MINERALOGÍA TEMA 24 ELEMENTOS, SULFUROS Y SULFOSALES

Transcripción

1 MINERALOGÍA TEMA 24 ELEMENTOS, SULFUROS Y SULFOSALES ÍNDICE 24.1 Elementos Metales Semimetales No metales 24.2 Sulfuros y sulfosales Sulfuros Sulfosales

2 24.1 ELEMENTOS Hay muy pocos elementos químicos, unos 20, que se encuentran en estado nativo. Pueden dividirse en: Metales Semimetales No metales METALES Incluye los siguientes grupos: Grupo del oro: oro plata cobre Grupo del platino Platino paladio Grupo del hierro kamacita taenita GRUPO DEL ORO Cristalografía: Cristalizan en el sistema cúbico. Grupo espacial oro plata cobre Fm3m a 4,079 Å 4.09 Å 3,615 Å Z 4 El oro aparece en cristales octaédricos pero la forma más corriente de presentarse es en masas arborescentes; también diseminado en capas aplastadas, escamoso o macizo. La forma más frecuente para placeres es la llamada "pepita", masas macizas redondeadas por el rodamiento, que pueden variar de tamaño.

3 La plata aparece normalmente formando grupos ramosos, arborescentes o filamentosos, en placas y escamas o también en forma masiva, rellenando fracturas y vetas. El cobre se presenta en grupos dendríticos arborescentes, aunque aparece también cristalizado, siendo el octaedro la forma más frecuente. Figura Formas cristalinas de oro (izquierda) y cobre (derecha) Estructura cristalina: Figura Simetría m3 m Todos los metales son isoestructurales, con enlace es metálico. Forman estructuras cúbicas compactas con átomos idénticos con coordinación 12.

4 Figura Estructura cristalina del oro Propiedades físicas: Se caracterizan porque son muy blandos, maleables (se pueden extender en láminas), dúctiles (que admiten grandes deformaciones sin romperse) y séctiles (pueden cortarse con la hoja de un cuchillo). Son buenos conductores de la electricidad y del calor. Tienen brillo metálico y fractura astillosa. Los puntos de fusión son bajos. oro plata cobre Color: Raya: Amarillo Amarilla brillante Blanco de plata Blanco de plata Brillo: Metálico Metálico Rojo Roja Metálic o Dureza: 2,5 2,5 a 3 2,5 a 3 Peso específico: 19,3 10,5 8,9 Óptica: Opaco Opaco Opaco Características químicas: Existe solución sólida completa entre el oro y la plata, mientras que el cobre presenta solución sólida limitada con ellos. Origen y yacimientos: El oro aparece en yacimientos epitermales, metamórficos y yacimientos en zonas de cizalla. También como placeres y paleoplaceres. En España existen numerosas minas antiguas del oro,

5 algunas de las cuales han sido explotadas desde la época de los romanos como el yacimiento de Las Médulas (León) o en las proximidades del río Síl (Orense). De tiempos más recientes es el yacimiento epitermal de Rodalquilar (Almería), actualmente agotado. En los yacimientos de la Faja Pirítica (Huelva - Sevilla) se encuentra asociado a los sulfuros masivos, en los niveles hidrotermalizados denominados "silicatado" (Mina de La Zarza) y sobre todo en las capas superiores de gossan (Mina de Ríotinto). En Asturias, se explotó en Rio Nancea hasta el La plata aparece en yacimientos hidrotermales asociada con sulfuros, ceolitas, calcita, barita; con uraninita y minerales de cobalto y níquel. En zonas de oxidación de los depósitos de minerales de plata. Yacimientos en España: Hiendelaencina (Guadalajara), Horcajo (Ciudad Real), Guadalcanal (Sevilla), Herrerías (Almería). Actualmente la explotacón de plata nativa está agotada. El cobre se encuentra en la zona de oxidación de los depósitos de cobre. En España se encuentra con frecuencia en casi todas las monteras de las minas de cobre, destacando como principales localidades: Linares y La Carolina (Jaén), así como en Ríotinto y Tharsis (Huelva), La Puebla de Guzmán (Huelva) y en San Lúcar La Mayor (Sevilla), Sierra Bermeja (Málaga) y en Sierra Nevada (Granada), en las minas del Jaroso y en la Sierra de Almagrera (Almería), El Horcajo (Ciudad Real), en Infiesto (Asturias), generalmente seudomorfizado a cuprita y/o malaquita. Se utiliza como hilo para conductores eléctricos; también para aleaciones. GRUPO DEL PLATINO La estructura del platino y del paladio es cúbica compacta. Los elementos de este grupo son más duros y tienen puntos de fusión más elevados que los elementos del grupo del oro. El platino como elemento nativo aparece casi exclusivamente en rocas ultrabásicas (dunita). Los depósitos más productivos son placeres. GRUPO DEL HIERRO Incluye el hierro que raramente se presenta en la superficie de la tierra y dos especies frecuentes en los meteoritos: kamacita y taenita. El hierro en estado nativo es muy inestable en condiciones oxidantes en la corteza terrestre y en la atmósfera terrestre. Generalmente se encuentra como Fe 2+ y Fe 3+ en óxidos. También se encuentra en los meteoritos.

6 SEMIMETALES Incluyen a: Arsénico Antimonio Bismuto Son romboédricos y sus estructuras no pueden describirse por un simple empaquetamiento de esferas. Está formada por capas paralelas al eje c cristalográfico, como consecuencia del enlace relativamente fuerte entre los cuatro átomos vecinos más próximos. Figura Estructura del arsénico El enlace entre las capas es débil y por ello presentan buena exfoliación según los planos perpendiculares a c. Son quebradizos y mucho peor conductores del calor y de la electricidad que los metales. El arsénico y el bismuto son especies minerales raras que se encuentran en filones asociados a la plata, cobalto o menas de níquel. Arsénico Cristalografía: Cristaliza en el sistema romboédrico, Grupo espacial: R-3m. a = 3.76 Å, c = Å, γ = 120º; Z = 6.

7 Figura Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) Propiedades físicas: Color: Blanco de estaño gris. Raya: Gris plomo a negra. Brillo: Metálico fuerte. Dureza: De 3 a 4. Peso específico: De 5.4 a 5.9 Óptica: Opaco de color blanco. Origen: Se forma en venas hidrotermales de baja temperatura. Yacimientos en España: En Pola de Lena y Mieres (Asturias), en manchas y capas sobre calcita. En Hiendelaencina (Guadalajara), asociado con baritina. Bismuto Cristalografía: Cristaliza en el sistema romboédrico, Grupo espacial: R-3m. a = Å, c = Å; γ = 120º; Z = 6 Propiedades físicas: Color: Blanco rojizo o amarillento. Raya: Blanco plata. Brillo: Metálico.

8 Dureza: De 2 a 2.5 Peso específico: 9.8 Óptica: Opaco de color blanco rosado. Fuertemente anisótropo. Origen: Se forma en venas hidrotermales de alta temperatura y en yacimientos de carácter pegmatítico. Yacimientos en España: En Espinavell y Caralps (Gerona), asociado a esfalerita y arsenopirita. En Villanueva de Córdoba, Venta de Azuel y Conquistala (Córdoba), en filoncillos de cuarzo. Antimonio Cristalografía: Cristaliza en el sistema romboédrico, Grupo espacial: R-3m. a = Å, c = Å, γ = 120º; Z = 6. Propiedades físicas: Figura Formas cristalinas (izquierda). Simetría (derecha). Color: Blanco de estaño. Raya: Gris plomo a negra. Brillo: Metálico fuerte. Dureza: De 3 a 3.5. Peso específico: 6.6 Óptica: Opaco. Origen: Se forma en venas hidrotermales. Yacimientos en España:

9 En Meredo y Castropol (Asturias) y en Viñuela (Málaga NO METALES Incluyen a: Azufre Diamante Grafito Azufre (S) Cristalografia: Cristaliza en el sistema rômbico, grupo espacial: Fddd a = 10.47Å, b = 12.87Å, c = Å; Z = 128Å. Estructura cristalina: Figura Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) Consta de grupos S 8 enlazados covalentemente que forman anillos como arrugados. Estos anillos se mantienen como tales hasta los 160 ºC.

10 Figura Estructura cristalina del azufre (derecha) y grupo S 8 (izquierda). Propiedades físicas: Color: amarillo Brillo: resinoso Huella: incolora Dureza: 1,5-2,5 Peso específico: 2,05-2,09 Diamante Es carbono puro. Cristalografía Cristaliza en el sistema cúbico, grupo espacial Fm3m, en forma de octaedros. Son corrientes las maclas con la ley de la espinela. a = Å; Z = 8. Figura Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha)

11 Estructura cristalina La estructura del diamante es de tipo esfalerita. Paralelamente a los planos {111} se aprecian los átomos dispuestos en hojas bastante distanciadas unas de otras, constituyendo planos de exfoliación. Figura Estructura del diamante en tres dimensiones (izquierda) y proyectada perpendicularmente al eje c (derecha) Propiedades físicas Su dureza en la escala de Mohs 10. El alto índice de refracción, 2,42, y la fuerte dispersión de la luz le proporcionan el brillo adamantino. Normalmente es incoloro, aunque también aparece de color verde, amarillo, azul. El diamante es inestable a presiones o temperaturas bajas, Es polimorfo del grafito. La transformación polimórfica entre ambos es muy lenta. Yacimientos: Se encuentra en depósitos aluviales, debido a su naturaleza química inerte, a su gran dureza y elevado peso específico. También en kimberlitas. Grafito (C) Está formado por carbono puro. Cristalografía: Cristaliza en el sistema hexagonal en cristales tabulares de forma hexagonal (figura).

12 Figura Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) Propiedades físicas: Brillo: metálico Dureza: muy baja (1-2) Color: negro Óptica: opaco Estructura cristalina: La estructura del grafito consta de capas de anillos hexagonales de 6 átomos, en los cuales cada átomo de carbono puede considerarse como ligado por fuertes enlaces covalentes a sus tres vecinos más próximos en la misma capa. El cuarto queda libre, generando así una carga eléctrica dispersa que le confiere al grafito una conductibilidad eléctrica relativamente elevada (Figura 24.12). El enlace entre las capas es tan débil que de lugar a una perfecta exfoliación basal. Figura Estructura cristalina del grafito

13 Yacimientos: El grafito se halla en rocas metamórficas. Su peso específico también es muy elevado.

14 24.2 SULFUROS Y SULFOSALES SULFUROS Un mineral sulfuro se forma cuando se combinan uno o más metales con el azufre. Constituyen una clase importante de minerales ya que la mayoría de ellos son importantes menas metálicas. Los minerales de este clase tienen en su mayoría enlace covalente o metálico o ambos. Son en su mayoría opacos, con colores vivos y con rayas de colores característicos. Los minerales no opacos de la clase: cinabrio rejalgar oropimiente esfalerita tienen índices de refracción elevados y son transparentes, en secciones muy delgadas. Una consecuencia importante de las características del enlace del azufre su configuración electrónica permite varias valencias y muchas posibilidades de hibridación dentro de los orbitales d) es la existencia de un gran número de poliedros de coordinación de los metales con el azufre, haciendo que existan un gran número de estructuras cristalinas en los sulfuros. Existen dos divisiones convencionales para los sulfuros: 1ª sulfuros metálicos en los que los metales de transición coordinan com el azufre. 2ª sulfosales, en los que los semimetales As y Sb ocupan alguna de las posiciones del metal. Esta división es algo artificial y una alternativa es distinguir entre sulfuros simples y complejos (Zoltai & Stout, 1985) 1. Los primeros incluyen la mayor parte de los sulfuros metálicos y algunas de las sulfosales, y los sulfuros complejos incluyen la mayor parte de las sulfosales convencionales y algunos de los sulfuros metálicos. En general las estructuras de los sulfuros simples tienen el azufre y otros elementos no metálicos formando un empaquetado compacto y el metal ocupando los huecos. La distinción entre ellos se basa en si los huecos tetraédricos, octaédricos o ambos están ocupados. Una gran mayoría de las estructuras de los sulfuros complejos consiste de grupos, bandas o capas de unidades de sulfuros simples formando un empaquetado compacto y unidas por enlaces tipo molecular fuertemente direccionales. La fórmula general para sulfuros es donde: X m Z n 1 Zoltai T. & Stout J.H. (1985).- Mineralogy: Concepts and principles. Ed. Burgess Publishing Company, USA. 505 pp.

15 X representa el elemento metálico Z representa el elemento no metálico. Los átomos de metales y del azufre en la estructura de los sulfuros juegan un papel parecido Incluyen a: Galena (PbS) Cristalografía: Argentita Ag 2 S Bornita Cu 5 FeS 4 Calcopirita CuFeS 2 Calcosina Cu 2 S Cinabrio HgS Galena PbS Esfalerita ZnS Estibina Sb 2 S 3 Marcasita FeS 2 Molibdenita MoS 2 Niquelina NiAs Oropimente As 2 S 3 Pirita FeS 2 Pirrotina Fe 1-x S Rejalgar AsS. Cristaliza en el sistema cúbico, grupo espacial Fm-3m a = 5,936 Å, Z = 4 Suele presentarse en cubos. Figura Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) Estructura cristalina: Tiene estructura tipo NaCl.

16 Propiedades físicas: Color: gris plomo Brillo: metálico Huella: gris plomo Dureza: 2,5 Peso específico: 7,4 a 7,6 Exfoliación: perfecta {001} Óptica: opaca Origen y yacimientos: Es un sulfuro muy corriente. Se encuentra en filones asociado a esfalerita, pirita, marcasita, calcopirita, cerusita, anglesita, dolomita, calcita, cuarzo, barita y fluorita. Las localidades más famosas son Freiberg (Sajonia); montañas del Harz; Westfalia y Nassau; Pribram (Bohemia); Cornwall, Derbyshire y Cumberland (Inglaterra); Broken Hill (Australia); Missouri, Kansas y Oklahoma (Estados Unidos). En España es abundante y se encuentra bastante extendida; entre las localidades más importantes cabe citar Linares, La Carolina, sierra Almagrera. Esfalerita (ZnS) Es el polimorfo cúbico de baja T del ZnS y la wurtzita es el polimorfo de alta T, estable por encima de los 1020 ºC y 1 atmósfera de P. Cristalografía: Cristaliza en el sistema cúbico, grupo espacial a = 5,41 Å, Z = 4 Se presenta generalmente en forma masiva. F 43m Figura Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha)

17 Estructura cristalina: La estructura de la esfalerita deriva del empaquetado cúbico compacto. Propiedades físicas: Color: incolora, castaño a negro Brillo: resinoso o adamantino Huella: blanca a amarillo y castaño Dureza: 3,5-4 Peso específico: 3,9 Exfoliación: perfecta {011} Figura Estructura cristalina de la esfalerita Óptica: Transparente a traslúcida. Incolora cuando es pura, también de color caramelo (blenda acaramelada). Origen y yacimientos: Es la mena más importante de Zn y es un mineral bastante corriente. Está íntimamente relacionada con la galena, por su origen. En España es abundante en los Picos de Europa (Asturias), Santander, País Vasco y Navarra. Pirita (FeS 2 ) La pirita es un polimorfo del FeS 2 junto a la marcasita. Cristalografía: Cristaliza en el sistema cúbico, grupo espacial Pa 3 a = 5,42 Å; Z = 4. Las formas más frecuentes son cubo, cuyas caras están estriadas, piritoedro y octaedro.

18 Figura Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) Estructura cristalina: Tiene estructura tipo NaCl con el Fe (bolas rojas) ocupando la posición del Na y los grupos S 2 (bolas amarillas) ocupando la posición del Cl. Figura Estructura de la pirita Propiedades físicas: Color: amarillo latón Brillo: metálico Huella: verdosa a pardo negra Dureza: 6-6,5

19 Peso específico: 5,02 Óptica: opaco Origen y yacimientos: Es el sulfuro más corriente y extendido. Se forma tanto a altas T como a bajas T. Aparece como segregación magmática directa y como mineral accesorio en rocas ígneas. También en depósitos metamórficos de contacto y en filones hidrotermales. La pirita es un mineral común en las rocas sedimentarias. Está asociada a muchos minerales, especialmente a calcopirita, esfalerita y galena. Calcopirita CuFeS 2 Cristalografía: Cristaliza en el sistema tetragonal, grupo espacial a = 5.25 Å, c = Å; Z = 4 Se presenta normalmente masivo I 42d Figura Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) Estructura cristalina: La estructura puede considerarse derivada de la de la esfalerita en la que la mitad del Zn está sustituido por Cu (bolas naranjas) y la otra mitad por Fe (bolas rojas), haciendo que se duplique la celda elemental. Las bolas amarillas representan el azufre.

20 Figura Estructura cristalina de la calcopirita Propiedades físicas: Color: amarillo latón Brillo: metálico Huella: negra verdosa Dureza: 3,5-4 Peso específico: 4,1-4,3 Óptica: opaco Origen y yacimientos: Es el mineral de cobre más corriente y una de las fuentes más importantes de este metal. La mayor parte de las menas de sulfuros contienen este mineral. Los más importantes económicamente son los depósitos hidrotermales y los de reemplazamiento. Como mena principal de cobre se encuentra en Riotinto (España), Cornwall (Inglaterra), Chile, Zambia, Canadá (Sudbury, Ontario), etc. Cinabrio (HgS) Hay dos polimorfos, el de baja temperatura (estable aproximadamente por debajo de 344 ºC) que es hexagonal; el polimorfo de alta temperatura es cúbico. Cristalografía: Cristaliza en el sistema romboédrico, grupo espacial P3 l 2l o P3 2 2l para el polimorfo de baja temperatura con: a = 4,146 Å, c = 9,497 Å; Z = 3 El grupo espacial del polimorfo de alta temperatura es F 43m con:

21 a = 5,852 Å; Z = 4 Estructura cristalina: La estructura del cinabrio está constituida por infinitas cadenas espirales Hg-S-Hg que se extienden a lo largo del eje c. Las bolas amarillas representan el azufre y las rojas el mercurio. Propiedades físicas: Color: rojo Figura Estructura cristalina del cinabrio Brillo: adamantino (cuando es puro) a terroso mate Huella: rojo escarlata Dureza: 2,5 Peso específico: 8,10 Exfoliación: perfecta Óptica: translúcido Origen y yacimientos: Es la mena más importante del mercurio, pero se halla en cantidad apreciable sólo en determinados lugares, como Almadén en España. Se encuentra como impregnaciones y filones de relleno cerca de rocas volcánicas recientes y fuentes termales y depositado cerca de la superficie. Asociado a pirita, marcasita, estibina y sulfuros de cobre en una ganga de ópalo, calcedonia, cuarzo, barita, calcita y fluorita. MOLIBDENITA (MoS 2 ) Cristalografía:

22 Cristaliza en el sistema hexagonal, grupo espacial P6 3 /mmc a = 3,16 Å, c = 12,32 Å, γ = 120º; Z = 0,33 Figura Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) Estructura cristalina: Está compuesta de sandwiches de molibdeno entre átomos de azufre. Los forman capas perpendiculares al eje cristalográfico c. Debido a la debilidad de enlaces entre los sándwiches, la molibdenita presenta muy buena exfoliación {0001}. Forma dos politipos, uno hexagonal (2H) y otro romboédrico (3R) Propiedades físicas: Color: Gris plomo algo azulado Figura Estructura cristalina de molibdenita

23 Raya: Negra grisácea o verdusca Brillo: Metálico algo mate Dureza: 1 a 1,5 Peso específico: 4,65 Óptica: Opaco. Blanco, fuerte pleocroismo de blanco a gris, fuerte anisotropismo. Otras: Tacto graso, flexible y superficie escamosa. Origen y Yacimientos: Pegmatítico neumatolítico. Neumatolítico de contacto. Hidrotermal de alta temperatura. Ortomagmático accesorio en ciertos granitos. En España aparece en: Cuevas de Salavé, Infiesto, Presnos y Selviella (Asturias). Como indicios en Lousane y San Finx de Noya (La Coruña). En Costabona y Espinavell (Gerona), así como en Sant Cugat del Vallés, Gualba, Palamós, Caldas de Montbui o Sant Feliú de Guixols. En Valdeteja (León), asociado a calcopirita.en granitos de la sierra del Guadarrama en Villacastín (Segovia), Moralzarzal, Hoyo del Manzanares o Torrelodones (Madrid). En el batolito de Los Pedroches (Córdoba), al sur de Badajoz y en ciertas localidades de Málaga.

24 SULFOSALES El termino "sulfosal" proviene de la semejanza de esta estructura a la de las sales de ácidos con oxígeno, donde el oxígeno ha sido sustituido por azufre. Las sulfosales difieren de los sulfuros en que el As y Sb juegan un papel bastante semejante al de los metales en la estructura, a diferencia de sulfuros. En las sulfosales aparecen grupos aislados de complejos de arsénico o antimonio y azufre. Minerales de esta clase son: Pirargirita Ag 3 SbS 3 Proustita Ag 3 AsS 3 Tetraedrita Cu 12 Sb 4 S 13 Tennantita Cu 12 Sb 4 S 13