ECTS - University of Pisa
Il corso intende fornire conoscenze sull’utilizzo dei diversi minerali metallici e industriali e sul loro valore economico, sui processi geologici responsabili della genesi di depositi economicamente sfruttabili, sulla classificazione dei diversi tipi di depositi e sui principi dell’esplorazione mineraria e del recupero del minerale.
The student who successfully completes the course will: - be aware of the main uses of minerals and rocks and of their economic value; - be able to demonstrate an advanced knowledge of the geological processes forming ore deposits; - be able to demonstrate a solid knowledge of the main deposit types and of the main principles and methods used in mineral exploration; - be aware of the main processes in mineral recovery.
Le conoscenze saranno verificate mediante un esame finale orale volto a discutere i contenuti del corso con la terminologia appropriata
The student will be assessed on his/her demonstrated ability to discuss the main course contents using the appropriate terminology, during a final oral exam
Lo studente/studentessa sarà in grado di associare dati geologici, mineralogici, geochimici alle principali tipologie di deposito minerario e alle facies di alterazione associate e di interpretare criticamente le risorse bibliografiche su un'area mineraria.
The student who successfully completes the course will: - be able to associate geological, mineralogical and geochemical features to the main deposit types and their geological ore forming processes; - be able to critically interpret bibliographic resources describing ore deposits.
Lo studente/studentessa dovrà esporre e discutere oralmente, dimostrando capacità critica, un report su un caso di studio, durante l'esame finale
The student will be assessed by his/her ability to give an oral report, with critical awareness, of a scientific paper dealing with a topic of his/her choice among those presented during the course, during the final oral exam.
Lo studente/studentessa acquisirà consapevolezza dell'importanza di minerali e rocce come materie prime e delle problematiche legate al loro sfruttamento; acquisirà comportamenti in accordo con la necessità di garantire l'utilizzo sostenibile delle risorse naturali
The student will obtain awareness of the importance and complex consequences of the use of minerals and rocks as raw materials; he/she will learn behaviors in agreement with the necessity to guarantee the sustainable use of natural resources
Discussioni durante il corso e durante l'esame finale
Discussions during the course and the final oral exam
Conoscenze di base, acquisite con la laurea triennale, di geologia, mineralogia, geochimica.
Basic knowledges, acquired during the bachelor course, of geology, mineralogy, geochemistry
Il corso comprende lezioni frontali, attività pratiche e uscite sul terreno. La frequenza è consigliata.
L'apprendimento avviene tramite:
Delivery: face to face
Attendance: Advised
Learning activities:
Teaching methods:
Provenienza geografica delle materie prime. Esempi del valore economico di alcuni minerali industriali e metallici di uso comune. Terminologia: risorse e riserve, ore mineral, minerali industriali e minerali metallici, minerale di cava e minerale di miniera. La legislazione mineraria italiana. Fattori che rendono un deposito economicamente interessante. Concentrazione media nella crosta terrestre e concentrazione minima sfruttabile. Come si descrive un deposito: singenetico/epigenetico, morfologia dell’orebody e relazioni con le rocce che lo ospitano.
La classificazione dei depositi sulla base della genesi (Robb, 2005; Pohl ed. 2005). Altre classificazioni (Dill 2010; Lindgren, 1955).
Giacimenti formati dalla concentrazione di elementi per processi magmatici in magmi basici e ultrabasici: Cr, Ni, V, PGE (Platinum Group Elements); cenni sugli usi e sul valore economico. I depositi a cromite e a solfuri di Ni e PGE del complesso magmatico di Bushveld, Sudafrica: processi genetici. Le diverse categorie di depositi di Ni e PGE ortomagmatici. L’esempio di Norilsk (Siberia). I depositi di Ni e PGE in komatiiti. I depositi di Ni e PGE di Sudbury (Canada).
I giacimenti di diamanti in placers e in rocce kimberlitiche e lamproitiche. Diamante, bort, carbonado. Criteri per il valore delle gemme. Principali paesi produttori. Tessitura e composizione mineralogica delle kimberliti. Morfologia e taglia dei camini kimberlitici e facies vulcaniche e ipoabissali. L’utilizzo dei minerali indicatori nell’esplorazione per diamanti. Diamanti come xenocristalli nelle kimberliti. Considerazioni sulla genesi delle kimberliti diamantifere.
I depositi porphyry copper. Metalli che se ne ottengono e concentrazioni sfruttabili; modello di Lowell-Guilbert e facies di alterazione caratteristiche (potassica, sericitica/fillitica, argillitica, propilitica); profondità di formazione del deposito; meccanismi di formazione della mineralizzazione a solfuri di Cu: cooling e boiling del fluido magmatico-idrotermale; origine magmatica dei fluidi, dei metalli e dello zolfo nei porphyry copper; ruolo dell'intrusione porphyry. Fattori determinanti lo sviluppo di depositi porphyry copper negli archi magmatici: l’importanza della precoce cristallizzazione di magnetite per la saturazione in una fase ricca in S e lo stoccaggio di Cu nelle radici degli archi magmatici. Tempi della mineralizzazione. I "porphyry copper systems" nel senso di Sillitoe (2010). L'arricchimento supergenico nei depositi porphyry copper: distribuzione di solfuri e ossidi di Cu con la profondità in relazione all’azione dei fluidi supergenici, conseguenze sulla risorsa di Cu. I depositi porphyry Cu-Mo e Cu-Au, Au-Cu.
Evoluzione dei fluidi dal porphyry copper ai depositi epitermali. I depositi epitermali high sulfidation. L’esempio di Far Southeast e Lepanto e il legame tra depositi porphyry copper e high sulfidation. Le facies di alterazione sericitica/fillitica, argillitica, argillitica avanzata, silicica (vuggy silica) e i minerali secondari indicativi di T e/o pH dei fluidi o di boiling: minerali argillosi, biotite, alunite, adularia.
I depositi epitermali intermediate e low sulfidation. Meccanismi di formazione di rocce silicizzate nell’alterazione idrotermale. Le indicazioni tessiturali di boiling.
Lettura dei diagrammi concentrazione-tonnellaggio (grade-tonnage plots).
Cenni sui meccanismi della circolazione idrotermale rilevanti per la formazione di giacimenti.
Depositi a solfuri metallici originati da fluidi idrotermali di origine marina: volcanic-hosted massive sulfide o VHMS (Cu, Cu-Zn, Zn-Pb-Cu), sedimentary-exhalative o SEDEX (Zn-Pb). Classificazione dei depositi VMS sulla base delle litologie associate, legame con diversi ambienti geodinamici e conseguenze sull’abbondanza relativa di Cu, Zn e Pb nel deposito. Depositi idrotermali di barite di tipo esalativo formatisi in ambiente marino.
Depositi legati a fluidi idrotermali originati da acque connate: stratiformi sediment-hosted Cu-Co (SSC), Mississippi-Valley-type Zn-Pb (MVT).
I depositi "sediment-hosted replacement Au" di tipo Carlin: relazioni con le rocce incassanti, associazione mineralogica, alterazione associata, controverse ipotesi genetiche. Cosa significa “oro invisibile”. La relazione tra Au e As nella pirite arsenifera. Depositi legati a fluidi idrotermali con componenti derivati da processi metamorfici, in ambiente orogenico: orogenic Au.
Costruzione di un diagramma paragenetico.
Cenni sui depositi a metalli legati a circolazione di acque meteoriche: U-V.
Depositi minerari placers e paleoplacers. L’esempio di Witswatersrand: storia dello sfruttamento, caratteristiche della regione mineraria, le ipotesi genetiche di placer e modified placer.
Processi di weathering e lisciviazione e rocce residuali utili. Lateriti, bauxiti, caolini. Un elemento importante ottenuto dalle bauxiti: il Ga. Le lateriti come giacimenti di Ni. L’idratazione del vetro vulcanico e la formazione di perliti; caratteristiche che rendono utili perliti e pomici.
Depositi minerari idrogenetici: Fe (Banded Iron Formations, classificazione sulla base dell’ambiente e dell’età di formazione; ironstones); Mn (cenni sulla classificazione dei depositi di tipo idrogenetico e idrotermale); fosforiti. Le evaporiti continentali e la formazione di giacimenti di Li e B. Le
Terre Rare (REE): importanza economica, giacimenti (placer, carbonatiti, pegmatiti). I depositi iron oxide-apatite. L’importanza dei processi di immiscibilità liquido silicatico-liquido ricco in Fe nei sistemi magmatici per la concentrazione di elementi. El Laco. I depositi di tipo IOCG, iron oxide-copper-gold: caratteristiche e cenni sulle ipotesi genetiche. Elementi considerati materie prime “critiche” per l’economia europea. I rapporti della Commissione EU “Critical Raw Materials”.
L’esplorazione mineraria: concetti generali; gli stadi dell’esplorazione mineraria. Il caso Bre-X e la necessità di linee guida per la stesura dei report tecnici. I rapporti tecnici secondo i principi attualmente condivisi, la Qualified Person. Raccolta e interpretazione di dati geochimici nell'esplorazione mineraria. Indici di alterazione e box diagrams.
L’arricchimento del minerale estratto: il concentrato. La separazione per flottazione. L’importanza della microstruttura. Cenni sul trattamento di minerali di Cu, Zn, Pb, Au.
Domini, province e distretti metallogenici. Epoche metallogeniche. Metallogenesi e ambienti tettonici. Toscana meridionale: le mineralizzazioni Sb-Au e il confronto con il modello Carlin-type. Discussione sulla metallogenesi in Toscana meridionale
L'osservazione di rocce alterate: principi e esempi. L'osservazione di minerali "ores" in microscopia a luce riflessa: principi di metallografia ed discussione di esempi da rocce mineralizzate.
The need for mineral resources. Raw materials and main producers. The price of common industrial and ore minerals. Terminology: resources and reserves; ore minerals; industrial minerals; critical raw materials; mines and quarries. The Italian mining law. Factors controlling if a mineral deposit can be mined at a profit. Ore and gangue. Main products, by-products, co-products. Average concentration in the crust (Clarke value), mineable grade and concentration factor; cut-off grade. Syn-genetic/epigenetic ore deposit. Terminology for the description of an orebody.
The classification of ore deposits based on the ore-forming processes (Robb, 2005; Pohl ed. 2005). Other classification criteria (Dill 2010; Lindgren, 1955).
Deposits originated by magmatic processes in mafic and ultramafic igneous rocks: Cr, Ni, V, PGE (Platinum Group Elements); notes on uses and prices. The chromite and Ni-PGM sulfides deposits of Bushveld (RSA). Other categories of orthomagmatic Ni-PGE deposits: the example of Norilsk (Siberia); the Ni-PGE in komatiites (examples in Western Australia); the Ni-PGE deposits of Sudbury (Canada).
Diamond deposits in placers and in kimberlitic and lamproitic rocks. Diamond, bort, carbonado. Criteria for the value of gems. Main producer countries. Kimberlites: textural and mineralogical features; morphology and size of kimberlite pipes; volcanic and hypoabissal facies. Using indicator minerals in exploration for diamonds. Notes on the genesis of diamond-bearing kimberlites.
The porphyry copper deposits. Metals and mineable grades. The Lowell-Guilbert model and the typical alteration facies (potassic, phyllic, argillic, propylitic). Magmatic source for metals, sulfur, fluids. Depth of formation of the ore deposit and ore-forming processes. Cooling and boiling of the magmatic-hydrothermal fluid. The role of the porphyry intrusion. Factors and mechanisms favorable for the genesis of a porphyry copper deposit. The "porphyry copper systems" in Sillitoe (2010). The mechanisms and importance of supergenic enrichment for porphyry copper deposits. The porphyry Cu-Mo, Cu-Au, Au-Cu deposits.
Fluid evolution from the porphyry to the epithermal environment. The epithermal high sulfidation deposits. The example of Far Southeast and Lepanto. The alteration facies: sericitic/phyllic, argillic, advanced argillic, silicic (vuggy silica) and the alteration minerals indicative of T and/or pH of fluids and of boiling processes: clay minerals, sericite, biotite, alunite, adularia. The intermediate and low sulfidation epithermal deposits. Mechanisms for the formation of silicified rocks in hydrothermal alteration. Textural evidences for boiling.
Examples of grade-tonnage plots.
Notes on the hydrothermal circulation which are relevant for the ore-forming processes.
Sulfide deposits originated by hydrothermal fluids in the marine environment, with seawater as the main component of hydrothermal fluids: volcanic-hosted massive sulfide or VHMS (Cu, Cu-Zn, Zn-Pb-Cu), sedimentary-exhalative or SEDEX (Zn-Pb). VMS classification based on the host rock type and link with the geodynamic setting and the relative abundance of Cu, Zn e Pb in the deposit. Baryte deposits of exhalative origin in the marine environment.
Hydrothermal ore deposits linked to fluids originated by connate waters: stratiform sediment-hosted Cu-Co (SSC), Mississippi-Valley-type Zn-Pb (MVT).
The "sediment-hosted replacement Au" deposits and Carlin-type deposits. Relationships with the host rocks; ore and alteration mineral paragenesis; controversies on the genesis of the Nevada Carlin deposits. “Invisible” gold and relationship with As-bearing pyrite. Orogenic gold deposits; ore and alteration mineral paragenesis.
Using paragenetic diagrams to describe and understand ore deposits.
Notes on hydrothermal metal deposits linked to circulation of meteoric waters: U-V deposits.
Placers and paleoplacers deposits; factors for the formation of a placer deposit. The example of Witswatersrand: mining, geology, the genetic reconstructions as a placer or modified placer deposit.
Useful residual minerals and rocks. Kaolin, laterization, bauxite. Bauxite as a source for Ga. Ni-laterite deposits. Perlite deposits: uses and genesis. Why perlite and pumice are useful.
Hydrogenetic ore deposits: Fe (Banded Iron Formations, their classification based on age and genetic mechanisms; ironstones); Mn (some notes on hydrogenetic and hydrothermal Mn deposits); phosphate rocks and phosphogenesis. Evaporitic rocks with particular attention to evaporite resources in the continental environment and Li and B deposits.
Rare Earth Elements (REE): economic relevance, types of deposits (placer, carbonatites, pegmatites, new REE deposit types). Iron oxide-apatite deposits. The importance of the mechanism of immiscibility differentiation of Fe-rich melt from silicate melt for the concentration of elements. The example of El Laco. IOCG, iron oxide-copper-gold deposits: characteristics and genetic models. Elements considered “critical” raw materials for the european economy. The reports of the EU Commission for “Critical Raw Materials”.
Mineral exploration: general concepts; mineral exploration stages. The Bre-X case and the need for guidelines for the technical reports. Examples of technical reports according to the presently shared principles. The Qualified Person. Collection and interpretation of geochemical data in mineral exploration. The main alteration indexes and diagrams used to undestand altered rocks.
Beneficiation of the ore. Concentrate and tailings. Separation by flotation. The importance of the knowledge of textural features on the recovered grade.
Metallogenetic domains, provinces, districts. Metallogenetic epochs. Metallogenesis and plate tectonics. Examples from Southern Tuscany: Sb-Au mineralizations and the Carlin-type model. Discussion on the metallogenesis of Southern Tuscany.
The study of altered rocks: principles and examples. The study of ore minerals by means of reflected light microscopy: principles and examples.
- Kesler & Simon (2015) Mineral resources, economics and the environment. Cambridge
- Ridley (2013) Ore deposit geology Cambridge. 398 p.
- oppure: Pohl WL (2011) Economic Geology: Principles and Practice. Blackwell.
- oppure: Robb L. (2005) Introduction to ore forming processes. Blackwell Publishing, 373 p.
- Moon C. J., Whateley M. K.G. & Evans A. M.(2006) Introduction to Mineral Exploration Blackwell Publishing, p. 499
- Taylor R. (2009): Ore Textures - Recognition and Interpretation. Springer
- Pracejus B. (2008) The Ore Minerals Under the Microscope - An Optical Guide. ATLASES IN GEOSCIENCE, 3, Elsevier
- Spry, P.G. and Gedlinske, B.L. (1987): Tables for the Determination of Common Opaque Minerals. Economic Geology.
Some recommended textbooks:
- Kesler & Simon (2015) Mineral resources, economics and the environment. Cambridge
- Ridley (2013) Ore deposit geology Cambridge. 398 p.
- or: Pohl, WL (2011), Economic Geology: Principles and Practice. Blackwell.
- or:Robb L. (2005) Introduction to ore forming processes. Blackwell Publishing, 373 p.
- Moon C. J., Whateley M. K.G. & Evans A. M.(2006) Introduction to Mineral Exploration Blackwell Publishing,, 2006, p. 499
- Taylor R. (2009) Ore Textures - Recognition and Interpretation. Springer
- Spry, P.G. and Gedlinske, B.L. (1987) Tables for the Determination of Common Opaque Minerals. Economic Geology.
Rivolgersi al docente all'inizio del corso e fornire un recapito email per ricevere il materiale didattico
Please contact the teacher at the beginning and give an email address for didactic material and informations along the course
Esame finale orale con voto, con discussione di un articolo scientifico su un caso di studio
Final oral exam about the contents of the course, including an oral report about a mineral deposit case study
Teams e Moodle
Teams and Moodle
Nel caso di studenti che lo richiedano, il corso potrà essere erogato in lingua inglese, con slides in italiano e in inglese.
Commissione di esame: presidente Anna Gioncada, presidente supplente Silvia Fornasaro; membri Silvia Fornasaro, Stefano Pagnotta, membri supplenti Marco Lezzerini, Paolo Fulignati
The language of the course is italian, but all or some lessons could be in English in case it is required by the students
