Yacimientos Minerales y Procesos Geolgicos Brian K. Townley Departamento de Geologa Universidad de Chile Introduccin Que son los minerales ? Para que sirven ? De donde vienen - que son los depositos minerales ? Qu es el negocio Minero ? Cual es la importancia de la Minera en Chile ?

Que son los minerales ? Para que sirven ? Mineral : sustancia de origen natural con estructura interna ordenada y composicin qumica dentro de rango definido. Los minerales pueden ser de uso prctico para la humanidad, ya sea por sus propiedades como mineral, o bien para la extraccin de elemento(s) particular(es) como por ejemplo los metales (mineral de mena). Los recursos minerales se dividen en tres grandes familias, los metlicos, los no-metlicos y los energticos. Metlicos: minerales de mena de los cuales se obtienen metales de interes. No-metalicos: minerales empleados directamente en procesos industriales, tecnolgicos, construccin, etc. Recursos energticos: petroleo, gas natural, carbn, uranio, etc. Ejemplo: La composicin de un automovil IRON, MANGANESE, CHROMIUM, TITANIUM, VANADIUM, MOLYBDENUM, COBALT, NICKEL (STEEL FRAME, PLATING) CARBON, HYDROGEN, NITROGEN, OXYGEN, FLUORINE, CHLORINE (PLASTICS) COPPER, TIN, ZINC, PHOSPHORUS (WIRING, MOTORS) LEAD, SULFUR, SILVER, GOLD, PLATINUM, PALLADIUM, RHODIUM, CADMIUM, NEON (ELECTRICAL SYSTEM) SILICON, BERYLLIUM, BORON, POTASSIUM, SODIUM (GLASS) ALUMINUM, ZINC (CASTINGS) RARE EARTHS (La, Ce, Eu) (COMPUTERS, ALARMS) De donde vienen - que son los depositos minerales ? Los minerales de interes para su explotacin son de ocurrencia natural, asociados a procesos y ambientes geolgicos especficos segn tipo. Un depsito mineral o yacimiento es una zona o cuerpo de concentracin de recursos minerales. Una Mina es un yacimiento en el cual es posible realizar la extraccin de un mineral o elemento con un beneficio econmico. Para elementos de interes los minerales que lo contienen se denominan mena, minerales de los cuales es posible extraer un metal con un beneficio econmico. Ley es un valor cuantitativo de un elemento en una roca con mineral de mena (ej. 1.2% Cu => 12 Kg de Cu por ton de roca). Procesos Geolgicos METEORIZACION SEDIMENTACION MECANICA SEDIMENTACION QUIMICA ROCAS INTRUSIVAS PROFUNDAS FLUIDOS EXPELIDOS POR MAGMAS PROFUNDOS VOLCANISMO SUBMARINO METAMORFISMO

Qu es el negocio Minero ? El rol del negocio minero en la economa es el de encontrar, delinear y desarrollar depsitos minerales econmicos, para luego explotar, procesar y vender los productos que de ellos se obtienen. El negocio minero, por definicin, debe ser economicamente rentable. Salvo que sea de interes social o estratgico. Flujo Minero (T). Flujo de Caja. (T). Cual es la importancia de la Minera en Chile ? Representa solamente el 8% del P.I.B. por actividad econmica (T), Pero representa el 49% de las exportaciones, 40% corresponde a cobre (T). Las exportaciones de cobre representan el 82% de las exportaciones mineras chilenas (T). Chile posee el 24% de las reservas mundiales de Cu (T). Codelco maneja el 47% de la produccin nacional (T). La economa Chilena es muy dependiente de la gran minera del cobre.

Ubicacin y distribucin de yacimientos minerales de Cu - Au chilenos: Franjas metalognicas

Los depositos minerales son el producto de procesos geolgicos concentradores ya sea endgenos o exgenos a los cuales se asocia fraccionamiento geoqumico. Entre estos procesos destacan los magmticos, magmticos hidrotermales, hidrotermales, volcanognicos exhalativos, sedimentario exhalativos, metamrficos y sedimentarios. Para la generacin de un deposito mineral se requiere de un origen de los elementos y de una serie de procesos que conduzcan a la concentracin de ellos. Estos procesos pueden ser bastante variados para distintos tipos de depositos, la comprensin de ellos de vital importancia para la determinacin de criterios de exploracin. Procesos Generadores de Yacimientos

Procesos Metamrficos - Zonas de Falla (cizalle) y Bombeo Tectnico - Metasomatismo (migracin de fluidos durante metamorfismo) Procesos Sedimentarios - Erosin selectiva, migracin qumica, migracin fsica - Procesos concentradores mecnicos Composicin de Magmas Los yacimientos de origen magmtico ya sea directo o distal comprenden la mayora de los depsitos minerales metlicos. La composicin de magmas juega tambin un rol importante sobre el tipo de mineralizacin asociada, donde la composicin de magmas es funcin en gran medida del ambiente te ctnico en el cual es generado. Se entiende por magma a un sistema multicomponente de sustancias en estado lquido, slido y gaseoso. La fase lquida es la ms predominante, constituida principalmente por soluciones aluminosilicicatadas, acompaadas de iones libres como Na, Ca, K, Mg entre otros.

La fase slida se conforma de olivinos, piroxenos plagioclasas y otros, diseminados en el lquido. La fase gaseosa est compuesta principalmente por agua y cantidades menores de CO2, HF, HCl, SO2, H2BO3, etc. Magmas: Clasificacin De acuerdo a contenidos de alcalis y de slice se clasifican los magmas en tres grandes grupos: Magmas Toleticos representan principalmente lavas baslticas en centros de expansin ocenico o dorsales o en arcos insulares jovenes. En estos ambientes ocurre fraccionamiento entre basaltos, andesitas baslticas y en menor proporcin riolitas. Estos magmas son generalmente bajos en K, con un contenido promedio de slice del orden de 53%. Yacimientos asociados a este tipo de magmatismo son los de cromita platinoides (PGM), Bushveld, Sudfrica, yacimientos de pirrotina pentlandita calcopirita, Sudbury, Ontario, yacimientos de magnetita ilmenita (vanaditina), Lago Stanford, EEUU, entre otros. Magmas Calcoalcalinos ocurren en zonas de subduccin, en arcos insulares maduros y en los mrgenes continentales, con rocas de composicin desde gabro a granito (basalto a riolita). En el caso de arcos insulares dominan las rocas volcnicas, principalmente de composicin andestica (SiO2 del orden de 59%). Estos magmas son derivados de la fusin parcial de la cua del manto y en menor medida corteza ocenica, con poca interaccin ascedente. En el caso de arcos continentales las rocas tienden a una composicin ms silicea, andesitas, daci as y t riolitas y sus equivalentes intrusivos. Son derivados de fusin parcial de la cua del manto y en menor medida corteza ocenica, con mayor o menor interaccin y asimilacin de corteza continental inferior. Yacimientos asociados a este tipo de magmatismo son prfidos cuprferos, skarns, estratoligados, epitermales, entre otros. Magmas Alcalinos se dan en zonas de rifting intracontinental, en las zonas de fallas transformacionales y en los trasarcos magmticos de los margenes continentales. Se fraccionan en shoshonitas (zonas orognicas) y sienitas (zonas cratnicas). Son rocas bajas en respecto a alto. A este tipo de magma se asocian rocas peralcalinas en zonas cratnicas, kimberlitas y lamprfiros (a los cuales se pueden asociar diamantes) y carbonatitas. Yacimientos asociados a este tipo de magmatismo son apatito magnetita, Sokli, Finlandia, apatito titanita, Lozovero, Rusia, magnetita apatito actinolita, Kiruna, Suecia, casiterita wolframita, Jos, Nigeria y diamantes, Sudfrica, entre otros. Hidrotermalismo y Formacin de yacimientos Fuente de Fluidos Hidrotermales En la mayora de depsitos de origen hidrotermal se sabe hoy en da que los fluidos hidrotermales participantes son en su mayora de origen magmtico, y que son los que contienen metales a ser depositados segn las condiciones termodinmicas de ste. La pregunta obvia entonces es en que momento y por qu se separa o fracciona una fase hidrotermal de una fase magmtica y como y por qu es capaz de secuestrar metales desde el magma. Primera Ebullicin

A condiciones de alta presin y temperatura, un magma posee una alta solubilidad del agua, solubilidad que decrece con el descenso de temperatura y ms fuertemente con el descenso de presin. Magmas mficos poseen mayor solubilidad que magmas flsicos. La prdida de solubilidad de un magma y la consecuente particin de agua desde la fase magmtica es denominada "primera ebullicin", fenmeno gradual y de poca injerencia. Segunda Ebullicin (Ebullicin Retrograda) Otro proceso de particin de agua ms efectivo que la prdida de solubilidad, es la denominada segunda

ebullicin", la cual ocurre durante la cristalizacin de un magma producto de exsolucin de agua. Se le denomina segunda ebullicin porque ocurre durante enfriamiento adiabtico. Este proceso ser ms rpido y violento a mayor velocidad de cristalizacin. La fase hidrotermal particionada comprender una fase vapor y una fase de hidro-salmuera salina, con altos contenidos de Na y Cl. Bajo condiciones normales de cristalizacin, metales como el Cu, Zn, Pb, Au, Ag, etc. son incorporados a la fase cristalina como trazas en minerales formadores de roca. Segunda Ebullicin y Generacin de Fluidos Hidrotermales Separacin masiva y violenta de una fase hidrotermal ser capaz de secuestrar metales antes de que entren a formar parte de minerales formadores de roca. Esto implica que mientras menos cristalizado este un magma antes de que comience cristalizacin masiva y rpida, mejor probabilidad de extraer altos contenidos de metal existen. La convergencia de parmetros geolgicos, tectnicos y termodinmicos durante el emplazamiento de magmas ser de gran relevancia en la optimizacin de procesos hidrotermales capaces de secuestrar metales desde un magma.

Alteracin Hidrotermal Se entiende como proceso de alteracin hidrotermal al intercambio qumico ocurrido durante una interaccin fluido hidrotermal-roca. Alteracin hidrotermal provoca cambios qumicos y mineralgicos en la roca afectada. En estricto rigor, una alteracin hidrotermal puede ser considerado como un proceso de metasomatismo, dandose transformacin qumica y mineralgica de la roca original en un sistema termodinmico abierto. Las caractersticas mineralgicas, qumicas y morfolgicas de alteracin entregan informacin acerca de las condicio-nes termodinmicas del fluido hidrotermal que las gener. En la naturaleza se reconocen variados tipos de alteracin hidrotermal, caracterizados por asociaciones de minerales especficos. Los distintos tipos de alteracin e intensidad son dependientes de factores tales como composicin del fluido hidrotermal, composicin de la roca husped, temperatura, pH, Eh, razn agua/roca y tiempo de interaccin, entre otros.

Tipos de Alteracin Hidrotermal Alteracin Potsica Caracterizada principalmente por feldespato potsico y/o biotita, con minerales accesorios como cuarzo, magnetita, sericita, clorita. La alteracin potsica de alta temperatura (400 a 800C) se caracteriza por una alteracin selectiva y penetrativa. Biotita en vetillas ocurre principalmente en el rango 350-400C. Feldespato potsico en vetillas en el rango 300-350C. Biotita y felsdespato estn comunmente asociados con cuarzo, magnetita y/o pirita, formados a condiciones de pH neutro a alcalino.

Tipos de Alteracin Hidrotermal Alteracin Propiltica Caracterizada principalmente por la asociacin clorita-epidota con o sin albita, calcita, pirita, con minerales accesorios como cuarzo-magnetita-illita. La alteracin propiltica ocurre por lo general como halo gradacional y distal de una alteracin potsica, gradando desde actinolita-biotita en el contacto de la zona potsica a actinolita-epidota en la zona

propiltica. En zonas ms distales se observan asociaciones de epidota-clorita-albita-carbonatos gradando a zonas progresivamente ms ricas en clorita y zeolitas hidratadas formadas a bajas condiciones de temperatura. Se forma a condiciones de pH neutro a alcalino a rangos de temperatura bajo (200-250C).

Tipos de Alteracin Hidrotermal Alteracin Cuarzo-Sericita (Flica) Caracterizada principalmente por cuarzo y sericita con minerales accesorios como clorita, illita y pirita. Ocurre en un rango de pH 5 a 6 a temperaturas sobre los 250C. A temperaturas ms bajas se da illita (200-250C) o illita-smectita (100-200C). A temperaturas sobre los 450C, corindn aparece en asociacin con sericita y andalusita. En ambientes ricos en Na, paragonita puede aparecer como la mica dominante.

Tipos de Alteracin Hidrotermal Alteracin Arglica Moderada Caracterizada principalmente por arcillas (caoln) y mayor o menor cuarzo. Ocurre en rangos de pH entre 4 y 5 y puede co-existir con la alunita en un rango transicional de pH entre 3 y 4. La caolinita se forma a temperaturas bajo 300C, tpicamente en el rango Autctonos (se forman dentro del ambiente que los contiene) Precipitados qumicos (carbonatos, evaporitas, cherts, fierro, fosfatos), depositos orgnicos (carbn. pertroleo, gas), depositos residuales (lateritas, bauxitas).

Depositos Aloctonos: Placeres Depositos alctonos de interes econmico son referidos como depositos de acumulacin mecnica o depositos del tipo Placer. Pertenecen al grupo terrgeno y son formados por procesos sedimentarios comunes que concentran minerales pesados. Normalmente estos procesos ocurren por remosin y transporte fluvial, pero minerales pesados deben ser primero removidos de su fuente por meteorizacin y erosin. Estos minerales deben ser resistentes a ataques fsicos y qumicos y tener una alta densidad ("resistatos"). Minerales que cumplen estas condiciones son casiterita, cromita, cobre nativo, granates, oro, ilmenita, magnetita, platino, rubies, rutilo, safiro, diamantes, entre otros.

Estos depositos son en general pequeos y efimeros, ya que tienden a depositarse en relieves positivos quedando expuestos a nueva erosin. Son en general de baja ley, pero por estar en su mayora en depsitos no consolidados, son de explotacin simple y de bajo costo, en general, por dragado y concentracin gravitacional. Los depositos tipo placer pueden ser clasificados de acuerdo a gnesis en los siguientes grupos: a) depsitos residuales -> acumulados en situ durante meteorizacin, b) depsitos eluviales -> concentrado en un medio slido en movimiento, c) depsitos aluviales y fluviales -> concentrado en un medio lquido en movimiento, d) y depositos elicos -> concentrado en un medio gaseoso (aire) en movimiento.

Depositos de Placer de tipo Fluvial En los depsitos fluviales la precipitacin de minerales pesados en un caudal depende de la razn hidralica de las partculas (densidad/tamao). Una partcula grande y liviana puede llegar a la misma distancia que una pequea y pesada. Tambin depender de la velocidad del caudal, y cada ves que el caudal pierde velocidad (energa) en forma abrupta, ocurre depositacin (ej. barreras fsicas de fondo como diques, caidas de agua y piscinas, confluencia de un afluente de alta energa a uno de baja, parte interior de meandros). La superficie de depositacin se conoce como circa, la cual puede ser sobre roca base o sobre depositos previos. Los paleoplaceres son aquellos formados en el pasado y luego sepultados o levantados fuera del alcance de agentes erosivos. Paleoplaceres pueden tener varios niveles de circa.

Barreras fsicas y cambios de velocidad en caudales que pueden provocar la depositacin y acumulacin de minerales resistatos. a) Diques que sirven de barrera o rifle natural; b) caidas de agua; c) confluencia de un tributario de mayor energa a un flujo principal de menor energa; d) zona interior de meandros.

Otro tipo de depositacin desde un medio lquido ocurre en placeres de playa, estos ocurren relacionados a oleaje y flujos de marea en playas actuales o terrazas antiguas. La fuente de minerales debe estar cercana. Seccin esquemtica para ilustrar algunos sitios de depositacin de placeres en playas (mostrados con puntos negros).

Depositos de Lateritas y Bauxitas Estos corresponden a yacimientos de fierro (lateritas) y de aluminio (bauxitas) asociados exclusivamente a procesos sedimentarios de meteorizacin y son productos residuales. Una meteorizacin intensa y prolongada en el tiempo lleva a la lixiviacin de elementos mayores de minerales silicatos (Ca, Na, Si, Mg, Mn, etc.) y a una concentracin de elementos poco moviles como Fe y Al en rocas ricas en estos elementos. Estos yacimientos ocurren normalmente en zonas cratnicas, relacionados a la meteorizacin prolongada de rocas ultramficas y mficas. Para su formacin se requiere de varias condiciones: i) topografa plana y estable en el tiempo (superficie de peneplanizacin), ii) erosin mecnica nula, iii) clima tropical asociado con grandes y prolongadas caidas de agua y ambiente oxidante. Estos depsitos ocurren en zonas tropicales actuales y tambin en paleozonas tropicales, pudiendo encontrarse paleodepsitos de estos tipos.

Perfil de suelo latertico rico en Niquel. En la zona superior de las lateritas se reconoce una zona de fierro (sombrero de fierro), seguido por una zona de hierro nodular y finalmente una zona de laterita poroza. Por debajo del perfil latertico (20 a 30 m) se observa peridotita alterada, parcialmente serpentinizada, para finalmente llegar a peridotita frezca. Lateritas niquelferas pueden constituir una mena importante de Ni y Fe.

Depositos autctonos: Yacimientos de Fierro Bandeado (BIF) Estos yacimientos ocurren en unidades estratigrficas con cientos de metros de espesor y cientos hasta miles de kilometros cuadrados de extensin areal. Partes importantes de estos depositos poseen concentraciones y volumenes suficientemente grandes como para constituir minas de fierro. La mayor parte de estos depositos ocurrieron entre los 2600 y 2800 Ma, actualmente ubicados en partes de Labrador (Canad), Lago Superior (EEUU), Rusia y Australia.

Estos depositos estn caracterizados por su fino bandeamiento, entre 0.3 a 3 cm. Estas bandas consisten en alternacias milimtricas de chert y minerales de hierro (ej. chert hematita).En estos depositos se reconocen varias facies minerales: Facies Oxidada: hematita o magnetita, con menor carbonatos. Chert varia de criptocristalina a mosaicos entrecrecidos con cuarzo. Facies carbonatada: chert laminado con siderita. Facies silicatada: silicatos de Fe asociados con magnetita, siderita y chert. Facies sulfurada: arcillolitas carbonatadas y pirticas, finamente bandeadas con material orgnico y carbn.

Seccin estratigrfica esquemtica de una cuenca mostrando las relaciones entre facies oxidada, carbonatada y de sulfuros en depositos de hierro bandeado con respecto a la configuracin de la cuenca y los distintos tipos de rocas asociadas.

Clasificacin Los BIF pre-Cmbricos pueden ser subdivididos en dos grandes subgrupos: Tipo Algoma, tpico de secciones de cinturones de rocas verdes, asociadas a sucesiones de greywackes y rocas volcnicas. Asociacin volcnica. Predominan las facies oxidada, carbonatada y sulfurada. Tipo Lago Superior, finamente bandeados, principalmente de las facies oxidada, carbonatada y silicatada, generalmente libre de material clstico. Formados netamente por precipitacin qumica, formados en aguas someras de plataforma continental.