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TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XIX (1): e1675 (enero-abril. 2025)
https://vocero.uach.mx/index.php/tecnociencia
ISSN-e: 2683-3360
Nota Científica
Margaritasita: Un mineral exclusivamente
Chihuahuense
Margaritasite: an exclusively Chihuahuan mineral
*Correspondencia: fabian.faudoa@cimav.edu.mx (Fabián Guadalupe Faudoa-Gómez)
DOI: https://doi.org/10.54167/tch.v19i1.1675
Recibido: 25 de septiembre de 2024; Aceptado: 20 de enero de 2025
Publicado por la Universidad Autónoma de Chihuahua, a través de la Dirección de Investigación y Posgrado.
Editora de Sección: Dra. Mélida Gutiérrez
Resumen
La margaritasita [Cs2(UO2)2(VO4)2·nH2O] es un uranovanadato descrito hasta el día de hoy
únicamente en la Sierra Peña Blanca, Chihuahua. En este trabajo se comparten los resultados
obtenidos de la caracterización de margaritasita, empleando las técnicas de difracción de rayos X de
alta resolución (DRX-AR) y espectroscopía de estructura fina por la absorción de rayos X (EXAFS),
las cuales utilizan luz sincrotrón. Para este trabajo se realizó la caracterizacn en el sincrotrón de
Diamond Light Source estación B18 (en Reino Unido) y en el difractómetro de alta precisión de
Elettra en Triestre (Italia).
La margaritasita, con hábito tabular micrométrico entre 1 y 3 μm, presenta las fases margaritasita
pura y carnotita en solución sólida desordenada con una relación de potasio (K) y cesio (Cs) de 1:1,
acompañadas de cuarzo, montmorillonita, feldespato potásico y calcita. Mediante estructura de los
rayos X cerca del borde de absorción (por sus siglas en inglés XANES) y EXAFS se comprobó la
asociación de vanadio y cesio con uranio en la fase margaritasita. En el estudio se caracterizó la
estructura del prisma pentagonal uranilo determinando las distancias de unn entre el uranio y el
oxígeno U-O, característica de los uranovanadatos.
Palabras clave: margaritasita, Chihuahua, sincrotrón, EXAFS
Abstract
Margaritasite [Cs2(UO2)2(VO4)2-nH2O] is, to date, a uranovanadate exclusive of the Sierra Peña
Blanca, Chihuahua. In this work we share the results obtained by the characterization of
Fabián Guadalupe Faudoa-Gómez1, María Elena Montero-Cabrera1, Hilda Esperanza Esparza-
Ponce1, Luis Edmundo Fuentes-Cobas1, Jesús Canche-Tello1
1 Centro de investigación en materiales avanzados (CIMAV). Avenida Miguel de Cervantes #120, Complejo
Industrial Chihuahua
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margaritasite, employing the techniques of high-resolution X-ray diffraction (HRXRD) and fine
structure X-ray absorption (EXAFS) using synchrotron light. The characterization was performed at
the Diamond Light Source Synchrotron station B18 (United Kingdom) and at the high precision
diffractometer of Elettra in Triestre (Italy).
The margaritasite, with micrometric tabular habit (1 - 3 μm), presents the phases pure margarite and
carnotite in disordered solid solution K-Cs in 1:1 ratio, accompanied by quartz, montmorillonite,
potassium feldspar and calcite. X-ray absorption near edge structure (XANES) and EXAFS were used
to determine the association of vanadium and cesium with uranium in the margaritasite phase. The
study characterized the structure of the uranyl pentagonal prism by determining the U-O bond
distances, characteristic of uranovanadates.
Keywords: margaritasite, Chihuahua, synchrotron, EXAFS.
1. Introducción
La margaritasita se ha encontrado en la Sierra Peña Blanca (SPB), que se ubica a 70 km al
noreste de Ciudad Chihuahua, que alberga depósitos de uranio de importancia a nivel nacional. En
la década de los 1980´s se estimaron reservas totales de 1224 toneladas de óxido de uranio (U3O8).
Entre los depósitos más importantes de la zona se encuentran (Fig. 1): Nopal 1, Puerto III, Domitila y
Margaritas (Salas y Nieto, 1991). El proyecto minero inicial en el que se establecieron algunos tajos y
una serie de avances en mina subterránea, se canceló. En la actualidad en SPB hay una gran cantidad
de mineral no procesado, en apilamientos rocosos, así como permanecen restos de las instalaciones
hechas para extraer uranio y molibdeno en la zona (Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares,
2023). El Servicio Geológico Mexicano (SGM) ha realizado trabajos de exploración y reevaluación de
reservas de uranio.
En estudios en la mina Margaritas realizados por la investigadora K. Wenrich y sus colaboradores
(Wenrich et al., 1982) permitieron el descubrimiento de minerales del tipo urano-vanadatos de
potasio, de calcio y como caso único en el planeta de cesio. El mineral urano-vanadato de cesio fue
bautizado “margaritasita”, fórmula química nominal [Cs2(UO2)2(VO4)2·nH2O]. Previamente solo se
había obtenido un compuesto sintético análogo a la carnotita [K2(UO2)2(VO4)2·nH2O] en los 1950´s por
Appleman et al. 1965.
En su investigación, Wenrich et al. 1982, obtuvieron margaritasita a partir de carnotita, adicionando
una solución de cloruro de cesio (CsCl) a T > 100 °C. A partir de este resultado se lo confirió el origen
hidrotermal a la formación de la margaritasita. Algunas de las técnicas que se utilizaron para la
caracterización microestructural fueron difracción de rayos X (DRX) y microscopia electrónica de
barrido (MEB).
No se ha encontrado margaritasita en otro lugar del mundo fuera de SPB. Además, no se han
realizado estudios de caracterización desde su descubrimiento. La génesis del cesio en SPB debe ser
esclarecida y confirmada. En el estudio realizado por Faudoa et al. (2024) se utilizaron técnicas
químico-estructurales de última generación, como difraccn de rayos X de alta resolución, y la
espectroscopía de estructura fina de la absorción de rayos X.
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Figura 1. Zona central de SPB, indicando la localización de los principales proyectos mineros.
Figure 1. Central zone of the SPB, showing the main mining projects.
La SPB forma parte de la provincia geológica de Sierras y Cuencas (Parson, 2006). En SPB los
depósitos de uranio están controlados por fallas y fracturas en rocas volcánicas, especialmente en
tobas riolíticas pertenecientes a las formaciones Nopal y Escudra con edades de 43.2 y 38 Ma
respectivamente, y en las rocas cretácicas subyacentes que corresponden a las formaciones Edward
y Buda (Alba y Chávez, 1984). En éstas, la actividad tectónica provocó el desarrollo de una serie de
fallas y fracturas que permitieron que ahí se alojara la mineralización uranífera. Los depósitos Nopal
I y Margaritas han sido los depósitos mayormente estudiados. La génesis, mineralogía y geología han
sido descritas principalmente por Goodell et al. (1978), George-Aniel et al. (1985) y Angiboust et al.
(2012).
La génesis del uranio ha sido explicada principalmente por dos hipótesis, una “ex situ” y otra “in
situ”. La hipótesis ex situ elaborada por Goodell (1985), describe que la erosión de rocas peralcalinas
(rocas que contienen hasta 60 ppm de uranio) en la cima del Bloque Nido (aproximadamente a 25 km
al oeste de SPB), en conjunto con el tectonismo, generaron una pendiente escalonada de oeste a este.
El agua meteórica permitió la migracn del uranio a través de los horizontes sedimentarios clásticos
y volcanoclásticos, hacia la Cuenca de Encinillas, y posteriormente hasta el distrito uranífero de Peña
Blanca, donde el uranio se redujo químicamente gracias a condiciones favorables que permitieron su
precipitacn y/o concentración.
Por otro lado, la hipótesis in situ respaldada principalmente por George-Aniel et al. (1985), describe
que la combinación de actividad hidrotermal de soluciones a T > 100 °C que interactúan con las rocas,
la desvitrificación de material volcánico, por interacción con factores ambientales y agua meteórica,
con formación de arcillas y la presencia de fallas y fracturas pueden ser las responsables de la
precipitacn de minerales de uranio.
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El cesio encontrado en el depósito de uranio en la mina Margaritas se explica por analogía con otros
elementos como el U, Th, Rb, Mo, F, Cl, en la misma provincia de Cuencas y Sierras. Las rocas silícicas
de la parte norte de la provincia, al noroeste de los EE. UU., contienen Cs que varía entre 3 a 6 ppm,
y su presencia está altamente correlacionada con la de uranio (Walker, 1981). Asimismo, SPB presenta
similitudes con el sistema Yellowstone, en términos únicamente de composición de rocas y flujo de
material caliente, por lo que se infiere que son sistemas análogos (Shanks et al., 2005). El área
correspondiente al depósito Margaritas es mucho menor en extensión y profundidad de alteración.
En Yellowstone se ha reportado enriquecimiento de Cs en minerales como analcima
[Na(AlSi2O6)·H2O] o polucita [Cs(Si2Al)O6·nH2O] con valores encima de los 3000 ppm (Keith et al.,
1983). En el trabajo de Wenrich et al. (1982) se demostró que el K de la carnotita puede intercambiarse
por Cs en las condiciones donde los fluidos hidrotermales jugaron un papel importante. De todo esto
se propone que en el depósito de uranio Margaritas la lixiviación de las rocas de la Formación
Escuadra (toba cristalina con fenocristales de cuarzo y sanidina, con alteración en algunas zonas de
la SPB) y de fluidos calientes que pasaron lentamente a través de la roca porosa de la Formación
Chontes (brecha basal con lentes de arenisca de color rojo, con signos de alteración) permit la
interacción de los fluidos hidrotermales con la roca y los minerales durante largos períodos, y la
posible concentración de Cs en este sitio (Fig. 2).
Figura 2. Muestra de la Formación Chontes (brecha rojiza) con pequeños granos de color amarillo de
margaritasita (1 mm). La matriz corresponde a una mezcla de feldespatos potásicos, cuarzo,
montmorillonita, óxidos de hierro y restos de caolinita.
Figure 2. Sample of the Chontes Formation (redish breccia) with small yellow grains of margaritasite (≈1
mm). The matrix is composed by a mixture of potassium feldspars, quartz, montmorillonite, iron oxides, and
kaolinite.
La estructura cristalina monoclínica de la margaritasita consiste en una secuencia de capas
características de los urano-vanadatos, donde dos bipirámides pentagonales de UO7, con eje de
uranilo UO2, están unidas en una de las aristas. Esas parejas de bipirámides están en contacto a otro
par por un vértice, y comparten aristas con pirámides de base cuadradas de pentóxido de vanadio
(VO5). Se completa la estructura con otra capa de óxidos de Cs. Esta secuencia se repite
“infinitamente”.
4 mm
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El grupo espacial de la margaritasita es elmero 14, según la clasificación de la Unión Internacional
de Cristalografía, con los mbolos P 1 21/c 1. En la Fig. 3 se presenta la celda cristalina de la
margaritasita.
Figura 3. Representación de la estructura monoclínica de la margaritasita, obtenida a partir de datos de DRX.
Figure 3. Representation of the monoclinic structure of the margaritasite obtained from DRX data.
2. Metodología
Para la determinación de la estructura cristalina se pueden utilizar diversas técnicas
analíticas, como puede ser la difracción de rayos X convencional o en un sincrotrón. En los
sincrotrones se aceleran, partículas elementales cargadas (por ejemplo, electrones o protones) para
estudiar propiedades específicas de los materiales. La radiación electromagnética que produce un
sincrotrón de electrones tiene una brillantez millones de veces mayor que la del Sol. Para producir
rayos X, los electrones, guiados por fuertes campos magnéticos, se mueven a una velocidad cercana
a la de la luz en un tubo con altísimo vacío, de forma aproximadamente circular, guiados por fuertes
campos magnéticos. En un sincrotrón es posible seleccionar la colimación y la energía de los rayos X
en un amplio intervalo, con un alto grado de monocromatización. Esta posibilidad permite haces
sumamente intensos con sección transversal en la escala micrométrica, que permiten realizar, por
ejemplo, micro-difracción de alta resolución y micro-espectroscopía de estructura fina de la absorcn
de los rayos X (XAFS). Las técnicas de sincrotrón que se realizaron en el trabajo de Faudoa et al. (2024),
fueron DRX-AR y EXAFS.
Mediante DRX-AR se resuelven reflexiones o fases que no pueden ser identificadas con la difracción
de rayos X convencional. En este trabajo se realizó el análisis en la línea de luz MCX del Elettra
Sincrotrone Trieste (Italia); ver Fig. 4a. Se partió de una muestra en polvo de margaritasita
(identificada previamente por DRX) y se utilizó una masa aproximada de 1 mg. La cuantificación de
las fases se llevó a cabo por el método de Rietveld, utilizando el programa FullProf (Rodríguez-
Carvajal, 1993) para interpretar los resultados y recuperar modelos de fase cuantitativos.
Asimismo, para la confirmación del contendido de Cs en el mineral se utilizó XAFS. Esta técnica
estudia el orden de corto alcance entre los elementos químicos presentes en cristales y moléculas. El
fenómeno consiste en la modulación del coeficiente de absorción de rayos X. Experimentalmente,
implica la medición del coeficiente de absorción de rayos X en función de la energía del fotón en los
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bordes de absorción K o L, específicos del elemento que se estudia. Con esta técnica se determina el
estado de oxidación y las distancias interatómicas hasta los 0.8 nm.
Para llevar a cabo el análisis mediante XAFS de la margaritasita, el polvo mineral natural (se usaron
aprox. 30 mg), con tamaño de partícula entre 2 y 3 µm, se colocó uniformemente sobre una cinta
adhesiva (Newville, 2014). Los experimentos XAFS se realizaron en el Diamond Light Source estación
B18 (Reino Unido) Fig.4b. Los datos XAFS se procesaron con el paquete DEMETER basado en
IFEFFIT 7.0, a través de ATHENA y ARTEMIS GUI (Rehr y Albers, 2000; Ravel y Newville, 2005).
Figura 4. Estación de las mediciones de las líneas de luz; a) MCX del Elettra Sincrotrone; b) Diamond Light
Source estación B18.
Figure 4. Beamline measurement station; a) MCX of the Elettra Sincrotrone; b) Diamond Light Source station
B18.
3. Resultados
La muestra de margaritasita es una mezcla de seis fases cristalinas detectables y una fracción
vítrea, que provoca un fondo ondulado. La fase mayoritaria, que se identifi como “carnotita”,
contiene K y Cs en solución sólida desordenada. Se identifica, además, la fase prácticamente
estequiométrica “margaritasita”. La fase carnotita da lugar a picos de DRX-AR ensanchados debido
a su falta de uniformidad químico-geométrica. Los picos de la fase margaritasita no muestran
ensanchamiento significativo, lo que se interpreta como una mayor homogeneidad.
Para XAFS la energía del borde de absorción se eligió tomando la primera derivada en el borde
principal de cada espectro. En el borde U L3 se verificaron los rasgos característicos del estado de
oxidación U+6. Además, el estado de oxidación V+5 se puede discriminar cilmente, ya que se
encuentra un pico intenso a 5468 eV en el borde previo del borde del nivel de energía K del vanadio.
Se puede asumir lógicamente que un ajuste adecuado para el espectro EXAFS experimental y teórico
permite elaborar y verificar que el modelo para la fase cristalina en estudio es correcto.
En la Fig.5 se observan los espectros experimental y teórico de la transformada de Fourier y los
espectros (EXAFS) ponderados por k3 del borde U L3 de margaritasita. Los cambios detectados en los
a)
b)
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parámetros de red implicaron variaciones en las distancias interatómicas. De particular interés son
aquellas distancias vinculadas al átomo de uranio, como las distancias U-O y las variaciones para el
ion uranilo. En la Tabla 1 se muestra un resumen de los resultados de las distancias interatómicas de
la margaritasita obtenidas por medio de DRX y XAFS.
Estas distancias son consistentes con las obtenidas mediante el refinamiento de Rietveld de las
mediciones DRX-AR (Tabla 1 y Fig. 6).
Figura 5. Transformada de Fourier (función de distribución radial) y los espectros ponderados en k3 del U
L3, EXAFS experimental (línea continua) y ajustado (línea discontinua).
Figure 5. The Fourier transform (radial distribution function) and the k3-weighted spectra of
experimental (solid) and fitted (dashed line) U L3 EXAFS.
Tabla 1. Distancias de enlace entre U-O de la margaritasita obtenidos para DRX-AR y EXAFS.
Table 1. U-O bond distances of margaritasite obtained for HRXRD and EXAFS.
Enlace
Distancia (Å)
Margaritasita DRX-AR
Margaritasita EXAFS
U-Oax1
1.799 (1)
1.799(6)
U-Oax2
1.803 (1)
1.799(6)
U-Oeq1
2.134 (1)
2.180(4)
U-Oeq2
2.283 (1)
2.290(2)
U-Oeq3
2.274 (1)
2.350(2)
U-Oeq4
2.239 (1)
2.350(2)
U-Oeq5
2.359(1)
2.430(2)
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Figura 6. Comparación entre las distancias calculadas por medio de a) DRX-AR y b) EXAFS para la margaritasita.
Figure 6. Comparison between the distances calculated by a) DRX-AR and b) EXAFS Margaritasite.
4. Conclusiones
De los resultados cristaloquímicos obtenidos se concluye que la margaritasita de la Sierra de
Peña Blanca está constituida por las fases margaritasita y carnotita en solucn sólida desordenada.
Además, se presentan fases de cuarzo, montmorillonita, feldespato potásico y calcita proveniente de
la matriz de roca (brecha rojiza) en la que se encuentran.
La asociación de V y Cs con U en la fase margaritasita se determinó mediante el empleo de técnicas
desarrolladas en sincrotrones como DRX-AR y XAFS-EXAFS. Se caracterizó la estructura del prisma
pentagonal uranilo determinando las distancias de unión U-O. Las cnicas sincrotrónicas de alta
resolución permitieron caracterizar una pequeña muestra con gran precisión.
Contribución de los autores
F.G.F.G., M.E.M.C, se encargaron de la conceptualización; H.E.E.P. L.E.F.C., J.C.T., la investigación y
el análisis formal; M.E.M.C la adquisición del financiamiento y administracn del proyecto; F.G.F.G.,
M.E.M.C, H.E.E.P. L.E.F.C., J.C.T, la preparación del borrador original, la realización y el diseño de
los experimentos, el análisis de los datos, la redacción del artículo, su revisión y edición.
Agradecimientos
F.G.F.G. agradece al CONAHCYT por la beca para la realizacn de sus estudios de posgrado, al
CIMAV dónde se llevó a cabo gran parte del desarrollo. La investigación fue financiada por el
proyecto CONAHCYT CF/2019 10853.
Conflicto de intereses
Los autores manifiestan que no tienen conflicto de intereses
a) DRX-AR
b) EXAFS
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