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La formation des minérais de platinoïdes
et le rôle des magmas dans leur origine
J-F. Moyen
University of Stellenbosch, South Africa.
Le complexe du BushveldAfrique du Sud
De quoi on parle?
• Usages et production des platinoïdes
• Le complexe du Bushveld : géologie et formation
• Les minerais de platine dans le Bushveld
• Exploitation minière
Les platinoïdes
« PGM » (ou PGE) =Platinum Group Metals (Elements)
Pt-PlatineIr-IridiumOs-OsmiumRe-RheniumPd-PalladiumRh-RhodiumRu-Ruthenium
Propriétés
Platine Palladium
Densité 21.45 12.02
Point de fusion 1772 °C 1554 °C
Rareté (lithosphère)
1.10-3 ppm 6.10-4 ppm
Numéro atomique
78 46
Masse atomique
195.08 106.42
Usage des platinoïdes
• Industriels– Catalyseurs (chimie organique, automobile)– Electronique
• Bijouterie
1 once (oz) = 28.34 g, 7 mil. Oz ≈ 200 T. Pt densité 21, 1 Oz ≈ 1 cm3
Cours et données économiques
7 mil. Oz Pt ≈ 9 milliards US$
(cours 2007)
15 mil. Oz PGE ≈ 20 milliards US$
(cours 2007)
Importance relative
Métal / ressource
Production mondiale
Cours
(début 2007)
« Poids » économique (2007) (US$)
Diamant (industriel)
16 T
(80 mil. Carat)
Variable, 0.5$/ct
40 millions
Argent 25 000 T (900 mil. Oz)
$ 13 / Oz 12 milliards
PGE 425 T (15 mil. Oz)
$1250 / Oz 20 milliards
Or 2500 T
(90 mil. Oz)
$ 700 / Oz 60 milliards
Cuivre 15 mil. T $ 6 / kg 90 milliards
1 ct = 0.2 g; 1 Oz = 28.34 PIB France: 2500 milliards
Producteurs
Signification économique en Afrique du Sud
Production mondiale 2007
Production Afrique du Sud 2007
Platine 212 T
(7.5 mil. Oz)
165 T
Palladium 219 T 86 T
Autres PGM
(Rh, Os, Ir, Ru)
78 T 58 T
Total 509 T
(15 mil. Oz)
(20 milliards $)
310 T
(11 mil. Oz)
(14 milliards $)
PIB 2007:
280 milliards = 5%
(France 2500 milliards)En 2007, 1 Oz ≈ 1250 US$; 1 kg (35 Oz) = 44 000 $
2055 Ma
Le complexe du Bushveld
Winter, 2001
Un complexe basique lité
Cuestas de gabbros (Zone Critique) dominant des roches ultrabasiques (zone inférieure).Entre Polokwane et Burgersfort (Lobe Est)
Stratigraphie (!)
Doc. J. Miller, Stellenbosch
Intermède: un peu de nomenclature
Winter, 2001
Cpx: GabbroCpx+Opx: GabbronoriteOpx: Norite
Plagioclase Anorthosite
Orthopyroxène + Plagioclase
Norite
Orthopyroxène (Ortho)Pyroxènite
Olivine + Orthopyroxène
Harzburgite
Olivine Dunite
Plagioclase
OlivinePyroxene
Gab
bro TroctoliteOlivine
gabbro
Plagioclase-bearing ultramafic rocks
90Anorthosite
OlivineOlivine
ClinopyroxeneClinopyroxeneOrthopyroxeneOrthopyroxene
LherzoliteLherzoliteH
arzb
urgi
te
Wehrlite
Websterite
OrthopyroxeniteOrthopyroxenite
ClinopyroxeniteClinopyroxenite
Olivine Websterite
PeridotitesPeridotites
PyroxenitesPyroxenites
90
40
10
10
DuniteDunite
Intrusive sill of Bushveld dolerite in Transvaal sequenceNear Burgersfort
Zone inférieure
Doc. J. Miller, Stellenbosch
Lower zone Peridotites/pyroxenites(Jagdlust, Burgersfort-Polokwane Road)
Lower zone Peridotites/pyroxenites(Jagdlust, Burgersfort-Polokwane Road)
Zone critique
Doc. J. Miller, Stellenbosch
Different pyroxenite types, Critical zone(Mandaagshoek, near Burgersfort)
Norite and anorthosite, Critical zone(Mandaagshoek, near Burgersfort)
Layered anorthosite, Critical zone(Tweefontein, Lydenburg-Burgersfort area)
Anorthosite and chromitite, Critical zone(Dwars River, Lydenburg-Burgersfort area)
Cyclicité de la zone critique
Harzburgite(Ol + Opx)
Pyroxènite(Opx)
Norite(Opx + Pl)
Anorthosite(Pl)
Chromitite(Chr.)
Anorthosite
Chromitite (UG3)
Pyroxènite
Harzburgite(Ol + Opx)
Toutes ces roches sont des cumulats!
Formation de cycles de cumulats
Winter, 2001
Formations des chromitites
Kinnaird et al 2002 (EGRI 369)
Naslund & McBirney 1996
Réalimentations en magma
• Sri très variable, change à chaque cycle
• Multiples injections de petites quantités de magmas de caractéristiques distinctes
Sri = marqueur de magmas différents
Zone principale
Doc. J. Miller, Stellenbosch
Massive black gabbros (« Belfast black »), Main zone(Near Stoffberg, Belfast area)
Modal layering in gabbros, Main zone(Lydenburg-Burgersfort area)
Zone supérieure
Doc. J. Miller, Stellenbosch
Gabbros and magnetite (Main Magnetite Layer), Upper zone(Magnet Heights)
Upper zone gabbronorite(Magnet Heights)
Main magnetite layer, Upper zone(Magnet Heights)
Refroidissement in-situ
Ces roches sont des gabbronorites à texture “ordinaire” (non-cumulative)
• Sri varie peu
• Deux (?) injections de grands volumes de magmas qui évoluent in-situ
Eales & Cawthorn 1996
Modèle de construction du complexe du Bushveld
Krüger 2004 (EGRI 377)
Et les platinoïdes?
MERENSKY REEF
UPPER GROUP CHROMITE SEAM 2 (UG2)
PLATREEF
Localisation des principaux gisements
Platreef
Merensky + UG2
Merensky + UG2
“reefs”
Doc. J. Miller, Stellenbosch
MerenskyUG2
UG2 CHROMITITE
chr
sulfsil
UG2 (Northam, lobe Ouest)
Lumière réfléchie
Doc. J. Miller, Stellenbosch
Sulfures de PGE
chr
chr
chr
chr
Merensky Reef(Northam, lobe Ouest)
Chromitite sup.
Pyroxenite pegmatoïde
Chromitite inf.
Doc. J. Miller, Stellenbosch
Teneurs en PGE – Merensky Reef
Wing & Cowell 1999
px
pl
chr pxite
Minéraux à PGE – Merensky Reef
Doc. J. Miller, Stellenbosch
SULFURESPyrrhotite Fe8S9
Chalcopyrite CuFeS2
Pentlandite NiFeS2
P G MBraggite (Pt, Pd, Ni) S
Minéraux à PGE – Merensky Reef
Doc. J. Miller, Stellenbosch
Merensky Reef : variations latérales
Smith et al. 2003
“potholes”
Smith et al. 2003
Faciès du Merensky Reef (Northam)
Smith et al. 2003
Cartes du Merensky Reef (Northam)
Epaisseur
PGE total
Smith et al. 2003
Doc. J. Miller, Stellenbosch
Exploitation minière
PPL (Potgietersrus Platinum, ltd.)
Zwartfontein
Sandsloot
Sandsloot
Zwartfontein
Sandsloot
Zwartfontein (PPL)Février 2007
Novembre 2008
Blasting
Contact loading
G3
G1
W
“composite stacking”
Délimitation de différents grades
Equipement minier
Northam
Doc. J. Miller, Stellenbosch
Comparaison entre mines souterraines et ciel ouvert
Potgietersrus Platinum Ltd. (PPL)
Northam
Localisation Lobe Nord Lobe Ouest
Niveau exploité Platreef Merensky, UG2
Propriétaire Anglo Platinum Northam Platinum ltd.
Mode d’exploitation Ciel ouvert Souterrain
Tonnes de roches extraites (2007)
87 mil. 2.7 mil.
Tonnes de minerai extraites 4.2 mil. 2.3 mil.
(400 000 m2 de “reef”)
Grade 3.5 g/T 5.1 g/T
Production de platinoïdes 520 000 Oz 350 000 Oz
Coût par tonne de minerai R 282 R 601
Coût par Oz. R 2287 R 3834
Investissements R 4100 mil. R 340 mil.
The end
The critical zone overlooking the lower zone (left)(Burgersfort-Polokwane Road)
Mine Technical Services
PLATREEF Outcrop and Target Areas
Tweefontein Hill
Tweefontein North
PPRust North
Zwartfontein South
Sandsloot
Mine Technical Services
Generalised section from Macalacaskop in South to Nonneworth in the North showing the footwall lithology changes.(Kinnaird et al.,2005 Mineraluim Deposita in press)
OVERYSEL 815 LR
ZWARTFONTEIN 818 LR
VAALKOP 819 LR
SANDSLOOT 236 KR
KNAPDAAR 234 KR
RIETFONTEIN 240 KR
TWEEFONTEIN 238 KR
Sandsloot Pit
0 2.5Kilometers
´
Zwartfontein South
PPLNorth Project
Airborne magnetic survey
Mine Technical Services
MERENSKY REEF: A DEFINITION (LEE, 1996)
A plagioclase-bearing (feldspathic) orthopyroxenite, olivine orthopyroxenite, or harzburgite layer, located at the base of the
Merensky unit, and enriched in economic amounts of base metal sulphide and platinum-group elements.
The texture is coarse-grained pegmatoidal, partly pegmatoidal or medium grained. Thin chromitite layers (two to four) are associated
with the upper and lower limits of economic mineralization.
The Merensky Reef is conformably overlain by medium- to coarse-grained poikilitic feldspathic pyroxenite, constant in thickness.
The Merensky Reef is paraconformable to the uppermost units of the Critical Zone.
In the case where these units are plagioclase cumulates, the Merensky Reef may be directly underlain by an anorthosite, conformable with the
Merensky Reef, and variable in thickness.
WESTERN BUSHVELD: Merensky Reef Facies
Merensky Reef Types: Metal Profiles
Cu, Ni and PGE correlate
Grams Constant
Grade drops with thickness
Swartklip Facies
Rustenburg Facies
Merensky Reef Types: Northam Normal Reef Sub-facies
Base Metal Sulphide:
PyrrhotitePentlandite
Chalcopyritesulf
chr
sil
sulchr
chr
HW
Merensky Reef Types: Northam
Significant PGE in the footwall due to Merensky magma
infiltration reactions
P2 Reef
NP2 Reef
Regional Pothole Sub-facies
MERENSKY REEF
The PGEs are concentrated in the base metal sulphides within the basal chromitite
Mostly chr, white grain = sulf(reflected)
Platinum Group Metals
UG2 CHROMITITE: Metal Profiles
Minéralisations
Mine Technical Services
Norite
Pyroxenite
Parapyroxenite
Calc-silicate
Dolomite
Distribution of rock types and ore zone
PGE Alloy
PGE Sulphide
s
PGE Tellurides
PGE Arsenides
Laurite
Gold
Merensky
PGE Arsenides
PGE Tellurides
Pt AlloysPd Alloys
GoldPlatreef
PGE Sulphides
PGM Types - Platreef vs Merensky
PGM + Au Recoveries on the Platreef
Serpentinite/Parapyroxenite 68 - 77%
Pyroxenite 86 - 93%
Serpentinised Pyroxenite 72 - 80%
Calc - Silicate 17 - 20%