UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA / INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TESE DE DOUTORADO N^o084

CARLOS CORDEIRO RIBEIRO

Palavras-chave: carbonatito, controles, gênese, geometalurgia depósitos de fósforo, terras raras, titânio

DATA DA DEFESA: 15/02/2008
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: GEOLOGIA ECONOMICA E PROSPECÇÃO
ORIENTADOR: Prof. José Carlos Gaspar(UnB)
EXAMINADORES: Prof. Claudinei Gouveia de Oliveira (UnB); Prof. Marcel Auguste Dardenne (UnB); Profa. Maria Cristina Motta de Toledo (USP); Prof. Reiner Neumann (Centro de Tecnologia Mineral)

RESUMO

O presente trabalho descreve as características geológicas e geometalúrgicas dos depósitos de fosfato, titânio, nióbio e terras raras da porção nordeste do Complexo Carbonatítico Catalão I - GO. O controle das mineralizações foi determinado para os processos magmático, metassomático e intempérico. A tipologia dos minérios foi definida dentro do conceito geometalúrgico. Os métodos utilizados foram mapeamento geológico, descrição de testemunhos de sondagem, petrografia, química mineral, estatística bi e multielementar e caracterização tecnológica dos minérios.
Observações de campo e petrografia indicam a existência de três séries petrogenéticas: bebedourítica, foscorítica e carbonatítica. A Série Bebedourítica é formada a partir de um líquido silicático gerado por imiscibilidade de um magma primitivo, silico-carbonatado, produzindo, por diferenciação, dunitos, piroxenitos e veios de carbonatito residual. Em um segundo evento de imiscibilidade, o líquido carbonatítico inicial se reparte em um componente foscorítico e outro carbonatítico. O foscorito assim formado é inicialmente rico em olivina e evolui para formar cumulados de apatita. O componente carbonatítico sofre um terceiro e último episódio de imiscibilidade, gerando novos componentes foscorítico e carbonatítico. Este segundo foscorito não contém olivina, mas é rico em pirocloro e magnetita.
Foram reconhecidos os seguintes protolitos nas mineralizações estudadas: nos depósitos de fosfato os protolitos são piroxenitos tardios da Série Bebedourítica e  olivina-foscoritos; para o titânio são os piroxenitos iniciais da Série Bebedourítica; para o nióbio os foscoritos gerados no terceiro evento de imiscibilidade; para os ETR os protolitos são flogopititos metassomáticos, foscoritos com nióbio, e dolomita carbonatitos, metassomatizados por fluidos carbo-hidrotermais;.
O magmatismo exerceu importante papel na formação das jazidas de fosfato, titânio e nióbio, concentrando, respectivamente, apatita, perovskita e pirocloro por cristalização fracionada, bem como na estruturação dos depósitos primários na forma de enxames de diques.
O papel do metassomatismo na formação das jazidas de fosfato foi modesto, gerando apatita hidrotermal principalmente em flogopititos e foscoritos com nióbio. Para a monazita, o metassomatismo foi o agente principal da mineralização, através de fluidos carbo-hidrotermais carregados em ETR, possivelmente liberadas durante a transformação metassomática da perovskita em anatásio. Tais fluidos provocaram a substituição da apatita e dolomita por monazita, em protolitos das Séries Bebedourítica, Foscorítica e Carbonatítica. A ação dos fluidos carbo-hidrotermais sobre rochas da Série Foscorítica produziu dois tipos petrográficos: nelsonitos mineralizados em apatita, ilmenita, nióbio e monazita denominados unidade C2a, e rochas compostas essencialmente por monazita, com carbonatos e apatita subordinados, denominada monazitito. Em ambos, ocorrem pipes de explosão preenchidos por brechas que indicam fragmentação do magma, com fluxo particulado turbulento dentro da câmara magmática.
Para o anatásio, os fluidos carbo-hidrotermais agiram sobre piroxenitos com perovskita, transformando a rocha em flogopitito metassomático e convertendo perovskita em anatásio.
O papel do intemperismo na formação da jazida de fosfato é comprovado pela concentração supergênica principalmente no nível Saprolito Isalterítico. Para o titânio, o processo concentrou residualmente o anatásio formado por processos carbo-hidrotermal e originou anatásio neoformado, a partir de perovskita. Para os ETR, o intemperismo substituiu carbonatos por sílica nos dolomita carbonatitos magnesíticos promovendo a concentração residual de monazita, por eliminação de parte dos carbonatos. No flogopitito, o intemperismo transformou a rocha em um saprolito com alta concentração de ETR. Nos foscoritos, atuou na dissolução dos carbonatos e apatita das camadas C2a e C2b promovendo enriquecimento residual em monazita. Para nióbio, o intemperismo concentrou e transformou o Ca-pirocloro dos foscoritos em Ba-pirocloro, no nível Saprolito Aloterítico.
O depósito de fosfato é constituído pelos seguintes tipos de minério definidos por critérios geometalúrgicos: Minério Oxidado e Minério Micáceo-oxidado, posicionados no topo do nível Saprolito Isalterítico. Minério Micáceo Topo,  Minério Micáceo Médio e Minério Micáceo Base posicionados na base do nível Saprolito Isalterítico. Minério Silico-carbonatado posicionado na base do nível Rocha alterada. Esses tipos foram adicionalmente sub-divididos em foscorítico e flogopitítico
A análise estatística simples revelou duas populações de foscorito. A Análise de Componentes Principais permitiu gerar assinaturas geometalúrgicas em mapa, individualizando zonas com características geometalúrgicas diferentes. A geoestatística revelou a presença de anisotropias zonais, relacionadas aos dois tipos de foscorito, confirmando a presença de duas linhas evolutivas para estas rochas.
O depósito de ETR é constituído por quatro tipos de minério; Minério Saprolítico derivado do intemperismo dos flogopititos com veios de monazita; Minério Nelsonítico derivado do metassomatismo de foscoritos ricos em nióbio; Minério Carbonatítico derivado da alteração metassomática de dolomita carbonatitos; Minério Silicoso derivado do intemperismo sobre o Minério Carbonatítico. A análise estatística dos dados químicos confirma a presença de distintas populações para a monazita, sugerindo diferentes gêneses ou protolitos.
O depósito de titânio é constituído por quatro tipos de minério: Minério tipo I, situado entre a parte inferior do nível Saprolito Aloterítico e a parte superior do nível Saprolito Isalterítico é caracterizado por apresentar a melhor recuperação na flotação, ausência de apatita e perovskita e teor moderado de ferro. ; Minério tipo II, situado no topo do nível Saprolito Aloterítico, é caracterizado por recuperação inferior ao tipo I, e muito rico em ferro; Minério tipo III, situado na parte inferior do nível Saprolíto Isalterítico, é caracterizado por baixa recuperação, com presença de mica e apatita; Minério tipo IV, situado entre a parte superior do intervalo de Rocha Alterada e a parte inferior do Nível Saprolíto Isalterítico, é caracterizado por baixa recuperação e pela presença de perovskita associada ao anatásio. A análise estatística dos dados químicos da jazida de titânio confirma a presença de mais de uma população.

     
UNIVERSITY OF BRASILIA / INSTITUTE OF GEOSCIENCES

PhD THESIS N^o084

KeyWords: ore-deposit controls, ore Genesis, phosphate, titanium, rare-earths, geometallurgy

DATE OF ORAL PRESENTATION:  15/02/2008
TOPIC OF THE THESIS: ECONOMIC GEOLOGY AND PROSPECTION
ADVISOR:  Prof.  Prof. José Carlos Gaspar (UnB)
COMMITTEE MEMBERS: Prof. Claudinei Gouveia de Oliveira (UnB); Prof. Marcel Auguste Dardenne (UnB); Prof. Maria Cristina Motta de Toledo (USP); Prof. Reiner Neumann (Centro de Tecnologia Mineral)

ABSTRACT

This work describes the geological and geometallurgical characteristics of the phosphate, titanium, niobium and rare-earth elements deposits in the northeast part of the Catalão I carbonatite complex, Central Brazil. The mineralization controls were determined for magmatic, metasomatic and weathering processes. The ore types were defined on the basis of geometallurgical concepts. Study methods comprised geological mapping, drill-core description, petrography, mineral chemistry, statistics, and technological characterization of the ore.
Field and petrographic observations indicate the existence of three petrogenetic series: bebedouritic, phoscoritic, and carbonatitic. The Bebedouritic Series derived from a silicate magma generated by liquid immiscibility from a carbonated silicate parent, and evolved through crystal fractionation, producing dunites, pyroxenites, and residual veinlets of carbonatite. During a second immiscibility episode, the initial carbonatite magma separated into phoscorite and carbonatite components. The phoscorite magma thus formed was initially olivine-rich, and evolved to apatite cumulates. The carbonatite branch of this immiscible pair underwent a third, and last, immiscibility event, again generating phoscorite and carbonatite branches. This second phoscorite generation is olivine-free, but pyrochlore- and magnetite-rich.
The following protoliths are recognized for the studied deposits: in the phosphate deposits, protoliths are late-stage pyroxenites from the Bebedourite Series, and early-formed olivine-phoscorites; protoliths for the titanium mineralization are early pyroxenites from the Bebedourite Series; for the niobium mineralization, the second generation of phoscorites, formed in the third immiscibility event; for the REE, the protoliths are metasomatic phlogopitites, Nb-rich phoscorites and dolomite carbonatites subjected to carbo-hydrothermal alteration.
Magmatism played an important role in the Genesis of the phosphate, titanium, and niobium deposits, respectively concentrating apatite, perovskite and pyrochlore trough fractional crystallization. It also conditioned the dyke-swarm, stockwork-like structure of the primary ore.
Metasomatism played only a subordinate role in the genesis of the phosphate deposits, forming hydrothermal apatite in phlogopitites and Nb-rich phoscorites. On the other hand, it was the main ore-forming agent for the monazite deposits. Carbo-hydrothermal fluids strongly enriched in REE, possibly as a consequence of the perovskite-anatase transformation, reacted with apatite and dolomite from bebedourites, foscorites and carbonatites, replacing them with monazite. The interaction of carbo-hydrothermal fluids with rocks of the Phoscorite Series produced two new petrographic types: nelsonites mineralized with apatite, ilmenite, pyrochlore and monazite, called C2a unit, and a rock essentially composed of monazite, with subordinate apatite and carbonates, classified as monazitite. Both units contain explosion pipes filled with breccia, indicating magma fragmentation and turbulent flow of particulate material within the magma chamber.
Regarding the anatase mineralization, carbo-hydrothermal fluids interacted with perovskite-bearing pyroxenites, transforming the rock into a metasomatic phlogopitite and replacing perovskite with anatase.
The role of weathering on the formation of the phosphate deposit is the residual concentration of apatite, mostly in the isalterite level. In the titanium deposit, weathering concentrated the anatase formed by carbo-hydrothermal processes, and produced new (supergenic) anatase from perovskite remnants. Regarding the REE deposit, weathering promoted substitution of the carbonates by silica in magnesite-bearing dolomite carbonatites, with residual concentration of monazite as part of the carbonate was eliminated from the system. Phlogopitites were transformed into highly REE-enriched saprolite, whereas in phoscoritic rocks from the C2a and C2b units, weathering promoted carbonate and apatite dissolution, with consequent residual concentration of monazite. In the niobium deposit, weathering concentrated and transformed the original Ca-pyrochlore from phoscorites into Ba-pyrocholore, in the alloteric saprolite.
The phosphate deposit is composed of the following ore types, on the basis of geometallurgical criteria: oxidized ore and micaceous-oxidized ore, located at the top of the isalteritic saprolite; upper, intermediate, and basal micaceous ore, located at the base of the isalteritic saprolite; siliceous-carbonated ore, located at the base of the altered rock level. All the above were further subdivided in to phoscoritic and phlogopititic.
Descriptive statistical analysis revealed the presence of two phoscorite populations, and Principal Component Analysis allowed establishing geometallurgical signatures, represented in map as zones with different geometallurgical characteristics. Geostatistical analysis showed the presence of zonal anomalies, related with the two different phoscorite types, adding further support to the conclusion that these rocks evolved separately.
The REE deposit consists of four ore types: saprolite ore, derived from the weathering of phlogopitite with monazite veins; nelsonite ore, derived from the metasomatism of Nb-rich phoscorites; carbonatite ore, derived from metasomatic transformation of dolomite carbonatites; siliceous ore, derived from the weathering of the carbonatite ore. Statistical analysis of geochemical data confirms the presence of different populations within the monazite deposit, suggesting distinct genesis or distinct protoliths.
The titanium deposit consists of four ore types: Type I, located between the lower part of the alloteritic saprolite and the upper part of the isalteritic saprolite, is characterized by the best recovery during flotation, lacks apatite and perovskite, and has moderate iron content; Type II, located at the top of the alloteritic saprolite, is very iron-rich and characterized by lower recovery than Type I; Type III, located in the lower part of the isalteritic saprolite is characterized by the presence of mica and apatite, and yields low recovery; Type IV, located between the upper part of the altered rock level and the lower part of the isalteritic saprolite level, is characterized by low recovery and by the presence of perovskite remnants associated with anatase. Statistical analysis of geochemical data confirms the presence of more than one population within the titanium deposit.