Transporte y Deposicion de Metales Preciosos en Depositos Epitermales

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA MINERA Y METALÚRGICA Escuela Profesional de Geología

Yacimientos de Minerales Metálicos Metálicos

Transporte Y Deposicion De Metales Preciosos En Depósitos Epitermales Datos del alumno: Apellidos y Nombre: Gonzales Castro, Rodrigo Código:20104063C Email:[email protected] Móvil: 945191952 Fecha de entrega:06/04/14 Profesor: Esteban D. Manrique Zúñiga Email: [email protected] [email protected],, Móvil: 998 718 646

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Índice RESUMEN............................................................................................................................. 1 1

Introduccion............................................................................................................... 2

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

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

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Discusion ................................................................................................................... 9

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Conclusiones........................................................................................................... 15


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 varían desde menos de uno hasta más que 20 en estos depósitos. .donde una relación paragenética puede ser establecida ente oro y plata, argumentos geoquímicos llegan a la conclusión que los dos metales son transportados como similares especies bisulfuros. La solubilidad de estos metales como complejos bisulfuros incrementa con la actividad del H 2S y decrece con la actividad del oxígeno. Dependiendo de la composición de la solución, 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 solución, 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 oxígeno, y decrece con el incremento del pH. Los mecanismos de deposición 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 oxidación de la solución son los más eficientes mecanismos de deposición. Para complejos clorurados, el decaimiento de la temperatura, el incremento del pH, y/o la reducción son requeridas. Para soluciones saturadas con respecto a cada uno, menos importante pero igualmente lentos mecanismos de deposición para cada especie compleja son los decrecimientos en salinidad y fracción en masa de agua. Los procesos en los cuales ocurren en naturales sistemas hidrotermales los cuales resultan en los cambios necesarios en química para causar la deposición de los metales son la ebullición, la mezcla de soluciones, y las reacciones de alteración 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 ebullición resulta en un incremento del pH, actividad del oxígeno y los cloruros, y salinidad, y un decrecimiento en la fracción de masa de agua en el fluido mineralizante. La mezcla de soluciones resulta en un incremento en la actividad de oxígeno y fracción en masa de agua y un decrecimiento en la actividad del cloruro y la salinidad. Finalmente, las reacciones de alteración de la roca caja resultan en un incremento del pH y salinidad y un decaimiento en la fracción de masa de agua.

Tema: Trabajo Domiciliario, Ciclo 2013-I

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INTRODUCCION Exitosos modelos de exploración para depósitos hidrotermales de metales preciosos deben ser basados en los bien definidos modelos genéticos que considera la teoría geológica y geoquímica así como observaciones de campo en ocurrencias conocidas. Los límites en el ambiente geoquímico de formación mineral dentro de un arreglo estructural favorable pueden ser establecidos si los mecanismos de transporte y deposición son entendidos. El propósito de este artículo es comparar las soluciones químicas de oro y plata con el objetivo de determinar mecanismos de transporte y deposición que son consistentes con las ocurrencias minerales de estos dos metales. En depósitos epitermales y otros tipos polimetálicos hidrotermales el oro y la plata a menudo ocurren juntos como electrum en ensambles minerales consistiendo de varias prop orciones de metales nativos, sulfuros, sulfosales, telururos y seleniuros. En estos depósitos el ratio plata:oro varía desde menos de uno hasta más de veinte. La tabla 1 enlista estos ratios para un número de depósitos seleccionados, muchos de los cuales son conocidos por su producción de oro. Aunque no está incluido en la tabla, depósitos en roca sedimentaria de tipo Carlin parecen ser relativamente escasos en plata cuando se compara con otros tipos de depósitos. Donde una relación paragenética 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 también. La discusión debajo confirmara las similaridades en la química de las soluciones de los dos metales, aunque las diferencias pueden explicar las separaciones del oro y la plata en ciertos tipos de depósitos hidrotermales. Los procesos que controlan el transporte y la deposición de metales preciosos en sistemas hidrotermales envuelven un complejo set de relaciones de equilibrio entre los minerales de las rocas encajonantes, la solución acuosa, y a menudo una fase de vapor. Estos equilibrios, en turnos, son gobernados por variaciones en la temperatura, presión, pH de la solución, las actividades del oxígeno, azufre y otros componentes volátiles en el sistema; y la concentración de sales disueltas como cloruro de sodio en la solución. El transporte de metales dependerá de su solubilidad acuosa y el efecto de cada uno de estos parámetros fisicoquímicos en la solubilidad es evaluado debajo usando información teórica y experimental. Una vez conocida como el oro y la plata ocurren en solución y en qué cantidades, es posible postular cambios ocurridos en los distintos parámetros que podrían ser responsables de la deposición. En sistemas hidrotermales naturales son raramente independientes uno del otro, y por lo tanto es difícil de evaluar el efecto de cada parámetro por separado en el comportamiento del oro y la plata en un sistema dado. Las relaciones de fase presentadas definen límites químicos en el sistema hidrotermal, asumiendo equilibrio. Sin em bargo, la geometría final, tamaño y ley de un deposito dependerá del ratio de flujo del fluido, cinética de las reacciones responsables de la deposición, y múltiples evento de lixiviación-precipitación por la introducción de soluciones, así que el tiempo se vuelve una variable real.


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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 fisicoquímicas apropiadas para la formación de muchos depósitos epitermales existe suficiente información solo para complejos clorurados y bisulfurados. Saunders (1986) presenta buena evidencia para el oro siendo transportado como un complejo telurururado en la formación de depósitos de telururos de oro, sin embargo, no hay información que garantice la estabilidad de esta especie. En adición, 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 arsénico. Romberger (1986a) discutió las variables importantes envueltas en el transporte y deposición de oro como una especie tioarseniurada. Sin embargo, no existe información suficiente para calcular cuantitativamente la solubilidad de complejos oro-arsénico en sistemas hidrotermales. El transporte del oro como un complejo tioarseniurado es consistente con la común asociación entre los minerales de oro y arsénico en muchos tipos diferentes de sistemas hidrotermales desde depósitos epitermales a metamorfogénicos emplazados en dioritas. Dos de las más convenientes variables usadas para describir el equilibrio solución-mineral en sistemas hidrotermales conteniendo metales preciosos y minerales asociados son la actividad de oxígeno y pH. La Figura 1 sirve como un cuadro geoquímico para una posterior discusión. Este muestra la importancia relativa de varias especies acuosas sulfuradas, los campos de estabilidad de varios minerales de hierro encontrados en depósitos de minerales preciosos, y la relativa estabilidad del carbón, dióxido de carbono y metano a 250° C. Estas relaciones de fase son calculadas usando información de Wagman y otros (1969), Robie y otros (1978), y Barner y Scheuerman (1978). La solución es elegida para tener 6% en masa de cloruro de sodio y 320 ppm de azufre. La temperatura está basada en un valor promedio determinado a partir de un numero de medidas geotermométricas en depósitos de oro epitermal (Buchanan, 1981). Sin embargo, este y los diagramas subsecuentes pueden ser aplicados a depósitos formados a diferentes temperaturas también. La posición 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 oxígeno y pH cambiaran con la temperatura. Los diagramas son más usados en relacionar soluciones químicas a ensambles minerales estables y en determinar cambios en el sistema como pH y la variación en la actividad de oxígeno. Por lo tanto, los valores absolutos para la actividad de oxígeno y pH no son críticos. Superimpuestos en los diagramas están las solubilidades y las estabilidades relativas de los complejos AuCl2- y Au(HS)2-. La solubilidad de los complejos clorurados fue calculada usando información termodinámica de Wagman y otros (1969). La solubilidad de los complejos bisulfurados fue calculada usando la información de Shenberger y Barnes (1989). Para este y los subsecuentes diagramas en los cálculos de solubilidad se tomaron en cuenta los


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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de geología coeficientes de actividad usando la ecuación modifica de Debye-Huckel e información apropiada de Helgeson y otros (1981). La figura muestra que la máxima 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 más 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 comp lejos bisulfurados y clorurados en función de la temperatura y de la concentración 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 rápidamente con la temperatura. Sin embargo, los complejos bisulfurados muestran solo una ligera dependencia de la temperatura, con un bajo máximo 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 ocurrirá en solución 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 concentración 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 solución. Esto resulta a partir del incremento de la solubilidad d el complejo clorurado como el incremento de la actividad del cloruro. En contraste, la solubilidad del complejo bisulfuro es ligeramente dependiente de la concentración de cloruro de sodio a causa de la pequeña variación 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 distribución de oro en depósitos de sulfuros masivos. El cruce entre complejamiento bisulfurado y clorurado es también una función del pH. La figura 3 compara la solubilidad de los complejos bisulfurados y clorurados de oro como una función a pHs de 4 y 6 en un 6 por ciento en peso de solución de cloruro de sodio a lo largo del límite H2S-sulfato. El pH 6 fue escogido porque se encuentra o está cerca, dependiendo de la temperatura, en el campo de la estabilidad de la sericita, una común alteración mineral en depósitos epitermales. Basado en ensambles minerales, las soluciones responsables del transporte de oro en depósitos epitermales son probablemente más cercanos al neutro o ligeramente alcalino. Un pH neutro a 250° C es aproxim adamente 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 más de 400° C a un pH 6. Estos resultados muestran que excepto a altas temperaturas y bajo pH los com plejos bisulfurados predominaran sobre los complejos clorurados. El esquema puede contribuir a una menor movilidad del oro en zonas de alteración acidas-sulfatadas en depósitos epitermales, y puede ser la principal forma de oro soluble en sistemas de pórfidos 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


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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de geología 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 e legidas 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 act ividad de oxígeno. Sin embargo, la solubilidad de los complejos bisulfurados decrece significantemente. A 250° C, está un quinto orden de decrecimiento de la magnitud en la solubilidad de oro con un segundo orden de incremento de magnitud en actividad de oxígeno. Este decrecimiento en la solubilidad de oro como Au(HS)2- con la oxidación 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 también muestra que los complejos clorurados se vuelven más importantes a altas temperaturas y en soluciones oxidantes. La solubilidad de oro como un complejo bisulfurado también será una función de la actividad de varias especies de azufre en solución. Esto es mostrado en la figura 5 donde la solubilidad de oro como complejos clorurados y bisulfurados es expres ada en términos de las actividades de oxígeno y H2S a 250° C, pH 6, y un 6 por ciento en masa de solución de cloruro de sodio. También mostrado en el diagrama están las estabilidades relativas de varios óxidos y sulfuros de hierro, con magnetita siendo reemplazada con clorita (Barton y otros, 1977). El borde entre sulfuro en vapor y sulfuro líquido, Sv/Sl y que donde las actividades de H2S y sulfato son iguales son incluidas. La figura también 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 oxígeno. Además, desde la pendiente del contorno de solubilidad, está claro que la solubilidad del oro es mucho más sensible a la actividad del H2S que a la actividad de oxígeno. En c ontraste, la solubilidad del oro como com plejo clorurado es independiente de la actividad de H2S e incrementa con la actividad de oxígeno. Argumentos paralelos pueden ser hechos para la solubilidad de la plata como complejos clorurados y bisulfurados aunque históricamente el complejamiento clorurado ha sido considerado más importante. Seward (1976) midió 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 deposición de este metal en depósitos hidrotermales. El complejo predominante bajo más condiciones epitermales serían AgCl2-. El complejamiento clorurado de la plata es consistente con su común asociación en una variedad de depósitos hidrotermales con metales base como cobre, zinc, y plomo, los cuales también son transportados como complejos clorurados. Schwarzenbach y Widmer (1966) midieron la solubilidad del sulfuro de plata en soluciones sulfuradas a 20° C como una función del pH y postularon la existencia de tres complejos bisulfurados, la más importante del cual fue Ag(HS)2-. Más 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.


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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de geología Últimos autores postularon que Ag(HS)2- fue el complejo dominante bajo estas condiciones. Por tanto, los complejos clorurados y bisulfurados de plata tienen idénticas estequiometrias que aquellas de oro. En una manera similar a la figura 1, la figura 6 expresa la solubilidad de los complejos AgCl2y Ag(HS)2- en términos de actividad de oxígeno y pH a 250° C en una solución conteniendo 6 por ciento en peso de cloruro de sodio y 320 ppm de azufre. La solubilidad del complejo bisulfurado fue calculado usando la información de Ga mmon y Barnes (1989). Estas relaciones de solubilidad son superimpuestas en los campos de estabilidad para plata nativa, arge ntita, y varios minerales de hierro y aluminosilicatos. Similar al oro, la máxima solubilidad de la argentita como el complejo bisulfurado ocurre en soluciones ligeramente alcalinas cerca del límite sulfuro-sulfato. La figura 7 muestra la solubilidad de la plata como complejos bisulfurados y clorurados como una función 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 aquí son muy similares a aquellas para oro, excepto el que complejo clorurado de plata es más 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 líneas cortadas. Estos resultados muestran que para sistemas epitermales de baja salinidad donde las soluciones son casi neutras a ligeramente alcalinas, la plata será transportada como complejos bisulfurados, y complejos clorurados serán importantes a altas temperaturas y en soluciones acidas. Como en el caso con oro, la estabilidad y solubilidad de los complejos de plata estará en función de la actividad de oxígeno. 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 ox igeno 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 oxidación 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 función de las actividades de oxígeno y H2S a 250° C, pH 6, y 6 por ciento de peso de solución de cloruro de sodio. Los bordes entre los campos de estabilidad de los minerales de plata están mostradas en gruesas líneas sólidas. 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 cam po de la plata nativa son similares a aquellos para complejos clorurados y bisulfurados de oro.


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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de geología 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 periódica de los elementos, y por lo tanto las químicas de sus soluciones deben ser similares. Basados en la teoría de vinculación, Creerar y otros (1985) clasificaron la plata como un ácido suave que se vincula a preferentemente con bases suaves de las cuales HS- es uno. Estas similaridades pueden ser extendidas al cobre también, ambas desde una perspectiva geológica y basada en estudios experimentales. Cantidades importantes de cobre ocurren en varios depósitos 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 depósitos dentro de un tipo acido-sulfato donde los ensambles de alteración 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-.

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MECANISMOS DE DEPOSICION Las relaciones de equilibrio solución-mineral ilustradas arriba pueden ser usadas ahora para predecir qué cambios en los sistemas naturales hidrotermales pueden ser responsables de la precipitación de oro y plata. Las variables consideradas fueron la temperatura; el pH de la solución, la actividad de oxígeno, H2S y cloruro; y la salinidad. En sistemas epitermales donde la ebullición de las soluciones mineralizantes puede ocurrir, la fracción en masa del agua es también una importante variable. Para bajas profundidades, sistemas de baja temperatura, la presión tendrá poco efecto en el comportamiento de las soluciones acuosas homogéneas en la ausencia de una fase vapor. Sin embargo, la presión es importante para el alcance que determina la profundidad a la cual la ebullición ocurre, el cual sucederá cuando la presión de vapor de la solución iguale a la presión total. Cualquier mineral que exhibe una solubilidad acuosa prógrada tendrá el potencial para precipitar como resultado de un enfriamiento si la solución 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) también demostraron que la solubilidad de la plata incremento con la temperatura en soluciones cloruradas. Gammon y Ba rnes (1989) obtuvieron una solubilidad prógrada para soluciones de sulfuros de plata y bisulfuros tam bién. Por lo tanto, el enfriamiento aparece a ser un adecuado mecanismo para la deposición de estos metales si la solución está cerca a la saturación. Sin embargo, la temperatura afecta otros parámetros de la solución como las actividades de oxígeno y azufre y pH, particularmente si estas variables son controladas por ensambles minerales o componentes disueltos. Por lo tanto, puede ser difícil evaluar los efectos de la temperatura independientemente. Figuras 2 y 7 muestran que hay un máximo en las curvas de solubilidad de los complejos bisulfuros a cerca de 200° C cuando la solución es controlada a lo largo del borde H2S-sulfato, así que el enfriamiento pudo no haber sido un mecanismo viable de deposición por encima de esta temperatura bajo esas


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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de geología condiciones. Sin embargo, a altas temperaturas o a bajos pHs donde complejos clorurados tienen un importante enfriamiento es un adecuado sistema de deposición. La naturaleza del control de oxigeno afecta al comportamiento de los complejos con la temperatura. La figura 4 muestra que si una solución en estado de oxidación esta controlada a lo largo del borde (p iritaoxido (o pirita-clorita), luego la solubilidad del oro com o complejo bisulfurado es prógrado sobre el completo rango de temperaturas de importancia. Estudios geotermométricos en diferentes depósitos hidrotermales de metales preciosos sugieren que no hay variaciones temporales o espaciales significantes en la temperatura dentro de algún episodio de mineralización, 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 deposición de estos metales. Sin embargo, si estos metales son transportados como complejos bisulfurados en soluciones que son casi neutras o ligeramente alcalinas, la deposición ocurriría si el pH bajara. El rol de la actividad de oxígeno en la precipitación del oro y sulfuros de plata pueden ser obtenidos a partir de las figuras 1, 4, 6 y 8. Para complejos clorurados, la deposición es favorecida por un decremento en la actividad de oxigeno (reducción). En contraste, las figuras 1 y 6 muestran que las máximas 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 dirección del incremento de la actividad de oxígeno, indicado por el cercano espaciamiento a los contornos de concentración del metal. Por lo tanto, la oxidación parece un eficiente mecanismo de deposición de oro y sulfuro de plata en sistemas hidroterm ales. Las figuras 4 y 8 muestran que este mecanismo se aplicaría a un amplio rango de temperaturas. La figura 10 muestra la solubilidad del oro y la plata como una función de la actividad de oxígeno a 250° C y pH 6. Superimpuestos en el diagrama están los bordes entre sulfuros y óxidos de hierro, plata nativa y argentita, especies sulfuradas acuosas oxidadas y reducidas, y la relativa estabilidad del metano, el grafito y el dióxido de carbono. Esto muestra la porción de las curvas de solubilidad a lo largo del cual los complejos bisulfurados y clorurados predominan, y el hecho que los complejos bisulfurados son más 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 solución 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 deposición ocurriría con sólo una ligera elevación de la actividad de oxígeno. Las figuras 6 y 10 indican que donde una cantidad máxima de plata seria transportada como complejo bisulfuro el ensamble mineral estable es argentita más pirita. Por tanto, la predominancia de este ensamble en minerales primarios hidrotermales es consistente con el transporte y deposición 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


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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de geología complejos bisulfurados, un decrecimiento en la actividad de H2S prom overía la deposición. 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 resultaría en deposición. 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 deposición ocurrirá para estos complejos como resultado de la reducción de la solución. Las figuras 2 y 7 muestran que la deposición ocurrirá como resultado de una baja en la actividad del cloruro si el transporte es por complejos clorurados. En contraste, la concentración del cloruro de sodio tiene solo un menor efecto en la solubilidad de los com plejos bisulfurados. Los coeficientes de actividad de las disueltas especies iónicas decrecen con el aumento de la salinidad. A causa de la relación:  =  . 

Donde ai es la actividad, γi es el coeficiente de actividad y m i es la concentración de las especies disueltas, como el coeficiente de actividad decrece, la solubilidad incrementa debido a que la actividad de mantiene constante en una solución de una temperatura dada que está saturada con respecto a un mineral dado. El efecto neto es que estos minerales serán más solubles en soluciones de alta salinidad que aquellos que están diluidos. Este efecto es pequeño 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 discusión arriba los mecanismos de deposición para metales siendo transportados como complejos bisulfurados y clorurados. Por ejemplo, un decrecimiento en la columna opuesta a la temperatura bajo cloruros significa que e l enfriamiento es un mecanismo viable de precipitación 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 oxígeno y H2S son opuestas para los dos diferentes complejos. Esto resultaría en la predicción de ambientes geoquímicos ligeramente diferentes de deposición mineral para los dos complejos. El efecto de la fracción en masa de agua será discutido con más detalles debajo.

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DISCUSION Usando los diagramas de estabilidad mineral discutidos arriba y ensambles minerales hidrotermales observados en el campo es posible poner límites en las condiciones fisicoquímicas de la deposición 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 formación mineral puede ser desarrollado si los mecanismos de transporte y deposición son entendidos.


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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de geología Muchos depósitos hidrotermales han reportado temperaturas de formación de aproximadamente 250° C aunque este puede variar como mucho en 50° de este valor entre y dentro de depósitos individuales (Buchanan, 1981; Vikre, 1989). Las salinidades d e inclusiones fluidas para estos depósitos varían desde 1 a 6 por ciento de NaCl equivalente. Para estas condiciones los límites de estabilidad de varios sulfuros y sulfosales comúnmente asociadas con metales preciosos han sido calculados usando la información 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, común en minerales primarios de varias rocas encajonantes, depósitos diseminados, son resaltados en el diagrama. Este ensamble define angostos límites en las condiciones fisicoquímicas de la deposición mineral para estos depósitos. El carbón no fue emplazado con el oro, y probablemente ocurrió en las rocas encajonantes antes de la mineralización (Ilchik y otros, 1986; Leventhal y otros, 1987). Sin embargo, los fluidos hidrotermales tenderán a enfocarse en el equilibrio con las rocas a través de la cuales ellos migraran de la composición de la solución y caerán dentro o cerca del campo de estabilidad del grafito. Heald y otros (1987) clasificaron los depósitos hidrotermales emplazados dentro de rocas volcánicas en tipos acida-sulfatada y adularia-sericita basados en los minerales de alteración y gangas. La presencia de sericita y/o adularia sugiere que las soluciones mineralizantes son casi neutras a ligeramente alcalinas. Los depósitos ácidos-sulfatados a menudo contienen alunita y/o minerales de alteración argílica que son est ables bajo condiciones más acidas. Los últimos depósitos también contienen ensamble que sugieren que las soluciones tuvieron una alta actividad de azufre. Dos distritos que pueden ser utilizados para ejemplificar las condiciones químicas que se dieron lugar durante la mineralización usando los minerales gangas y de alteración así 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 geología y mineralización 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 andesíticas volcánicas del Mioceno y consisten de venillas y stockworks conteniendo múltiples eventos de cuarzo y sulfuros con menores cantidades de adularia, sericita, clorita, albita y un último 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 últimos minerales predominan. A mayores profundidades la clorita incrementa en importancia con el cuarzo. Estudios isotópicos de oxigeno e hidrogeno por Taylor (1973) y Vikre (1987, 1989) sugieren que el agua meteórica domino el sistema hidrotermal en Comstock, aunque la información a partir de algunas de las mineralizaciones a más altas temperaturas permitieron también una contribución del agua magmática (Vikre, 1989). Vikre (1987, 1989) reporto resultados geotermométricos de inclusiones fluidas indicando una máxima temperatura de formación mineral de aproximadamente 300° C. Los minerales mena fueron depositados entre 250° y 275° C. Las


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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de geología salinidades variaron entre 2 y 6 por ciento en masa de NaCl. Brake (1989) re porto temperaturas de homogenización de uno de los cuerpos stockwork de 260° a 270° C y salinidades de aproximadamente 1 por ciento en masa de NaCl. En el último estudio no hay evidencia de una ebullición en las soluciones mineralizantes, aunque Vikre (1989) conc luye que al menos dos o posiblemente más soluciones estuvieron involucradas en el sistem a hidrotermal en Comstock. Basado en los ensambles de minerales de alteración y sulfuros, las condiciones químicas de la deposición mineral son mostradas en las figuras 12a y 12b en términos de actividad de oxígeno y H2S y actividad de oxígeno y pH respectivamente. Las condiciones ploteadas en la figura 12a están 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 descansarían en bajas condiciones de actividad de oxigeno que aquellos mostrados aquí. Sin embargo, las temperaturas reportadas por Vikre (1989) son algo mayores que los 250° C usados aquí. Basados en la figura 12a, el contenido de sulfuro aproximadamente seria 160 ppm, en su mayoría como H2S, la actividad de oxigeno estaría entre 10-36 y 10-37, y aproximadamente 10 ppm por millón serian transportadas principalmente como complejos bisulfurados. La deposición de argentita podría ocurrir como resultado del decrecimiento en la actividad de H2S. En la ausencia de ebullición, este decrecimiento podría resultar en la mezcla de soluciones entre la reducida solución de transporte y un fluido oxidante libre de H2S, o un resultado de la precipitación de sulfuros. En la figura 12b, las condiciones resaltadas para la deposición de minerales está basada en el común ensamble cuarzo-sericita-pirita, la menor ocurrencia de adularia, y la composición resaltada en la figura 12a. En el área mostrada, la plata es más soluble como un complejo bisulfurado, y la pendiente de la superficie de solubilidad, expresado por los cercanos contornos de concentración, indican que la argentita seria depositada como un resultado de la oxidación. Como concluimos arriba, este cambio resultaría de la mezcla de fluidos transportadores reducidos con aguas más oxidantes. La geología del distrito Goldfield ha sido descrita por Ashley (1974) con un breve resumen por Heald y otros (1987). Las rocas cajas consisten de roc as andesíticas a dacíticas del Oligoceno al Mioceno. Las venillas ocurren en fracturas concéntricas que parecen estar relacionadas con la formación de una caldera. La alterac ión de las rocas caja es pervasiva y consiste de cu arzo, 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 geotermométricos en inclusiones fluidas sugieren que la temperatura de formación está entre 250° y 290° C (Brusha y Noble, 1983). Ashley (1979) concluye que las soluciones hidrotermales fueron dominadas por aguas meteóricas en las bases de información isotópica de oxígeno. Las condiciones fisicoquímicas para la deposición de minerales de Goldfield son mostrados en la Figura 13 en términos de actividades de oxígeno y H2S a 250° C. Este diagrama fue


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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de geología calculado a un pH 4 para representar las condiciones acidas sugeridas por la ocurrencia de caolinita y alunita en los ensambles de alteración. Las condiciones resaltadas están basadas en la ocurrencia común de famatinita a lo largo con menores cantidades de tetraedrita en las menas. Estas condiciones son equivalentes a un contenido de azufre en la solución de aproximadamente 1000 ppm, en su mayor parte de H2S, y una actividad de oxigeno entre 1036 y 10-37. Entre 1 y 10 ppb el oro puede ser transportado como complejo bisulfurado. La deposición del oro ocurriría 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 precipitación de sulfuros son procesos que pueden resultar en el decrecimiento de la actividad de H2S. Sin embargo, en el sistema de ebullición de Goldfield puede haber una posible explicación. No hay información de inclusiones fluidas que sugieran que la ebullición ocurrió. Sin embargo, la baja profundidad de emplazamiento (Heald y otros, 1987) junto con la abundancia de alunita en el ensamble de alteración sugiere que la solución mineralizante ebullió. Drummond (1981) y Drummond y Ohmoto (1985) discuten los cambios químicos que ocurren durante la ebullición. Basados en trazas de solución ploteadas en términos de fugacidad de oxígeno y pH, ellos demostraron que es había un increm ento de pH y de fugacidad de oxígeno en la solución residual; la cantidad depende de la composición inicial y del volumen de vapor producido. Este comportamiento químico es concordante con el particionamiento de especies formadores de acido como dióxido de carbono y componentes reducidos como H2S, metano, e hidrogeno en fase de vapor. Mientras la pérdida de dióxido de carbono resulta en un incremento del pH, el escape de H2S incrementa la actividad de oxígeno y desestabiliza los complejos bisulfurados como un resultado del decrecimiento de la actividad de H2S. El último resultara en la deposición de oro y argentita en un sistema de ebullición epitermal. Drummond y Ohmoto (1985) también descubrieron que muchos de los significantes cambios químicos han ocurrido por el tiempo donde el volumen del vapor alcanzo al del líquido, o donde 2 por ciento del líquido ha sido convertido a vapor a 250° C. ellos también concluyeron que la perdida de H2S fue más eficiente en la deposición de oro que la oxidación. En sistemas de ebullición, la fracción en m asa de agua remanente en las soluciones residuales es importante, particularmente si el transporte de soluciones está cerca o dentro de la saturación de varios minerales. El cuarzo, o alguna otra forma de sílice, es el más abundante mineral ganga en depósitos epitermales. Las formas metaestables y la naturaleza de grano fino de la sílice sugieren la que la deposición fue relativamente rápida. Fournier (1985) reviso la química de la sílice en sistemas epitermales y concluyo que el enfriamiento es un importante mecanismo para su deposición. Sin embargo, Drummond y Ohmoto (1985) concluyeron que la isoentalpía (contenido de calor constante para el sistema vapor-liquido) de enfriamiento tuvo solo un menor efecto en la química de las soluciones en un sistema de ebullición, al menos en el rango de temperaturas para sistemas epitermales. Incluso pensando que la ebullición es una parte integral de muchos modelos para la formación de depósitos epitermales, no todos los sistemas muestran evidencias de ebullición, y otros procesos deben ser responsables de la deposición mineral como se ejemplifico con el distrito Comstock discutido arriba. La mezcla de soluciones tiene el mismo efecto que la ebullición en


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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de geología la temperatura, actividad de oxígeno y H2S, especialmente si agua de la superficie, mas frías y oxigenadas, están involucradas. El pH puede incrementar durante la mezcla. Lo último puede ocurrir si algunas de las aguas acidas sulfatadas gener adas en la parte superior de la ebullición se vuelve a incorporar debajo debido a la convección. La mezcla de soluciones no es fácil 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 depósitos hidrotermales, pocos se han dirigido a depósitos epitermales (Hofstra y otros, 1988). En el modelo de Romberger (1986b) para el origen de depósitos emplazados en rocas sedimentarias y en observaciones del presente en activos sistemas de aguas termales, no es difícil de ver el rol que la mezcla podría tener. La interacción con la roca caja puede ser un importante proceso deposicional en ciertos sistemas hidrotermales, particularmente donde hay una cercana relación espacial entre los minerales y la alteración de roca caja. Esta alteración es una parte integral de rodo el proceso mineralizante y es ampliamente usado como guía de exploración. Estudios de balances de masa han mostrado que, en muchos casos, los componentes volátiles como dióxido de carbono y agua han sido añadidos a las rocas cajas y los metales alcalinos han sido lixiviados de las rocas por la solución. El efecto neto de este intercambio es un incremento del pH en las soluciones transportadoras las cuales resultaran en la deposición de metales como complejos clorurados. Sin embargo, si las rocas encajonantes contienen una gran cantidad de minerales oxigenados como óxidos de hierro y sulfatos, el oxígeno puede ser intercambiado, resultando en la oxidación de la solución. La sulfidización de rocas ricas en hierro por H2S originario en las soluciones transportadoras resultaría en la formación de pirita en los ensambles de alteración de la roca caja. El decrecimiento resultante en la actividad del H2S en las soluciones desestabiliza a los complejos bisulfurados y causa precipitación de oro y sulfuros de plata. Este mecanismo ha sido sugerido para la formación de ciertos depósitos de oro piríticos emplazados en formaciones de hierro en el oeste de Australia (Phillips y otros, 1984) y pueden aplicarse a ciertos depósitos epitermales también. La cercana asociación del oro y la pirita en el último, independientemente de la roca caja, es bien reconocido. La tabla 3 resume los cambios en la química de las soluciones llevadas a cabo por la ebullición, mezcla de soluciones y alteración de la roca caja. Por ejemplo, un decrecimiento opuesto a la temperatura bajo la columna de ebullición significa que el último proceso resultara en un enfriamiento de la solución y así sucesivamente. El signo de interrogación opuestos al pH y a la actividad de oxigeno bajo la mezcla de soluciones y alteración de la roca caja, respectivamente, significa que el cambio dependerá d e la composición de las fases acuosas y solidas involucradas. Específicamente, el pH de las soluciones transportadoras puede incrementar si la mezcla ocurre con típicas aguas subterráneas. Sin embargo, un decrecimiento del pH puede ocurrir si la mezcla toma lugar con aguas acidas producidas por la oxidación del H2S en sistemas de aguas termales ebullentes en superficie. Independiente las opuestas actividad de cloruro y salinidad bajo alteración de rocas cajas indican que el ultimo ha tenido poco o casi ningún efecto en esos parámetros. La Tabla muestra que la ebullición incrementaría la actividad del cloruro y la salinidad mientras que la mezcla de soluciones disminuiría estas variables. Muchos sistemas epitermales involucran soluciones que son relativamente diluidas,


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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de geología con salinidades de alrededor de 1 a 3 por ciento en peso de NaCl. A estas relativas bajas concentraciones en comparación a los depósitos de metales base, la salinidad y por lo tan to la actividad del cloruro, no tendrán importancia en el control de la solubilidad de metales preciosos en depósitos epitermales. Una excepción puede ser en una ebullición, dominado por vapor, ambiente de aguas termales donde una proporción s ignificante de agua es convertida a vapor. Esto resultara en un incremento estas cantidades en el líquido residual y por lo tanto un ligero incremento en la solubilidad del metal, particularmente donde el complejam iento clorurado está involucrado.


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CONCLUSIONES

Entendiendo el comportamiento químico del oro y la plata en soluciones hidrotermales es crítico desarrollar modelos genéticos para la formación de depósitos epitermales. Las relaciones de equilibrio de fase pueden ser usadas juntas con ensambles de minerales mena, gangas y de alteración e información de inclusiones fluidas en minerales primarios para establecer las condiciones químicas bajo las cuales los depósitos se formaron. Este enfoque asumiendo equilibrio que ha sido alcanzado entre soluciones y minerales. Como una suposición puede ser difícil de aceptar, particularmente para fuentes termales dinámicas donde parece lógico que las condiciones químicas puedan cambiar rápidamente y episódicamente. Sin embargo, la alta frecuencia con la cual los mismos ensambles minerales parecen aparecer en depósitos de oro y plata, independiente de los arreglos estructurales y rocas encajonantes, sugiere que el equilibrio químico está enfocado pero no alcanzado. Los mecanismos de transporte son determinados una vez las condiciones químicas de deposición han sido establecidas. Para muchos depósitos epitermales donde los ensambles minerales primarios pueden contener cualquier combinación de oro (electrum), argentita, pirita, sericita, adularia, sulfuros de arsénico, o carbón, las condiciones favorecen el transporte de metales preciosos como complejos bisulfurados. La deposición ocurriría como un resultado del decrecimiento de la actividad de H2S u oxidación de las soluciones. Los procesos que ocurren en ambientes epitermales los cuales producen estos cambios incluyen ebullición, mezcla de soluciones, e interacción con la roca caja. Para depósitos formados a altas temperaturas, por arriba de los 300° C, dependiendo de la salinidad de la solución, el complejamiento clorurado es el más común mecanismo de transporte. La temperatura de transición desde el complejamiento bisulfurado a clorurado es menor para la plata que para el oro. Los mecanismos de deposición para metales transportados como complejos clorurados contrastan para aquellos con aquellos para com plejos bisulfurados e incluyen el incremento del pH y la actividad del H2S y la reducción de la solución. Si los metales preciosos son transportados como complejos clorurados, ellos comúnmente serian asociados a metales base como zinc, plomo y cobre, los cuales prefieren un complejamiento clorurado.


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Transporte y Deposicion de Metales Preciosos en Depositos Epitermales

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