GENESI DEI MINERALI
Un minerale si può formare per cristallizzazione da:
• Una fase gassosa, liquida o solida
• Una reazione di più fasi solide
• Per reazione di un solido con un liquido
La formazione di un minerale è generata da variazioni
dell’ambiente chimico o fisico (variazioni di T e P, dei
componenti nel sistema, del pH, del potenziale di
ossiriduzione ecc.).
Da fase gassosa genesi pneumatolitica
Da fase liquida genesi magmatica, idrotermale,
sedimentaria
Da fase solida genesi metamorfica
Genesi Magmatica
Il processo magmatico o eruttivo produce minerali, solitamente cristallizzati, in quattro fasi
diverse, che prendono il nome di ortomagmatica, pegmatitica, pneumatolitica, idrotermale.
Fase Ortomagmatica
La fase ortomagmatica si divide in intrusiva ed effusiva Nella fase intrusiva le sostanze
volatili come fluoro, cloro, boro e vapore acqueo, partecipano molto scarsamente alla
cristallizzazione, perciò si concentrano nel residuo magmatico, aumentando la pressione
interna e mantenendo allo stato fuso il residuo stesso a temperature relativamente basse,
dell'ordine di 600-700°C.
Quando i magmi si avvicinano alla
superficie o escono all'esterno ha origine
la fase effusiva: il raffreddamento è
rapido e la pressione è molto inferiore a
quella esistente a grande profondità.
Alcuni minerali utilizzati come gemme
hanno origine ortomagmatica sono:
olivina, peridoto [Mg,Fe2SiO4] e
zircone [ZrSiO4].
Il diamante C è legato a rocce
mantelliche (Kimberliti) di camini
Kimberlitici di esplosione.
I plutoni basici stratificati
Le intrusioni basiche stratificate sono corpi intrusivi che mostrano strati (Layers)
di differente composizione modale. La "stratificazione" è un processo igneo che
dipende essenzialmente dalla natura dei processi di frazionamento e dall'effetto
della gravità
Nella solidificazione di magmi basici-ultrabasici intrusivi (ofioliti, plutoni basici)
si hanno condizioni per arricchimento di :
- Pt ed elementi del gruppo del Pt (PGE),
Pt nativo e altri
- cromite FeCr2O4
- Ni, pirrotina FeS, niccolite NiAs
A rocce basiche sono pure legati accumuli
di :
- magnetite Fe3O4,
- titanomagnetite Fe(Fe,Ti)2O4,
- ilmenite FeTiO3
- pirrotina nichelifera e cupifera (Fe, Ni,
Cu)8S9
- apatite Ca5(OH,Cl,F)(PO4)3
Le carbonatiti sono rocce intrusive o effusive formate dal più del 50% di
Carbonati. Le carbonatiti formano solitamente piccoli corpi intrusivi associati
a magmi ultra-alcalini.
Le carbonatiti possono contenere concentrazioni elevate di minerali (apatite,
barite, vermiculite) e di elementi chimici (terre rare, niobio, fosforo, tantalio,
uranio, torio etc) economicamente importanti.
Genesi pneumatolitica
Cristallizzazione da un liquido silicatico ricco di H2O.
T= 600-500°C. Rocce tipiche sono le pegmatiti
Bassa viscosità
Formazione di cristalli grandi
Concentrazione di elementi rari
Minerali rari
La maggior parte dell’H2O passa alla fase idrotermale.
Minerali: uraninite, berillo, spodumene (pirosseno di Li), mica muscovite.
Genesi idrotermale
Cristallizzazione da un liquido acquoso ricco di silicati.
T< 500°C.
Diminuzione di T e variazione di pH.
Raffreddamento
perdita di P
risalita verso la superficie
sorgenti termali.
Minerali : quarzo, pirite, fluorite, blenda, galena, calcite.
PEGMATITI
Le pegmatiti sono accumuli di feldspati, miche e quarzo (pegmatiti granitiche)
oppure nefelina (pegmatiti nefelinsienitiche) e sono fonte industriale di questi
minerali.
Sono fasi finali di cristallizzazione di liquidi residui (granitici o nefelinsienitici)
con forte arricchimento in gas sino a sovrasaturazione. I silicati del fuso saturo in
gas (alcali feldspati, miche, quarzo o nefelina) cristallizzano in grandi cristalli.
Cristallizzano anche molti elementi generalmente sottosaturi nel magma e ora
concentrati sino a saturazione.
Durante il processo si hanno complesse interazioni tra il gas (iuvenile e/o di
contaminazione crostale) e il magma residuo con complessi fenomeni di
precipitazioni, ridissoluzioni, sostituzioni in solido ecc.
Circa il 90% delle pegmatiti sono sterili. Il 10% sono ricche di minerali di importanza
industriale. Le pegmatiti hanno elevate abbondanze in elementi minori quali Be, B, Li, Mo,
Sn, W, Ta, Nb, Zn, REE, Y, U, Th, F).
Minerali che si rinvengono nelle pegmatiti:
Berillo
Be3Al2Si6O18
Tormalina
Na(Mg,Fe) 3Al6(BO3) 3Si6 O18(OH,F)4
Lepidolite
K (Li1-2Al1-2Fe0-2) (F,OH)2(Si3-4Al1-0) O 10
Zinnwaldite
K(Li,Fe,Al)(F,OH) 2Si3AlO10
Molibdenite
MoS2
Cassiterite
SnO2
Wolframite
(Fe,Mn)WO4
Scheelite
CaWO4
Columbite
(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6 tantalite-niobite
Pyrocloro
(Ca,Na) 2 (Nb,Ta)2O6 (O, OH ,F)
Zircone
ZrSiO4
Baddeleyte
ZrO2
Monazite
(Ce,La,Th)PO4 [il Ce è il principale elemento delle REE]
Xenotimo
YPO4
Torianite
(Th,U,Ce)O2
Samarskite
(Ce,Y,Fe,U,Zr) (Nb,Ta,Ti,Sn) 2 (O,OH)6
Uraninite o Pechblenda
UO2
Fluorite
CaF2
Criolite
Na3AlF6
Spodumene
LiAlSi2O6
e molti altri più rari, ma talora economicamente importanti.
Vi sono inoltre pegmatiti con oro, ad apatite, a granati, a grafite e a corindone.
Molti minerali delle pegmatiti, grazie alla favorevole cristallizzazione e alla loro
limpidezza e colorazione sono gemme: tormalina, corindone, spodumene,
zircone, berillo, granati, quarzo rosa.
Talora nelle pegmatiti si accumulano silicati di Al utilizzabili: sillimanite,
cianite, andalusite, Al2SiO5, dumortierite (Al,Fe)7 O3 (SiO4)3 (BO3).
Molti minerali delle pegmatiti possono proseguire a formarsi nel processo
idrotermale
Processo sedimentario
1. Alterazione trasporto sedimentazione meccanica
conglomerati, arenarie, argille
2. Alterazione trasporto sedimentazione chimica
evaporiti
3. Alterazione trasporto sedimentazione biologica
depositi organogeni
La funzione geochimica del processo sedimentario è di esasperare la differenziazione
geochimica fino a composizioni estreme (calcari, dolomie, quarziti, bauxiti, evaporiti ecc.),
anche se questa tendenza è di fatto spesso annullata dalle mescolanze meccaniche.
Importanti arricchimenti di minerali industriali si hanno in condizioni estreme del processo
sedimentario (condizioni molto ossidanti o molto riducenti, condizioni protette dal
rimescolamento, di pH molto alto ecc.) e nell'incontro tra fenomenologie vulcaniche
(esalative) e sedimentarie marine.
Alterazione:
Attraverso il processo di alterazione meccanica, fisica e chimica le rocce
subiscono delle trasformazioni che possono interessare le originali fasi
mineralogiche.
Particolarmente importante è la alterazione chimica che determina la
formazione di soluzioni liscivianti e minerali di neo formazione.
L’alterazione chimica porta modificazioni della composizione chimica
originaria con arricchimento in SiO2 e Al2O3 e impoverimenti in CaO,
Na2O, K2O.
Precipitazione chimica
Per evaporazione del sovente – Evaporiti gesso, anidrite, salgemma,
cloruri, solfati, carbonati)
Per variazioni del pH o del potenziale redox – fosfati, limonite
(ossido e idrossido di Fe), bauxite (ossidi e idrossidi di Al) minerali
argillosi, minerali criptocristallini – colloidali ricchi in H2O
Precipitazione biochimica
Legata alla attività biologica (fossili) calcari e selci chimicamente
specializzati (SiO2 e CaCO3 puri)
Diagenesi
Indica l’insieme dei processi ai quali è soggetto un sedimento nel bacino di
sedimentazione. Durante questo processi si assiste a un cambiamento nella
struttura e/o composizione chimica e mineralogica del sedimento dovuto ad un
aumento di T e P dovuto al seppellimento; percolazione di soluzioni nei pori
Depositi di evaporazione o salini
L'evaporazione di bacini continentali in zone desertiche o aride e di bacini marini in condizioni
geologiche estreme produce la precipitazione di molti sali.
Marini:
Calcite
Salgemma
Glauberite
Mirabilite
Thenardite
Polihalite
Gesso
Anidrite
Silvite
Carnallite
Kainite
Kieserite
Epsomite
ecc.
Continentali:
Borati: moltissimi Esempi:
Colemanite
Ulexite
Borace
Sassolite
Boracite
Nitrati e iodati:
Sodanitro
Salnitro
Lantarite
CaCO3
NaCl
CaNa2(SO4)2
Na2SO4•10H2O[l’antico «sale mirabile di Glauber» degli alchimisti)
Na2SO4
K2Ca2Mg(SO4)4•2H2O
CaSO4•2H2O
CaSO4
KCl
KMgCl3•6H2O
KMgClSO4 •3H2O
MgSO4 •H2O
MgSO4 •7H2O
Ca[B3O4(OH)3]• H2O
NaCaB5O6 (OH)6 •5H2O
Na2B4O7 •10H2O
H3BO3
Mg3B7O13Cl
NaNO3
KNO3
Ca(IO3)2
PRINCIPALI ARRICCHIMENTI SEDIMENTARI
Ossidazione e arricchimento secondario (rigenerazione)
I depositi idrotermali a solfuri sono instabili alle condizioni ossidanti di superficie e
danno luogo a croste di ossidazione ("cappellaccio di ferro) dominato da limonite con
ossidi, idrossidi, carbonati e solfati di metalli pesanti e anche da metalli nativi (Cu, Ag,
Au) generati da ossidazione parziale di solfuri.
Limonite
(goethite a lepidocrocite FeOOH, mescolanza con Fe(OH)3 o
FeOOH,H2O amorfi)
Manganite
MnOOH
Pirolusite
MnO2
Psilomelano
(mescolanza di Mn-ossidi e idrossidi +varie impurità di Ba)
Cuprite
Cu2O
Malachite
Cu2 (OH)2CO3
Azzurrite
Cu3 (OH)2 (CO3) 2
Crisocolla
CuSiO3 ٠ nH2O
Anglesite
PbSO4
Cerrusite
PbCO3
Smithsonite
ZnCO3
Emimorfite o colamina Zn4(OH)2Si2O7٠H2O
Cu nativo
Ag "
(Au)” sono i principali minerali della zona di ossidazione
Le soluzioni messe in moto nella zona di ossidazione portano
metalli pesanti verso il basso e nei livelli sottostanti, poveri
di ossigeno , rigenerano solfuri secondari e solfosali, talora
con notevole arricchimento metallico.
Per esempio:
calcosina
Cu2S
covellina
CuS
bornite
Cu5FeS4
argentite
Ag2S
solfosali di
Ag e Cu
I giacimenti di ossidazione e rigenerazione fanno tutt'uno, dal
punto di vista estrattivo, con i depositi primari, a parte
piccole diversificazioni delle strategie di arricchimento.
DEPOSITI ALLUVIONALI E DETRITICI : I PLACERS
I placers sono depositi costituiti da materiale alluvionale, eluviale e colluviale
contenente minerali preziosi, in quantità, economicamente abbondante, come oro,
platino, diamanti e stagno (cassiterite). Perché un minerale possa trovarsi in un
placer è necessario che sia resistente all’acqua e all’azione abrasiva e che sia un
minerale pesante. I minerali tipici dei placers eluviali prendono il nome di
“float”. Solitamente il minerale utile si concentra e molti placers derivano da
depositi primari che sono troppo poveri o piccoli per essere sfruttati direttamente.
Durante il trasporto del minerale è possibile trovare il minerale concentrato in
determinate zone, per esempio sotto le rapide o le cascate, negli stagni, nei laghi,
lungo il corso dei fiumi, nei depositi delle piane alluvionali, nei delta, etc. Si
conoscono placers marini ma si possono trovare anche placers fossili.
Elementi nativi inalterabili : Au (oro)
ossidi: cassiterite SnO2; ilmenite FeTiO3 ; magnetite Fe3O4; zaffiri e
rubini Al2O3; cromite
Fe2CrO4; rutilo TiO2;
silicati: zircone ZrSiO4; granati (Fe,Mg,Mn)3Al2Si3O12;
fosfati: monazite CePO4,
Sono depositi talora importanti soprattutto diamanti, platino, oro, gemme,
anche per i bassissimi costi di estrazione o raccolta
Depositi argillosi (alterazione sedimentaria o idrotermale)
Sono di particolare importanza i corpi tabulari argillosi (caolino, bentoniti)
derivati da alterazione di vulcaniti sialiche (trachiti, rioliti, riodaciti, latiti).
Sono di diffuso sfruttamento anche depositi argillosi sedimentati e, per usi meno
pregiati, anche rocce argillose poco diagenizzate usate come "tout-venant"
Principali minerali argillosi
Caolinite (dichite, nacrite)
Al4(OH)8Si4O10
il caolino è una roccia terrosa formata prevalentemente da caolinite.
Smectiti (minerali argillosi molto espandibili):
Montmorillonite
M+y [(Al2-yMgy)Si4O10(OH)2]-y nH2O
Beidellite
M+y[Al2 (Si4-yAly )O10(OH)2]-y nH2O
Nontronite
M+y [Fe2 (Si4-yAly )O10(OH)2]-y nH2O
Saponite
M+x-y[(Mg3-yAly)(Si4-xAlx)O10(OH)2] (x+y).nH2O
M+ = ione scambiabile: Na+, K+, Li+, Mg2+, Ca2+ ecc.
Bentonite è una roccia argillosa ricca di smectiti montmorillonitiche.
Vermiculite
Mg0.5-1[Mg,Fe,Al)3(Si,Al)4O10(OH)2] nH2O con
Mg>>altri
Illite
K1-y(Al,Mg,Fe)2Si4-yAlyO10(OH)2
Glauconite o
K1-y(Mg,Fe)3Si4-yAlyO10(OH)2
celadonite
Cloriti
(Mg6-x-yFeIIyAlx)(Si4-xAlx)O10(OH)8
Altri minerali argillosi utili
Garnierite
(Ni,Mg)6(OH)8Si4O10 (Nicrisotilo)
Paligorskite o
Mg2.5[(H2O)2 OH Si4O10 • 2H2O
Attapulgite (o schiuma di mare, usata per la produzione di
pipe da fumo).
Sepiolite
Mg4[(H2O)2(OH)2Si6O15 •4H2O
La garnierite forma croste di alterazione su serpentiniti, con
arricchimento indiretto di Ni.
La sepiolite e l’attapulgite sono diagenetico-sedimentarie in
livelli entro calcari e gessi.
Bauxiti e lateriti
Sono masse terrose entro calcari (bauxiti) per arricchimento e lisciviazione di
Si e altri ioni da soluzioni alcaline; o crostoni di alterazione in ambiente
alcalino e lisciviazione di tutto tranne Al e Fe, di rocce feldspatiche in
ambiente tropicale (lateriti).
Rappresentano l'estremo limite di arricchimento residuale, per lisciviazione, di
Al fino a 70% Al2O3
Minerali di bauxiti e lateriti:
Idrargillite
Al(OH)3
Diasporo
AlOOH
Allumogelo
Al(OH)3
e Limonite, Opale, Minerali argillosi
la solubilità dell’Al2O3 e della
SiO2 in funzione del pH.
L’idrossido di alluminio presenta un
minimo di solubilità per pH
compresi tra 4.5 e 9. La solubilità di
SiO2 varia invece con il pH, come
illustrato nella figura. A pH<4
l’allumina è più solubile della silice.
Nelle condizioni di minore acidità,
pH ≥ 7, (quella più comune alle
maggior parte delle acque naturali)
la solubilità della silice è maggiore
di quella dell’allumina. Per
dilavamento della prima, si ottiene
un arricchimento di allumina. Sono
probabilmente queste le condizioni
di formazione delle bauxiti e delle
lateriti.
Depositi ferrosi (e di manganese)
Sono sedimenti di ossidazione, precipitati da soluzioni soprattutto colloidali, o
crostoni di tipo lateritico su rocce basiche ricche di Fe, limonite e Mn-ossidi.
Più importanti i depositi in acque marine (e in minor misura, continentali) dove
apporti continui e abbondanti di Fe” in soluzione vengono concentrati e ossidati
anche per azione di microrganismi e precipitazione oolitica in lagune. I minerali
sono Fe-idrossidi con fosforiti e chamosite (cloriti ossidate)
(Fe”’,Mg,Fe”,Al)6(OH)8(Si,Al)8O10 in cui Fe”’ è prevalente, entro rocce
marnose, calcaree e silicee.
Questi possono essere grandissimi giacimenti, i più grandi dei quali sono ora
metamorfici (ematite e Fe-clorite in quarzite ) di età precambriana
Depositi di riduzione
I batteri riducenti favoriscono la precipitazione di pirite e altri solfuri Pt, Zn e Cu
disseminati in rocce argillose marnose.
Azione batterica di riduzione da gesso può produrre zolfo nativo (diagenetica
precoce)
Carboni, Petrolio, gas, bitumi, per gran parte marini, sono fondamentali
arricchimenti di materiali energetici accumulati da organismi per evoluzione
anaerobica.
Fosforiti
Apatite Ca5(OH,F,Cl)(PO4)3
Il processo metamorfico ha possibilità di arricchimento molto
minori degli altri processi, perché è un processo molto
conservativo chimicamente, malgrado le ricche, complesse
reazioni.
Molti giacimenti sono metamorfici, ma l'arricchimento è premetamorfico conservato dal metamorfismo. Solo per alcuni
minerali (sillimanite e cianite, quarzo, asbesto, smeriglio ecc.) la
genesi metamorfica è determinante.
Più che concentrazioni di elementi si tratta di minerali utili per le
loro proprietà mineralogiche derivati da protoliti già ricchi dei
relativi elementi, talora accumulati per segregazione metamorfica.
Nel metamorfismo tuttavia si possono avere inizi di fusione
anatettica che producono pegmatiti poco diverse da quelle
magmatiche. Si possono anche avere mobilizzazioni di materia che
possono portare a depositi idrotermali simili a quelli descritti.
Depositi metamorfici
Molitissimi, ma per lo più derivati da accumuli protolitici, cioè magmatici o
sedimentari pre-metamorfici.
Alcuni minerali utili, sono però di origine metamorfica come
brucite
Mg(OH)2
magnesite
MgCO3
talco
Mg3(OH)2Si4O10
pirofillite
Al2(OH)2Si4O10
Ca2Mg5 (OH)2Si8O22 [tremolite];
vari anfiboli fibrosi
Amianto
Mg7(OH)2Si8O22 [cummingtonite (antofillite)];
Na2(Mg,FeII)3FeIII2(OH)2Si8O22 [crocidolite o
“asbesto blu”]
crisotilo
Mg6(OH)8Si4O10
Smerigli: corindone Al2O3 + ematite Fe2O3 e magnetite Fe3O4
sillimanite, cianite, andalusite (Al2SiO5)
granato
(Fe, Mg, Mn, Ca)3(Al,Fe)2Si3O12
grafite C
derivata da depositi carboniosi.
