Transport par vapeur des éléments du groupe du platine
à des températures magmatiques
Projet DIVEX SC4
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Dépôt de EPG de Stillwater, Montana, USA |
Introduction
Les concentrations d'éléments du groupe du platine (ÉGP) dans les dépôts contenant des ÉPG sont assez faibles (6-14ppm). Ainsi, les minéraux contenant des ÉPG ne sont pas visibles à l'oeil nu la plupart du temps. Les roches contenant des ÉPG varient des chormitites aux pyroxénites, gabbronorites ou anorthosites. Le type de roches ne peux donc pas nécessairement être utilisé comme guide pour identifier quelles roches contiennent des dépôts d'ÉGP. En général, il y a peu d'évidences sur le terrain ou en échantillons macroscopiques pour guider l'exploration. Des modèles montrant pourquoi certaines roches mafiques ou ultramafiques contiennent des ÉGP d'importance économique pourraient aider les efforts d'exploration.
Objectifs
L'objectif principal de ce projet était d'étudier le rôle d'une vapeur riche en soufre dans la formation de gisements d'ÉPG économiquement importants.
Méthode
Le projet a emprunté deux principales avenues de recherche, soit :
- l’étude expérimentale de la possibilité du transport des ÉGP dans une vapeur de soufre, avec le système sulfuré Fe-Ni-Cu à des températures magmatiques;
- l’étude expérimentale des mécanismes d’enrichissement des ÉGP dans une phase sulfurée suite à une désulfurisation due à la phase vapeur, et à la formation d’alliages d’ÉGP individuels sous des conditions de faibles teneurs en sulfure.
Un système ouvert – par rapport à la phase gazeuse – fut utilisé pour les deux séries expérimentales, grâce à la technique « tube dans un tube ». Pour les expériences de transport des ÉGP dans une vapeur de soufre, un donneur riche en soufre de composition (Fe,Ni,Cu)1-xS, avec un ratio des métaux de base variable, fut dopé avec 2000 ppm d’or et de chacun des ÉGP. Une pyrrhotite à faible teneur en soufre fut utilisée comme récepteur pour les ÉGP. Le ratio métaux/S du système fut modifié en changeant le ratio donneur/récepteur, que les métaux soient transportés sous forme sulfurée ou non. Dans le système Fe-S-ÉGP, les produits expérimentaux consistaient en la pyrrhotite servant de récepteur, d’une part, et la pyrrhotite servant de récepteur, d’autre part, cette dernière contenant des ÉGP et des grains d’or individualisés. Dans le système Fe-Cu-Ni-S-ÉGP, les produits expérimentaux comprenaient la pyrrhotite servant de récepteur et un donneur composé de solution solide monosulfurée [monosulfide solid-solution, Mss, (Fe,Ni,Cu)1-xS] ± un liquide sulfuré riche en cuivre et en or ± des minéraux d’ ÉGP. Les expériences de retrait du soufre furent effectuées à des températures de 1000-980°C avec le système Fe-Ni-Cu-S dopé avec 0,2% poids de Pt, Ir et 0,5% poids Pd; la fugacité du soufre (ƒS2) était contrôlée par une pyrrhotite à faible teneur en soufre. La quantité de « tampon » (pyrrhotite à faible teneur en soufre) était 30-40 fois plus importante que celle de l’échantillon riche en soufre, composée de Mss contenant des ÉGP ± un liquide riche en cuivre. Pendant les procédures expérimentales, le transfert du soufre depuis le sulfure de métaux de base (contenant des ÉGP) vers le tampon s’est produit par l’intermédiaire d’une phase vapeur, ce qui a eu pour effet de simuler une désulfurisation naturelle. La composition finale des produits expérimentaux fut déterminée par microsonde électronique et par LA-ICP-MA.
Schéma de l'assemblage du "tube dans un tube" : A. Expériences sur le transport dans la vapeur; B. Expériences de désulfurisation.
Résultats et conclusions
A la fin des expériences de transport des métaux en phase vapeur, des concentrations significatives en Ni, Cu, Au et Os ont été détectées dans la pyrrhotite servant de récepteur, de même qu’une certaine quantité de Pt et Pd et de très faibles teneurs de Rh, Ru et Ir. Rappelons que cette pyrrhotite ne contait aucun Ni, Cu ou ÉGP au départ. La quantité de Ni transportée jusqu’au récepteur augmente avec la quantité de soufre transportée et dépend également du contenu en Ni du donneur et de la quantité de liquide présente dans l’association donneur – sulfures de métaux de base.
Au cours des expériences de transport en phase vapeur, la pyrrhotite servant de récepteur a accumulé des quantités significatives de Pt, Pd, Os et Au mais peu de Ir, Ru et Rh. De plus, davantage de Ni (700-11 300 ppm) que de Cu (1000 ppm) a été transporté par la vapeur. La quantité de nickel, de Pt et de Pd qui est transportée dépend du ratio métaux/soufre du système. Ceci suggère que ces éléments sont transportes sous forme de sulfures de métaux de base, alors que Cu, Ir, Ru et Rh sont transportés sous forme métallique. Les expériences de désulfurisation due à la phase vapeur ont produit les phénomènes suivants : (1) l’exsolution de Pt et Ir dans des sulfures de métaux de base appauvris en soufre, sous forme d’alliages d’ÉGP – ce qui conduit à un enrichissement du résidu de sulfure en ÉGP lourds; et (2) la fusion partielle ou totale des sulfures permettant la formation de Mss [(Fe,Ni,Cu)1-xS] à faible teneur en soufre, d’alliages Fe-Pt-Ir, et de liquide sulfuré très mobile, riche en Cu-Ni-Pd. Ceci pourrait expliquer la séparation du platine et du palladium dans les systèmes minéralisés naturels et influencer les ratios Pd/Pt et Pd/Ir.
Modèle de récepteurs et de donneurs de'ÉGP dans des conditions naturelles
Dans la plupart des exemples naturels où une mobilisation des ÉGP par des fluides a été proposée, le matériel remobilisé est enrichi en Cu, Pd et, dans une moindre mesure, Pt. Nos expériences suggèrent que le transport des métaux par une vapeur de soufre n’est pas le mécanisme pouvant expliquer cette remobilisation, puisqu’un fractionnement du Pd par rapport au Pt n’est pas observé, et que le cuivre n’est pas préférentiellement transporté par la vapeur comparé au nickel. Un candidat plus prometteur pour la remobilisation du cuivre et du palladium est le liquide sulfuré qui s’est formé au cours des expériences de désulfurisation. Cependant, la désulfurisation par l'enlèvement de vapeurs dominées par le soufre à des températures magmatiques pourrait jouer un rôle très important dans la formation de concentrations d'ÉGP d'importance économique.
