dentro del lado interior de los arcos de isla de Asia Oriental.

!

Black Smoker y corte por depósito

Chipre

!  Black smoker actual en: http://www.youtube.com/watch?v=9c-kGM-Iz_I&lr=1&feature=mhum

!

!

Azufre

!  Refinado de petroleo !  Volcánico Mina El Vinagre, 50 km Popayán,

Empresa Minera Indígena del Cauca, Emicauca !  Microorganismos encima de anhidrita ! 

!

!  Diagrama de Temperatura-concentración (T-x, izq.) y de T-presión (T-p, der.) en un sistema binario de componentes muy volátiles (A) y poco volátiles (B) (seg. Niggli). El diagrama t-x muestra el aumento de la concentración relativa de las componentes muy volátiles con T bajando por la precipitación de las componentes menos volátiles. El diagrama T-p muestra el aumento simultáneo de la presión interna, llegando a su máximo en el estadio pegmatico-neumatolítico, y reduciéndose después lentamente durante la condensación hidrotermal

.

Mecanismos de deposición de soluciones hidrotermales en vetas izq.: la alta permeabilidad, porosidad y reactividad química de calizas favorece la precipitación de mineralizaciones

(vea skarn); centro: cuando T y P baja, hay embullición y se forma un horizonte de mineralización; der.: la mezcla entre agua hidrotermal y soluciones de otro tipo (e.g. agua

meteórica) cambia el régimen químico (pH, Eh etc.) resultando en precipitación

El Nevado del Ruiz - un sistema geotermal activo

YACIMIENTOS HIDROTERMALES EN COLOMBIA

Sistemas hidrotermales con agua magmática, meteorica, marina, metamorfica y basinal (Kesler 1994)

!

Schematic geologic settings and interrelationships of the principal gold deposit types in the North and South American Cordillera). Note that placer gold is most commonly derived by erosion of orogenic and pluton-related deposits Sillitoe 2008: Major Gold Deposits and Belts of the North and South American Cordillera: Distribution, Tectonomagmatic Settings, and Metallogenic Considerations. Economic Geology, v. 103, pp. 663–687

Depósitos de Au hidrotermal en ambientes subvolcánico, intrusivo y metamórfico (KESLER, 1994)

!

a) Zona Potásica (ingl.: potassic zone): kfeld+bio; kfeld+chl; kfeld+bio+chl; +/-ser;+/-anh; +/-qz (en stockwork) b) Zona filítica (inglés: phyllic zone) o zona sericítica zona de transición 2 a 30 m. Biotita primaria y feldespatos =>sericita y rutilo o cuarzo-sericita-pirita con poco clorita (chl), Illita, rutilo y pirofilita (pyfi) q+ser+py; ser; +/-rut; +/-chl; +/-Illita; +/-pyfi c) Zona argílica: (inglés argillig zone): caolín, montmorillonita y pirita en vetillas pequeñas. Los feldespatos alcalinos no muestran fuertes alteraciones, biotita primaria se cambió parcialmente a clorita. d) Zona propilítica: (inglés: propylitic zone): La zona más afuera del sistema: clorita, pirita, calcita y epidota. Los plagioclasas no siempre muestran alteraciones. Biotita y Hornblenda se cambiaron parcialmente o total a clorita y carbonatos

!

Pegmatitas

!  Enriquecimiento de elementos incompatibles " minerales grandes y raros, Fsp y qz grandes, berilo, spodumen, W, Sn, Ta, Nb, U, Th, REE,

!  P-T de 4 categorías de pegmatitas, MSC-Muscovita, AB- Abyssal, RE- Rare-Element y MI- Miarolítico (de Simmons & Webber (2008) según Cerny (1991)).

Tantalita principalment

e en pegmatitas

tipo RE como en Complejo

Mitú o Granito de Parguaza en Vichada!!!

Greisen, Skarn y otros productos de la fase neumatolítica

!  Greisen:Transformación de rocas silicáticas por soluciones neumatolíticas de alta agresividad (H2O, HF, HCl, H3BO3 etc.)

!  Skarn: en carbonatos

Pinterna máxima "creación de grietas, embullición y depositación de mineralizaciones por destilación de la solución supercrítica : precipitación qz, casiterita, wolframita, hematita etc.

SiF4 + 2 H2O = SiO2 + 4 HF SnF4 + 2 H2O = SnO2 + 4 HF

!  HF feldespatos en topacios (HB en turmalinas), !  Paragénesis tipica: CaAl2Si2O8 + 4 F- + 4 H+ = Al2(F2/SiO4) +

SiO2 + CaF2 + H2 !  Estaño. : Sn (SnO2), W, Mo, Cu, Fe, Bi, Li, Ta, Nb. Minerales:

Fsp=> Li-micas, qz, topas (F) o turmalina (B) o lepidolita (Li), fluorita, wolframita, (+ apatita, scheelita, molibdenita, hematita..

!  SE-Asia: Malasia, Indonesia (Bangka, Billiton �Islas de Estaño) explotación principal de placeres, China (Yunan);

!  América Latina: Bolivia, vetas sobre riolitas a nivel subvolcánico => enfriamiento más rápido: �telescoping entre neumatolítico y hidrotermal; casiterita (T bajo habitus como agujas), Stanina (Cu2FeSnS4).

!  En carbonatos: Skarn. Calizas tienen alta permeabilidad, porosidad y reactividad química " ( a) depositación de mena, scheelita (UV). b) transformación metasomática de los carbonatos y silicatos de Ca-Fe-Mg: granates, piroxena (diopsita-hedenbergita), wolastonita, anfíboles (tremolita-actinolita), epidota, vesuviano etc. incl. minerales con F, Cl y B. Típicamente reemplazamiento y zonas de reacción en los silicatos, tamaños grandes de granos.

Wolframita (Fe,Mn)WO4 y scheelita CaWO4 en ganga de cuarzo. Tin Mine. Kuils River -RSA

Casiterita (SnO2) Ehrenfriedersdorf, RFA

Galena PbS - Barita BaSO4 - Fluorita CaF2. Diethensdorf – Alemania

Scheelita (blanco) en luz UV http://tungsteninvestingnews.com/924-playfair-mining-ltd-

extensive-tungsten-assets.html (2/5/2012

!

Baritas hidrotermales Hacari, N-Santander

Departamento de Guainía

“Coltán”

Departamento de Vichada

Departamento de Vaupés

¿Por qué son importantes? !  Nb, Ta, W, Zr, Hf, Ga, Ge, Re, REE son: !  I nd i spensab le pa ra t ecno log ías

modernas !  Alta resistencia mecánica, química y

térmica. !  Ta2O5 constante dieléctrica más alta:

semiconductores, microprocesadores. Además en catál is is, metalurgia, cerámicas y v id r ios espec ia les , nanotecnología etc.

!  Creciente demanda + pocos ambientes geológicos.

!  " “minerales estratégicos”, el precio aumenta encima del promedio.

Coltán: ¿Oro azul? Mercado mundial:

1kg tantalita (mena 30%Ta2O5): 150-200 U$ Pirry Especial Coltán 2009: 500 Euro!!!

1kg wolframita (mena) 15 U$ 1kg titanio (70% Ti) 8 U$ 1kg Au: +- 60000 U$

Ta: 2 ppm (Clarke - promedio en corteza terrestre), Cut-off 1% Factor de Concentración FCmin 5.000 Au: Clarke 0,004 ppm Cut-off 1 ppm (0.0001 %) FCmin 250 " Au en muchos ambientes geológicos (Chocó a

Vichada) "Ta en granitos alcalinos o pegmatitas (y después

placeres)

!  “Coltan” minerales – principalmente óxidos – con Ta & Nb

!  Solid solution tantalite [(Fe,Mn)Ta2O6] - columbite [(Fe,Mn)Nb2O6] " Ta

!  Ta also in cassiterite SnO2

!  Pyrochlore in carbonatites: main ore for Nb

Gold and �Coltan� washing (Barequeo) in Colombia, Venezuela and Brasil

Geology del área

8 wt% mineral fraction of “Black Sands”

Grain Size %

< 9Oµm 0,03

90µm - 200µm 7,96

200µm - 400µm 21,70

400µm - 1mm 56,44

1mm - 2mm 13,87

GRANULOMETRIA

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

< 9Oµm 90µm - 200µm 200µm - 400µm 400µm - 1mm 1mm - 2mm

Tamaño de Grano

%

Grain Size Ti Mn Fe Nb Zr

< 90µm 36,0 7,5 43,2 1,9 11,4 90µm - 200µm 45,1 8,0 44,6 2,3 0,0

200µm - 400µm 42,5 8,6 46,1 2,8 0,0

400µm - 1mm 41,3 8,0 48,7 2,0 0,0

1mm - 2mm 41,0 8,0 48,6 2,4 0,0

> 2mm 38,5 7,7 51,2 2,7 0,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

< *90µm 90µm*.*200µm 200µm*.*400µm 400µm*.*1mm 1mm*.*2mm** > *2mm

Ti

Mn

F e

Nb

Zr

Grain size vs. composition of Matraca black sands

ZI-02A grain 1: Nb-rutile with rutile inclusion

Nb-rutile

rutile ilmenite

rutile SEM FEI

Quantum`600I ,BS- photos thanks to Torsten Graupner, Frank Melcher BGR Hannover

Ar >2mm grain 4: ilmenite with pyrochlore group minerals inclusions

Ca 1,85% Nb 7% Ta 0,34% Th 0,6% U 2,7% Pb 1% Ti 17,5% Y 4,58% Yb 0,58%

FeO-Fe2O3-TiO2

Esmeraldas

Berilo +Cr+V Be3 Al2 (Si6O18) 2 cinturones esmeraldiferos en CE (100km) Área total 14000 +9000km2, 9 Mio (2003) Pero producción baja 3 Mq esquistos Ca- & Si (+C), Carbonatos, soluciones de evaporitasungen Cruzes de fallas 2 fases de mineralizaciones: Cretácico-Neogen; Eocen-Oligoczän 40Ar/39Ar, 87Rb/86Sr: 32 und 65 Ma!geofisica, XRD, AAS, ICP, ICP-AES, ICP-MS, FI, Raman, SEM; Radon; Isotopia: S, C, O, H Soluciones �hidrotermales� (Be, Na, Ca, Mg, S, CO2, F, Cr, V etc.), Pero no pegmatítico!! 1 kbar, T 2-350°C A menudo en vetas de calcita-dolomita con albita y pirita K-/Na+ ; Li- anomalias significativas para prospección

Yacimientos por meteorización (�supergén�) Caolina, bauxita, lateritas (con Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Au, U); zonas de oxidación y cementación con Cu, Au, Ag

Dependencia de la solubilidad de Al2O3 y SiO2 del pH => Disolución y neoformación de arcillas

!

Meteorización y neoformación de silicatos: 79 Vol% corteza terrestre silicatos, 58 Vol% feldespatos, meteorización carácter modelo, e.g.: 2 K[AlSi3O8] + 2 H+ + 2 HCO3

- + H2O => Al2[(OH)4/Si2O5] + 4 SiO2 + 2K+ + 2HCO3-

Filosilicatos (micas) mantienen un resto de su estructura después de haber perdido primero el K; en biotita se mantiene la valencia por oxidacion de Fe2+ a Fe3+ y la sustitucion de Al por Si en la capa de tetraedros; muscovita sin Fe meteoriza mucho más tarde que biotita.

Perfiles de meteorización según el clima

!

Meteorización

!

!

!

!

Lateritas Ni: Cerro Matoso, Montelibano

!  Exploración Fe !  Rocas máficas !  Ni en olivinos

(+acumulación S?)

!  Meteorización y lixviación silicatos

!  Enriquecimiento 1-5% Ni

Gossans

!

!

Lateritas- Bauxitas

!

Yacimientos en sedimentos

!

Yacimientos en sedimentos !  1. En sed. clásticos: !  Placeres fósiles y recientes con Au, U, Ti, Zr, Pt, Sn,

Ta, Nb, W etc.; Menas de areniscas con Cu, Pb, red bed U; rocas de silt y arcillas con Co, Cu, Pb, Zn, barita

!  2. Yac. en carbonatos !  2.1 Pb-Zn-(Cu-) F en carbonatos (�Mississippi-Valley-

Type� ) !  2.2 Yac. de espato flúor estratificados (Y-tipo: Cave-

in-Rock-District, Illinois; Coahuila, Méx.) !  2.3 Yac. de barita estratificados (Nevada, USA) !  2.4 Estratiformes de magnesita bandeada (Egui,

Navarra, España)

!  3. Sedimentitas quimicógenos y quim.-biógen !  3.1 Fe bandeado Banded Iron Formations (BIF)

Brasil !  3.2 Fe-Oolith-Yac. (“Oolitic Ironstones”) : Minette !  3.3 Mn-Oolit. y Pisolit. (Nikopol, CEI) !  3.4 Fosfatos marinos-sedimentarios (Tethys,

Maruecos, Algeria, Tunesia etc.; Florida, USA) !  3.5 Evaporitas marinas (Zipaquira + rec. Caribe) !  Sal de roca, Sal de potasio, Yeso (Azufre) !  3.6 Evaporitas continentales

Boratos, Li-Yac. (Y-tipo: Salar de Atacama, Chile) Na-carbonato-Yac. (Y-tipo: Green River Fmt., Wyo., USA), Na-sulfatos-Yac. (Saskatchewan, Can.) Nitrato-Yodo Salitre Atacama, Chile)

Diagrama Rankin para clasificar cementos

!  Plantas de producción de magnesio metálico con capacidad anual en 2000

Impactos medioambientales

!  Variaciones en concentraciones acuosas de metales bases como funcion del pH de agua que pasa por diferentes tipos de rocas mineralizadas en Colorado (du Bray 1995).

Referencias Bibliográficas !  BERNER, E. K. & BERNER, R. A., 1996: Global Environment: Water, Air and Geochemical

Cycles, Prentice Hall, New Jersey, USA, 376 p. !  BLISS, J. D., MOYLE, P. R. & LONG, K. R. (ed.), 2002: Contributions to Industrial-Minerals

Research, - Bulletin 2209, U.S. Geological Survey, http://pubs.usgs.gov/bul/b2209/. !  CASTRO, H. & ROMERO A., 1995. Minerales Estratégicos para el Desarrollo de Colombia, 94

– 95. !  COX, D. P. & SINGER, D. A. (ed.), 1986: Mineral Deposit Models, - Bulletin 1693,

http://pubs.usgs.gov/bul/b1693/html/titlpage.htm, U.S. Geological Survey !  DU BRAY, E. A. (ed.), 1995, Preliminary compilation of descriptive geoenvironmental mineral

deposit models, - Open-File Report 95-831, http://pubs.usgs.gov/of/1995/ofr-95-0831/, last access 21.11.2006, U.S. Geological Survey, Denver.

!  EDWARDS, R & ATKINSON, K., 1987: Ore deposit geology and its influence on mineral exploration. Chapman and Hall.

!  EVANS; A. M. 1994: Ore geology and industrial minerals. Blackwell Scientific Publications. !  EVANS, A. M. 1995: Introduction to mineral exploration . Blackwell Scientific Publications. !  GARCÉS-GONZÁLES, H., 1984. Geología Económica de los Yacimientos Minerales.

Yacimientos de Colombia. Tomo I: Génesis Mineral y Métodos de Exploración. !  GARCÉS-GONZÁLES, H., 1995. Geología Económica de los Yacimientos Minerales.

Yacimientos de Colombia. Tomo II: Minerales Metálicos. !  GUILBERT AND PARK, 1992. Ore deposits.

!  INGEOMINAS, 1983. Evaluación de los recursos minerales no combustibles de Colombia. Pub. Geol. Esp. Ingeominas No. 14-II, pp. 1 – 55, Bogotá, Colombia.

!  INGEOMINAS, 1987. Recursos Minerales de Colombia. Segunda Edición, Tomos I y II. Pub. Geol. Esp. Ingeominas No. 1, pp. 1 – 1119, Ingeominas, Bogotá, Colombia.

!  INGEOMINAS, 1996. Colombia Escenario Minero. Revista de Promoción Minera. Bogotá, Colombia.

!  INGEOMINAS, 1998. Colombia, Potencial Geológico-Minero, Escenario 97. Bogotá, Colombia. !  INGEOMINAS, MINERCOL LTDA. y UPME, 2000. Minerales Estratégicos para el Desarrollo

de Colombia – 2000. Bogotá, Colombia. !  LORENZ, W. & GWOSDZ, W., 2003: Manual on the Geological-technical Assessment of

Mineral Construction Materials, Geologisches Jahrbuch: SH 15, BUNDESANSTALT FÜR GEOWISSENSCHAFTEN UND ROHSTOFFE, Schweizerbart, Stuttgart, 510 p.

!  MITCHELL; A. H. G. & GARSON, M. S., 1981 Mineral deposits and global tectonic settings. Academic Press.

!  MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA - UPME, 2001. Código de Minas. Ley 685 de 2001. Colombia.

!  PARK, C. F. & GUILBERT, J. M., 1986, Ore Deposits, edited by W. H. Freeman and company, 985p.

!  RAMDOHR, P., 1969, The Ore Minerals and Their Intergrowths. Pergamon Press, Oxford, 1174 p.

!  DVD y Páginas Web: Economic Geology de la SEG: www.segweb.org, !  Mineralium Deposita, Society for Geology Applied to Mineral Deposits www.e-sga.org !  www.usgs.gov, www.bgr.bund.de, www.ingeominas.gov.co, www.upme.gov.co,

www.webmineral.com, www.mindat.org www.elementsmagazine.org, www.webelements.com http://www.geo.cornell.edu/geology/classes/Geochemweblinks.HTML