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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.44.2016.tde-05012016-160451
Documento
Autor
Nome completo
Carlos Alberto Spier
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2005
Orientador
Banca examinadora
Oliveira, Sonia Maria Barros de (Presidente)
Biondi, Joao Carlos
Kotschoubey, Basile
Lobato, Lydia Maria
Toledo, Maria Cristina Motta de
Título em português
Geoquímica e gênese das formações ferríferas bandadas e do minério de ferro da Mina de Águas Claras, Quadrilátero Ferrífero, MG
Palavras-chave em português
Datação geológica
Ferro
Formações Ferríferas
Geoquímica
Minérios
Quadrilátero Ferrífero (MG)
Resumo em português
O minério de ferro e os itabiritos da Mina de Águas Claras foram estudados em detalhe do ponto de vista mineralógico, petrológico e geoquímico, com os objetivos de caracterizá-los e de contribuir para o melhor entendimento da gênese dos mesmos. Dois tipos de itabiritos ocorrem em Águas Claras: dolomítico e quartzo itabirito. Os minérios de alto teor (%Fe >64%) foram formados a partir do primeiro. Tanto um como outro tipo de itabirito apresentam meso e microbandamento. No itabirito dolomítico alternam-se bandas ricas em hematita com bandas ricas em dolomita, enquanto que no quartzo itabirito a alternância ocorre entre bandas ricas em quartzo com bandas ricas em hematita. Dolomita, quartzo e hematita são os principais constituintes mineralógicos, ocorrendo clorita, sericita, talco e apatita como minerais acessórios. A composição química dos itabiritos é muito simples. 'Fe IND. 2''O IND. 3', CaO, MgO e PF são os principais componentes do itabirito dolomítico e 'Fe IND. 2''O IND. 3' e Si'O IND. 2' do quartzo itabirito. Os teores de elementos menores são geralmente inferiores a 10 ppm, tanto no itabirito dolomítico como no quartzo itabirito, sem evidenciarem uma maior concentração em um ou outro tipo de BIF. Apenas Zn, Sr e Pb estão mais caracteristicamente associados com o itabirito dolomítico, e Cd, Sb e Ge com o quartzo itabirito. O padrão de fracionamento dos ETR, quando normalizados pelo padrão PAAS, assemelha-se aos de outras BIFs paleoproterozóicas, com anomalias positivas de Eu e Y e aumento gradativo dos ETR leves em direção aos pesados. Os isótopos de C e O do itabirito dolomítico apresentaram valores negativos de ''delta' POT. 13' C variando entre -2,5%o e -0,8%o, enquanto que os dados isotópicos de O mostraram valores de ''delta' POT. 18'O entre -12,4%o e -8,5%o, compatíveis com os valores de ''delta' POT. 13'C e ''delta' POT. 18'O encontrados em outras seqüências carbonáticas paleoproterozóicas. As observações de campo e os dados de laboratório sugerem que o itabirito dolomítico e o quartzo itabirito representem variações faciológicas laterais e verticais dos sedimentos originais da Formação Cauê. Dois tipos principais de minério de alto teor foram reconhecidos: friável e compacto. O minério friável é o principal tipo, ocorrendo na forma de uma lente contínua de cerca de 2,5 km de extensão, no interior da qual ocorrem lentes subordinadas de minério compacto. O minério friável passa lateral e verticalmente para o itabitito dolomítico (protominério). Nesta transição, as bandas ricas em hematita do itabirito passam a ser as bandas maciças do minério, enquanto que as bandas dolomíticas passam a constituir as bandas porosas. A hematita é o mineral minério tanto do minério friável como do minério compacto, ocorrendo sob a forma de hematita granular e tabular, com tamanho de cristal entre 10 e 30 'mü'm. Os minerais de ganga são raros e consistem de apatita, clorita, sericita, talco e, eventualmente, dolomita, além de ferridrita e minerais de manganês, estes últimos originados na dissolução da dolomita. Os minérios friável e compacto consistem quase que totalmente de 'Fe IND. 2''O IND. 3', com teores médios superiores a 96% no primeiro e a 98% no segundo. As impurezas consistem de 'Al IND. 2''O IND. 3', Si'O IND. 2', MnO e 'P IND. 2''O IND. 5', cujos teores são ligeiramente maiores no minério friável do que no minério compacto. Os dois tipos de minério são muito pobres em elementos traços. Uma grande parte destes elementos ficou abaixo do limite de detecção do método analítico, sendo que a quase totalidade dos mesmos apresentou teor médio inferior a 30 ppm, com exceção do Ba, V, Zn e Cr, que apresentaram teores médios entre 30 e 100 ppm. Os teores de elementos traços são significativamente maiores na banda porosa do que na banda maciça, indicando que a maior parte dos mesmos está associado aos minerais de ganga do minério, presentes em maior volume na banda porosa. Tanto um como outro tipo de minério apresentaram baixos totais de ETR. Quando normalizados pelo PAAS, o minério friável mostra padrão de fracionamento dos ETR similar ao do protominério. Já o minério compacto apresenta padrão de fracionamento distinto com relação aos ETR pesados, os quais sofrem discreto empobrecimento em relação aos ETR médios. Os dados de campo, petrológicos, geoquímicos e geocronológicos indicam uma origem hipogênica para o minério compacto e supergênica para o minério friável. A datação pelo método 'ANTPOT. 40 Ar'/'ANTPOT. 39 Ar' de minerais de manganês presentes no itabirito manganesífero das Minas do Sapecado e Andaime trouxe importantes informações sobre a evolução do perfil de intemperismo das BIFs no Quadrilátero Ferrífero e sobre o minério de ferro supergênico nele contido. Os resultados geocronológicos forneceram idades entre 61.5 '+OU-' 1.2 Ma a 14.2 '+OU-'0.18 Ma, sugerindo uma prolongada história de intemperismo na região. A maior parte dos óxidos de Mn, entretanto, precipitou no intervalo entre 51 e 41 Ma, com um pico em 46.7 Ma, indicando um período de intenso intemperismo químico, durante o qual formou-se a maior parte do minério friável da mina de Águas Claras. Os dados apresentados neste trabalho mostraram que, sob idênticas condições estruturais, topográficas e climáticas, o itabirito dolomítico é muito mais favorável à formação de depósitos de ferro de alto teor do que o quartzo itabirito. Forneceram também indicações de que a gênese de depósitos gigantes de minério friável de alto teor a partir do quartzo itabirito requer a atuação de outros controles além do litológico, possivelmente envolvendo processos hipogênicos e supergênicos.
Título em inglês
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Palavras-chave em inglês
Not available.
Resumo em inglês
Iron ore and itabilites from Águas Claras mine were accurately examined and assessed for their mineralogical, petrological and geochemical features, in order to appropriately characterize and better understand their respective genesis. Two types of itabirite were identified in the Águas Claras mine, to wit: dolomitic itabirite and quartz itabirite. High-grade ores (%Fe >64%) were originally formed from dolomitic itabirite. Both itabirite types feature meso and microbanding. Dolomitic itabirite consists of alternating hematite-rich and dolomite-rich bands, whereas quartz itabirite consists of alternating quartz-rich and hematite-rich bands. Dolomite, quartz and hematite are the major minerals, the accessory minerals being chlorite, sericite, talc and apatite. Itabirites have a quite simple chemical composition. 'Fe IND. 2''O IND. 3', CaO, MgO and PF are the major elements in dolomitic itabirite's composition, whereas 'Fe IND. 2''O IND. 3' and Si'O IND. 2' are predominant in quartz itabirite. The contents of minor elements generally equal less than t0 ppm in both dolomitic and quartz itabirites, and no higher concentration is found in any other BIF type. Only Zn, Sr and Pb are more specifically associated with dolomitic itabirite, whereas Cd, Sb and Ge are associated with quartz itabirite. Itabirite's REE (Rare Earth Elements) fractionation pattern, when normalized by PAAS standard, is similar to other Paleoproterzoic BIFs' patterns, displaying Eu and Y positive anomalies and gradual increase of light REE towards the heavy REE. C and O isotopes of dolomitic itabirite have shown negative values for ''delta' POT. 13'C, ranging from -2,5%o to -0,8%o, while O isotopic data has shown values for ''delta' POT. 18'O between -12,4%o and -8,5%o, which are compatible with the ''delta' POT. 13'C and ''delta' POT. 18'O values identified in other Paleoproterozoic carbonate sequences, Field relationships and laboratory data suggest that both dolomitic and quartz itabirite represent the lateral and vertical facies transitions of the Cauê Formation's original sediments. Two main high-grade ore types have been identified: soft and hard ores. Soft ore is dominant and occurs as a continuous lens approximately 2,5 km long, comprising subordinate lenses of hard ore. Soft itabirite undergoes a lateral and vertical transition and turns into dolomitic itabirite (protore). During the above-mentioned transition, the hematite-rich bands turn into massive ore bands, whereas the dolomitic bands turn into porous bands. Hematite is the ore mineral of both soft and hard ore and occurs as granular and tabular hematite, its crystal size ranging from l0 to 30 'mü'm. Gangue minerals are scarce and consist of apatite, chlorite, sericite, talc and, occasionally, dolomite, ferrihydrite and Mn-minerals, the latter two resulting from dolomite dissolution. Soft and hard ores consist almost entirely of 'Fe IND. 2''O IND. 3', with average contents exceeding 96% for soft ores and 98% for hard ores. Impurities consist of 'Al IND. 2''O IND. 3', Si'O IND. 2', MnO and 'P IND. 2''O IND. 5'. Their contents are slightly higher in soft ore than in hard ore. Trace element content is quite low in both ore types. The level of most trace elements stand below the analytical method detection limit, having almost all of them showing an average content of less than 30 ppm, except for Ba, V, Zn e Cr, whose average contents range between 30 and 100 ppm. The trace element contents are significantly higher within the porous band than within the massive band, thus indicating that most of them are associated with ore gangue minerals, which are concentrated in the porous band. Both types of ore feature low REE totals. When normalized by PAAS, the soft ore presents a REE fractionation pattern similar to the protore pattern. On the other hand, the hard ore displays a different fractionation pattern with regard to heavy REE, which undergoes a slight depletion when compared to middle REE. The petrological, geochemical and geochronological field relationships indicate a hipogene origin for the hard ore and a supergene origin for the soft ore. 'ANTPOT. 40 Ar'/'ANTPOT. 39 Ar' dating of the Mn-minerals detected in the manganesiferous itabirite from the Sapecado and Andaime Mines has provided signifìcant information on the development of the weathering profile of BIFs in the Quadrilátero Ferrífero and on the supergene iron ore therein contained. According to the geochronological results, ages from 61.5 '+OU-' 1.2 Ma to 14.2 '+OU-' 0.18 Ma were obtained, therefore suggesting this region underwent a long, lasting weathering period experienced. However, most of Mn oxides precipitated between 5l and 4l Ma, a peak being identified in 46.7 Ma. The data above indicates a period of intense chemical weathering during which most of the soft ore found in Águas Claras Mine was formed. The data contained in this paper shows that under identical structural, topographic and climatic conditions, dolomitic itabirite is much more liable to forming high-grade iron deposits than quartz itabirite. There are also indications that the genesis of the huge high-grade soft ore deposits originally formed from quartz itabirite requires the action of other controls, besides the lithological one, possibly involving hipogene and supergene processes.
 
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Data de Publicação
2016-01-06
 
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