Minerais de ETR no complexo carbonatítico de Bailundo (Mungo, Angola): ocorrência, composição e significado económico

Abstract

Os complexos alcalino-carbonatíticos correspondem a produtos de magmas mantélicos gerados e instalados durante os eventos de reactivação tectono-magmática (rifting intracontinental) de terrenos antigos, predominantemente de idade Arcaica ou Proterozóica. As rochas carbonatíticas são rochas ígneas ricas com mais de 50% em volume de minerais carbonatados magmáticos, contendo menos de 10% de sílica. No território de Angola conhecem-se 45 complexos alcalino-carbonatíticos, os quais correspondem a estruturas (sub)intrusivas com morfologia (sub)circular que se distribuem ao longo de dois alinhamentos tectónicos intra-continentais activos desde o Cretácico Inferior (138-130 Ma). O Complexo Carbonatítico de Bailundo (CCB) situa-se a 11 km a NE da localidade de Bailundo e a cerca de 100 km a NNE da cidade de Huambo, numa região denominada Mungo. Apresenta uma morfologia típica de estrutura anelar com ≈ 7 km de diâmetro e ≈ 38.5 km2 de área. Desenvolve-se na Província Alcalino-Carbonatítica Diagonal Trans-angolana, definida ao longo de um alinhamento SW-NE desde o litoral até à fronteira com a República Democrática do Congo. O CCB compreende um domínio central, correspondendo ao Morro Belém (atingindo 1805 m de altitude), constituído por rochas carbonatíticas (ferro-carbonatitos e cálcio-carbonatitos) e um anel externo de fenitização. O tema desta tese tem como objectivo primordial o estudo dos Elementos de Terras Raras (ETR), nomeadamente: (i) sua abundância relativa; (ii) caracterização e distribuição espacial; (iii) fases minerais que as incorporam e seu modo de ocorrência e (iv) avaliação do potencial económico. Um último objectivo prende-se com a avaliação das características petrogenéticas do CCB, com base na análise dos ETR e elementos traço. Os ETR, também designados por lantanídeos, compreendem os 15 metais do grupo IIIA da Tabela Periódica com número atómico 57 ao 71; a estes associam-se ítrio (Y), escândio (Sc) e tório (Th). As suas aplicações em diversas soluções tecnológicas, levam ao contínuo aumento da procura. Neste contexto, o estudo dos complexos carbonatíticos é muito importante, pois contêm frequentemente, para além de outros elementos, concentrações anómalas em ETR. Em termos gerais, os fenitos e carbonatitos examinados revelam textura e natureza composicional relativamente heterogénea que reflecte a sobreposição de transformações desencadeadas por processos tardi-magmáticos e hidrotermais subsequentemente intensificados pela meteorização química. Estes processos revelam-se cruciais ao desenvolvimento de associações minerais singulares; tal é o caso dos minerais portadores de ETR como flúor-carbonatos (parisite), fosfatos (rabdofanite e apatite) e óxidos (pirocloro e cerianite). Estas fases minerais, em conjunto com outras descritas em trabalhos anteriores (e.g. Santos, 2010), portadoras de metais de interesse, tornam o CCB um complexo polimetálico Fe-Nb-ETR (Ba) com potencial económico significativo. A avaliação do potencial económico em [ETR+Y+Sc] (= REO*) revela conteúdos medianos elementares mais elevados para os ferro-carbonatitos com 0.81 wt% (x= 1.26 wt%), seguido dos cálcio-carbonatitos com 0.64 wt% (x= 1.16 wt%) e fenitos com 0.33 wt% (x= 0.75 wt%); as anomalias em ETR desenvolvem-se nomeadamente sector central e SW dos ferro-carbonatitos e nas faixas de transição para os cálcio-carbonatitos. Os minerais do grupo do pirocloro (pirocloro e Ba-pirocloro) ocorrem em todas as litologias, excepto o Ba-pirocloro que apenas se encontra nas rochas carbonatíticas; apresentam-se sob a forma de cristais euédricos de granularidade grosseira, disseminados pela matriz e apresentando quantidades traço em ETR (≤ 7.78 wt%), mas elevados conteúdos em Nb (67.57 wt% - ferro-carbonatitos; 69.57 wt% - cálcio-carbonatitos; 64.95 wt% - fenitos) e Ba (19.16 - ferro-carbonatitos e 14.1 wt% - cálcio-carbonatitos). A cerianite ocorre nos ferro-carbonatitos sob a forma de grãos de dimensão muito reduzida disseminados pela matriz e com conteúdos em ETR de 64.4 wt% (essencialmente Ce com 56.3 wt%); os minerais do grupo da rabdofanite [brockite, rabdofanite-(Ce), rabdofanite-(Nd)] são encontrados nos exemplares dos ferro-carbonatitos e formam disseminações matriciais tardias, bem como preenchimentos de redes anastomosadas de veios, filonetes e venulações, apresentando conteúdos em ETR2O3 variáveis entre 21.2 e 61.2 wt%; a parisite presente nos cálcio-carbonatitos ocorre em agregados de grão fino e morfologia radial e fibrosa, disseminados na matriz e desenvolvendo intercrescimentos com outros flúor-carbonatos (e.g. bastnäsite, synchysite) cuja identificação fidedigna não foi possível; apresenta conteúdos medianos em ETR2O3 de 44.8 wt%. A apatite, assim como o pirocloro, apresenta conteúdos traço em ETR (≤ 1.13 wt%) e ocorre em exemplares dos cálcio-carbonatitos e fenitos em secções prismáticas e basais, constituindo por vezes agregados monominerálicos. São observadas três tipologias de mineralização: (i) mineralizações primárias tipificadas pela fase pirocloro, (ii) magmático-hidrotermais tipificadas pelo desenvolvimento de Ba-pirocloro, parisite e apatite e (iii) supergénicas (hidrotermais?) tipificadas pelo desenvolvimento de cerianite e rabdofanite. Os padrões de concentração em ETR e multi-elementares normalizados relativamente ao condrito e manto primitivo, respectivamente, afiguram-se compatíveis com a distribuição e abundância das fases minerais portadoras em ETR. Mostram elevados conteúdos em ETR tipificados por forte enriquecimento em ETRL relativamente a ETRP, onde o La e o Ce constituem os ETRL mais abundantes. De salientar os enriquecimentos em BaO e SrO; os empobrecimentos bem marcados em Rb, K, Zr-Hf e Ti e a fraccionação Nb/Ta (em média 14016 e 3521.97 para os ferro-carbonatitos e cálcio-carbonatitos, respectivamente) e Zr/Hf (em média 36.97 e 59.02 para os ferro-carbonatitos e cálcio-carbonatitos, respectivamente), com valores superiores ao manto primitivo (Nb/Ta = 17 e Zr/Hf = 36; Sun & McDonough, 1989), congruentes com o metassomatismo carbonatítico. Sublinha-se a elevada fraccionação Nb/Ta atribuída à fraccionação do pirocloro. O exame comparativo da assinatura petrogenética do CCB com as informações publicadas para os complexos carbonatíticos de Angola e Brasil torna-se importante, na medida em que permite caracterizar a província carbonatítica de Angola e definir (potencialmente) guias para a prospecção e pesquisa mineral. A análise realizada confirma a potencialidade de Bailundo em ETR relativamente a alguns complexos carbonatíticos angolanos (Sulima-Monte Verde, Logonjo, Tchivira-Bonga e Lupongola) e brasileiros (Juquiá e Jacupiranga). Virulundo (complexo carbonatíticos angolano) e Itapirapuã, Angico dos Dias e Araxá (complexos carbonatíticos brasileiros) mostraram conteúdos em ETR próximos e, por vezes, superiores (e.g. Araxá e Virulundo) aos obtidos para Bailundo. A distribuição de concentração em ETR normalizados relativamente ao condrito para os complexos angolanos e brasileiros revela, tal como para Bailundo, forte enriquecimento em ETR, nomeadamente ETRL. Os padrões de concentração em elementos incompatíveis revelam assinaturas geoquímicas semelhantes às obtidas para Bailundo, destancando-se diferenças nos valores de BaO e SrO, mais elevadas para Bailundo que nos restantes complexos (angolanos e brasileiros), com excepção de Araxá que apresenta valores de SrO mais elevados. A elevada fraccionação Nb/Ta apenas se observa para os carbonatitos angolanos, incluindo Bailundo (excepto Tchivira-Bonga), e para o carbonatito brasileiro de Araxá.

Alkaline-carbonatitic complexes are mantle products mostly emplaced during the tectono-magmatic reactivation (intra-continental rifting) Archean or Proterozoic ancient terrains. Carbonatites are igneous rocks containing more than 50% volume of carbonate minerals (magmatic) with less than 1% of silica. Currently, 45 alkaline carbonatitic complexes are known in Angola, comprising (sub)intrusive and (sub)circular bodies along two intra-continental tectonic lineaments active since the Early Cretaceous (138-130 Ma). The Bailundo Carbonatitic Complex (CCB) is located 11 km NE of Bailundo village and about 100 km NNE from Huambo city, Mungo region. This complex has an aneliforme morphology with approximately 7 km in diameter and 38.5 km2 of area. It occurs at the Diagonal Transangolan Belt with a SW-NE trend, which extends from the coast to the Democratic Republic of Congo. The CCB comprises ferro-carbonatites and calcio-carbonatites, forming a central core (Morro Belém with 1805 m height) surrounded by a fenite peripheral ring. The thesis aims the discussing of REE: (i) abundance; (ii) characterization and spatial distribution; (iii) mineral phases and occurrence and (iv) evaluation of economic potencial. An ultimate goal concerns the evaluation of the petrogenetic signatures of the CCB, through the examination of REE and trace elements behaviour. The REE are the 15 lanthanides elements with atomic numbers 57 through 71 in Group IIIA of the Periodic Table; commonly included in the REE group are yttrium (Y), scandium (Sc) and thorium (Th). The REE elements have high-technology applications, providing the growth of demand. So, the study of carbonatitic complexes is extremely important because potentially contain higher contents of these metals. The petrographic study show the presence of fenites and carbonatites with heterogeneous texture and composition due to the overlapping of features triggered by late-magmatic and hydrothermal processes subsequently disturbed, to varying degrees, by chemical weathering. These processes are crucial to the development of typical mineral assemblages: fluorcarbonates (parysite), phosphates (rhabdophane and apatite) and oxides (pyrochlore and cerianite). These minerals, together with other mineral phases with economic interest already described in previous work (e.g. Santos, 2010), reflect a significant economic potential of CCB concerning poli-metallic Fe-Nb-REE (Ba) association. The REO median contents for ferrocarbonatites (0.81 wt%; x= 1.26 wt%) are higher than calciocarbonatites (0.64 wt%; x= 1.16 wt%) and fenites (0.33 wt%; x= 0.75 wt%); domains with high economic potential correspond to ferrocarbonatites (central and SW sector) and their transition to calciocarbonatites. Pyrochlore minerals (pyrochlore and bariopyrochlore) are found in all rock types, except bariopyrochlore only recognized in carbonatitic rocks; the mineral occur as pervasive euhedric coarse grains with REE trace amounts (≤ 7.78 wt%), but high Nb (67.57 wt% - ferrocarbonatites; 69.57 wt% - calciocarbonatites; 64.95 wt% - fenites) and Ba contents (19.16 - ferrocarbonatites and 14.1 wt% - calciocarbonatites). Cerianite occur in ferrocarbonatites as very small pervasive grains with 64.4 wt% of REE (mainly 56.3 wt% of Ce); the rhabdophane group minerals [brockite, rhabdophane-(Ce), rhabdophane-(Nd)] are observed in ferrocarbonatitic rocks as late stage infillings of anastomosed, veins, veinlets and fractures, with REE contents between 21.2 e 61.2 wt%; parasite occur as fine-grained, radial and fibrous morphology in calciocarbonatites, intergrown with another fluorcarbonates not identified (e.g. bastnäsite, synchysite); the REE median contents are 44.8 wt%. Apatite, as well as pyrochlore, have trace amounts of REE (≤ 1.13 wt%) and occur in calciocarbonatites and fenites. It occur as prismatic and basal crystals, sometimes forming mono-mineralic concentrations. There are three mineralization types: (i) primary mineralization represented by pyrochore, (ii) magmatic-hydrothermal represented by bariopyrochlore, parasite and apatite and (iii) supergene (hydrothermal?) represented by cerianite and rhabdophane. Chondrite and primitive mantle normalized distribution patterns validate the abundance and distribution of REE mineral phases. They show high REE contents typified by LREE enrichment relative to HREE, where La and Ce are the most abundant. Noted BaO and SrO enrichments; depletions in Rb, K, Zr-Hf and Ti and the fractionation of Nb/Ta (average 14016 and 3521.97 for ferrocarbonatites and calciocarbonatites, respectively) and Zr/Hf (average 36.97 and 59.02 for ferrocarbonatites and calciocarbonatites, respectively), higher than primitive mantle values (Nb/Ta = 17 and Zr/Hf = 36; Sun & McDonough, 1989), assigned to metassomatic carbonatitic melts. Noted that the high Nb/Ta ratio is also assigned to the fractionation of pyrochlore. Comparing the petrogenetic signatures between CCB, Angola and Brazil carbonatitic complexes allows characterize the Angola carbonatitic province and provide useful guides to mineral prospecting and exploration. The results confirm the high REE potential of Bailundo relative to some angolan carbonatitic complexes (Sulima-Monte Verde, Logonjo, Tchivira-Bonga and Lupongola) and brazilians (Juquiá and Jacupiranga). Virulundo (angolan carbonatitic complex) and Itapirapuã, Angico dos Dias e Araxá (brazilian carbonatitic complexes) show similar REE contents and, sometimes, higher (e.g. Araxá and Virulundo) than Bailundo. The chondrite normalized REE distribution patterns for angolan and brazilian complexes reveals, as for Bailundo, strong enrichment, namely in LREE. The primitive mantle nomalized multi-elemental patterns show geochemical signatures similar to Bailundo, highlighting the differences in BaO and SrO values, higher in Bailundo, except for Araxá with higher contents in SrO. De hight Nb/Ta fraccionation is only observed in angolan carbonatites, inclusive Bailundo (except Tchivira-Bonga), and for brazilian carbonatite complex of Araxá.