1. Controles geológicos sobre la composición de las aguas naturales
y aguas de mina que drenan diversos tipos de depósitos minerales
373
Otro enfoque para la predicción del drenaje de la mina que se puede utilizar
para complementar las pruebas de ingeniería estática y cinética es aquel en el
que las composiciones de las aguas de la mina existentes que drenan tipos de
depósitos geológicamente similares en climas similares se miden empíricamente
y luego se interpretan en un contexto geológico y geoquímico. . Al evaluar las
composiciones de las aguas que drenan depósitos geológicamente comparables
en climas comparables, es posible establecer restricciones sobre los rangos
potenciales en la composición de
Este documento resume los resultados hasta la fecha de un estudio
empírico en curso que examina la composición de las aguas de mina y las
aguas naturales que drenan un amplio espectro de tipos de depósitos minerales,
zonas mineralógicas dentro de los tipos de depósitos y tipos de depósitos
minerales geológicamente similares en diferentes climas (Ficklin et al. , 1992;
Plumlee et al., 1992, 1993a; Smith et al., 1994). Incluimos en este estudio datos
que hemos recopilado y datos recopilados de la literatura.
Introducción
Aunque tanto los métodos estáticos como los cinéticos se usan ampliamente
para ayudar a predecir las composiciones de las aguas de mina, tienen varias
limitaciones potenciales. Los más importantes son (1) si las muestras utilizadas
en las pruebas representan adecuadamente el rango de características
mineralógicas comúnmente presentes en depósitos minerales complejos, (2) si
la escala de tiempo y las condiciones de laboratorio de las pruebas cinéticas
reproducen adecuadamente las escalas de tiempo y física, las condiciones
geoquímicas y biológicas realmente presentes en la mina, el vertedero de la
mina o el entorno del embalse de relaves, y (3) si las composiciones de lixiviado
de la prueba cinética reproducen con precisión la calidad real del drenaje.
aguas que podrían resultar del desarrollo de un depósito de mineral en
particular. Dichos exámenes empíricos de las aguas de drenaje existentes
ayudan a superar los problemas de representación de la muestra, la idoneidad
de las escalas de tiempo y la precisión de la reproducción de las condiciones
naturales mediante experimentos de laboratorio: las aguas ya están drenando
volúmenes de roca más grandes y representativos, y se generan bajo
condiciones de campo. condiciones y escalas de tiempo.
Hay una variedad de técnicas actualmente en uso para predecir la acidez
o el contenido de metales de las aguas de drenaje de la mina, las más comunes
de las cuales son los procedimientos de prueba estáticos y cinéticos. En
procedimientos estáticos como la contabilidad ácido-base (White et al., 1997,
1999), los contenidos de minerales de sulfuro generadores de ácido a partir de
menas y desechos de una mina propuesta se miden y equilibran con los
contenidos medidos de minerales consumidores de ácido. tales como
carbonatos; basándose en este equilibrio, se determina que los materiales son
generadores de ácido o no generadores de ácido. En las pruebas cinéticas,
como las pruebas de columna o celdas de humedad (ASTM, 1996), se permite
que las muestras de minerales y desechos reaccionen durante un período de
tiempo en condiciones de laboratorio con aguas oxidadas o aire húmedo, y el
pH y el contenido de metales del resultado luego se miden los lixiviados.
Los resultados hasta la fecha de este estudio empírico ilustran los muchos
controles fundamentales que ejerce la geología de los depósitos minerales, en
combinación con los procesos geoquímicos y los procesos biogeoquímicos,
sobre las composiciones de las aguas de drenaje de las minas y las aguas
naturales que drenan los depósitos minerales no explotados. Otros controles
importantes, como el clima, el método de minería utilizado y el método de
procesamiento de minerales utilizado, modifican los efectos exigidos por los
procesos geológico, geoquímico y biogeoquímico del yacimiento. Nuestros
resultados muestran que, al interpretar los datos empíricos de drenaje en un
contexto geológico, es posible restringir los rangos potenciales de pH y los
rangos de concentración de metales de las aguas de drenaje natural y de mina
que pueden desarrollarse dentro de diferentes zonas mineralógicas, tipos de
minerales o tipos de alteración en un yacimiento mineral determinado. Nuestros
resultados no son lo suficientemente precisos como para que puedan usarse para predecir c
Estudios anteriores que demostraron la importancia de los controles
geológicos en las composiciones de drenaje de minas incluyen los de Wildeman
et al. (1974) en el distrito minero de Central City, Colorado, y los de Wai et al.
(1980) en la mina Bunker Hill, distrito de Coeur d'Alene, Idaho. Los resultados
de estos dos estudios mostraron que las composiciones de drenaje varían de
manera predecible dentro de una mina (Wai et al., 1980) ya través de un distrito
(Wildeman et al., 1974) en función de la geología del depósito. Sin embargo, en
el tiempo transcurrido desde que se llevaron a cabo estos estudios y antes de
principios de la década de 1990, en general faltaba un examen sistemático de
las composiciones de drenaje de la mina a través de un espectro de tipos de
depósitos minerales, y dentro de diferentes tipos de minerales de tipos de
depósitos dados. Desde principios de la década de 1990, varios estudios han
comenzado a examinar las composiciones de agua de drenaje tanto natural
como de mina en el contexto de la geología de depósitos minerales (Ficklin et
al., 1992; Plumlee et al., 1992, 1993a, b; Runnells et al., 1992; Smith et al.,
1994; Price et al., 1995; estudios en du Bray, 1995; Goldfarb et al., 1996, 1997;
Eppinger et al., 1997; Kelley y Taylor, 1997).
Depósitos minerales que contienen sulfuros formados en condiciones
reducidas fuera del contacto con una atmósfera oxigenada. Cuando los sulfuros
en los depósitos están expuestos por la erosión natural o por la minería al
oxígeno atmosférico y al agua, la meteorización de los sulfuros puede producir
un drenaje de roca ácida natural o relacionado con la minería. Por lo tanto, la
predicción de la calidad del agua que resulta de las actividades de minería y
procesamiento de minerales se ha convertido en una alta prioridad en el
otorgamiento de permisos de actividades mineras en todo el mundo, con el fin
de prevenir la formación o mitigar los efectos ambientales de las aguas de
drenaje nocivas. Además, estimar las composiciones de las aguas naturales
que drenaron los depósitos minerales antes de la extracción es crucial para
establecer estándares ambientales de referencia apropiados en los sitios mineros.
GS Plumlee1, KS Smith1, MR Montour1, WH Ficklin2 y EL Mosier3
2Fallecido; 3Retirado
capitulo 19
1 EE. UU. Servicio Geológico, Box 25046, MS 973, Centro Federal, Denver, CO 80225-0046
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2. GS Plumlee, KS Smith, MR Montour, WH Ficklin y EL Mosier
las composiciones exactas del agua que se desarrollará en una mina en
particular, vertedero de mina o embalse de relaves en un depósito de minerales
en particular. En cambio, las capacidades predictivas proporcionadas por un
enfoque empírico de este tipo deberían ser solo una parte de un enfoque
integral basado en el riesgo para el desarrollo de recursos minerales
ambientalmente responsable empleado por la industria y los reguladores por igual.
Al recopilar estos datos, nos enfocamos siempre que fue posible en las aguas
recolectadas en las aberturas de los socavones, manantiales, lagos a cielo
abierto, etc., para no introducir modificaciones en la composición corriente
abajo o gradiente abajo, como dilución u oxidación. De esta manera, podríamos
examinar lo más de cerca posible los efectos de la geología del depósito en la
composición del drenaje.
Para ayudar a interpretar las variaciones en la química del agua de drenaje
entre diferentes tipos de depósitos, hemos desarrollado un esquema de
clasificación basado en el pH y la suma de los metales base Zn, Cu, Pb, Cd,
Co y Ni (Fig. 19.2; Plumlee et al., 1992). Si bien Fe, Al y Mn suelen ser los
metales más abundantes en la mayoría de las aguas de drenaje natural y de
mina, las diferencias en la suma de los metales base nos permiten diferenciar
entre diferentes controles geológicos sobre la composición del agua que de
otro modo no seríamos capaces de identificar. capaz de diferenciar sobre la
base de variaciones de concentración en Fe, Al o cationes principales. Hemos
llamado diagramas de Ficklin a estas gráficas en honor a nuestro difunto
colega, Walter Ficklin. Como se puede ver en los gráficos de las Figuras 19.1
y 19.2: la edad del drenaje ácido de la roca puede ser completamente natural
y no estar relacionada con las actividades mineras; no todos los drenajes de
rocas naturales o relacionados con la minería son ácidos; y no todas las aguas
de drenaje natural o de mina deben ser ácidas para transportar cantidades
significativas de algunos metales disueltos.
Para comprender los controles de la geología de los depósitos minerales
sobre la composición del drenaje, primero es necesario discutir brevemente los
procesos geoquímicos y biogeoquímicos que generan y neutralizan el drenaje
ácido (resumido por Nordstrom y Alpers, 1999, y referencias allí). La oxidación
de pirita mediada por microbios es generalmente el paso inicial en el proceso
y da como resultado la formación de ácido sulfúrico y hierro ferroso. A valores
de pH superiores a aproximadamente 6, el hierro ferroso se oxida muy
rápidamente a hierro férrico; a valores de pH más bajos, se requiere catálisis
bacteriana para que se produzca esta reacción. Si las aguas se alejan del
contacto con el oxígeno atmosférico o las aguas subterráneas oxigenadas,
entonces la oxidación bacteriana del hierro aún puede ocurrir solo mientras
queden concentraciones limitadas de oxígeno disuelto en las aguas. El hierro
férrico es un
Para referencias generales sobre la geología de los depósitos minerales,
se remite al lector a libros de texto de geología económica como Guilbert y
Park (1986) y otras compilaciones como Cox y Singer (1986), Kirkham et al.
(1993), du Bray (1995) y las referencias que contiene. Para obtener un resumen
de las características geológicas ambientales de los depósitos minerales,
consulte Plumlee (1999) y las referencias que contiene.
Resumen de controles importantes sobre la composición de la edad
del drenaje
determinado en unidades de concentración mg/l; todos los demás cationes
principales, metales traza y metaloides se midieron en unidades de partes por
millón (ppm) o partes por mil millones (ppb). Por el contrario, las concentraciones
de cationes principales, metales traza y metaloides se midieron en algunos
otros estudios (como Alpers y Nordstrom, 1991) sobre una base de volumen y
se presentaron en unidades de mg/lo µg/l; hemos anotado en el Apéndice
todas las muestras medidas en estas unidades. Para las interpretaciones
gráficas utilizadas en este estudio (como la Fig. 19.1), hemos supuesto que las
unidades mg/l equivalen a ppm y que las unidades µg/l equivalen a ppb.
Aunque esta suposición es apropiada para aguas relativamente diluidas, lo es
menos para aguas más concentradas como las de Summitville, Colorado o Iron
Mountain, California (Alpers y Nordstrom, 1991). Sin embargo, dada la escala
logarítmica utilizada en todos los gráficos, las incertidumbres introducidas por
nuestra suposición no hacen una diferencia sustancial en nuestros resultados
o interpretación. No obstante, dadas las posibles incertidumbres introducidas
por las diferencias en las metodologías analíticas y las unidades de
concentración, restringiremos nuestra interpretación de las diferencias de
composición entre las muestras al nivel de ±50 %.
Para las muestras recolectadas en este estudio, Ficklin y Mosier (1999)
presentan un resumen detallado de los protocolos de muestreo de campo.
Para las muestras resumidas de la literatura, incluimos principalmente en el
Apéndice datos de muestras que se habían recolectado usando metodologías
generalmente similares a las que usamos. Los valores de pH enumerados en
el Apéndice son valores de pH de campo, debido a los cambios de pH
potencialmente grandes que pueden ocurrir entre la recolección de campo y el
análisis de laboratorio. Para los componentes químicos, el Apéndice
generalmente enumera las muestras que se filtraron al menos a 0,45 µm (y
para algunas muestras, a 0,1 µm) antes del análisis químico. Con base en los
resultados del muestreo realizado al principio de este estudio (Smith et al.,
1992), concluimos que, para la mayoría de las muestras de drenaje de la mina,
los resultados analíticos variaron poco entre las muestras filtradas a 0,45 µm y
las filtradas a 0,1 µm; por lo tanto, la inclusión de muestras en el Apéndice que
tienen diferentes tamaños de filtro imparte relativamente poca incertidumbre
de interpretación general.
La información sobre los tipos de agua también se incluye en el Apéndice.
Resumen de datos y métodos
Controles geoquímicos y biogeoquímicos
Los datos sobre las composiciones de las muestras de agua de drenaje
natural y de mina determinados en este estudio y recopilados de la literatura
se resumen por tipo de depósito mineral en el Apéndice y se representan
gráficamente en la Figura 19.1.
Para un resumen de los métodos de análisis de agua ambiental, se remite
al lector a Crock et al. (1999). Para casi todas las muestras incluidas en el
Apéndice, se utilizó la cromatografía iónica para determinar la concentración
de sulfato y (cuando se hizo) de otros aniones. Para cationes y metales traza,
los datos en el Apéndice reflejan una variedad de métodos, incluyendo
espectrofotometría de absorción atómica (AA) de llama y (o) horno de grafito,
espectroscopía de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente (ICP-
AES) y espectrofotometría de absorción atómica (AA) de plasma acoplado
inductivamente. espectrometría de masas (ICP-MS). Con base en los resultados
de los datos recopilados en nuestro estudio, hemos encontrado una
reproducibilidad general (dentro de aproximadamente ± 10–25%) entre los
diferentes métodos analíticos que usamos (K. Smith, G. Plumlee, datos no
publicados).
Otro desafío en la interpretación de los datos recopilados por múltiples
estudios es presentado por las unidades de concentración utilizadas por los
diferentes estudios. Para los datos que recopilamos como parte de este
estudio, las concentraciones de sulfato, fluoruro, cloruro, alcalinidad y hierro ferroso fueron
Los datos recopilados hasta la fecha sobre las aguas de drenaje de la mina
y de drenaje natural abarcan una amplia gama de valores de pH (de menos de
cero a más de 8) y una amplia gama de contenido de una variedad de metales
disueltos y otras especies (dependiendo de el elemento, niveles desde < 1 µg/
l hasta decenas de miles de mg/l (Fig. 19.1).
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FIGURA 19.1 Continuación—Gráficas de concentraciones de especies disueltas de aguas de drenaje de mina (círculos sólidos) y aguas naturales que drenan áreas
mineralizadas no minadas (círculos abiertos) en función del pH. Los datos utilizados para construir las parcelas se resumen en el Apéndice. G. Plomo; H. Cobalto; I.
Níquel; J. Arsénico; K. Uranio; L. Cerio.
GS Plumlee, KS Smith, MR Montour, WH Ficklin y EL Mosier
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Controles geológicos sobre la composición de las aguas naturales
y aguas de mina que drenan diversos tipos de depósitos minerales
Extreme-metal
Ácido alto,
casi neutral,
Alto metal
Extreme-metal
casi neutral,
FIGURA 19.2—Diagrama de Ficklin que muestra la suma de los metales básicos disueltos Zn, Cu, Cd, Pb, Co y Ni en aguas de mina (círculo cerrado) y naturales (círculo abierto)
que drenan diversos tipos de depósitos minerales. Los límites y los nombres de los contenedores de metal fueron propuestos originalmente por Plumlee et al. (1992) para ayudar a
clasificar diferentes composiciones de drenaje. Para la gráfica, asumimos que las unidades de concentración ppb y µg/l son equivalentes; véase la discusión en la sección Resumen
de datos y métodos.
Ultra-ácido,
Ultra-metal
Ácido alto,
bajo en metal
Ultra-ácido,
Alto metal
bajo en metal
bajo en metal
Extreme-metal
Ácido alto,
Alto metal
Extreme-metal
casi neutral,
Ácido alto,
Ultra-metal
Ácido,
Ácido,
Ácido,
De manera similar, los estudios han demostrado que, a valores de pH
superiores a 4,5–5, las concentraciones de aluminio están limitadas por la
formación de oxihidroxisulfatos de aluminio como la basaluminita (Nordstrom y
Alpers, 1999); estos minerales (generalmente vistos como capas blancas en
los lechos de los arroyos) se precipitan más comúnmente a través de aumentos
de pH que resultan de la dilución por aguas subterráneas o superficiales no
ácidas. A valores de pH superiores a 5, las concentraciones de hierro férrico
disuelto se mantienen en niveles muy bajos por las fases férricas mencionadas
anteriormente. Sin embargo, en aguas de pH menos ácido a casi neutro con
poco oxígeno disuelto, el hierro ferroso puede alcanzar niveles relativamente
altos en solución; cuando las aguas entran en contacto con la atmósfera, el
hierro ferroso se oxida rápidamente a hierro férrico, provocando la precipitación
de una de las fases férricas mencionadas anteriormente. Los minerales de
óxido de manganeso hidratado tienden a formarse a valores de pH bastante
altos (típicamente > 8); sin embargo, la mediación bacteriana puede conducir
a la precipitación de fases de manganeso a valores de pH por debajo de 6–7.
La precipitación de minerales de óxido hidratado en las corrientes de drenaje
de la mina produce iones de hidrógeno como resultado de reacciones de
hidrólisis de metales (Garrels y Christ, 1965; Nordstrom y Alpers, 1999). Como
resultado, las disminuciones de pH de hasta varias unidades de pH aguas
abajo de manantiales o socavones pueden ser bastante comunes. Por lo tanto,
las aguas de drenaje natural y de mina pueden tener valores de pH casi
neutros, pero aun así pueden generar ácido una vez que se liberan al medio ambiente.
La saturación con varias fases amorfas o cristalinas puede limitar las
concentraciones de algunos de los componentes principales en las aguas de
drenaje. Los estudios de diversos drenajes de minas (ver Nordstrom y Alpers,
1999) han demostrado que, a valores de pH superiores a aproximadamente 2–
3, las concentraciones de hierro férrico están restringidas por la formación de
fases de hierro poco cristalinas a amorfas, como la ferrihidrita (un óxido férrico
hidratado) , jarosita (un hidroxisulfato de potasio y hierro) o schwertmanita (un
hidroxisulfato férrico) (Nordstrom y Alpers, 1999; Smith, 1999); estos son los
precipitados de naranja a amarillo a marrón que comúnmente recubren los
lechos de los arroyos de drenaje de la mina.
Una vez que se forman las aguas ácidas de drenaje, hay una variedad
de procesos que afectan sus composiciones. Las aguas ácidas pueden
reaccionar con carbonato o algunos minerales de aluminosilicato en el depósito
o sus rocas anfitrionas, lo que puede cambiar el pH a valores menos ácidos.
Por lo general, la calcita y el aragonito son los minerales de carbonato más
reactivos y, por lo tanto, son los más efectivos para consumir ácido. Otros
carbonatos como la rodocrosita, la dolomita y la magnesita son mucho menos
reactivos, como lo son la mayoría de los aluminosilicatos, y por lo tanto son
mucho menos efectivos para neutralizar el ácido en las aguas de drenaje. Si
las aguas se alejan del contacto con el oxígeno atmosférico, pueden acumular
niveles elevados de hierro ferroso; cuando alcancen la superficie del suelo
nuevamente, se producirá la oxidación del hierro ferroso a hierro férrico.
Los programas de especiación química como WATEQ4F (Ball y Nordstrom,
1991; resumen en Alpers y Nordstrom, 1999) se pueden usar para calcular los
índices de saturación de minerales, que se pueden usar para ayudar a restringir
las fases minerales que pueden controlar las composiciones de drenaje. Las
aguas tienen una tendencia termodinámica a precipitar fases con índices de
saturación calculados superiores a 0, y una tendencia termodinámica a disolver
fases con
oxidante muy efectivo, y cuando reacciona con sulfuros de hierro y una
variedad de otros sulfuros, puede generar cantidades significativas de ácido
más hierro reducido, que luego se reoxida por catálisis bacteriana. Los sulfuros
metálicos con una relación metal:azufre ÿ 1 (como la galena, la esfalerita y la
covelita) no generan ácido cuando se oxidan con el oxígeno atmosférico, pero
sí cuando se oxidan con hierro férrico (Smith et al., 1994; Nordstrom y Alpers,
1999; Plumlee, 1999).
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6. Las concentraciones de metales como plomo, cobre, zinc, cadmio y
níquel, y de metaloides como el arsénico, se controlan de forma variable
mediante la complejación acuosa (fig. 19.4), junto con la sorción en
partículas (más comúnmente los óxidos de aluminio hidratados o férricos
hidratados). ; Smith, 1999). En las aguas de drenaje ácidas, los cálculos
de especiación indican que la mayoría de los metales se presentan como
iones metálicos simples o como complejos de sulfato (Fig. 19.4). En aguas
de pH casi neutro, se calcula que los complejos metálicos de carbonato e
hidróxido se vuelven más importantes que los iones metálicos o los
complejos de sulfato. La precipitación de minerales de carbonato como la
cerusita (Pb) y la smithsonita (Zn), o la malaquita y la azurita (carbonatos
de Cu hidratados) pueden limitar las concentraciones de estos metales en
aguas casi neutrales a alcalinas. El arsénico y algunos metales como el
molibdeno suelen estar presentes como especies de oxianiones.
En general, la efectividad de la sorción al aumentar el pH es As > Pb >
Cu > Zn > Cd, Ni (Fig. 19.5). El arsénico y el plomo se absorben con
mayor eficacia a valores de pH bastante ácidos (además de la Fig. 19.5,
observe la caída precipitada de arsénico en todos los drenajes a pH 2-3
que se muestra en la Fig. 19.1J), mientras que el Zn, el Cd y el Ni son
parcialmente a mínimamente absorbida solo a valores de pH casi neutros en aguas con
índices de saturación calculados inferiores a 0. Otros factores, como la
cinética o la presencia o ausencia del mineral en contacto con el agua,
también influirán en la disolución o precipitación del mineral. Usamos
WATEQ4F para calcular la especiación química y los índices de saturación
de fase sólida de varias composiciones de drenaje (ver Apéndice) que
abarcan gran parte del espectro de valores de pH que se muestran en las
Figuras 19.1 y 19.2; algunos resultados de estos cálculos se muestran en
la Figura 19.3. Se calcula que todas las aguas, excepto las de pH más
alto (del Túnel Carlton, pH 7,7; consulte el Apéndice), están casi saturadas
o sobresaturadas con uno o más de los miembros finales de la solución
sólida de jarosita, lo que indica que la jarosita puede ser una fase
importante que influye concentraciones de hierro en estas aguas. La
ferrihidrita, por el contrario, está subsaturada en las aguas más ácidas, lo
que sugiere que no influye en las concentraciones de hierro férrico a
valores de pH por debajo de aproximadamente 3–4. Todas las aguas,
excepto las del Túnel Carlton, están muy cerca de la saturación con
jurbanita (Fig. 19.3), un hidroxisulfato de aluminio; estos cálculos sugieren
que las concentraciones de aluminio en solución pueden verse influidas
por las fases que contienen aluminio a valores de pH incluso inferiores a
4,5–5, como suele suponerse (Filipek et al., 1987; Nordstrom y Alpers,
1999). Es probable que las concentraciones de sílice estén limitadas por
una de las fases de sílice, aunque los índices de saturación calculados
indican que la fase limitante de la concentración puede cambiar con el pH
(Fig. 19.3). Aunque no se muestra en la Figura 19.3, los cálculos indican
que al menos algunas aguas de drenaje con valores de pH superiores a 6
están cerca de la saturación o sobresaturadas con rodocrosita (los cálculos
suponen que las concentraciones de Mn2+ y Mn3+ disueltos están en
equilibrio con las disueltas medidas) . concentraciones de oxígeno).
Además, se calcula que las aguas del Túnel Carlton están casi saturadas
con una variedad de fases de aluminosilicatos, como zeolitas o feldespatos.
Los carbonatos como la calcita, el aragonito o la rodocrosita pueden influir
en la composición del agua; sin embargo, es poco probable que las
zeolitas y los feldespatos influyan en la composición de las soluciones en
aguas de drenaje con un pH más alto (DK Nordstrom, comunicación
escrita, 1998).
El grado de sorción en partículas es una función del pH de las aguas,
el metal en particular, las concentraciones de agentes complejantes
acuosos (que compiten por los metales con los sitios de sorción en las
partículas) y las concentraciones de los metales en relación con las
cantidades de partículas. Smith et al. (1992, 1993) demostraron que la
sorción está mediada en gran medida por partículas suspendidas en la
columna de agua y no por sedimentos del lecho.
GS Plumlee, KS Smith, MR Montour, WH Ficklin y EL Mosier
pH
B
NORTE
Y
8
Y
B
-2
5
-10
Y
2
6
A
2
SIN
2
Y
E Jarosita-H
2
NORTE
H
Y
H
3
NORTE
Y
B
H
3
3
3
3
Y
Ñ Gibbsita
2
3
H Jarosita-Na
3
1
7
B
4
H
ÑÑ ÑÑ
4
NORTE
B
H
-5
B
Y
3
Automóvil club británico
-4
3 boehmita
6
B
B anhidrita
Una Jarosita-ss
gel de sílice
10
H
EE.UU.
Cuarzo
A
-10
S.S
-1
5
ÑÑ
H
-6
A
H
Y
4
B
yeso
B haloisita
B
8
2
B
NORTE
Ñ Ferrihidrita
es alunita
A
4
Y
-15
33 33
6
Calcedonia
B
B
5
H
A
B
0
B
Y
Y
B
0.5
Sílice
EE E
Y
H
-1
Cristobalita
0
7
Automóvil club británico
-12
Y
B
NORTE
-20
-1.5
7
Y
NORTE
NORTE
-8
8
B
-2
B
Y
1
H Basaluminita
-0.5
(amorfo)
1
1
H
AA AA
B
6
A
3
HH H
B
5
0
1
Y
7
B
el jurbanita
B
1
0
4
B Jarosita-K
Y
5
8
B
B
4
5
NORTE
FIGURA 19.3—Índices de saturación calculados para varias aguas de drenaje de
minas de Colorado muestreadas como parte de este estudio. Las muestras incluyen,
en orden creciente de pH: Blackstrap, Son-of-Blackstrap, Reynolds adit, Chandler
Adit (todas de Summitville); Túnel Yak (Leadville); Bandora (Silverton); y Carlton
Tunnel (Cripple Creek). Ver ejemplos de descripciones en el Apéndice para los
depósitos minerales drenados por estas aguas.
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7. cantidades pequeñas a moderadas de partículas suspendidas. Algunos
elementos, como el As y el Mo, tienden a desorberse a valores de pH casi
neutros o más altos debido a su presencia como oxianiones, aunque la
desorción de As en aguas de drenaje con pH más alto no se observa en las
muestras que se muestran en la Figura 19.5. indicado por las concentraciones
elevadas de As disuelto en muestras con valores de pH superiores a ~ 7 que
se muestran en la Figura 19.1. Los metales como el U, el Cu y el Pb también
tienden a desorberse a valores de pH casi neutros o más altos debido a la
mayor competencia de los agentes complejantes, como los carbonatos
acuosos, que ayudan a mantener los elementos en solución. Por ejemplo, la
dispersión de las concentraciones de Pb con el aumento del pH que se muestra
en la figura 19.1G y el aumento de las concentraciones de U con el aumento
del pH por encima de 5–6 (figura 19.1K) probablemente reflejen la desorción
debido a la falta de partículas o al aumento de la competencia de los agentes complejantes.
No importa cómo se formen, estas sales metálicas pueden almacenar ácido y
metales en forma sólida y disolverse fácilmente durante el próximo período
húmedo, como el deshielo o la escorrentía de una tormenta.
Controles geológicos
Otros procesos geoquímicos que afectan la composición del drenaje
incluyen la evaporación y, si ocurriera suficiente evaporación, la precipitación
de sales de sulfato secundarias (Nordstrom y Alpers, 1999). La evaporación
puede ser importante en minas a cielo abierto, vertederos de minas, relaves y
trabajos mineros subterráneos. Puede conducir a un aumento de las
concentraciones de metales y, en aguas ácidas, a una disminución del pH. Las
sales secundarias que se forman a partir de la evaporación (Nordstrom y
Alpers, 1999) suelen ser sulfatos hidratados solubles de una variedad de
metales, incluidos el hierro (melanterita, römerita y romboclasa), aluminio
(halotrichita), calcio (yeso), magnesio (picker ingite) , cobre (calcantita,
brochantita) y zinc (goslarita). También se puede formar una variedad de sales
directamente sobre los sulfuros en los trabajos mineros y los vertederos mineros
a través del ataque del aire húmedo sobre los sulfuros.
Cuando se agrupan según las características geológicas de los depósitos
que drenan, las composiciones del agua representadas en las Figuras 19.1 y
19.2 generalmente abarcan un rango mucho más pequeño de valores de pH y
contenido de metales (Fig. 19.6). Como se demostrará en las discusiones que
siguen, hay una variedad de características geológicas de los depósitos
minerales que controlan la composición de las aguas de drenaje natural y de
la mina, que incluyen: el contenido de pirita generadora de ácido y otros
sulfuros de hierro; el contenido de sulfuros distintos de los sulfuros de hierro; el
contenido de carbonatos y otros minerales consumidores de ácido en el
depósito; los tipos de rocas que albergan el depósito; los tipos de alteración
presentes en las rocas hospedantes del depósito; la naturaleza de los minerales
(veta, diseminada, masiva); la reactividad de los minerales que generan y
consumen ácido (una función del tamaño del grano y el contenido de
oligoelementos de los minerales); el contenido de oligoelementos del depósito
y las rocas huésped; y, el grado de oxidación previa a la extracción. En general,
la tendencia de aumento del contenido de metal con disminución del pH que
se muestra en la Figura 19.6 refleja mayores cantidades de pirita y otros
minerales de sulfuro asociados con el depósito, y un menor contenido de
carbonatos y otros minerales que consumen ácido. Algunos depósitos pueden
ser ricos en carbonato, pero aun así pueden generar aguas ácidas (ver, por
ejemplo, las aguas ácidas que drenan los depósitos ricos en carbono en la
figura 19.6) si los carbonatos amortiguadores de ácido están físicamente
separados de los sulfuros generadores de ácido, de modo que el las aguas
interactúan con los sulfuros y no con los carbonatos, o si una barrera de
reacción de hidróxidos de hierro u otros minerales protege a los carbonatos de
la reacción con las aguas ácidas. mayores cantidades de
y aguas de mina que drenan diversos tipos de depósitos minerales
Controles geológicos sobre la composición de las aguas naturales
FIGURA 19.5—Gráfica que muestra la fracción de As, Pb, Cu y Zn asociados con
partículas suspendidas como una función del pH de aguas de drenaje de mina
seleccionadas muestreadas en las primeras fases de este estudio. Una fracción de 1
significa que el elemento está completamente asociado con partículas de un tamaño
superior a 0,1 µm, mientras que un valor de fracción de 0 significa que el elemento no
está asociado con partículas de un tamaño superior a 0,1 µm. El cadmio y el níquel
están esencialmente en solución (no asociados con partículas) en todas las aguas de
drenaje que se muestran en el diagrama. Figura modificada de Smith et al. (1992)
FIGURA 19.4—Concentraciones calculadas (usando WATEQ4F) de complejos de
cobre (superior) y zinc (inferior) para varias aguas de drenaje de minas de Colorado
muestreadas como parte de este estudio (Apéndice). Los valores de pH aumentan de
izquierda a derecha: Blackstrap—pH 1.8; yak: 4,4; Rawley: 6,0; Drenaje de Leadville:
pH 7,2; Carlton—pH 7,7.
[Cu]
moles/
kg
Elemento
Fracción
en
[Zn]
moles/
kg
Partículas
en
Suspensión
10-5
CuHCO3+
correa
negra
CuSO4o
1.00E + 0
10-10
10-5
ZnHCO3+
10-7
10-8
Túnel
Con (CO3) 2 =
Zn (CO3) 2 =
Yak Rawley Leadville Carlton
CuOH
Drenar
Zn2+
Túnel
10-3
10-8
10-3
Zn (SO4) 2 =
1.00E-1
10-6
ZnCO3o
10-4
CuCl
correa
negra
10-6
Yak Rawley Leadville Carlton
10-7
CuCO3o
10-2
ZnSO4o
Drenar
Cu2+
10-9
10-2
10-4
ZnCl+
zinc
C.C.C.
5
4
A
C
0.6
E E E E
A
0.2 Y
Automóvil club británico
zinc
C
GRAMO
7
Y
3
A
Con
GRAMO
EE.UU.
8
ÁRBOL
C
1
Pb
0.4
Y
Y
6
Y
Como
C
C
pH
Y
0
G GG GG
A
C
Con
Y
Y
2
Como
0.8
GRAMO
Y
Pb
Machine Translated by Google
8. -1 2
10000000
9
10000
1000
10
pH
10
5
10000000
1
0 6
1000
Aumento del
contenido de
sulfuro
de metal base
100
6
100
1 9
0 7
1000000
1
pH
1000000
superficie del
suelo por erosión
10000
3 5
1
Aumento del contenido de
pirita, disminución del contenido de carbonato
8
Aumento del
contenido
de pirita,
disminución
del O2 disuelto
-1 7
3
100000000
4
Aumento del contenido de
pirita, disminución del contenido de carbonato
100000
2 8
100000000
100000
Aumento del
contenido de sulfuro;
aumento de la
exposición de sulfuros de metales base en
4
GS Plumlee, KS Smith, MR Montour, WH Ficklin y EL Mosier
[
[
H
[
[
I
HHH
I
I
H
[[ [
[
Y
S.S
I
I
[[[
[
[[
D
EE.UU.
[
I
[
D
[
I
[[
H
[
[
I
[
[
[
[
H
[
[[
[[
Y
[
H
H
Y
H
Y
[
[[ H
Y
D
H
H
[[
H
D
[
H
[
[
[
[ [
D
[
D
[
Y
I
[
[
[
[
I
[
H
H
D
[
Y DD D
Y
D
[[
I
[
[[[
H
D
[[
[
D
D
I
[ [
[ [[[
[
[
I
Y
[
[
[
Y
yl
I
[[
[
D
D
[
Y
H
[ [
I
I
[[
I
[
[
I
[
D
[
I
H
[
[
[
H
H
[
[
yo yo
I
[[
[[ [ [ [[
[
[
H
I
[
[
[
H
[
D
Y
[
yl
H
[
[[
[ pirita, rico en metales base
Aguas de drenaje de minas
D metal base, rico en carbonato
E rico en pirita, pobre en metales básicos
Aguas de Drenaje Natural
I rico en pirita, pobre en metales base, rico en carbonato
H rico en pirita, metal común y carbonato
FIGURA 19.6—Diagramas de Ficklin que muestran agrupaciones de muestras de drenaje de mina (superior) y drenaje natural (inferior) enumeradas en el Apéndice según el
contenido de pirita, contenido de sulfuro de metal base y contenido de carbonato de los depósitos minerales drenados por las aguas.
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9. Controles geológicos sobre la composición de las aguas naturales
y aguas de mina que drenan diversos tipos de depósitos minerales
Firmas de drenaje natural y minero de
Por lo tanto, todos los tipos de yacimientos, independientemente de su contenido
original de sulfuro, que hayan sido completamente oxidados durante la
meteorización previa a la extracción probablemente generarán aguas no ácidas
con concentraciones generalmente bajas de metales. Sin embargo, incluso las
pequeñas bolsas de rocas ricas en sulfuro y pobres en carbonato que quedan
después de la meteorización pueden ser suficientes para generar aguas ácidas
de mina en un depósito oxidado.
Los depósitos minerales comúnmente generan menos drenaje en climas
áridos y semiáridos que en climas húmedos. Por ejemplo, en climas áridos,
muchas minas se construyen sobre capas freáticas profundas, y es posible que
muchos vertederos de minas no se drenen, excepto por breves períodos después
de las tormentas. Los datos del Apéndice indican que, para los tipos de depósitos
generadores de ácido, las aguas de drenaje que se producen en climas áridos
tienden a ser más ácidas y metalíferas que las de climas más húmedos debido a
los efectos del aumento de la evaporación y la disminución del potencial de ser
diluido por aguas subterráneas y superficiales no mineralizadas.
Depósitos de sulfuro masivo volcánico (VMS)
Aunque los depósitos minerales se pueden clasificar de acuerdo con las
similitudes generales en sus características geológicas, entorno geológico y
modo de formación, por lo general tienen variaciones complejas en mineralogía,
alteración y/o roca de pared dentro de un depósito determinado.
Las concentraciones de elementos individuales en las aguas de drenaje
reflejan en parte la abundancia de los elementos en los depósitos drenados por
las aguas. Debido a la abundancia de esfalerita en muchos depósitos de metales,
el zinc es el metal predominante (aparte del Fe, Al y Mn) en la mayoría de las
aguas de drenaje; sin embargo, los depósitos ricos en cobre y pobres en
esfalerita tienden a tener aguas de drenaje predominantemente en cobre, los
depósitos ricos en arsénico tienen aguas ricas en arsénico, y así sucesivamente.
Debido a su tendencia limitada a absorber partículas, el zinc es generalmente el
metal predominante en las aguas de drenaje con valores de pH casi neutros.
Los mayores valores de zinc disuelto que hemos medido en aguas de drenaje
casi neutrales ocurren en aguas que drenan minerales ricos en pirita y esfalerita
con abundantes minerales de carbonato para amortiguar el pH, pero que tienen
oxígeno disuelto limitado (lo que evita la formación de partículas de hierro que
de otro modo absorber más zinc disuelto).
La pirita o los sulfuros de metales básicos (como la calcopirita y la esfalerita) también
condujeron a un mayor contenido de metales básicos disueltos en las aguas que
drenan los depósitos con capacidades de neutralización de ácidos generalmente similares.
diversos tipos de yacimientos minerales
Varias minas que están actualmente en producción se desarrollan en
depósitos minerales que han sufrido una oxidación extensa o completa durante
la meteorización antes de la extracción. Especialmente común en climas secos
donde las capas freáticas son profundas, esta oxidación elimina los minerales
de sulfuro que generan ácido y deja óxidos, hidróxidos y carbonatos que no
generan ácido.
Los depósitos Syngenetic VMS son el resultado de la descarga de fluidos
hidrotermales mineralizantes en el fondo del océano, un proceso análogo al que
se observa hoy en día donde los sistemas de aguas termales suboceánicas,
conocidos como "fumadores negros", forman chimeneas y otros depósitos de
sulfuro en el fondo del océano. Para resúmenes de las características geológicas
de este tipo, se remite al lector a revisiones como Franklin (1993), Slack (1993),
Taylor et al. (1995), Evans et al. (1995), y las referencias contenidas en el mismo.
Por lo tanto, la agrupación de aguas de drenaje natural y de mina basándose
únicamente en características geológicas similares (Fig. 19.6) es insuficiente
para caracterizar el posible rango de composiciones de drenaje que pueden
ocurrir dentro de un tipo de depósito geológicamente complejo. En cambio, las
composiciones de edad de drenaje deben medirse y resumirse para cada tipo de
mineral, zona mineralógica, tipo de alteración y (o) tipo de roca huésped para un
tipo de depósito mineral dado. En la siguiente discusión, utilizaremos diagramas
de Ficklin para mostrar cómo varían las composiciones de drenaje como una
función predecible del tipo de depósito y la ubicación dentro de un tipo de
depósito. Comenzaremos nuestra discusión con los tipos de depósitos que tienen
características geológicas en sus principales zonas minerales que son favorables
para la generación de las aguas más ácidas, y cambiaremos progresivamente a
aquellos depósitos que tienen minerales que probablemente generarán aguas
menos ácidas y con contenido de metales. . Sin embargo, incluso en los tipos de
depósitos con mayor probabilidad de generar aguas altamente ácidas,
mostraremos que una variedad de composiciones de drenaje, incluidas aquellas
que son menos ácidas y metalíferas, pueden ocurrir dentro de diferentes partes
de los depósitos.
Para las aguas naturales que drenan depósitos minerales no extraídos, el
contenido de metales base disueltos aumenta a un pH dado con el aumento del
contenido de sulfuro de metal base del depósito. Además, los depósitos con
sulfuros de metales base expuestos en la superficie del suelo por erosión rápida
o glaciación (los análogos naturales a la exposición de sulfuros frescos por la
actividad minera) comúnmente tienen aguas de drenaje natural con valores de
pH similares pero mayores concentraciones de metales base disueltos que
depósitos de drenaje de aguas naturales sin sulfuros expuestos en la superficie
del suelo.
Como se puede ver en el Apéndice, y como se mostrará en las siguientes
discusiones, el clima y los métodos utilizados durante la extracción y el
procesamiento de minerales pueden afectar las composiciones de drenaje,
aunque principalmente dentro de los rangos de composición exigidos por las
características geológicas. Por ejemplo, las aguas que drenan los vertederos de
las minas y las que se forman en los tajos abiertos tienden a tener composiciones
algo más ácidas y metalíferas que las que drenan los trabajos de las minas,
debido a la mayor superficie de sulfuros expuestos a la intemperie y a las
mayores oportunidades de (a) acceso al oxígeno atmosférico. a los sulfuros y
(b) concentración evaporativa. Las aguas que drenan embalses de relaves ricos
en sulfuro pueden ser bastante ácidas y contener metales, incluso en tipos de
depósito con alto contenido de carbonato (ver Fig. 19.6, aguas ácidas que
drenan depósitos ricos en pirita y carbonato). El proceso de molienda y
eliminación de relaves puede concentrar la pirita lo suficiente como para que el
ácido generado por la oxidación del sulfuro supere la capacidad neutralizadora
de ácido de los carbonatos en los relaves; por ejemplo, la clasificación física de
sulfuros densos a partir de carbonatos menos densos puede crear zonas ricas
en sulfuros
en los relaves que tienen un alto potencial de generación de ácido. De manera similar,
las aguas pluviales que drenan vertederos de desechos mineros ricos en sulfuro y que
contienen carbonato pueden ser potencialmente ácidas, si las aguas ácidas formadas
por la disolución de las sales solubles que crecen en las superficies de sulfuro se
descargan tan rápidamente de los vertederos que no tienen tiempo de reaccionar con
el carbonato. minerales en los vertederos.
Controles de métodos de minería y clima
Los depósitos se forman en o cerca de áreas de vulcanismo subacuático,
que proporciona la fuente de calor para los sistemas hidrotermales, y se asocian
comúnmente con rocas volcánicas o volcánicas metamorfoseadas. Los depósitos
de VMS albergados por volcanes incluyen el tipo Chipre, que ocurre en rocas
volcánicas basálticas, y el tipo Kuroko, que ocurre en rocas volcánicas andesíticas
a riolíticas (Franklin, 1993). En contraste, los depósitos de VMS de tipo Besshi
ocurren en secuencias de pre-
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10. Cu
(Mg/
l)
Zn
+
Cu
+
Cd
+
Pb
+
Co
+
Ni
(Mg/
l)
que
(Mg/
l)
Zn
(Mg/
l)
D. Cobalto. Tenga en cuenta las diferencias en la escala del eje de concentración entre las parcelas. Las áreas sombreadas encierran todos los puntos de datos en las Figuras 19.1, 19.2
correspondientes.
FIGURA 19.7—Gráficas de composiciones de drenaje de mina para depósitos de sulfuro masivo volcanogénico (VMS): A. Diagrama de Ficklin; B. Cinc; C. Cobre.
GS Plumlee, KS Smith, MR Montour, WH Ficklin y EL Mosier
D
B
A
C
5
5
6
8
8
10000000
3
3
6
0
0
100000
3
100000
9
10
JJ
6
1000000
-1
100
H
4
4
pH
9
100
10000000
6
6
6
4
4
6
6
100000000
10000
0.1
4 pH
3
9
6
j
1
3
pH
9
7
7
6
10000
1 1
1000
6
-1
-1
pH
1
-1
-1
10000
6
10
5
5
1000000
0
0
100
pH
2
2
1000
3
0.1
5
6
6
0
10000
6
6
10
10
8
8
6
6
10000000
pH
3
3
3
-1
-1
7
0
0
3
100000
1
10000
100000
7
7
6
1000000
1000000
1 1
6
9
6
10000000
5
5
4
4
1 1
1000
pH
8
6
100000000
1
H
H
2
6
10
1000000
2
2
3
1000
9
100
3
6
6
3
7
7
2
2
6
pH
9
1000
100000000
1
100000
8
8
1
100
H
6
3
3
Los controles geológicos sobre la composición de las aguas de drenaje de la
mina de los depósitos de VMS se resumen en Taylor et al. (1995) y Goldfarb et
al. (1996). Como se muestra en la Figura 19.7A, las composiciones del drenaje
de la mina medidas en los depósitos de VMS abarcan un amplio rango de pH y
contenido de metales, lo que refleja los controles geológicos, los efectos de la
evaporación y el clima. Las aguas de mina del depósito tipo Kuroko de Iron
Mountain, California, son las más ácidas y metalíferas jamás medidas (Alpers y
Nordstrom, 1991; Nordstrom y Alpers, 1999), con valores de pH de campo tan
bajos como -3,5 y contenidos disueltos de Fe, Al, Zn y Cu hasta decenas de
gramos por litro. Es muy probable que estas composiciones extremas reflejen
varios factores. En primer lugar, es probable que las aguas de la mina fluyan a
través de las lentes de sulfuro masivas y no interactúen con ningún mineral de
roca de pared potencialmente consumidor de ácido. En segundo lugar, las
temperaturas en los rebajes de la mina son muy altas (posiblemente tan altas
como 60–70 °C) y la temperatura del agua alcanza los 46–47 °C (DK Nordstrom,
comunicación escrita, 1998), debido al calor generado por Oxidación exotérmica
de pirita. Por lo tanto, es probable que la concentración evaporativa de las aguas
de la mina sea importante (Alpers y Nordstrom, 1991). En tercer lugar, el clima en
el distrito de West Shasta es relativamente seco, pero con un claro cambio anual
húmedo-seco.
rocas predominantemente sedimentarias como turbiditas y lutitas negras (o sus
equivalentes metamorfoseados, esquistos grafíticos), con algunas rocas
volcánicas intercaladas como basaltos o rocas intrusivas como sills de diabasa.
Composiciones de agua de drenaje
Las variaciones en los contenidos de metal permiten una mayor diferenciación
de los depósitos de VMS. Franklin (1993) diferencia los subtipos cobre-zinc
(contenido de Cu > Zn) y zinc-plomo-cobre (contenido de Zn > Pb > Cu). Los
depósitos del subtipo zinc-plomo-cobre están asociados con rocas volcánicas
silícicas. Los depósitos tipo Blackbird (llamados así por el distrito minero Blackbird,
Idaho) son depósitos tipo Besshi ricos en cobalto y arsénico.
Los depósitos de VMS generalmente están zonificados, con pirita, pirrotita y
calcopirita que se forman en las partes más calientes, debajo del fondo marino y
cerca del respiradero de los depósitos. Estos “minerales amarillos” se clasifican
hacia arriba y hacia afuera en esfalerita y (en el caso de los depósitos de subtipo
de zinc-plomo-cobre) minerales ricos en galena (“minerales negros”) que se
depositaron en el fondo del océano. Como su nombre lo indica, los depósitos de
VMS pueden consistir en lentes de mineral masivo que están predominantemente
o casi completamente compuestos de sulfuros. Los wallrocks presentes alrededor
de las zonas de alimentación del subsuelo marino de los depósitos están
típicamente alterados a conjuntos de clorita-sericita-pirita o ricos en clorita.
Algunos minerales de carbonato pueden estar presentes en las rocas huésped
circundantes, especialmente en depósitos de tipo Besshi alojados en sedimentos.
disminución de la interacción con
interacción con las rocas huésped
Climas más húmedos, aumentando
Aumento de la evaporación;
rocas anfitrionas
Todos los demás tipos de depósito
kuroko
Besshi-turbidita
H
Esquisto Besshi-grafítico
6
Rico en cobalto en metasedimentos
3
j
j
[
j
j
j
JJ
JJ
j
j
j
j
j
j
j
j
j
j
j
j
j
JJ
j
JJJ
j
j
j
j
j
j
j
JJ JJ
Machine Translated by Google
11. Aprox.
Escala (m)
600
y aguas de mina que drenan diversos tipos de depósitos minerales
Controles geológicos sobre la composición de las aguas naturales
Propilítico débil
modificación
300
900
Mineralización
Primavera calurosa
Reconstruido
Superficie
Aunque no hemos incluido en nuestro resumen los datos de edad de
drenaje de la mina para los depósitos de VMS de tipo Chipre, es probable que
las composiciones del agua sean generalmente similares a las de los depósitos
de VMS de tipo Kuroko. Las aguas que interactúan con las rocas de
composición intermedia a basáltica que albergan los depósitos de Chipre
pueden ser algo menos ácidas que las que drenan los depósitos de tipo
Kuroko, debido a la mayor reactividad y capacidad amortiguadora de ácido de
las rocas basálticas huésped.
(cuarzo alunita epitermal) depósitos
Goldfarb et al. (1996) atribuyeron el pH más alto y los contenidos de metales
más bajos al clima significativamente más húmedo y de temperatura más baja
del área.
Otros ejemplos incluyen Red Mountain Pass, Colorado; Goldfield y Paradise
Peak, Nevada; Mount Macintosh, Columbia Británica, Canadá; y Julcani, Perú
(ver referencias a estudios de estos depósitos contenidas en Plumlee et al.,
1995c). Los depósitos se caracterizan por una intensa lixiviación ácida y
alteración de las rocas anfitrionas del depósito que fueron generadas por
condensados de gas magmático antes de la mineralización en etapa de mena.
En general, los núcleos de los depósitos se caracterizan por zonas de
intersección de alteración de sílice (donde todos los constituyentes de la roca
huésped, excepto la sílice, fueron eliminados por la lixiviación), flanqueados
por zonas delgadas de alteración de cuarzo-alunita-pirita y cuarzo-caolinita. En
algunos de estos depósitos, como Summitville, la alteración de sílice es vuggy,
debido a la lixiviación ácida completa de los fenocristales de feldespato
originales de la roca volcánica huésped. El núcleo de roca intensamente
alterada está rodeado proximalmente por grandes volúmenes de roca alterada
argílicamente (la roca está alterada a arcillas y pirita), y una zona distal de roca
alterada propilíticamente (alterada para contener epidota, clorita, algo de pirita
y calcita) ( Figura 19.8). Posteriormente a la intensa alteración ácida, los fluidos
hidrotermales, cuyo flujo se concentró principalmente a lo largo de las zonas
de sílice vuggy de mayor permeabilidad, depositaron ensamblajes ricos en
sulfuro que contenían pirita, azufre nativo, enargita (una sulfosal de cobre y
arsénico), calcocita y covelita (sulfuros de cobre) , y oro nativo en las porciones
centrales de los depósitos, graduando hacia arriba y hacia afuera en conjuntos
ricos en esfalerita, galena y barita en algunos depósitos. En las profundidades
debajo de las rocas alteradas por ácido, los fluidos hidrotermales normalmente
depositaron calcopirita (un sulfuro de cobre y hierro) y tenantita-tetraedrita
(sulfosales de cobre y arsénico) en rocas alteradas a ensamblajes de sericita
y pirita de cuarzo.
Las abundancias relativas de metales como Zn y Cu en las aguas de
drenaje del VMS reflejan en parte (1) la composición química general y la
mineralogía de los depósitos, (2) las zonas mineralógicas dentro de los
depósitos y (o) (3) variaciones estacionales derivados del lavado de sales de
los trabajos de la mina. Por ejemplo, los sulfuros masivos ricos en Co y Cu de
la mina Blackbird, Idaho (datos resumidos por Evans et al., 1995, y McHugh et
al., 1987), tienen niveles excepcionalmente altos de Co en las aguas de
drenaje (Fig. .19.7D). Las zonas de alimentación de stockwork ricas en cobre
de los depósitos de VMS generan aguas de drenaje que están enriquecidas
en Cu en relación con Zn, mientras que las aguas que drenan las zonas
suprayacentes de minerales ricos en esfalerita de los depósitos probablemente
tengan enriquecimientos de Zn sobre Cu en las aguas. Alpers et al. (1994) han
demostrado que el lavado estacional de sales solubles de las operaciones
mineras en Iron Mountain da como resultado disminuciones significativas en
Zn/Cu debido a la disolución selectiva de melanterita que contiene cobre
durante el lavado.
Epitermal de alta sulfuración
ciclo, que también mejora la concentración evaporativa periódica de las aguas
de la mina.
Los datos recopilados por Goldfarb et al. (1996) para depósitos de VMS de
tipo Besshi alojados en turbidita en Prince William Sound, Alaska, muestran
una tendencia a valores de pH significativamente más altos y contenidos de
metal más bajos que para las aguas que drenan los depósitos de VMS de tipo Kuroko.
19.8). En Summitville, Colorado, por ejemplo, los depósitos están alojados en
un domo volcánico de latita de cuarzo de 22 Ma y se formaron durante las
últimas etapas del ciclo de formación de domos del vulcanismo.
Las composiciones del agua de mina medidas en algunas partes de Iron
Mountain (CN Alpers, comunicación oral, 1994), así como en otros depósitos
VMS de tipo Kuroko como Holden, Washington (Kilburn y Sutley, 1997) son
típicamente bastante ácidas y metalíferas. , aunque menos que las aguas
extremadamente ácidas de Iron Mountain (Apéndice). Las aguas con valores
de pH ácido menos extremos probablemente reflejan la amortiguación por
reacciones con minerales de aluminosilicato en las rocas anfitrionas del
depósito. El sitio de la mina Holden también está ubicado en un clima más
húmedo que Iron Mountain, lo que puede conducir a una mayor recarga de
aguas subterráneas en las operaciones de la mina y puede evitar grandes
cantidades de evaporación que conducirían a concentraciones extremas de
ácido y metales en solución.
Otro factor que puede afectar el pH del drenaje en algunos depósitos de
VMS es la presencia de minerales de carbonato en las rocas anfitrionas del
depósito. En dichos depósitos, se puede esperar que las aguas de mina que
interactuaron de manera significativa con las rocas anfitrionas que contienen
carbonato tengan valores de pH casi neutros pero niveles elevados de zinc,
cobre y cadmio (consulte, por ejemplo, la distribución de puntos de datos
marcados con triángulos en la Figura 19.6). , que representan composiciones
de drenaje de tipos de depósitos ricos en pirita, ricos en metales base y ricos en carbonato).
Los datos limitados que hemos recopilado sobre aguas que drenan
depósitos de tipo Besshi alojados en esquistos grafíticos en las Grandes
Montañas Humeantes de Tennessee indican un pH algo más alto y un
contenido total de metales más bajo que para las aguas que drenan depósitos
de tipo Kuroko. Esto puede deberse tanto a la naturaleza parcialmente
diseminada del mineral dentro de los esquistos grafíticos como al clima más húmedo.
Los depósitos epitermales de alta sulfuración, o epitermales de cuarzo-
alunita, son depósitos de Au-Cu-Ag que se forman en estrecha asociación
espacial y temporal con centros volcánicos o intrusivos silícicos poco profundos
(dentro de los varios kilómetros superiores de la corteza terrestre) (Fig.
Alteración de
pirita de cuarzo-sericita
Cu, As; plomo, zinc
Hg
Cúpula volcánica
Monzonita
Intrusión
Alteración de arcilla
0
Sulfato ácido
Modificación
FIGURA 19.8: sección transversal generalizada de un depósito de alta
sulfuración, basada principalmente en las relaciones de zonificación observadas
en Summitville, Colorado, y Julcani, Perú. Figura de Plumlee et al. (1995c),
basado en las referencias contenidas en él.
Machine Translated by Google
12. B
D
C
A
[
GS Plumlee, KS Smith, MR Montour, WH Ficklin y EL Mosier
[
[
j
Y
-1
7
10000000
9
0.1
2
6
100000
1000
-1 6
1000000
100000
100
9
1000000
1000000
1
0.001
3
1000
Propilítico, minero
H
3
0
6
0
-1
3
7
Sulfato ácido, minería
pH
0
H
4
100000000
-1
4
1
10
Todos los tipos de depósito
10000
100
7
4
10
8
10
4
0.1
Sulfato ácido, natural
1
8 1
100
5
1000000
7
pH
0
0.1
1
5
2
8
pH
1000
H
pH
10
9
1
10000
2
9
6
1000
100000
100
8
1
1
3
100000
5
10000000
10000
2
10000
0.01
5
Composiciones de agua de drenaje
La oxidación posterior a la mineralización de estos depósitos ocurre
típicamente a grandes profundidades (más de 100 m de profundidad en
Summitville) a lo largo de las zonas de sílice permeable. Esta oxidación
normalmente elimina los sulfuros y al mismo tiempo enriquece la sílice en
oro. En contraste, la roca circundante alterada con arcilla se oxida a
profundidades muy bajas (solo varios metros en Summitville), debido a la
baja permeabilidad creada por los minerales arcillosos. Las aguas más ácidas y metalíferas son las aguas de mina que drenan
las porciones de alteración de ácido-sulfato de los depósitos (Figs. 19.9,
19.10), debido a la eliminación previa de casi toda la capacidad
amortiguadora de las rocas durante la intensa, pre-mineral, ácido-sulfato.
alteración. Las aguas naturales que drenan las porciones alteradas con
sulfato ácido del depósito no minado de Mount Macintosh (círculos abiertos
en la Fig. 19.9) tienen el mismo rango general de pH que las aguas de
drenaje de la mina, pero tienen concentraciones más bajas de Fe, Al, Cu,
Zn. , As, y otros metales. Esto puede reflejar la falta de exposición de los
sulfuros de metales base en la superficie del suelo, un contenido más bajo
de sulfuros de metales base o una permeabilidad más baja en el depósito de Mount Macinto
La intensa lixiviación ácida de las rocas anfitrionas del depósito, junto
con el alto potencial de generación de ácido de los minerales de sulfuro,
son una fórmula geológica para aguas de drenaje de minas extremadamente
ácidas y con contenido de metales (Apéndice, Fig. 19.9). Los datos
recopilados aquí se recopilaron principalmente como parte de nuestros
estudios geoambientales en curso en Summitville, Colorado (Plumlee et al.,
1995a, b; Plumlee y Edelmann, 1995). Sin embargo, como parte de este estudio,
Las aguas que drenan rocas alteradas propilíticamente en Summitville
(símbolos triangulares, Fig. 19.9) tienen valores de pH considerablemente
más altos y, en consecuencia, contenidos de metal más bajos que las que
drenan las zonas de alteración de ácido-sulfato. Esto se debe a la presencia
de calcita en el conjunto de alteración propilítica, que consume el ácido
generado por la oxidación de sulfuros,
Otros tipos de depósitos que comúnmente se asocian espacial y
temporalmente con depósitos de alta sulfuración incluyen: depósitos de
pórfido de cobre, que se forman en las rocas intrusivas en profundidad
debajo de los depósitos de alta sulfuración; depósitos de aguas termales
Au/Hg, que son las manifestaciones muy cercanas a la superficie del
sistema de alta sulfuración; y depósitos epitermales de adularia-sericita.
también hemos recopilado datos limitados sobre las aguas de la mina de
Red Mountain Pass, Colorado, y la mina 3R, SE Arizona. También hemos
incluido aquí datos sobre composiciones de manantiales naturales que
drenan depósitos de alta sulfuración no explotados en Mount Macintosh/
Pemberton Hills, isla de Vancouver, Columbia Británica, Canadá (recopilados
por Koyanagi y Panteleyev, 1993).
FIGURA 19.9—Gráficas de composiciones de drenaje natural y de mina para depósitos epitermales de alta sulfuración: A. Diagrama de Ficklin; B. Hierro; C. Cobre.
D. Arsénico. Tenga en cuenta las diferencias en la escala del eje de concentración entre las parcelas. Las áreas sombreadas encierran todos los puntos de datos en las Figuras 19.1 correspondientes,
j
Y
j
j
j
j
j
Y
j
j
j
j
j
JJ
Y
j
JJ
j
j
j
j
j
Y
j
j
j
Y
j
JJ
j
j
Y
JJ
j
j
JJ
j
JJ
j
j
j
j
j
DDJ
j
Y
j
Y
j
j
j
j
j
j
j
JJ
JJ
j
j
j
j
j
j
j
j
j
j
JJ
j
j
j
JJ
j
j
Y
j
Y
JJ
JJ
j
j
Y
JJ
j
j
j
JJ
JJ
Y
JJ
j
j
j
j
j
j
Y
j
Sulfato ácido, minería
Sulfato ácido, natural
Todos los tipos de depósito
Propilítico, minero
H
Fe
(mg/
l)
Zn
+
Cu
+
Cd
+
Pb
+
Co
+
Ni
(Mg/
l)
Como
(mg/
l)
Cu
(Mg/
l)
Machine Translated by Google
13. Sulfuro aumentado
Primavera
Enjuagar
oxidación
tendencia
P Filtra fuera de la fosa
oxidación y agua-roca
j
100000
evaporación
2
PAGS
F
Entradas E
DDD
Y
S.S
experimento de lixiviación,
100
I
Y
10000
6
vertederos de basura,
JJ
tendencia de interacción?
3
PAGS
j
I
sin evaporación
1
I
I
7
Sal a
corto plazo
Y
I
EE.UU.
4
F
I
H Filtra en el pozo
Y
Y
I
I
j
D
Experimento de lixiviación +
pH
disolución
j
rocas perturbadas
1000
5
F
Evaporación
F charcos de tormenta
sulfuro a largo plazo
j
DD
j
Y
1000000
¿tendencia?
PAGS
D
PAGS
D
y aguas de mina que drenan diversos tipos de depósitos minerales
Controles geológicos sobre la composición de las aguas naturales
comienza
a cielo abierto
minería
850
0
150
80 82 84 86 88
300
800
350
250
96
450
400
200
100
90 92 94
50
Año (TIC al inicio del año)
chandler socavón
Chandler Adit—Plumlee et al. (1995b)
5/94
Filtración de Chandler—Plumlee et al. (este vol.)
Tendencia aproximada en el tiempo
chandler
Reynolds Adit—Asociación Golder, SCMCI
vuelto a enchufar. '95
Sumidero tapado,
Reynolds Adit-Plumlee et al. (1995b)
Reynolds
comienza a fluir,
?
enero '94
Yacimientos de pórfidos de Cu y Cu-Mo
Además, inmediatamente después de las tormentas de verano, se forman charcos
de color rojo brillante muy ácidos dentro del tajo abierto y sobre los materiales de
desecho de la mina, lo que refleja la disolución de las sales secundarias.
La figura 19.11 es un diagrama de Ficklin que compara las composiciones
de las aguas de drenaje de la mina de Summitville con las de las aguas derivadas
de la lixiviación de muestras de desechos de la mina de Summitville con agua
desionizada, seguida de la evaporación de las aguas de lixiviación (Plumlee et al.,
1995a). Interpretamos la fuerte tendencia del contenido de metales con el pH que
muestran las muestras de lixiviado para reflejar una tendencia de disolución de
sal a corto plazo. La evaporación de estas muestras condujo a cambios hacia un
pH más bajo y un contenido de metal más alto. Las aguas que drenan los
vertederos de la mina, las aguas que se acumulan en los estanques durante las
estaciones húmedas y las aguas de socavón que se acumulan durante el lavado
de primavera se ubican en el extremo superior de la tendencia de disolución de la
sal. Por el contrario, las aguas de socavón recolectadas durante períodos secos y
las aguas de filtraciones fuera del área del tajo abierto se trazan a lo largo de una
tendencia de pendiente de pH metálico menos profunda, que se fusiona a pH bajo
con la tendencia de disolución de sal. Interpretamos esto como una oxidación de
sulfuro a largo plazo y una tendencia de interacción agua-roca. Dos filtraciones de
bajo volumen dentro del tajo abierto de Summitville, Blackstrap e Son-of-Blackstrap
(Apéndice) son las aguas de drenaje más ácidas y metálicas de todas las aguas
de drenaje en Summitville; interpretamos estas aguas como resultado de la
evaporación extrema del agua filtrada que en última instancia se derivó de la
oxidación de sulfuros y la disolución de sales secundarias en las rocas alrededor del tajo abierto
Los depósitos de pórfidos de Cu y Cu-Mo son grandes depósitos
caracterizados por una mineralización diseminada a controlada por vetas
depositada en grandes volúmenes de rocas intrusivas alteradas de composición
intermedia (véanse los resúmenes geológicos de Cox, 1986; Cox y
La evaporación de las aguas ácidas durante los períodos secos da como resultado
la reprecipitación de las sales y, como resultado, almacena ácido y metales hasta
el próximo período de lluvia o deshielo. Estudios mineralógicos
de las sales en y alrededor del tajo abierto de Summitville (Flohr et al., 1995)
recolectadas durante la estación seca han identificado una variedad de sales,
incluyendo calcantita y brochantita (sulfatos de Cu), jarosita (hidroxisulfato de Fe-
K), halotriquita (Fe- sulfato de Al), y otros.
Las aguas de mina que drenan los depósitos de alta sulfuración generalmente
están enriquecidas en cobre en relación con el zinc y están relativamente
enriquecidas en arsénico, debido a la abundancia de sulfuros de Cu y sulfo sales
de Cu-As como la enargita en los depósitos. Debido a su pH altamente ácido, las
aguas también reaccionan fácilmente con las paredes rocosas circundantes y, por
lo tanto, pueden contener concentraciones muy altas (Apéndice) de una variedad
de elementos lixiviados de las paredes rocosas y minerales como el aluminio
(varios miles de mg/l) , elementos de tierras raras (de varios a decenas de mg/l
cada uno de cerio, lantano, etc.), y cobalto, níquel, cromo, uranio, torio y berilio
(cientos de µg/l hasta varios mg/l).
Las sales de sulfato de metal soluble también juegan un papel clave en la
generación de drenaje ácido de mina en Summitville y otros depósitos de alta
sulfuración. Los gráficos de las concentraciones de cobre en las aguas que drenan
los socavones de Reynolds y Chandler de Summitville a lo largo del tiempo desde
el comienzo de la minería a cielo abierto muestran picos en las concentraciones
de cobre cada primavera, lo que refleja el flujo de sales solubles provocado por el
deshielo de la mina (Fig. 19.10) . Estas aguas de socavón son de color verde
brillante, tienen un alto contenido de hierro ferroso y muy probablemente reflejan
la disolución de sales como la melanterita (un sulfato ferroso) y la calcantita (un
sulfato de cobre) de las operaciones de la mina.
FIGURA 19.10— Gráfica de concentraciones de cobre en desagües del área debajo
del tajo abierto de Summitville desde el comienzo de la minería a cielo abierto en
1985. El aumento general en el contenido de cobre a lo largo del tiempo refleja la
mayor exposición de sulfuros como resultado de la minería, mientras que los picos de
concentración cada primavera representan el flujo de sales solubles de las operaciones
de la mina durante el deshielo primaveral. Figura de Plumlee et al. (1995b).
Los símbolos huecos muestran datos recopilados por Golder and Associates para la
empresa minera Summitville Consolidated Mining Co., Inc. (SCMCI en la figura) antes
de la quiebra de la empresa en 1992.
FIGURA 19.11—Diagrama de Ficklin que compara las composiciones del drenaje de
la mina de Summitville, Colorado, con las composiciones de las aguas recolectadas
de los estudios de lixiviación usando desechos de la mina de Summitville (Figura
modificada de Plumlee et al., 1995b).
Zn
+
Cu
+
Cd
+
Pb
+
Co
+
Ni
disueltos
(Mg/
l)
Cu
(mg/
l)
Machine Translated by Google
14. (vertederos mineros, rajos abiertos, secadero
1 1
10000000
creciente
100000
pH
terrestre
1
2
2
100
Arroyos naturales, pirita de
cuarzo-sericita, clima tropical
9
10000000
j
3
3
1000000
Creciente
climas); relaves
exposición de
J Mining, cuarzo-sericita-pirita
10000
-1
-1
Y
j
Y
9
superficie
Creciente
Todos los tipos de depósito
100000000
H
4
4
1000000
calcopirita
j
1
1000
j
10
Aumento de la evaporación
H Minería, propilítica
6
6
carbonato
100000000
5
5
10000
0
0
JJJ
j
contenido
7
7
H
1000
pH
contenido;
100000
Y
E Manantiales naturales, cuarzo-sericita-pirita
8
8
sulfuros en
j
100
10
GS Plumlee, KS Smith, MR Montour, WH Ficklin y EL Mosier
[
[
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[
Composiciones de agua de drenaje
Los minerales primarios que normalmente se encuentran en los
depósitos de pórfido-Cu incluyen pirita, calcopirita y cantidades variables
pero menores de bornita, enargita y molibdenita. Los depósitos de
molibdeno de pórfido contienen molibdenita, calcopirita menor y, por lo
general, no contienen enargita ni bornita.
Filipek et al. (1999). Los depósitos se caracterizan por un núcleo central
de alteración potásica, donde las rocas intrusivas se alteran a feldespato
potásico grueso, biotita y anhidrita. El núcleo de rocas intrusivas alteradas
potásicamente está rodeado por una zona de alteración fílica mucho más
amplia, donde las rocas intrusivas están alteradas a ensamblajes de
sericita-pirita de cuarzo. Las franjas laterales de los depósitos se
caracterizan por la alteración propilítica de las rocas que rodean las
intrusiones a un conjunto que contiene epidota, clorita, pirita y calcita. Las
porciones superiores de los depósitos pueden estar alteradas a arcillas, y
en algunos depósitos están cubiertas por una alteración de ácido-sulfato o
arcilla avanzada con depósitos asociados de alta sulfuración o vetas
cordilleranas. Donde los magmas formadores de pórfidos se introdujeron
en rocas sedimentarias portadoras de carbonato, los minerales diseminados
y alojados en intrusivos de vetas están cubiertos por minerales de skarn,
donde las rocas sedimentarias, así como las rocas intrusivas más externas,
se alteran típicamente a silicato cálcico. conjuntos minerales de sulfuro y
óxido que contienen piroxenos, granates, wollastonita, epidota, magnetita,
pirita, calcopirita y otros sulfuros.
La meteorización posterior a la mineralización de los depósitos
conduce a una variedad de minerales en la zona oxidada por encima del
nivel freático, incluidos óxidos de hierro (goethita, hematita, jarosita),
óxidos de cobre (como tenorita y cuprita) y carbonatos de cobre (malaquita,
azurita), silicatos de cobre (crisocola, turquesa). Durante la meteorización,
las aguas subterráneas oxidadas descienden a través de las porciones no saturadas
Los datos de drenaje de mina que hemos compilado de la literatura
(Apéndice; Fig. 19.12) son de Globe, Arizona (Eychaner, 1988) y Mt.
Washington, Columbia Británica (Kwong, 1991), y datos de drenaje natural
(open círculos) son del stock del río Alamosa, un depósito subeconómico
de Mo±Cu al sur de Summitville, Colorado (Barry, 1996). Miller et al.
(1982) y se muestran en la Figura 19.12, pero no se incluyen en el
Apéndice.
de los yacimientos y lixivian cobre, azufre, hierro y otros metales.
Las aguas de mina que drenan las zonas de alteración del núcleo
potásico y cuarzo-sericita pirita de los depósitos de pórfido de cobre son
bastante ácidas, con valores de pH tan bajos como 2–3, y metalíferas, con
metales base totales de varios mg/l a cientos de mg/l (Figura 19.12). Al
igual que con los depósitos epitermales de alta sulfuración y de veta
cordillerana, los depósitos de pórfidos de cobre ricos en cobre producen
aguas con Cu>Zn. Los depósitos de pórfido de Mo, por otro lado, tienden
a producir aguas con contenidos de metales básicos relativamente bajos
debido a las abundancias generalmente más bajas de sulfuros de metales
básicos como la calcopirita y la esfalerita. Las aguas de drenaje natural
del área de reserva del río Alamosa (Barry, 1996) que se muestran en la
Figura 19.12 tienen concentraciones más bajas de Cu y Zn porque la
mineralización es relativamente rica en Mo y pobre en Cu y Zn. Aguas de
drenaje natural recolectadas de manantiales y arroyos dentro y cerca de depósitos de pórf
Cuando las aguas descendentes alcanzan las condiciones reductoras por
debajo del nivel freático, el cobre en las aguas reacciona con sulfuros de
hierro primarios y calcopirita para producir minerales de sulfuro
supergénicos ricos en cobre como calcocita, covellita, bornita, digenita,
djurleita y otros. En muchos depósitos de pórfido, se producen importantes
leyes de cobre y la producción de cobre proviene de estos minerales de
enriquecimiento supergénico.
Cantante, 1986; Sillitoe, 1993; Cox et al., 1995; y referencias allí en). Los
depósitos se formaron a partir de fluidos magmático-hidrotermales que
fueron expulsados durante la cristalización de intrusiones magmáticas.
FIGURA 19.12—Gráfica de Ficklin que muestra la suma de los metales básicos disueltos para las aguas naturales y de mina que drenan las zonas centrales de alteración potásica y
de cuarzo-sericita-pirita y las zonas periféricas de alteración propilítica de los depósitos de pórfido Cu y Cu-Mo. El área sombreada encierra todos los puntos de datos en la Figura 19.2.
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15. Controles geológicos sobre la composición de las aguas naturales
y aguas de mina que drenan diversos tipos de depósitos minerales
los contenidos de arsénico son algo elevados, pero son más bajos que los de
las aguas que drenan Summitville. Las aguas de Butte se encuentran entre las
aguas mineras más ricas en metales y tienen valores de pH similares, a pesar
del clima relativamente húmedo; estos enriquecimientos presumiblemente
reflejan la concentración evaporativa de las aguas a cielo abierto durante los
períodos secos. Aunque no hay datos de drenaje disponibles para los depósitos
en las franjas ricas en carbonato de los sistemas de vetas de la Cordillera, es
probable que los valores de pH de las aguas que drenan las franjas sean
sustancialmente más altos y que los contenidos de metales sean más bajos (con
más Zn/Cu) que los de aguas que drenan los núcleos de los depósitos.
Los depósitos de pórfido de Mo tipo Climax son geológicamente similares a
los depósitos de pórfido de Mo discutidos previamente, con la excepción de que
están genéticamente relacionados con magmas enriquecidos en sílice, flúor y
elementos como el uranio y el torio (White et al., 1981). Como resultado, los
depósitos están albergados por intrusiones graníticas o riolíticas ricas en sílice
y uranio, tienen abundante fluorita y contienen ensamblajes de alteración ricos
en flúor. Los yacimientos principales consisten en vetillas de stockwork de
cuarzo y molibdenita con cantidades menores de fluorita y pirita. Las vetas de
fluorita de última etapa (± carbonato manganífero) también atraviesan los
yacimientos. Las porciones centrales de los depósitos generalmente carecen de
sulfuros de metales básicos como calcopirita, esfalerita y galena; sin embargo,
la esfalerita y la galena aumentan en abundancia, junto con la calcita y la
rodocrosita, hacia las franjas laterales de los depósitos. Las paredes rocosas
que albergan el depósito están alteradas a los mismos ensamblajes potásicos
(núcleos de los depósitos), fílicos (porciones intermedias), arcillosos (niveles
superiores) y propilíticos (bordes laterales de los depósitos) que se observan en
los depósitos de pórfido Cu y Cu-Mo. Además, en los niveles más profundos de
los depósitos, las rocas de la pared están alteradas a los llamados conjuntos
"greisen" que contienen cuarzo, topacio y moscovita (White et al., 1981). El
granate es un mineral de alteración común en algunas porciones de los
depósitos. Ejemplos de depósitos tipo Climax incluyen Climax, Henderson y Mt.
Emmons, Colorado (White et al., 1981).
Los datos limitados de drenaje de la mina recopilados como parte de este
estudio de Climax, Colorado (Apéndice, Fig. 19.14), muestran que las aguas
que drenan el material de desecho de la mina de las zonas de alteración potásica
y fílica pueden ser altamente ácidas (pH < 2). Las velocidades a las que los
feldespatos, la sericita y la biotita se meteorizan son aparentemente lo
suficientemente lentas en comparación con las velocidades de oxidación del
sulfuro como para que no neutralicen fácilmente el ácido generado por la
oxidación del sulfuro. Debido a la falta general de sulfuros de Cu, Zn y Pb en las
zonas de alteración potásica y fílica, las aguas de la mina pueden tener
concentraciones disueltas de Cu, Zn y Pb ligeramente más bajas que las aguas
con valores equivalentes de pH ácido que drenan otros tipos de depósitos
( Figura 19.14). Debido a la abundancia de flúor en los minerales, la alteración
de la pared rocosa y las rocas huésped, las aguas de la mina están
excepcionalmente enriquecidas en flúor, con concentraciones de hasta 710 mg/l
(Apéndice). Como resultado del enriquecimiento de uranio en las rocas anfitrionas
del depósito, junto con el bajo pH y las altas concentraciones de fluoruro (los
complejos de fluoruro de uranilo son muy estables), las aguas de la mina de
Climax también tienen los niveles más altos de uranio disuelto (8–9 mg/l; Fig.
19.14B) de aguas de mina que hemos medido en este estudio o anotado en la
literatura. Las aguas ácidas de Climax también tienen la mayor concentración de molibdeno
en Puerto Rico (Miller et al., 1982) demuestran que se pueden producir aguas
ácidas (pH entre 4 y 5) con concentraciones elevadas de metales básicos (Cu
hasta 4100 µg/l), incluso en climas tropicales cálidos y húmedos donde la lluvia
y la dilución son sustanciales.
Composiciones de agua de drenaje
Depósitos de pórfido Mo tipo Climax
Depósitos de vetas cordilleranas
Los datos de drenaje de minas del Monte Washington (Kwong, 1991)
también demuestran los cambios a valores de pH mucho más altos y contenidos
de metales más bajos en aguas que drenan rocas que contienen carbonato y
(o) alteradas propilíticamente.
Es probable que la mina y las aguas naturales que drenan los depósitos de
la veta de la Cordillera tengan composiciones generalmente similares a las que
drenan los depósitos epitermales de alta sulfuración, como Summitville, con
aguas altamente ácidas y ricas en metales que tienen enriquecimientos de cobre
en relación con el zinc y enriquecimientos de arsénico en relación con otros
depósitos con cantidades menores de sulfuros que contienen arsénico. Hay
datos limitados sobre el agua disponibles para el lago a cielo abierto en Butte,
Montana (Davis y Ashenberg, 1989) (Fig. 19.13). Debido a que los depósitos de
vetas de la cordillera de la “etapa principal” en Butte sobreimprimen un sistema
anterior de pórfido de Cu Mo, las aguas de la mina son probablemente híbridos
de composición que reflejan tanto las vetas de la veta como la alteración
arcillosa avanzada en el núcleo del depósito, y la mineralización de pórfido
anterior. (ver arriba para las composiciones de agua de pórfido Cu/Mo); por lo tanto, su
Además, una mineralización similar de alta sulfuración puede ocurrir como un
componente de algunas vetas polimetálicas y depósitos de reemplazo asociados
con intrusiones ígneas en rocas sedimentarias ricas en carbonato (Morris, 1986).
El papel del clima más seco en el cambio de las aguas de drenaje a valores
de pH más bajos y concentraciones de metales disueltos más altas se puede
ver comparando las composiciones de drenaje de la mina (Apéndice) de Globe,
Arizona (Eychaner, 1988), con las de Mt. Washington, BC (Kwong, 1991) para
zonas de alteración similares. Las aguas del Globo son más ácidas y ricas en
metales debido al clima más seco del desierto de Arizona en comparación con
el clima mucho más húmedo y frío de la Columbia Británica, cambios similares
a los observados anteriormente para los depósitos de VMS.
Composiciones de agua de drenaje
Los depósitos de vetas cordilleranas (Bartos, 1987) son geológicamente
similares a los depósitos epitermales de alta sulfuración, con la excepción de
que se forman a profundidades algo mayores (4–5 km) en la corteza terrestre.
En lugar de ocurrir dentro de centros volcánicos poco profundos, se forman
justo encima o en los niveles superiores de las intrusiones magmáticas y sus
depósitos de pórfido-cobre asociados. Los ejemplos incluyen Butte, Montana;
Magma, Arizona; y Quiruvilca, Perú (Guilbert y Park, 1986; Bartos, 1987). Estos
depósitos se caracterizan por altos contenidos de pirita, enargita, calcocita,
covelita, bornita y azufre nativo. Los sulfuros ocurren en tuberías o vetas dentro
de paredes rocosas que fueron intensamente alteradas antes de la mineralización
a conjuntos argílicos avanzados que contienen caolinita, pirofilita, ± alunita. Los
depósitos también suelen dividirse en zonas con contenidos crecientes de
esfalerita, galena y carbonatos (como la rodocrosita) hacia sus periferias. En
Butte y otros depósitos de vetas de la Cordillera, las vetas de alta sulfuración y
la alteración arcillosa avanzada cortan la mineralización anterior de pórfido de
Cu o Mo; como resultado, muchos geólogos económicos consideran que estos
depósitos son una variación de la mineralización de pórfido (Guilbert y Park,
1986).
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16. GS Plumlee, KS Smith, MR Montour, WH Ficklin y EL Mosier
[
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j
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[
A B
A B
C D
Como
(mg/
l)
Cu
(Mg/
l)
Zn
+
Cu
+
Cd
+
Pb
+
Co
+
Ni
(Mg/
l)
Zn
+
Cu
+
Cd
+
Pb
+
Co
+
Ni
(Mg/
l)
Zn
(Mg/
l)
U
(Mg/
l)
franjas
9
2
10000
1000
1
9
10
100
2
10000
4 pH
-1
10
5
8
Periférico
Todos los tipos de depósito
1000
0
9
10000000
2
100
1000000
3
5
100000
-1
6
10000000
Núcleo avanzado-argílico
100000
Potásico principal
6
0
propilítico
100000000
10
100000
10
100
& filico
7
4 pH
3
pH
1
1000
7
1
1
3
100000
10000000
1
100000000
modificación
8
1000
2
100
[
2
1
4
4
-1
Adv. argílico, a cielo abierto
6
-1
8
1
3
10000000
1000
3
pH
1000000
zonas
0.1
9
modificación
5
10000
5
7
1000000
9
10000
0
0.1
100000
1
j
10
-1
10000
4
6
100000000
5
1000
8
-1
6
Todos los tipos de depósito
100
2
0
JJ
100000
0
100
pH
Carbonato-rico
4
0.1
10000
7
6 9
j
7
1000000
1
0
8
3
1000000
5
[
1
1
pH
0.01
10
1
Residuos mineros, potásicos/fílicos
7
8
Residuos mineros, potásicos/fílicos
Todos los tipos de depósito
Adv. argílico, a cielo abierto
Todos los tipos de depósito
FIGURA 19.13—Gráficas de composiciones de agua a cielo abierto en Butte, Montana. Los depósitos en Butte incluyen vetas (vetas) de la Cordillera superpuestas a una
mineralización anterior de pórfido-Cu-Mo: A. Diagrama de Ficklin; B. Cobre; C. Cinc; D. Arsénico. Tenga en cuenta las diferencias en la escala del eje de concentración entre las
parcelas. Las áreas sombreadas encierran todos los puntos de datos en las Figuras 19.1, 19.2 correspondientes.
FIGURA 19.14—Gráficas de composiciones de drenaje de mina para aguas que drenan las zonas centrales de cuarzo-sericita-pirita y alteración potásica de depósitos de Mo
de pórfido tipo Climax. A. Diagrama de Ficklin; B. Uranio disuelto. Tenga en cuenta las diferencias en la escala del eje de concentración entre las parcelas. Las áreas sombreadas
encierran todos los puntos de datos en las Figuras 19.1, 19.2 correspondientes.
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17. y aguas de mina que drenan diversos tipos de depósitos minerales
Controles geológicos sobre la composición de las aguas naturales
Depósitos de vetas polimetálicas y
depósitos de vetas epitermales de adularia-sericita
Composiciones de agua de drenaje
Los depósitos de vetas polimetálicas (como Central City, Colorado; Sims et al.,
1963) a menudo se caracterizan por patrones de zonificación a gran escala en todo
el distrito. Mineralógicamente, son relativamente similares a los depósitos de filones
de la Cordillera discutidos anteriormente, con la excepción de que no tienen los
ensamblajes de alteración argílica avanzada bien desarrollados típicos de las
porciones centrales de los depósitos de filones de la Cordillera. Las porciones
centrales de los distritos polimetálicos (que se forman más cerca de la fuente de
calor ígnea) son típicamente ricas en Au y se caracterizan por un ensamblaje
relativamente simple de cuarzo y pirita, con menos calcopirita, galena y esfalerita
(± enargita, arsenopirita). La esfalerita, la galena y los carbonatos como la
rodocrosita y la calcita aumentan en abundancia hacia las partes exteriores de los
distritos. La alteración de cuarzo-sericita-pirita de los wallrocks es común en las
porciones centrales de los distritos, mientras que la alteración propilítica de los
wallrocks a carbonato, epidota, clorita y pirita es más abundante en los márgenes
del distrito.
Fuertes variaciones laterales y verticales en los conjuntos de alteración de wallrock
(silicificación, propilítica, argílica, argílica avanzada) también son típicas en los tres
tipos de depósitos de vetas epitermales, con silicificación intensa y alteración
argílica penetrante y argílica avanzada común adyacente a porciones poco
profundas del vetas, silicificación moderada (± alteración potásica) cerca de las
vetas en los niveles más profundos, y alteración propilítica lejos de las vetas.
l) y cobre (hasta varios mg/l). Como se discutió anteriormente, los niveles elevados
de zinc disuelto reflejan la tendencia del zinc a no
Ambos tipos de depósitos pueden ser bastante variables y complejos desde un
punto de vista mineralógico, dependiendo de las composiciones de los fluidos
hidrotermales que formaron los depósitos, los mecanismos de deposición del
mineral, las rocas de pared y la evolución química de los fluidos hidrotermales
durante la mineralización. . Ambos tipos de depósitos también pueden mostrar
variaciones espaciales muy fuertes en la mineralogía dentro de un brote de mineral,
dentro de una veta o sistema de vetas, y en distritos enteros.
En general, las aguas mineras subterráneas más ácidas y ricas en metales son
aquellas que drenan minerales ricos en sulfuros de metales base y pirita en rocas
ígneas alteradas sericíticamente, rocas metamórficas pobres en carbonato o rocas
volcánicas altamente soldadas (polimetálicas: druidas, Idaho y St. Kevins Gulch,
Colorado, epitermales: Solomon y Alpha Corsair, distrito de Creede, Colorado). Los
depósitos que son ricos en pirita pero que contienen minerales de carbonato
significativos en su alteración de ganga o pared rocosa (como el Túnel Americano,
Silverton, Colorado) tienden a tener aguas de mina con valores de pH casi neutros
pero niveles elevados de zinc disuelto (tan altos como muchos decenas de mg/
et al., 1987; Sillitoe, 1993); sin embargo, se han identificado varios subtipos
diferentes, incluidos los tipos Creede, Comstock y Sado (todos llamados así por
sus distritos mineros característicos). Todos se caracterizan por sulfuros simples
(como esfalerita, galena y calcopirita), sulfosales (sulfuros que contienen As, Sb, ±
Bi), oro, electrum, plata ± telururos como minerales importantes. El cuarzo, los
carbonatos y la adularia (± barita, calcedonia y fluorita) son minerales de ganga
importantes. Las vetas tipo Creede son típicamente ricas en plata y están dominadas
por pirita, esfalerita, galena y calcopirita, con cantidades variables pero menores de
carbonatos, cuarzo y barita. Las vetas de tipo Comstock son típicamente ricas en
oro y están dominadas por cuarzo y adularia, ± carbonatos, con pirita, esfalerita,
galena y otros sulfuros que comprenden menos del varios por ciento del material de
la veta. Las vetas de tipo Sado son equivalentes ricos en Cu de las vetas de tipo
Comstock, con cuarzo, adularia y carbonatos que predominan sobre la calcopirita.
Fuertes variaciones laterales y verticales en la mineralogía de las vetas pueden
estar presentes en los tres tipos de depósitos epitermales, y son especialmente
comunes en el tipo Creede. Plumlee (1999) muestra un ejemplo de zonificación
mineral a lo largo de una veta en la mina Bulldog Mountain en Creede.
Los sistemas de vetas polimetálicas y los depósitos de vetas epitermales de
adularia-sericita se depositan a partir de sistemas hidrotermales meteorológicos de
circulación convectiva similares a los sistemas geotérmicos actuales en Yellowstone,
EE. , 1987; Sillitoe, 1993). Los depósitos a menudo están relacionados genética y
espacialmente con intrusiones ígneas en profundidad, que proporcionan la fuente
de calor para los sistemas hidrotermales, y posiblemente también fluidos, gases,
metales y otros constituyentes transportados hacia arriba por los fluidos e
incorporados a los minerales. Los depósitos epitermales se forman en los 1-2 km
superiores de la corteza y se caracterizan por vetas, vetas de stockwork y brechas
mineralizadas en su mayoría rocas huésped volcánicas. Los depósitos de vetas
polimetálicas se forman a profundidades ligeramente mayores (varios km) que las
vetas epitermales y, por lo general, están compuestos por vetas y depósitos
alojados en una variedad de tipos de rocas, como granitos y rocas metamórficas.
ciones (varios cientos de µg/l) entre las composiciones de agua ácida-mina que
hemos medido en este estudio; sin embargo, estas concentraciones son
sustancialmente más bajas que las medidas en aguas alcalinas de mina (hasta 42
mg/l) que drenan depósitos de uranio de arenisca del suroeste de EE. UU.
(Apéndice; Longsworth, 1994). Las aguas de la mina en Climax están siendo
tratadas actualmente para neutralizar el ácido y precipitar los metales.
Tanto los depósitos de vetas epitermales de vetas polimetálicas como de
adularia-sericita pueden exhibir un amplio espectro de composiciones de edad de
drenaje natural y de mina (Apéndice, Figs. 19.15 y 19.16), dependiendo del
contenido de sulfuro y pirita del metal base de las vetas, el contenido de carbonato
de las vetas y la alteración de la pared rocosa, y el grado de interacción entre las
aguas de drenaje y los carbonatos. Las aguas naturales y de mina para los
depósitos de vetas polimetálicas incluyen las recolectadas como parte de este
estudio de Central City y otros distritos de Colorado, y las recolectadas por Smith
(1991) del distrito de St. Kevins Gulch, Colorado. Las aguas que drenan los
depósitos epitermales de adularia-sericita incluyen las recolectadas como parte de
este estudio de los distritos de Creede, Bonanza y Silverton, Colorado; el Apéndice
también incluye datos recopilados por Moran (1974) de Bonanza, Colorado. Los
datos de drenaje enumerados en el Apéndice son principalmente de las Montañas
Rocosas de Colorado, pero también incluyen dos muestras recolectadas del distrito
de la Feria Mundial en Arizona. Precio et al. (1995) resumen los datos de agua de
mina de varios depósitos de vetas polimetálicas y depósitos de vetas epitermales
de adularia-sericita en Nevada.
Hemos discutido en secciones anteriores los tipos de depósitos en los que las
zonas de minerales predominantes o los tipos de minerales probablemente
produzcan aguas ácidas que contienen metales. Ahora analizaremos los tipos de
depósitos con las principales zonas de minerales o tipos de minerales que pueden
producir aguas con pH variable pero, en general, altos niveles de metales disueltos.
Los depósitos epitermales de adularia-sericita (los ejemplos incluyen Creede y
Bonanza, Colorado; Comstock, Nevada; y Sado, Japón) reciben ese nombre debido
a la abundancia de estos minerales como relleno de vetas y minerales de alteración
(Berger y Eimon, 1983; Heald
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18. Aguas de la mina del distrito de Bonanza
GS Plumlee, KS Smith, MR Montour, WH Ficklin y EL Mosier
j
EE.UU.
Y
j
Y
[
j
metal base
B
GRAMO
1000
;
B
B
GRAMO
HHH
0
j
B
contenido de sulfuro,
B
B
Mineral con alto contenido de carbonato en rocas anfitrionas que contienen carbonato
B
GRAMO
creciente
H
O
cama y desayuno
1
j
GRAMO
8
GRAMO
GRAMO
GGG
100000000
GRAMO
exposición de
B
j
DD
;
100
GRAMO
1000000
O
9
GRAMO
GRAMO
Carbonato decreciente
BBB
2
j
GRAMO
B
j
Minerales bajos en pirita, en toba pobremente soldada
B
O
sulfuros en
GRAMO
j
Alto contenido de pirita, minerales de metales básicos altos
3
contenido de minerales, huésped
JJ
B
B
j
j
rocas También, aguas
JJ
4 pH
j
10000
superficie del suelo
10
B
j
B
S.S
GRAMO
GRAMO
O
drenaje de vertederos de minas
5
JJ
S.S
B
100000
1
j
B
GRAMO
S.S
Todos los tipos de depósito
j
B
Menas de pirita, minerales de metales básicos altos
OO
GRAMO
S.S
j
O
-1
GRAMO
y relaves
6
Creciente
GRAMO
j
GRAMO
Minerales con alto contenido de pirita y metales básicos bajos
j
B
B
O
GRAMO
O
10000000
B
7
GRAMO
B
B
j
HHH
GRAMO
j
FIGURA 19.15—Gráfico de Ficklin que muestra la suma disuelta de metales base en aguas naturales y de mina que drenan depósitos de vetas polimetálicas y vetas epitermales de adularia-sericita. Debido a
las similitudes generales en las características geológicas de los depósitos, las aguas no se agrupan según el tipo de depósito.
FIGURA 19.16—Gráfico de Ficklin que muestra la suma disuelta de metales base en aguas de mina que drenan depósitos de vetas epitermales de adularia-sericita en el distrito de Bonanza, Colorado. Las vetas
contienen abundante pirita, esfalerita, galena y calcopirita, y muy poco carbonato. Las rocas volcánicas huésped, sin embargo, se propilitizan de manera variable para contener carbonato. Consulte el texto para
obtener una explicación de las diferentes composiciones del agua. El área sombreada encierra todos los puntos de datos en la Figura 19.2.
El área sombreada encierra todos los puntos de datos en la Figura 19.2.
Las composiciones de las aguas que drenan las operaciones mineras
subterráneas en el distrito de Central City, Colorado, ilustran las variaciones
sustanciales en la composición que pueden ocurrir en un distrito como
resultado de la zonificación a gran escala de los conjuntos minerales de las
vetas. Como señalaron inicialmente Wildeman et al. (1974), las aguas que
drenan las vetas de cuarzo-pirita en las partes centrales del distrito (ver las
composiciones de agua de filtración de Druida y de socavón de Idaho en el
Apéndice) son altamente ácidas y ricas en metales. Por el contrario, el aumento
del contenido de carbonato y la disminución del contenido de pirita de las
vetas hacia las partes laterales del distrito dan como resultado aguas de mina
que tienen un pH progresivamente más alto y un contenido de metal base más
bajo (p. ej., las composiciones del agua del Túnel Nacional en el Apéndice). Plumlee (1999)
se absorben en partículas a valores de pH casi neutros, y los niveles elevados
de cobre disuelto reflejan la tendencia del cobre a desorberse de las partículas
debido a la competencia de los complejos de carbonato de cobre (Smith,
1999). Si se oxigenan, las aguas casi neutrales también pueden transportar
cantidades sustanciales de zinc, plomo, cobre y otros metales en partículas de
óxido férrico hidratadas suspendidas.
Todos los demás tipos de depósito
Cambiar después
-1 1 8
pH
F
B
3
Rawley 12, 1970
1000000
100000
1000
4
relaves,
100000000
H
Otros accesos
10
B
vertederos de minas
6 9
F
vertederos de minas
relaves
0
10000000
colapso del portal
10000
Rawley 12, 1990
H
H
100
2 5
F
1
7
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