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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 Bushveld.

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2 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 Bushveld Afrique du Sud

3 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

4 Les platinoïdes « PGM » (ou PGE) =Platinum Group Metals (Elements) Pt-Platine Ir-Iridium Os-Osmium Re-Rhenium Pd-Palladium Rh-Rhodium Ru-Ruthenium

5 Propriétés PlatinePalladium Densité Point de fusion1772 °C1554 °C Rareté (lithosphère) ppm ppm Numéro atomique 7846 Masse atomique

6 Usage des platinoïdes Industriels –Catalyseurs (chimie organique, automobile) –Electronique Bijouterie 1 once (oz) = g, 7 mil. Oz ≈ 200 T. Pt densité 21, 1 Oz ≈ 1 cm 3

7 Cours et données économiques 7 mil. Oz Pt ≈ 9 milliards US$ (cours 2007) 15 mil. Oz PGE ≈ 20 milliards US$ (cours 2007)

8 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 T (900 mil. Oz) $ 13 / Oz12 milliards PGE425 T (15 mil. Oz) $1250 / Oz20 milliards Or2500 T (90 mil. Oz) $ 700 / Oz60 milliards Cuivre15 mil. T$ 6 / kg90 milliards 1 ct = 0.2 g; 1 Oz = PIB France: 2500 milliards

9 Producteurs

10 Signification économique en Afrique du Sud Production mondiale 2007 Production Afrique du Sud 2007 Platine212 T (7.5 mil. Oz) 165 T Palladium219 T86 T Autres PGM (Rh, Os, Ir, Ru) 78 T58 T Total509 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) = $

11 2055 Ma

12 Le complexe du Bushveld Winter, 2001

13 Un complexe basique lité Cuestas de gabbros (Zone Critique) dominant des roches ultrabasiques (zone inférieure). Entre Polokwane et Burgersfort (Lobe Est)

14 Stratigraphie (!) Doc. J. Miller, Stellenbosch

15 Intermède: un peu de nomenclature Winter, 2001 Cpx: Gabbro Cpx+Opx: Gabbronorite Opx: Norite PlagioclaseAnorthosite Orthopyroxène + Plagioclase Norite Orthopyroxène(Ortho)Pyroxènite Olivine + Orthopyroxène Harzburgite OlivineDunite Plagioclase Olivine Pyroxene Gabbro Troctolite Olivine gabbro Plagioclase-bearing ultramafic rocks 90 AnorthositeOlivineClinopyroxene Orthopyroxene Lherzolite Harzburgite Wehrlite Websterite Orthopyroxenite Clinopyroxenite Olivine Websterite Peridotites Pyroxenites Dunite

16 Intrusive sill of Bushveld dolerite in Transvaal sequence Near Burgersfort

17 Zone inférieure Doc. J. Miller, Stellenbosch

18 Lower zone Peridotites/pyroxenites (Jagdlust, Burgersfort-Polokwane Road)

19 Lower zone Peridotites/pyroxenites (Jagdlust, Burgersfort-Polokwane Road)

20 Zone critique Doc. J. Miller, Stellenbosch

21 Different pyroxenite types, Critical zone (Mandaagshoek, near Burgersfort)

22 Norite and anorthosite, Critical zone (Mandaagshoek, near Burgersfort)

23 Layered anorthosite, Critical zone (Tweefontein, Lydenburg-Burgersfort area)

24 Anorthosite and chromitite, Critical zone (Dwars River, Lydenburg-Burgersfort area)

25 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!

26 Formation de cycles de cumulats Winter, 2001

27 Formations des chromitites Kinnaird et al 2002 (EGRI 369) Naslund & McBirney 1996

28 Réalimentations en magma Sr i très variable, change à chaque cycle Multiples injections de petites quantités de magmas de caractéristiques distinctes Sr i = marqueur de magmas différents

29 UG3 Chromitite, Critical zone (Mandaagshoek, near Burgersfort)

30 Zone principale Doc. J. Miller, Stellenbosch

31 Massive black gabbros (« Belfast black »), Main zone (Near Stoffberg, Belfast area)

32 Modal layering in gabbros, Main zone (Lydenburg-Burgersfort area)

33 Zone supérieure Doc. J. Miller, Stellenbosch

34 Gabbros and magnetite (Main Magnetite Layer), Upper zone (Magnet Heights)

35 Upper zone gabbronorite (Magnet Heights)

36 Main magnetite layer, Upper zone (Magnet Heights)

37 Refroidissement in-situ Ces roches sont des gabbronorites à texture “ordinaire” (non- cumulative) Sr i varie peu Deux (?) injections de grands volumes de magmas qui évoluent in-situ Eales & Cawthorn 1996

38 Modèle de construction du complexe du Bushveld Krüger 2004 (EGRI 377)

39 RUSTENBURG LAYERED SUITE: Emplacement Model 1. Development of Hertzian Fracture 5. Injection of Main Zone 3. Injection of Lower Zone 2. Marginal Zone and Sill Phase 4. Injection of Critical Zone 6. Injection of Upper Zone

40 Et les platinoïdes?  MERENSKY REEF  UPPER GROUP CHROMITE SEAM 2 (UG2)  PLATREEF

41 Localisation des principaux gisements Platreef Merensky + UG2

42 “reefs” Doc. J. Miller, Stellenbosch Merensky UG2

43 CRITICAL ZONE: Stratigraphy

44 UG2 CHROMITITE chr sulf sil UG2 (Northam, lobe Ouest) Lumière réfléchie Doc. J. Miller, Stellenbosch Sulfures de PGE

45 chr Merensky Reef (Northam, lobe Ouest) Chromitite sup. Pyroxenite pegmatoïde Chromitite inf. Doc. J. Miller, Stellenbosch

46 Teneurs en PGE – Merensky Reef Wing & Cowell 1999

47 px pl chrpxite Minéraux à PGE – Merensky Reef Doc. J. Miller, Stellenbosch

48 SULFURES Pyrrhotite Fe 8 S 9 Chalcopyrite CuFeS 2 Pentlandite NiFeS 2 P G M Braggite (Pt, Pd, Ni) S Minéraux à PGE – Merensky Reef Doc. J. Miller, Stellenbosch

49 Merensky Reef : variations latérales Smith et al. 2003

50 “potholes” Smith et al. 2003

51 Faciès du Merensky Reef (Northam) Smith et al. 2003

52 Cartes du Merensky Reef (Northam) Epaisseur PGE total Smith et al. 2003

53 Doc. J. Miller, Stellenbosch

54 Exploitation minière

55 PPL (Potgietersrus Platinum, ltd.) Zwartfontein Sandsloot

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57 Zwartfontein Sandsloot

58 Zwartfontein (PPL) Février 2007 Novembre 2008

59 Blasting

60 Contact loading G3 G1 W “composite stacking”

61 Délimitation de différents grades

62 Equipement minier

63 Northam Doc. J. Miller, Stellenbosch

64 Comparaison entre mines souterraines et ciel ouvert Potgietersrus Platinum Ltd. (PPL) Northam LocalisationLobe NordLobe Ouest Niveau exploitéPlatreefMerensky, UG2 PropriétaireAnglo PlatinumNortham Platinum ltd. Mode d’exploitationCiel ouvertSouterrain Tonnes de roches extraites (2007) 87 mil.2.7 mil. Tonnes de minerai extraites4.2 mil.2.3 mil. ( m2 de “reef”) Grade3.5 g/T5.1 g/T Production de platinoïdes Oz Oz Coût par tonne de mineraiR 282R 601 Coût par Oz.R 2287R 3834 InvestissementsR 4100 mil.R 340 mil.

65 The end

66 POTGIETERSRUST PLATINUMS LIMITED(PPRUST) Grade: 3.49 g/T Tonnes mined: 87 mil. Tonnes milled: 4.2 mil. Production: Oz Pt, Oz PGE Mine operation cost: 1200 Mil. ZAR Cost per Oz: 7233 ZAR (1000$) 2287/PGE Oz Cost per ton milled: 282 ZAR Capital expenditure: 4100 mil. ZAR

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71 The critical zone overlooking the lower zone (left) (Burgersfort-Polokwane Road)

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75 NORTHAM Grade: 5.6 g/T (Merensky), 4.4 g/T (UG2) Tonnes mined:. Tonnes milled: 2.3 mil. ( sq. m) Production: Oz PGE Mine operation cost: 1.7 Mil ZAR Sales: 3.7 mil. ZAR Cost per Oz: 3834 ZAR Cost per ton milled: 601 ZAR Capital expenditure: 340 Mil. Profts (after tax) 1.3 mil. ZAR

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78 Bushveld Complex The World’s Biggest Layered Igneous Intrusion Floor LZ LCZ UCZ MZ UZ Panorama of the Olifants River Valley, NE Bushveld Jodie’s lecture

79 PPL: Secteurs actifs et projets

80 MERENSKY REEF UG2 CHROMITITE Deux niveaux minéralisés

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83 Mine Technical Services PLATREEF Outcrop and Target Areas Tweefontein Hill Tweefontein North PPRust North Zwartfontein South Sandsloot

84 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)

85 Zwartfontein South PPLNorth Project Airborne magnetic survey Mine Technical Services

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87 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.

88 WESTERN BUSHVELD: Merensky Reef Facies

89 Merensky Reef Types: Metal Profiles Cu, Ni and PGE correlate Grams Constant Grade drops with thickness Swartklip Facies Rustenburg Facies

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91 Merensky Reef Types: Northam Normal Reef Sub-facies Base Metal Sulphide: Pyrrhotite Pentlandite Chalcopyrite sulf chr sil sul chr HW

92 Merensky Reef Types: Northam Significant PGE in the footwall due to Merensky magma infiltration reactions P2 Reef NP2 Reef Regional Pothole Sub-facies

93 MERENSKY REEF The PGEs are concentrated in the base metal sulphides within the basal chromitite Mostly chr, white grain = sulf (reflected)

94 Platinum Group Metals

95 UG2 CHROMITITE: Metal Profiles

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102 Minéralisations

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104 Mine Technical Services Norite Pyroxenite Parapyroxenite Calc-silicate Dolomite Distribution of rock types and ore zone

105 PGE Alloy PGE Sulphides PGE Tellurides PGE Arsenides Laurite Gold Merensky Gold Platreef PGE Sulphides PGM Types - Platreef vs Merensky

106 PGM + Au Recoveries on the Platreef Serpentinite/Parapyroxenite % Pyroxenite % Serpentinised Pyroxenite % Calc - Silicate %


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