PROCESOS SUPERGENOS

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PROCESOS SUPERGENOS La alteración supergena es un proceso de reequilibrio de la mineralogía hipógena (hidrotermal) a las condiciones oxidantes cerca de la superficie terrestre (sobre el nivel de las aguas subterráneas). La mayoría de las asociaciones de minerales sulfurados son inestables en estas condiciones y se descomponen (meteorizan) para originar una nueva mineralogía estable en condiciones de meteorización.. El proceso de alteración supergena de depósitos minerales hidrotermales involucra la liberación de cationes metálicos y aniones sulfato mediante la oxidación de sulfuros hipógenos (lixiviación). Los sulfatos de Cu y Ag así generados generados son solubles y son transportados hacia abajo por aguas meteóricas percolantes. Los cationes descienden en solución y pueden ser redepositados por reacción con iones carbonato, silicato, sulfato o sulfuro. El Cu y Ag pueden formar minerales oxidados que permanecen en la zona oxidada, pero también pueden ser precipitados debajo del nivel de aguas subterráneas por los sulfuros hipógenos y formar sulfuros más ricos en Cu o Ag respectivamente, siendo este proceso más eficiente para el Cu que para el Ag (enriquecimiento secundario). La denudación (erosión) es un proceso geológico continuo en las áreas terrestres elevadas por sobre el nivel del mar o por sobre el nivel de base local de erosión; esto implica que en áreas cordilleranas los depósitos minerales de origen hidrotermal eventualmente serán sometidos a las condiciones oxidantes cercanas a la superficie terrestre. Los yacimientos epitermales que se forman cerca de la superficie y son fácilmente objeto de procesos supergenos. Además, los sistemas de tipo pórfido (formados a niveles algo más profundos) también son afectados por procesos supergenos al ser exhumados por la denudación. Los procesos supergenos modifican significativamente la mineralogía de los cuerpos mineralizados de origen hidrotermal y afectan su metalurgia extractiva. Además, pueden producir importantes enriquecimientos secundarios ya sea de Cu, Ag o Au. La mayor parte de los pórfidos cupríferos no son económicos a menos que hayan desarrollado enriquecimiento secundario o supergeno. Sin embargo, los procesos supergenos también pueden resultar en la dispersión de los elementos metálicos o su redepositación como depósitos exóticos a cierta distancia del depósito hipógeno original. Un perfil supergeno ideal puede ser modificado por sucesivos ciclos de alteración supergena y por condiciones locales. En principio la zona de oxidación alcanza al nivel de aguas subterráneas y su posición inferior ha sido controlada en muchos depósitos por las posiciones del nivel de aguas subterráneas en el pasado. Consecuentemente, es función de la evolución geomorfológica de una región. En la zona oxidada los minerales sulfurados hipógenos son destruidos y la mineralogía, estructura y composición química de las menas modificadas significativamente, lo que obviamente tiene repercusión en la metalurgia extractiva de las menas de interés económico. En la porción inferior de la zona oxidada que subyace a rocas lixiviadas , se forman nuevos minerales oxidados por reacción de cationes metálicos en solución con aniones tales como

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carbonato (Ej. malaquita) y silicato (crisocola). En condiciones áridas y salinas como las del Desierto de Atacama los cloruros juegan también un rol importante (Ej. formación de atacamita).

El desarrollo de una zona de minerales oxidados depende directamente de la eficiencia del proceso de lixiviación, es decir la remoción en solución de los constituyentes de una roca o cuerpo mineralizado por la acción natural de aguas percolantes. En el caso que la lixiviación haya sido muy eficiente (Ej. La Escondida, “super-leaching” con Cd=Hg>Ag>Cu ≥Mo>Co≥Ni>Au>Pb>Sn≥W≥Bi Ahora bien, los elementos metálicos tienen cierta afinidad específica con el azufre, que se relaciona con la solubilidad de sus compuestos de sulfuro. Cualquier metal en solución que tenga afinidad más fuerte con el azufre que otro metal precipitará como sulfuro a expensas del sulfuro metálico más soluble bajo el nivel de aguas subterráneas.

La secuencia de estabilidad de sulfuros metálicos fue establecida por Schürman en 1888. Es una secuencia determinada experimentalmente en condiciones de temperatura y presión ambientales, de modo que en términos generales calza bien con el ambiente supergeno natural. Los metales serán reemplazados de acuerdo a la Serie de Schürman de modo que

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cualquier metal de la serie reemplazará a otro que sea más inferior de la misma (Ej. el Cu en solución reemplazará al Fe en la pirita o al Zn en la blenda). En general, mientras más separados estén los metales en la Serie de Schürman, más completo será el reemplazo y mayor la proporción de reacción. Además, metales diferentes se reemplazan selectivamente de acuerdo a sus posiciones relativas en la serie de Schürman (Ej. una solución con Ag reaccionará más fácilmente con blenda que con calcosina o covelina).

  Diagrama paragenético que muestra la sucesión general de destrucción de minerales sulfurados por reemplazo por calcosina.

El Eh y pH de las aguas meteóricas cambia de un potencial oxidante y ambiente ácido sobre el nivel de aguas subterráneas a un potencial reductor y ambiente básico debajo del nivel de aguas subterráneas. En el ambiente reductor los sulfuros primarios generalmente son estables, pero reaccionan de acuerdo a la Serie de Schürman con los metales disueltos transportados desde la zona de oxidación. Consecuentemente, en yacimientos cupríferos la precipitación de calcosina supergena bajo el nivel de aguas subterráneas ocurre por destrucción y reemplazo de los sulfuros hipógenos originales y la sucesión general es la que se presenta en el diagrama anterior. Consecuentemente, la posición del nivel de aguas subterráneas es un factor determinante en el desarrollo de los procesos supergenos. En cuanto a la composición de la roca de caja, las reacciones con los componentes alcalinos de las rocas neutralizan o hacen más básicas las soluciones descendentes (Ej. la hidrólisis de feldespato potásico o plagioclasas puede causar la precipitación del contenido metálico en la zona de oxidación) y lo mismo puede ocurrir con ciertos componentes de la ganga. Por ejemplo, si las rocas o menas contienen calcita (CaCO 3) u otros carbonatos, las soluciones oxidantes pueden neutralizarse completamente antes de alcanzar el nivel de aguas subterráneas y originar una zona oxidada enriquecida con carbonatos de Cu (malaquita, azurita). Por el contrario la lixiviación de la zona de oxidación será más intensa en ausencia de minerales reactivos con los fluidos percolantes (Ej. rocas silicificadas o con alteración cuarzo-sericita). El tipo de sulfuros presentes también influencia las reacciones, por ejemplo la pirrotina (Fe0.85-1S) reacciona dos órdenes de magnitud más rápido que la pirita (Fe 2S), por lo tanto si debajo del nivel de aguas subterráneas existe pirrotina la zona con calcosina supergena será más delgada, pero de alta ley en comparación con una zona de mayor espesor, pero con menor ley en el caso que solo exista pirita en la misma zona.

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La estructura es muy importante porque las zonas de falla o fracturas proveen la permeabilidad para la percolación de las aguas superficiales hasta niveles relativamente profundos de los depósitos y frecuentemente las zonas de falla incluyen volúmenes de rocas fracturadas, porosas, en las que es factible el desarrollo de los procesos supergenos, además las estructuras pueden contener una mayor proporción de minerales sulfurados susceptibles de ser descompuestos o modificados por los procesos supergenos. La calcosina supergena generalmente es negra, blanda y pulverulenta (“sooty chalcocite”), mientras que la calcosina hipógena es gris, masiva, cristalina y de aspecto metálico (“steely chalcocite”). Sin embargo, esto es solo una generalización y no toda la calcosina supergena es pulverulenta, puede ser también masiva y no diferenciarse de la calcosina hipógena.

El rol de las bacterias Existen varios tipos de bacterias que son capaces de derivar energía de la utilización de los minerales sulfurados (entre otras: Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus organoparus y Thiobacillus acidophilus). La actividad de estos microorganismos es importante en el proceso de oxidación natural de cuerpos mineralizados y su existencia ha permitido el desarrollo de tecnología de procesamiento metalúrgico de menas usando biolixiviación. Este tipo de procesos se han aplicado a menas cupríferas mixtas (sulfuros con óxidos), las cuales al ser tratadas con los procesos tradicionales de flotación o lixiviación ácida dan bajas recuperaciones de Cu. También se ha aplicado biolixiviación para menas con oro refractario (generalmente ocluido en pirita o arsenopirita) para oxidar los sulfuros y liberar el metal precioso. La bacteria Thiobacillus ferroxidans ha sido uno de los microorganismos más estudiados, para la oxidación de minerales y su aplicación en lixiviación. Estas bacterias obtienen energía mediante la oxidación de compuestos de azufre reducido y el ion ferroso. Ellas están presentes naturalmente casi siempre en cualquier lugar donde hay contacto entre aguas oxigenadas con depósitos minerales sulfurados, tales como minas, desmontes y relaves. Su acción biológica descompone los sulfuros, libera los metales y acidifica las aguas. Las bacterias aceleran el proceso natural de oxidación de sulfuros metálicos durante la meteorización y son responsables, en gran medida, del problema de drenaje ácido de minas o de sus deshechos (Ej. desmontes o relaves con pirita). El drenaje ácido constituye de un problema ambiental serio relacionado con la explotación minera; el mismo problema ocurre cuando se remueven rocas con diseminación de sulfuros (Ej. lutitas piritosas) y se exponen a la oxidación por cortes de caminos o se usan para rellenos o terraplenes. Las reacciones de oxidación que utilizan las bacterias para descomponer pirita son: 4FeS2 + 14 O2 + 4 H2O = 4 FeSO4 + 4 H2SO4 pirita 4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 = 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O FeS2 + Fe2(SO4)3 = 3 FeSO4 + 2 Sº

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2Sº + 2H2O + 3 O2 = 2 H2SO4 Estas reacciones muestran la habilidad de la T. Ferroxidans de (1) oxidar directamente el mineral, (2) oxidar los iones ferrosos producidos por la oxidación o por reducción química del hierro ferroso y (3) oxidar el azufre producido por oxidación del ion férrico del mineral. Para la arsenopirita las reacciones son: 4FeAsS + 13 O2 + 6 H2O = 4 H3AsO4 + 4 FeSO4 asenopirita 4FeAsS + 11 O2 + 2H2O = 4HasO2 + 4 FeSO4 HAsO2 + Fe2(SO4)3 + 2 H2O = H3AsO4 + 2 FeSO4 + H2SO4 2 FeAsS + Fe2(SO4)3 + 4 H2O + 6 O2 = 2H3AsO4 + 4 FeSO4 + H2 SO4 La oxidación de los minerales sulfurados que contienen oro en menas refractarias resulta en la liberación del Au, el que subsecuentenmente puede recuperarse por métodos convencionales como la recuperación con cianuro. Las menas refractarias son aquellas cuyo oro no puede ser liberado satisfactoriamente por reducción de tamaño del grano aún por molienda muy fina; generalmente se trata de menas en que el oro está finamente diseminado dentro de sulfuros, siendo la pirita y la arsenopirita los minerales más relevantes en este sentido. Un efecto similar ocurre en menas que contienen materia carbonosa, puesto que en este caso aunque el oro esté libre la solución con cianuro es absorbida por el material carbonoso. Tradicionalmente las menas refractarias de este tipo han sido sometidas a tostación para remover el As y descomponer los sulfuros permitiendo luego la cianuración convencional. Sin embargo debido a los costos involucrados en este proceso, más recientemente se ha puesto énfasis en el desarrollo de procesos hidrometalúrgicos tanto en sistemas químicos, como biológicos. El tratamiento de menas sulfuradas de cobre mediante lixiviación asistida por bacterias se utilizó inicialmente en el yacimiento de Lo Aguirre (Cia. Minera Pudahuel) y actualmente se utiliza en Quebrada Blanca y en Zaldivar. Sin embargo, el rol de las bacterias no se limitaría a la oxidación de sulfuros, existen bacterias que pueden cristalizar en sus superficies celulares una variedad de metales, incluyendo Fe, Mn, Zn, Ca y Au. Consecuentemente, en ciertos depósitos de oro se ha postulado que la concentración del metal preciosos ha sido producida por bacterias (biomineralización); un ejemplo serían los placeres auríferos de Cerro Pelado en Brasil, donde investigaciones realizadas por Placer Dome indican que las pepas de oro han crecido por la acción bacteriana y no corresponden exclusivamente a una concentración aluvial.

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Procesos supergenos en depósitos de cobre del norte de Chile. Depósitos estratoligados de cobre en rocas volcánicas jurásicas: En estos depósitos la oxidación alcanza un máximo de 250 m de profundidad con atacamita, crisocola subordinada, malaquita, sulfatos de cobre y rara cuprita o cobre nativo. La zona oxidada pasa directamente en profundidad a la zona hipógena y no hay diferencia significativa de leyes (no hay enriquecimiento secundario). Solo los yacimientos mayores como Mantos Blancos y Susana de Michilla tienen zonas enriquecidas con minerales del grupo de la calcosina (calcosina, djurleita, digenita) y covelina. Los depósitos estratoligados hospedados por rocas volcánicas en Chile tienen una mineralogía hipógena dominada por calcosina y bornita (sulfuros ricos en Cu), pero escasa pirita hipógena, lo cual puede ser la explicación de la ausencia de enriquecimiento secundario (la ausencia de pirita redunda en poca generación de ácido sulfúrico en la zona de oxidación). Otra posible razón, es la presencia de abundante ganga de calcita, la cual puede haber neutralizado las soluciones ácidas supergenas e impedido la lixiviación de cationes metálicos de la zona oxidada. Consecuentemente solo se ha producido una oxidación in situ de los sulfuros hipógenos sin originar significativo enriquecimiento secundario. En el yacimiento Mantos Blancos existen varios cuerpos de mena con mineralización hipógena de bornita, digenita, calcopirita, covelina y especularita, con escasa pirita, hospedados por andesitas a riolitas jurásicas albitizadas con cloritización subordinada, desarrollo de hematita especular y reemplazo local por carbonatos. En la zona oxidada de los cuerpos se presenta paratacamita y crisocola. Debido a que la albita y clorita estaban disponibles para la hidrólisis y a la limitada cantidad de pirita disponible para la generación de ácido, la asociación de óxidos en Mantos Blancos es característica de condiciones cercanas a un ambiente de pH neutro y los óxidos de cobre representarían una movilidad del metal solo local (decenas de metros; Chavez, 2000). La presencia de relictos de especularita en menas oxidadas de Mantos Blancos indica que las soluciones ácidas capaces de transportar el ion cúprico no reaccionaron totalmente con las rocas de caja, porque la especularita habría sido destruida por la reacción. Las vetas cupríferas de la Cordillera de la Costa del Norte Grande presentan perfiles supergenos bien desarrollados: la zona oxidada se extiende hasta ∼200 m de profundidad e incluye atacamita, crisocola, malaquita, sulfatos de Cu, cuprita y en menor medida Cu nativo. Entre 200 y 340 m de profundidad existe una zona de sulfuros hipógenos (grupo de la calcosina y covelina), la que da paso en profundidad a la zona primaria. Tanto la zona oxidada, como la de cementación (sulfuros secundarios) de las vetas están enriquecidas 3 a 6 veces respecto a las leyes del mineral primario. El enriquecimiento de la zona oxidada de las vetas es una desviación respecto al perfil supergeno ideal (esta zona debería estar algo lixiviada). La explotación histórica de la zona de oxidación de las vetas cupríferas se concentró en bolsonadas de alta ley de cobre conteniendo mezclas de minerales oxidados de cobre de color café rojizo que los mineros llaman “almagre”; Sillitoe (1969) determinó que estos derivan de la oxidación de calcosina

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masiva supergena, lo que indica que hay superposición de sucesivos ciclos de alteración supergena explicando así la desviación del perfil supergeno ideal.

Pórfidos cupríferos paleocenos : Los depósitos más importantes de este tipo como Cerro Colorado (en explotación) y Spence (en desarrollo) presentan perfiles supergenos bien desarrollados. En Cerro Colorado existe una zona lixiviada estéril de 70 a 120 m de profundidad, seguida hacia abajo por un nivel de 60 a 120 m de potencia de mineral oxidado (crisocola, atacamita), luego por un nivel de enriquecimiento secundario (calcosina) de 50 a 70 m de potencia (alcanzando localmente hasta 200 m) y finalmente desde 180 a 310 m de profundidad por mineralización hipógena dominada por calcopirita. En Spence existe una cubierta de gravas y de rocas lixiviadas con un espesor promedio de 70 m (las gravas cubren totalmente al depósito y su espesor varía entre 4 m en el sur hasta 130 m en el sector norte), en profundidad sigue una zona oxidada con 20 m de promedio de potencia principalmente con atacamita (ley promedio 1,12% Cu), luego una zona de sulfuros secundarios con espesor promedio de 60 m (principalmente calcosina; ley promedio 0,96% Cu) y finalmente desde los 150 m hacia abajo mineralización hipógena dominada por calcopirita (ley media 0,48% Cu). En contraste otros pórfidos cupríferos del Paleoceno (Sierra Gorda, Lomas Bayas, Fortuna del Cobre) presentan zona oxidadas de 140 a 250 m de profundidad en las que se presentan atacamita, malaquita, cuprita, chalcantita y otras especies menores. La zona oxidada está parcialmente lixiviada y con leyes bajas (0,1 a 0,4% Cu), aunque algunas bolsonadas de minerales oxidados de Cu han sido explotadas. La zona oxidada pasa en profundidad a la zona hipógena o a una zona mixta hipógena – oxidada. Cantidades menores de calcosina y covelina dentro de las zona de oxidación sugieren que estos pórfidos del Cenozoico inferior tuvieron el desarrollo de una zona de cementación, la cual fue subsecuentemente oxidada y lixiviada por un descenso del nivel de aguas subterráneas.

Pórfidos cupríferos mayores del Eoceno Superior – Oligoceno : estos yacimientos muestran perfiles supergenos bien desarrollados y varios de ellos incluyen un nivel enriquecido con sulfuros supergenos (Chuquicamata, La Escondida, Quebrada Blanca, El Salvador, Ujina). Estos depósitos gigantes usualmente incluyen una zona superior lixiviada – oxidada que se extiende 100 a 200 m de profundidad (400 m en La Escondida y 350 m en El Salvador); esta zona incluye atacamita, crisocola, brochantita, antlerita, chalcantita, crohnquita, natrocalcita, bisbeita, cornuita, algo de cuprita y Cu nativo. Asimismo compuestos amorfos denominados copper-pitch (silicato hidratado con Cu, Mn y Fe), copper-wad (óxidos e hidróxidos de Mn con Cu) y neotocita (silicato hidratado con óxidos de Mn, Fe y Cu diseminados). Localmente también hay turquesa (fosfato de Cu). La ganga incluye sulfatos de Fe, Mg, Ca y Na (blodita, coquimbita, melanterita, jarosita, fibroferrita, copiapita, mirarbirita, pisanita, romerita, yeso), halita y limonitas. Los minerales oxidados (mena y ganga) ocurren en fracturas y diseminados reemplazando a sulfuros primarios y a feldespatos preexistentes. Las leyes son variables, pero hay cuerpos de mena oxidada de 1,00 – 1,65 % Cu separados por rocas lixiviadas casi estériles. Los cuerpo oxidados mayores existieron en Chuquicamata (900 M ton; hoy agotadas) y El Abra (180 M ton; actualmente en explotación). En La Escondida la lixiviación es muy intensa y solo existen 68 M ton de menas oxidadas con 1,22% Cu.

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La amplia presencia de atacamita (Cu 2Cl(OH)3) en la zona de oxidación de muchos depósitos de cobre del Norte Grande de Chile probablemente refleja la interacción de soluciones cupríferas con soluciones salinas en la zona de oxidación (en Chuquicamata aparte de cloruro de cobre se ha documentado la presencia del yoduro de Cu marshita). Los análisis de aguas subterráneas de Chuquicamata revelaron abundante sulfato disuelto con nitrato y cloruro presentes en cantidades iguales y cantidades menores de sílice. Los cloruros y nitratos son sales comunes en los depósitos salinos superficiales del Desierto de Atacama. La zona de sulfuros supergenos de estos pórfidos cupríferos incluyen calcosina, djurleuita, digenita y covelina. Estos reemplazan a calcopirita, enargita, bornita primarias y se presentan como pátinas sobre pirita. La zona de sulfuros supergenos está enriquecida 3 a 4 veces relativo a la mena primaria (“protore”) y en muchos casos ha determinado el valor económico de estos depósitos cupríferos. La potencia de la zona enriquecida es variable desde unos 20 m en Radomiro Tomic a más de 600 m en Chuquicamata. Chuquicamata presenta uno de los perfiles supergenos mejor desarrollados; éste yacimiento incluye dos tipos de menas hipógenas distintas mineralógicamente y consecuentemente el desarrollo de oxidación supergena es también espacial y mineralógicamente distinto. Existen rocas con alteración potásica (feldespato-K, biotita) en el lado oriental del yacimiento, con calcopirita, bornita y digenita, y rocas con alteración fílica (cuarzo, sericita) en el lado occidental con pirita, enargita, covelina. La porción superior de este mega-yacimiento, con una profundidad máxima de 200 m en su parte SW, fue intensamente lixiviada y los minerales sulfurados originales fueron reemplazados por óxidos de Fe, principalmente hematita y limonitas. Aunque en Chuquicamata la mayor distribución de oxidados de cobre coincide con los sectores donde domina la alteración potásica, dentro de ella la meteorización ha producido limitada oxidación (30 a 80 m de espesor), con una asociación de hematita > goethita, atacamita, y localmente turquesa – calcosiderita, típicas de condiciones de pH cercanas a neutras. En contraste, en la zona con alteración fílica la zona con óxidos de Cu alcanza hasta 230 m de potencia, con una asociación bien desarrollada de pH bajo con natrojarosita, goethita, chalcantita, crohnquita y antlerita, pero con ley más baja que la zona oxidada en rocas con alteración potásica. Sin embargo, la profundidad del enriquecimiento supergeno está notablemente aumentada en las rocas con alteración fílica alcanzando a 600 m en la porción occidental del yacimiento. Esta zona de enriquecimiento bien desarrollada contiene calcosina, covelina y hacia abajo tiene un contacto mal definido con la zona hipógena con pirita, calcopirita, enargita, covelina y tenantita. Debido a que la roca huésped con alteración fílica (cuarzo-sericítica) en Chuquicamata tiene una capacidad mínima para neutralizar la acidez de soluciones generadas del protolito con alto contenido de pirita esto produjo un pH muy bajo y una asociación estables de óxidos dominados por sulfatos de cobre y hierro. Estas soluciones fueron capaces de transportar cobre lejos de la superficie hasta que reaccionaron con azufre reducido, produciendo un volumen excepcional de mineral enriquecido con calcosina y covelina. Cabe señalar, que adicionalmente las rocas cuarzo-sericíticas coinciden espacialmente con

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importantes zonas de falla que facilitaron la percolación de las soluciones supergenas en Chuquicamata. En el margen sur de Chuquicamata también ocurrió el transporte lateral de soluciones supergenas dando por resultado la generación del yacimiento exótico de Mina Sur (Exótica), este se localiza dentro de un sistema de paleodrenaje que contiene cobre transportado al menos 6 km del yacimiento hipógeno. Transporte supergeno lateral de cobre del mismo orden ocurrió en los depósitos exóticos de Huiquintipa (al occidente de Collahuasi) y en Damiana (al occidente de El Salvador). El yacimiento El Abra es un ejemplo donde el enriquecimiento supergeno tuvo un desarrollo muy limitado. Este gran pórfido cuprífero presenta un cuerpo de mena de óxidos de cobre bien desarrollado de 200 m de potencia y controlado por fracturas, el cual deriva esencialmente de la oxidación in situ de un protolito que tenía una asociación de calcopirita, bornita y calcopirita, pobre en pirita, hospedada por rocas dioríticas a dacíticas. La alteración potásica dominante de la roca de caja consiste en abundante biotita con feldespato-K subordinado, la cual está atravesada por delgadas fajas de orientación NW de rocas con alteración fílica. No existe una zona lixiviada importante en El Abra y la zona con óxidos de cobre está expuesta en superficie, con crisocola, paramelaconita (Cu4O3), tenorita y neotocita; esta asociación da paso en profundidad a brochantita y fosfatos de Cu, tales como pseudomalaquita. Subyace la zona oxidada una zona mixta de escasos centímetros hasta 60 m de potencia con cuprita, cobre nativo, brochantita, crisocola, calcosina; ésta última no tiene leyes mayores que la zona de óxidos suprayacente o de sulfuros hipógenos subyacentes, por lo que no se puede considerar una zona de enriquecimiento. Los óxidos de cobre en El Abra incluyen una asociación característica de ambientes de meteorización de pH moderado, atribuible a que la pirita fue insuficiente para producir soluciones supergenas de bajo pH. El cuerpo de mineral oxidado actualmente en explotación en El Abra correspondería a la oxidación in situ de la asociación de sulfuros hipógenos, con escaso transporte supergeno del cobre, probablemente solo unas decenas de metros.

Yacimientos de plata La química del Cu y Ag en el ambiente supergeno es aproximadamente similar, pero el Cu forma compuestos insolubles con carbonato (malaquita, azurita) mientras que esto no ocurre con la Ag. La plata se solubiliza como sulfato, pero en el caso que existan elementos halógenos formará haluros insolubles sobre el nivel de aguas subterráneas (cerargirita, yodargirita, bromargirita), minerales que son comunes en muchos depósitos argentíferos del norte de Chile y producen un significativo enriquecimiento en la zona de oxidación de los mismos. El sulfuro supergeno más común es la acantita (AgS2; polimorfo de baja temperatura de la argentita).

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Chañarcillo : ejemplo de procesos supergenos en yacimientos de plata chilenos. El Distrito de Chañarcillo al sur de la ciudad de Copiapó incluye un sistema de vetas mesotermales de 2 a 90 cm de potencia cuya mineralogía primaria incluye: pirita, blenda, calcopirita, galena, arsenopirita, pearceita (Ag16As2S11), freibergita ((Cu,Ag)3SbS3), proustita (Ag3AsS3), polibasita (Ag16Sb2S11) y pirargirita (Ag3SBS3), con ganga de calcita, baritina, cuarzo y siderita. En la zona oxidada las vetas fueron engrosadas hasta 9 m de potencia en forma irregular, con el desarrollo de haluros de Ag que están zonados de acuerdo a sus solubilidades. La cerargirita (AgCl) forma la zona superior, la embolita (Ag(Br,Cl)) la zona intermedia y la yodargirita (AgI) la zona inferior. También hay bromirita (AgBr) y yodembolita (Ag(Cl,Br,I)) en la zona de oxidación. La ley de la zona de oxidación es 25 a 80% más rica que la zona hipógena de las vetas. En la zona de sulfuros supergenos la geometría de las vetas no cambió significativamente, pero ellos fueron enriquecidos en Ag a expensas del Fe, Sb, As, y S en una extensión vertical de 40 a 150 m. Los minerales supergenos incluyen estefanita (Ag5SbS4), acantita (AgS), discrasita (Ag3Sb), Ag nativa, stromeyerita (AgCuS) y cantidades menores de pearceita y polibasita. Las leyes de la zona de sulfuros supergenos también están incrementadas de 25 a 80% respecto a la zona primaria. En el Distrito de Chañarcillo se explotó muy poco mineral primario, aunque hay vetas primarias que contienen de 1800 a 4600 g/t Ag, su profundidad, poca potencia y considerable presencia de agua subterránea (hoy las antiguas minas están inundadas) no las hicieron atractivas para su beneficio. La explotación histórica se concentró en el mineral oxidado y sulfurado supergeno con mayores leyes y más cercanos a la superficie. Esto mismo ocurrió en la mayoría de los distritos argentíferos del norte de Chile.

Procesos supergenos en yacimientos de oro En contraste con el Cu o Ag los depósitos de oro tienen una tendencia menor a enriquecerse en la zona de sulfuros supergenos. Por el contrario los yacimientos auríferos sujetos a oxidación pueden ser enriquecidos cerca de la superficie por: Procesos químicos que involucran la migración del oro Remoción de sulfuros y ganga soluble con el oro permaneciendo en su sitio La movilidad, migración, concentración o dispersión del oro está influenciada por: Tipo de depósito Naturaleza de la ganga la ganga y sulfuros controlan la Tipos de sulfuros naturaleza, solubilidad y precipitados Minerales auríferos primarios de las agua oxidantes Tipo de roca de caja (mineralogía) Grado de fracturamiento del depósito y rocas circundantes

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Clima Nivel del agua Agentes orgánicos; el oro es soluble en ciertos compuestos orgánicos o puede ser incorporado en complejos iónicos por productos orgánicos. Ej. H2S producido por bacterias puede originar (AuS) Los minerales hipógenos de oro son Au nativo, aurostibnita, fischerita y varios telururos de Au. La pirita, arsenopirita y pirrotina también pueden incluirse debido a que aportan una gran proporción de Au en muchos distritos. Existe un solo mineral supergeno de oro y que es el Au nativo. Este se presenta en pepitas, barritas irregulares, laminillas, dendritas, alambres, ramitas, agregados, pelos, filamentos, filigramas, láminas y metal finamente dividido llamado pintura o mostaza de oro. El oro se presenta en partículas individuales junto con productos de oxidación tales como calcita, yeso, azufre, caolinita y ópalo. Mucho oro microscópico o submicroscópico se presenta en agregados tales como limonitas y wad. El oro nativo es relativamente inerte y en muchos depósitos, especialmente de sulfuros y sulfosales, el mineral pasa a las zonas oxidadas esencialmente en la misma condición en que está en la mena primaria, pero en ciertas condiciones puede disolverse (formando complejos iónicos) y migrar. El destino del oro durante los procesos de oxidación es afectado en forma importante por la naturaleza y tamaño de las partículas de oro en el depósito primario. La solubilidad del oro es mucho mayor cuando se libera en forma iónica de las redes cristalinas de pirita, arsenopirita, etc. o cuando el oro es liberado en forma submicroscópica (coloidal) de esos minerales huéspedes. Mucho de este oro coloidal o iónico puede migrar, ya sea en solución como complejo iónico o en suspensión como coloide. Si el oro está presente en partículas de >100 µm de diámetro su solubilidad es notablemente más restringida y solo migra en forma física como laminillas, fragmentos metálicos o pepitas. El oro grueso también restringe la movilidad del oro iónico, ya que provee núcleos de precipitación para el oro disuelto. La oxidación de teluros puede dar origen a oro soluble o plata u oro muy fino conteniendo algo de plata. La pirita aurífera, arsenopirita o pirrotina originan varios compuestos de arsénico, oro e iones solubles; también pueden originar oro esponjoso o mostaza. Mucho del oro liberado por oxidación de sulfuros es incorporado en minerales y compuestos amorfos que cementan los gossans, donde el oro está íntimamente mezclado con limonita, wad (óxidos de Mn) y otros agregados. Parte del oro se encuentra en eluvios y finalmente (si es grueso) en placeres aluviales. El oro muy fino (harina de oro; Ej. oxidación de teluros) puede tener gran movilidad en drenajes superficiales y ser transportado a gran distancia. Si la zona de oxidación es esponjosa y suelta, mucho oro fino puede moverse físicamente hacia abajo por gravedad o movido por aguas percolantes.

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La precipitación del oro en ambiente supergeno puede ocurrir por: Precipitación por ion ferroso; Fe

2+

+

3+

+ Au ↔ Auº + Fe +

2+

Precipitación por ion manganoso 2Au + Mn

-

+ 4OH → 2Auº + MnO2 + 2H2O

Aumento o diminución del pH destruye los complejos sulfurados Adsorción y/o coprecipitación con gels de limonita.

Enriquecimiento supergeno de oro en yacimientos chilenos En mucha vetas auríferas del norte de Chile se presenta una zona de oxidación que se extiende de 50 a 100 m de profundidad con leyes >20 g/t Au. Prácticamente toda la explotación histórica de depósitos vetiformes de oro se ha restringido a la zona de alteración supergena, puesto que las leyes primarias de oro normalmente están en el rango de 0,5 – 2,0 g/t Au y su potencia es menor en la zona primaria. El oro en las zona oxidadas está frecuentemente asociado con oxicloruros, limonitas y hematita y no se restringe a las vetas originales, sino que se extiende en las rocas de caja fracturadas adyacentes. Ej. en El Guanaco las vetas epitermales de 0,5 a 3,0 m de potencia han producido menas oxidadas con 40 – 50 g/t Au, pero los halos silicificados en torno a las vetas alcanzan hasta 30 m de ancho con leyes de 0,5 a 7,0 g/t Au. En Sierra Gorda vetas de fisura (0,1 – 1,0 m de potencia) tienen 20 g/t Au, pero las rocas hasta 5 m de las fisuras contienen oro formando cuerpos mineralizados de 10 m de potencia con 8 g/t Au y 1500 g/t Ag dentro de los 40 m superiores de las vetas. En Sierra Gorda no existe un nivel de sulfuros supergenos enriquecidos y tampoco en San Cristóbal (solo existe una zona mixta de óxidos y sulfuros primarios). En El Guanaco sí existe una zona de sulfuros supergenos (calcosina, covelina) de 70 a 120 m de profundidad, la cual fue explotada por sus altas leyes de Cu (3-4% Cu), más que por el Au que varía de 0,5 a 5 g/t Au en esta zona. Los sulfuros hipógenos de El Guanaco son pirita aurífera, enargita, luzonita y calcopirita con