Esfalerita

Esfalerita (a veces escrito esfaelerita) es un mineral de sulfuro con la fórmula química (Zn,Fe)S. Es el mineral más importante de zinc. La esfalerita se encuentra en una variedad de tipos de depósitos, pero se encuentra principalmente en depósitos de sulfuros masivos exhalativos sedimentarios, tipo Mississippi-Valley y volcanogénicos. Se encuentra en asociación con galena, calcopirita, pirita (y otros sulfuros), calcita, dolomita, cuarzo, rodocrosita y fluorita.

El geólogo alemán Ernst Friedrich Glocker descubrió la esfalerita en 1847, nombrándola en base a la palabra griega sphaleros, que significa "engañar", debido a la dificultad de identificar el mineral.

Además del zinc, la esfalerita es un mineral de cadmio, galio, germanio e indio. Se sabe que los mineros se refieren a la esfalerita como blenda de zinc, black-jack y rubí blenda. Marmatite es una variedad de color negro opaco con un alto contenido en hierro.

Hábito y estructura del cristal

La estructura cristalina de la esfalerita

La esfalerita cristaliza en la estructura cristalina cúbica de zincblenda centrada en las caras, que lleva el nombre del mineral. Esta estructura es miembro de la clase de cristal hextetraédrico (grupo espacial F43m). En la estructura cristalina, tanto el azufre como los iones de zinc o hierro ocupan los puntos de una red cúbica centrada en las caras, con las dos redes desplazadas entre sí de manera que el zinc y el hierro están tetraédricamente coordinados con los iones de azufre, y viceversa. Los minerales similares a la esfalerita incluyen los del grupo de la esfalerita, que consiste en esfalerita, colaradoita, hawleyita, metacinabria, stilleita y tiemannita. La estructura está estrechamente relacionada con la estructura del diamante. El polimorfo hexagonal de la esfalerita es wurtzita y el polimorfo trigonal es matraita. La wurtzita es el polimorfo de mayor temperatura, estable a temperaturas superiores a 1020 °C (1870 °F). La constante de red para el sulfuro de zinc en la estructura cristalina de la blenda de zinc es de 0,541 nm. La esfalerita se ha encontrado como un pseudomorfo, tomando la estructura cristalina de galena, tetraedrita, barita y calcita. La esfalerita puede tener maclas según la ley de la espinela, donde el eje de maclas es [111].

La fórmula química de la esfalerita es (Zn,Fe)S; el contenido de hierro generalmente aumenta con el aumento de la temperatura de formación y puede alcanzar hasta el 40%. El material se puede considerar un compuesto ternario entre los extremos binarios ZnS y FeS con composición Zn_xFe_(1-x)S, donde x puede variar desde 1 (ZnS puro) a 0,6.

Toda la esfalerita natural contiene concentraciones de diversas impurezas, que generalmente sustituyen al zinc en la posición de catión en la red; las impurezas de cationes más comunes son el cadmio, el mercurio y el manganeso, pero el galio, el germanio y el indio también pueden estar presentes en concentraciones relativamente altas (de cientos a miles de ppm). El cadmio puede reemplazar hasta el 1% del zinc y el manganeso generalmente se encuentra en la esfalerita con una gran abundancia de hierro. El azufre en la posición de anión se puede sustituir por selenio y telurio. La abundancia de estas impurezas está controlada por las condiciones bajo las cuales se formó la esfalerita; la temperatura de formación, la presión, la disponibilidad del elemento y la composición del fluido son controles importantes.

Propiedades

Propiedades físicas

La esfalerita posee una hendidura dodecaédrica perfecta, con seis planos de hendidura. En forma pura, es un semiconductor, pero pasa a ser un conductor a medida que aumenta el contenido de hierro. Tiene una dureza de 3,5 a 4 en la escala de dureza mineral de Mohs.

Se puede distinguir de minerales similares por su hendidura perfecta, su brillo resinoso distintivo y la veta marrón rojiza de las variedades más oscuras.

Propiedades ópticas

Fluores de esfaleto bajo luz ultravioleta. (Sternberg Museum of Natural History, Kansas, USA)

El sulfuro de zinc puro es un semiconductor de banda prohibida amplia, con una banda prohibida de alrededor de 3,54 electronvoltios, lo que hace que el material puro sea transparente en el espectro visible. El aumento del contenido de hierro hará que el material se vuelva opaco, mientras que varias impurezas pueden dar al cristal una variedad de colores. En sección delgada, la esfalerita exhibe un relieve positivo muy alto y aparece de incolora a amarillo pálido o marrón, sin pleocroísmo.

El índice de refracción de la esfalerita (medido con luz de sodio, longitud de onda promedio de 589,3 nm) oscila entre 2,37 cuando es ZnS puro y 2,50 cuando tiene un contenido de hierro del 40 %. La esfalerita es isotrópica bajo luz polarizada cruzada, sin embargo, la esfalerita puede experimentar birrefringencia si crece entrecruzada con su wurtzita polimorfa; la birrefringencia puede aumentar desde 0 (0% wurtzita) hasta 0,022 (100% wurtzita).

Dependiendo de las impurezas, la esfalerita emitirá fluorescencia bajo la luz ultravioleta. La esfalerita puede ser triboluminiscente. La esfalerita tiene una triboluminiscencia característica de color amarillo-naranja. Por lo general, las muestras cortadas en losas finales son ideales para mostrar esta propiedad.

Variedades

Gemmy, incoloro a verde pálido esfalerita de Franklin, Nueva Jersey (ver Franklin Furnace), son de color naranja y/o azul altamente fluorescentes bajo luz ultravioleta de onda larga y se conocen como cleiophane, un ZnS casi puro variedad. Cleiophane contiene menos del 0,1% de hierro en la estructura cristalina de esfalerita. La marmatita o christofita es una variedad de esfalerita de color negro opaco y su coloración se debe a las altas cantidades de hierro, que pueden llegar hasta el 25%; marmatita lleva el nombre del distrito minero de Marmato en Colombia y christophite lleva el nombre de la mina St. Christoph en Breitenbrunn, Sajonia. Tanto la marmatita como la cleiofana no están reconocidas por la Asociación Mineralógica Internacional (IMA). La esfalerita roja, naranja o marrón rojiza se denomina rubí blenda o rubí zinc, mientras que la esfalerita de color oscuro se denomina black-jack.

Tipos de depósito

La esfalerita se encuentra entre los minerales de sulfuro más comunes y se encuentra en todo el mundo y en una variedad de tipos de depósitos. La razón de la amplia distribución de la esfalerita es que aparece en muchos tipos de yacimientos; se encuentra en skarns, depósitos hidrotermales, lechos sedimentarios, depósitos de sulfuros masivos volcanogénicos (VMS), depósitos tipo valle de Mississippi (MVT), granito y carbón.

Exhalativo sedimentario

Aproximadamente el 50 % del zinc (de la esfalerita) y el plomo provienen de depósitos exhalativos sedimentarios (SEDEX), que son sulfuros estratiformes de Pb-Zn que se forman en las fuentes del lecho marino. Los metales se precipitan de los fluidos hidrotermales y se alojan en lutitas, carbonatos y limolitas ricas en materia orgánica en cuencas de arco posterior y fisuras continentales fallidas. Los principales minerales en los depósitos de SEDEX son esfalerita, galena, pirita, pirrotita y marcasita, con sulfosales menores como tetraedrita-freibergita y boulangerita; el grado de zinc + plomo típicamente oscila entre 10 y 20%. Las minas SEDEX importantes son Red Dog en Alaska, la mina Sullivan en Columbia Británica, Mount Isa y Broken Hill en Australia y Mehdiabad en Irán.

Tipo Mississippi-Valle

Al igual que SEDEX, los depósitos de tipo Mississippi-Valley (MVT) también son depósitos de Pb-Zn que contienen esfalerita. Sin embargo, solo representan del 15 al 20 % del zinc y el plomo, son un 25 % más pequeños en tonelaje que los depósitos de SEDEX y tienen leyes más bajas de 5 a 10 % Pb + Zn. Los depósitos de MVT se forman a partir de la sustitución de rocas carbonatadas como la dolomía y la caliza por minerales; se ubican en plataformas y cinturones de cabalgamiento de antepaís. Además, son estratoligados, típicamente fanerozoicos en edad y epigenéticos (se forman después de la litificación de las rocas carbonatadas). Los minerales del mineral son los mismos que los depósitos de SEDEX: esfalerita, galena, pirita, pirrotita y marcasita, con sulfosales menores. Las minas que contienen depósitos MVT incluyen Polaris en el ártico canadiense, el río Mississippi en los Estados Unidos, Pine Point en los Territorios del Noroeste y Admiral Bay en Australia.

Sulfuro masivo volcánico

Los depósitos de sulfuro masivo volcánico (VMS) pueden ser ricos en Cu-Zn o Zn-Pb-Cu, y representan el 25 % de las reservas de Zn. Hay varios tipos de depósitos de VMS con una variedad de contextos regionales y composiciones de roca huésped; una característica común es que todos están albergados por rocas volcánicas submarinas. Se forman a partir de metales como el cobre y el zinc que son transferidos por fluidos hidrotermales (agua de mar modificada) que los lixivian de rocas volcánicas en la corteza oceánica; el fluido saturado de metal sube a través de fracturas y fallas a la superficie, donde se enfría y deposita los metales como depósito VMS. Los minerales más abundantes son pirita, calcopirita, esfalerita y pirrotita. Las minas que contienen depósitos VMS incluyen Kidd Creek en Ontario, Urals en Rusia, Troodos en Chipre y Besshi en Japón.

Localidades

Los principales productores de esfalerita incluyen Estados Unidos, Rusia, México, Alemania, Australia, Canadá, China, Irlanda, Perú, Kazajstán e Inglaterra.

Las fuentes de cristales de alta calidad incluyen:

Usos

Mineral metálico

La esfalerita es un mineral importante de zinc; alrededor del 95% de todo el zinc primario se extrae del mineral de esfalerita. Sin embargo, debido a su contenido variable de oligoelementos, la esfalerita también es una fuente importante de varios otros metales, como cadmio, galio, germanio e indio, que reemplazan al zinc. Los mineros originalmente llamaban al mineral blenda (del alemán ciego o engañoso) porque se parece a la galena pero no produce plomo.

Latón y bronce

El zinc de la esfalerita se usa para producir latón, una aleación de cobre con un 3-45 % de zinc. Las composiciones de aleaciones de elementos principales de objetos de latón proporcionan evidencia de que los islámicos usaban esfalerita para producir latón desde la época medieval entre los siglos VII y XVI d.C. Es posible que la esfalerita también se haya utilizado durante el proceso de cementación del latón en el norte de China durante los siglos XII y XIII d.C. (dinastía Jin). De manera similar al latón, el zinc en la esfalerita también se puede usar para producir ciertos tipos de bronce; el bronce es predominantemente cobre, que está aleado con otros metales como estaño, zinc, plomo, níquel, hierro y arsénico.

Otro

• Yule Marble – la esfalerita se encuentra como intrusiones en mármol yule, que se utiliza como material de construcción para el Lincoln Memorial y Tumba de los Desconocidos.
• El hierro galvanizado – zinc de la esfalerita se utiliza como un revestimiento protector para prevenir la corrosión y el oxidado; se utiliza en torres de transmisión de energía, clavos y automóviles.
• Baterías
• Gemstone

Galería

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  Sphalerite and barite from Cumberland Mine, Tennessee, USA

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  Sphalerite en dolostone, desde Millersville Quarry, Ohio, USA

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  Tan cristal de calcita unido a un racimo de cristales de esfalerita negra

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  Sharp, tetraedral sphalerite cristals with minor associated chalcopyrite from the Idarado Mine, Telluride, Ouray District, Colorado, USA

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  Cristal de esfalerita de color rojo cereza gemido (1.8 cm) de la provincia de Hunan, China

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  Cristales esfareos de Áliva, Camaleño, Cantabria (España)

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  fluorita púrpura y esfalerita, de la mina Elmwood, condado Smith, Tennessee, EE.UU.

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  Cristal esfarerito en brachiopod geodizado

Lectura adicional

• Manual de Mineralurgia de Dana ISBN 0-471-03288-3
• Webster, R., Read, P. G. (Ed.) (2000). Gems: Sus fuentes, descripciones e identificación (5a edición), pág. 386. Butterworth-Heinemann, Gran Bretaña. ISBN 0-7506-1674-1