The clayey fissural fillings associated with N100º-110ºE fractures at the El Berrocal uranium mine (Sierra de Gredos, Spain): characterization, genesis and retention capacity of radioactive and other elements

Abstract

[ES] En relación con los procesos de migración/retención de los radionucleidos naturales en un medio granítico fisurado se han estudiado los rellenos fisurales arcillosos (< 60 μm y < 2 μm) asociados con las fracturas N100-110 ºE de la mina de U de El Berrocal. La fractura rellena por el filón de cuarzo mineralizado con pirita, calcopirita, esfalerita y galena; y posteriormente por pirita, pechblenda, calcita y barita, pertenece también a dicha familia de fracturas. De acuerdo con los datos difractométricos, termogravimétricos, de energías dispersivas de rayos X acoplado a sendos microscopios electrónicos de barrido y transmisión y del análisis del complejo catiónico de cambio, los rellenos arcillosos están esencialmente constituídos por cuarzo, sericita, ilita, beidellita cálcico-magnésica, feldespato potásico, albita, apatito y ocasionalmente caolinita. La monacita, torbernita, autunita, otros fosfatos de Ca, Y, Ce, La y TR no clasificados, sulfato férrico, jarosita, yeso, barita, calcita, silicatos de Pb, oxihidróxidos de Fe, gibbsita, geles de Al y geles silicatados complejos de TR están como trazas en la fracción < 2 μm. Desde el punto de vista geoquímico, la fracción < 2 μm de las muestras está enriquecida en U, Th, V, Cu, Zn, Sn, Ni, As, Ba, Ca y C orgánico, en relación con la fracción < 60 μm. Además, el CI está presente, en concentraciones importantes, en casi todos los minerales y mineraloides de la fracción < 2 μm. Estos datos sugieren que los materiales arcillosos estudiados se originaron por alteración hidrotermal de las harinas de falla, durante la fase -110 ºE de fracturación. De acuerdo con los datos de δ 18O obtenidos del cuarzo filoniano y de la fracción < 2 μm de las muestras, el proceso de arcillización se produjo probablemente en dos fases. La primera, de naturaleza sericítico-ilítica, se originó por la interacción entre las harinas graníticas de falla y soluciones hidrotermales ácidas, ricas en KCI, en un rango de temperaturas comprendido entre 70-120 °C. La segunda fase, de naturaleza esmectítica, se produjo probablemente durante los procesos de alteración meteórica, antiguos y/o actuales, por fuerte lixiviación del K de la sericita-ilita preexistentes. Esta fase de alteración meteórica pudo ser también la responsable de la transformación de la ilita y, probablemente, la esmectita en caolinita, en aquellas fracturas mineralizadas con sulfuros. La jarosita, los sulfatos de Fe, el yeso, la torbernita, la autunita, la gibbsita y los geles de Al se originarían probablemente también en esta última fase de alteración meteórica. Los minerales y mineraloides accesorios neoformados juegan un papel importante en la retención, por precipitación o adsorción, de los elementos radiactivos, U y Th, Yotros análogos, Y, Ce, La, REE, liberados durante la alteración hidrotermal del granito y meteórica de la mineralización uranífera. El Th está principalmente en la estructura de la monacita heredada. La lixiviación secuencial del U indica que los oxihidróxidos de Fe y los carbonatos retienen cantidades relativamente importantes de dicho elemento, mientras que los minerales de la arcilla no parecen jugar un papel importante en la retención del U por adsorción. No obstante, pudieron actuar como una barrera físico-química para la precipitación de los fosfatos de UO2++. El alto contenido en C orgánico de la fracción arcilla de las muestras puede explicarse por la actividad bacteriana actual observada en los rellenos fisurales, o por la presencia de ácidos orgánicos, transportados por las aguas percolantes desde la superficie topográfica. En este último caso, han podido formarse complejos orgánico-arcillosos.

[EN] The clayey fissural fillings (< 60 μm and < 2 μm fractions) associated with the N100-110 ºE fractures, at the El Berrocal U mine, have been studied in relation to the natural radionuclide migration/retention processes in a fissured granitic environment. The fracture filled with pyrite, chalcopyrite, sphalerite, galena-bearing quartz, later mineralized by pyrite, pitchblende, carbonate and barite also belongs to that fracture seto According to the data obtained by X-ray diffraction, thermal and thermogravimetric analyses, EDX coupled to both scanning and transmission electron microscopes and cation exchange methods, the clayey fissural fillings are essentially composed of quartz, sericite, illite, Ca/Mg beidellite, K-feldspar, albite, apatite and occasional kaolinite. Traces of monazite, torbernite, autunite, other unidentified Ca, Y, Ce, La and REE phosphates, ferric sulfates, jarosite, gypsum, barite, calcite, Pb silicates, Fe-oxyhydroxides, gibbsite, Al gels and REE silicate complex gels have been also detected in the < 2 μm fraction. From a geochemical point ofview, the < 2 μm fractions, in relation to the < 60 μm fractions, are very positively anomalous in U, Th, Y, Cu, Zn, Sn, Ni, As, Ba, Ca and organic C. Furthermore, Cl is present, in important amounts, in almost all of the essential and accessory minerals and mineraloids in the < 2 μm fractions. These data suggest that the clayey materials analyzed were mainly produced by hydrothermal alteration of the granitic gouges during the N100-110 ºE fracturation phase. Based on the δ 18O data obtained from the quartz vein and the < 2 μm fractions, the argillitization process was probably produced by two phases. The first, of sericitic-illitic nature, was caused by the interaction between acid, KCI-rich hydrothermal solutions and the granitic fault gouges, at a temperature range between 70-120° C. The second, of smectitic nature, was probbly produced during ancient and/or present weathering processes by strong K leaching of the pre-existing sericite-illite, at room temperature. During the weathering phases, illite and probbly smectite were transformed to kaolinite in those fractures with sulfide mineralizations. Jarosite, ferric sulfates, gypsum, torbernite, autunite, gibbsite and Al gels were also probbly formed. The new formed accessory minerals and mineraloids play an important role, either by adsorption or precipitation, in the retention of the radioactive elements, U and Th, and other analogous elements, Y, Ce, La, REE, released during the hydrothermal alteration of the granitic fault gouges and weathering of the uraniferous mineralization. Th is mainly heId in inherited monazite. The U sequential leaching indicates that Fe oxyhydroxides and carbonates are important mineral phases for U retention. On the contrary, the clay minerals do not seem to play an important role in the U retention by adsorption, but they do work as a physico-chemical barrier for the UO2++ phosphate precipitation. The high organic C content in the clay fractions could be due to present biological activity in the clayey fissural filling or to organic acids transported from the topographic surface by the percolating water. In this last case, organie-clay complexes would probbly be formed.