Simulación de procesos de lixiviación y precipitación de cobre en depósitos estratoligados de Cu-(Ag) mediante modelos de transporte reactivo

Abstract

Los depósitos estratoligados de Cu-(Ag) ocurren a lo largo de la Cordillera de la Costa en la zona centro y norte de Chile (22°-30°S) y están asociados a rocas volcánicas y volcano-sedimentarias del Jurásico y Cretácico Inferior. A pesar de que estos depósitos constituyen una importante fuente de cobre a nivel nacional, su origen es un tema controversial. Existen dos modelos principales que intentan explicar su génesis: 1) un modelo magmático-hidrotermal, que plantea que el fluido y los metales de estos yacimientos provienen de un magma que se emplaza en la corteza; y 2) un modelo de lixiviación de roca de caja, donde el fluido sería calentado por un cuerpo intrusivo cercano, lixiviaría el contenido metálico de las rocas volcánicas, y precipitaría el cobre como sulfuros en zonas u horizontes favorables. Si bien los modelos genéticos existentes se basan en la evidencia geológica, mineralógica y geoquímica obtenida en diversos depósitos estratoligados chilenos, son todavía escasos los estudios que aborden un análisis cuantitativo de los procesos que operan en la génesis de estos yacimientos. En particular, no existen estudios que testeen el modelo de lixiviación de roca de caja mediante un análisis tanto de las propiedades de transporte del fluido, como de las reacciones químicas y sus controles termodinámicos y cinéticos. En este contexto, el presente trabajo tiene por objetivo investigar, utilizando modelos de transporte reactivo, los factores que controlan la lixiviación y precipitación de cobre en depósitos estratoligados de Cu-(Ag) en Chile. El trabajo se centró en la elaboración de un modelo de transporte reactivo con el software Crunchflow, el cual permite visualizar los cambios que produce el paso de un fluido en un medio que simula ser la roca de caja característica de los depósitos estratoligados. El modelo permite crear primero un escenario de lixiviación de cobre de la roca de caja y luego otro de precipitación de sulfuros de cobre, y variar las condiciones fisicoquímicas a las que están sometidos estos procesos. De esta forma, es posible determinar cuáles son los factores que tienen mayor incidencia en el sistema, lo que permite profundizar en la factibilidad del modelo genético de lixiviación de roca de caja. Para el escenario de lixiviación, las simulaciones numéricas realzan la importancia de que el fluido que extraería el cobre de las secuencias volcánicas sea de carácter oxidante. Además, destacan que una baja salinidad y un aumento de la temperatura harían más eficiente la extracción de cobre de la roca de caja, mientras que los cambios en el pH no tendrían una influencia gravitante. Por otra parte, para la precipitación del cobre desde el fluido, se destaca el rol de la pirita como fase pre-existente en la roca de caja, lo que reduce el fluido rico en cobre y gatilla la precipitación de sulfuros de cobre. Adicionalmente, la disminución de la temperatura y la salinidad del fluido mineralizador, y un aumento del pH de éste, potencian la eficiencia de la precipitación de cobre, favoreciendo a la génesis de depósitos estratoligados de Cu-(Ag). Los hallazgos de este estudio indican que un fluido circulante profundo no tiene la capacidad de lograr una concentración de cobre suficiente mediante lixiviación de la roca de caja para formar un depósito estratoligado. Por consiguiente, se sugiere que dicho fluido debería tener una contribución variable de origen hidrotermal-magmático. Estos fluidos habrían depositado el cobre al interactuar con un agente reductor, como pudo ser la pirita o la materia orgánica (bitumen o pirobitumen), los que se generaron previamente al evento de mineralización principal de cobre. Además, la mezcla del fluido mineralizador con fluidos meteóricos habría favorecido la eficiencia de la precipitación de sulfuros de cobre durante la etapa de mineralización principal.