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%