Repositório do LNEG
Repositório Científico do Laboratório Nacional de Energia e Geologia
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Characterization and recovery of critical raw materials using innovative techniques – case study of the XTRACT project: São Domingos Mine, Portugal [Resumo]
Publication . Morais, Igor; Solá, A. Rita; Albardeiro, Luís; Silva, Teresa; Hedrich, Sabrina; Vargas, Sergio Alejandro Camargo; Sáez Blázquez, Cristina; Almeida, Bruno; Kuusiniemi, Pasi; Arancibia, Mario
ABSTRACT: The Iberian Pyrite Belt (IPB) is one of the world’s most significant provinces of Volcanogenic Massive Sulfide (VMS) deposits, hosting both world class orebodies and medium sized systems such as the São Domingos Mine. This deposit consists of a steeply dipping, E–W elongated mass of cupriferous pyrite with associated zinc and lead sulfides, emplaced within a tectonically complex volcanic sequence overlain by thick turbidites and the allochthonous Phyllite Quartzite Group. Historical exploitation from the mid 19th to the 20th century, involving incineration, smelting, heap leaching and cementation, generated extensive waste dumps, slags and leaching piles. These materials remain enriched in potentially toxic elements (Zn, Pb, Sb, Cu, As, Hg, Cd), and ongoing sulfide oxidation and Fe hydrolysis promote acid mine drainage, enhancing metal mobility and creating persistent environmental contamination hotspots. Modern assessment of these legacy wastes requires advanced analytical and monitoring technologies. High resolution geochemical mapping, supported by drone based remote sensing, enables precise delineation of critical raw material enrichment zones and accurate estimation of waste volumes and tonnage. Emerging geophysical tools, including the Airborne Geophysical
Electromagnetic System and integrated ground and air borne remote sensing platforms for tailings content assessment, provide detailed subsurface information on conductivity, internal heterogeneity and structural controls. Muon tomography offers unique density imaging capabilities for detecting cavities, collapse zones and remnant sulfide bodies in inaccessible areas. For sustainable metal recovery, bioleaching technologies represent an eco-efficient approach capable of mobilizing Cu, Zn, Co and other strategic elements from low grade materials. The integration of these state-of-the-art methodologies positions São Domingos as an exemplary natural laboratory for developing innovative strategies in mine waste valorization and environmental risk mitigation, directly supporting the overarching objective of the XTRACT project: establishing a sustainable ecosystem for innovative resource recovery and complex ore extraction within a low impact, circular economy mining paradigm.
Geochemical and mineralogical characterization of manganese deposits in the Iberian Pyrite Belt - preliminary study [Resumo]
Publication . Morais, Igor; Albardeiro, Luís; Silva, Teresa; de Oliveira, Daniel Pipa Soares
ABSTRACT: The Iberian Pyrite Belt (IPB), traditionally recognized for its extensive volcanogenic massive sulfide deposits, also hosts a diverse set of manganese (Mn) occurrences whose genesis remains comparatively less explored. These deposits, distributed across distinct stratigraphic and structural contexts, represent an important record of the paleoenvironmental evolution and metallogenetic processes that shaped the region. In this preliminary study, several typologies of Mn deposits were sampled and analyzed, including stratiform levels interbedded within volcano sedimentary sequences, hydrothermal alteration zones peripheral to VMS systems, and horizons enriched through supergene processes associated with intense sulfide weathering. This diversity of geological settings allowed the assessment of internal variability within the deposits and the identification of the main geological controls governing Mn concentration. Mineralogical characterization revealed the presence of multiple primary and secondary phases, including oxides, hydroxides, carbonates, silicates and amorphous Mn–Fe–rich materials, as well as alteration products formed under oxidizing conditions. This mineralogical complexity indicates that Mn deposits in the IPB do not result from a single process, but rather from the interaction between hydrothermal, sedimentary and supergene mechanisms. From a geochemical perspective, the samples exhibit high Mn contents accompanied by significant concentrations of Fe, Ba and Si, in addition to trace elements that act as sensitive indicators of paleoenvironmental conditions. The observed geochemical relationships point to depositional environments influenced by low temperature hydrothermal circulation, accumulation in restricted basins under reducing conditions, and subsequent enrichment through oxidation and supergene leaching. These patterns are consistent with hybrid metallogenetic models characteristic of Mn enriched VMS systems. Overall, the results highlight the substantial typological variability and the mineralogical and geochemical complexity of Mn deposits in the IPB, reinforcing both their scientific relevance and their economic potential in the context of the energy transition. Future work should integrate isotopic analyses and high-resolution textural investigations to further elucidate the evolution of these deposits and their potential for resource development.
Magnetic characterization of non-geological materials: implications on human health
Publication . Diogo Sá; Cruz, Cláudia; Sant'Ovaia, Helena
ABSTRACT: This study investigates the magnetic properties of commonly used non-geological materials and evaluates their potential implications for human health. The analyzed materials include tobacco and its by-products (filters and ashes), industrial paints, hair dyes and developer, garage dust, fuel soot and metal scarps. A multi-analytical approach combining optical microscopy, scanning electron microscopy with energy-dispersive spectroscopy (SEM-EDS), X-ray fluorescence (XRF), and magnetic techniques (magnetic susceptibility, χ, isothermal remanent magnetization, IRM, and thermomagnetic curves, K/T) was applied to identify and characterize iron-bearing phases. Iron oxides were detected in several materials, particularly tobacco, ashes, used filters, fuel soot, garage dust and metal scraps. Tobacco ash and fuel soot samples contained ultrafine iron-rich particles (~2 μm), which are small enough to be inhaled, penetrate pulmonary alveoli, and potentially enter the bloodstream. In contrast, industrial paints and hair dyes displayed predominantly diamagnetic behavior, excluding significant iron oxide presence. The results demonstrate that everyday materials and combustion-derived residues may act as sources of ultrafine ferromagnetic particles with potential health implications. These findings highlight the importance of magnetic characterization as a complementary tool in environmental and biomedical studies aimed at assessing exposure to iron-rich particulate matter.
Geocronologia U-Pb de zircões detríticos e proveniência sedimentar nas regiõescarboníferas de Moatize e N’Condédzi (Bacia Karoo do Zambeze, Moçambique) [Resumo]
Publication . Fernandes, Paulo; Jorge, Raul C. G. Santos; Albardeiro, Luís; Chew, David; Drakou, Foteini; Pereira, Zélia; Marques, José
RESUMO: A geocronologia U-Pb de zircões detríticos das regiões carboníferas de Moatize e N’Condédzi, na Bacia Karoo do Zambeze (Moçambique), fornece informações importantes sobre a proveniência sedimentar e a evolução da bacia. A sucessão estratigráfica, com idades entre o Roadiano (Pérmico médio) e o Carniano (Triássico superior), é constituída por arenitos, argilitos e camadas de carvão, depositados em ambientes aluvionais-lacustres em bacias de rift continental, com espessura superior a 2 km. Os arenitos pérmicos da região de Moatize apresentam três populações de zircões detríticos (1150–950 Ma, 900–780 Ma e 650–490 Ma), enquanto os de N’Condédzi mostram apenas uma população (1150–950 Ma).
Durante o Pérmico, a proveniência dos sedimentos de N’Condédzi esteve associada ao Terreno Tete-Chipata e ao Complexo Malawi. Em Moatize, os depósitos iniciais de ambiente deltaico lacustre (Roadiano–Wordiano) indicam uma proveniência dominante do Cinturão Zambeze (900–780 Ma), com contribuições secundárias do Bloco Nampula (1150–950 Ma e 650–490 Ma). A evolução de um ambiente deltaico lacustre para um sistema aluvionar em Moatize é atribuída a um evento tectónico significativo, que originou sistemas fluviais com elevada carga sedimentar e canais entrançados. Os
arenitos desses canais mantêm as três populações de zircões detríticos, refletindo proveniência combinada do Cinturão Zambeze e do Bloco Nampula. Em depósitos mais recentes, associados a canais em meandros, observa-se uma diminuição da contribuição do Cinturão Zambeze, sugerindo uma mudança de proveniência dominante para o Bloco Nampula, possivelmente controlada pela tectónica. A ausência de populações de zircões de 900–780 Ma e de 650–490 Ma nos arenitos pérmicos de N’Condédzi indica que as duas regiões não estavam interligadas durante o Pérmico. É provável que um horst intra-rift, representado pela Suite Gabro-Anortosítica de Tete (Mesoproterozoico), tenha actuado como barreira paleogeográfica entre as duas regiões. No Triássico Inferior, os arenitos de N’Condédzi apresentam uma população dominante de zircões detríticos de 1150–950 Ma, o que confirma a proveniência do Terreno Tete-Chipata e do Complexo Malawi. Uma população minoritária (650–490 Ma) está associada a condições mais áridas, coincidentes com a transição Pérmico-Triássico, e à expansão da bacia de drenagem. Já no Triássico Superior, a predominância da população de 1150–950 Ma indica um regresso às condições de proveniência semelhantes às do Pérmico médio e superior, reflectindo, uma vez mais, a interacção entre a actividade tectónica e a sedimentação.
Evidências de alterações ambientais abruptas na transição Pérmico-Triásico na Bacia Carbonífera de N'Condédzi (Moçambique) [Resumo]
Publication . Fernandes, Paulo; Pereira, Zélia; Vennemann, Torsten; Silva Mendes, Márcia Cristina; Jorge, Raul C. G. Santos; Lopes, Gilda; Albardeiro, Luís; Font, Eric; Adatte, T.; Marques, J.
RESUMO: O limite Pérmico-Triásico (LPT) marca a crise biótica mais severa do Fanerozóico, associada a profundas perturbações ambientais e climáticas ligadas à Extinção do Pérmico-Triásico. Apresentamos os resultados de uma investigação multidisciplinar de alta resolução das alterações ambientais terrestres ao longo do LPT na Bacia Carbonífera de N’Condédzi, em Moçambique. Os dados obtidos do estudo da sondagem CIMT-014 integram palinostratigrafia, palinofácies, isótopos estáveis de carbono (δ¹³Corg) e carbono orgânico total (COT) para restringir a cronologia e a natureza das perturbações do ecossistema. Os depósitos do Pérmico Superior (Formação Matinde) registam ambientes de planície
aluvial ricos em matéria orgânica e com presença de carvão, dominados por vegetação glossopterídea em condições climáticas húmidas. Estes depósitos são abruptamente sobrepostos por camadas de conglomerados e por estratos pobres em matéria orgânica da Formação Cádzi do Triássico Inferior, o que reflete uma mudança para sistemas fluviais de alta energia em condições áridas. Os dados palinológicos documentam uma transição rápida de uma flora diversificada, dominada por Glossopteris, para associações de baixa diversidade, dominadas por esporos, características de ecossistemas sob pressão ambiental. O registo de δ¹³Corg mostra um declínio gradual durante o Pérmico Superior, seguido de uma excursão negativa significativa (~5,4‰) no início do Triássico, que atinge um mínimo de −30,4‰. Esta excursão coincidiu com uma queda acentuada do COT e com uma grande alteração da flora, o que indica uma forte ligação entre a perturbação do ciclo do carbono exógeno e o colapso do ecossistema terrestre. O sinal isotópico indica uma entrada
substancial de carbono enriquecido em ¹²C no ciclo do carbono exógeno, o que é consistente com as emissões vulcânicas e com a desgaseificação termogénica de sedimentos (argilitos, evaporitos e carbonatos) associada às Traps Siberianas. A não coincidência estratigráfica entre o limite Pérmico-Triásico (PTB), definido palinologicamente, e a excursão negativa do δ¹³Corg indica respostas terrestres assíncronas e/ou controlos deposicionais locais. Valores persistentemente baixos de δ¹³Corg e o empobrecimento palinológico no Triásico Inferior indicam um stress ambiental prolongado e uma recuperação lenta do ecossistema. Este estudo fornece novas perspetivas sobre a sensibilidade do ecossistema terrestre e a dinâmica do ciclo do carbono durante o LPT no Gondwana, enfatizando a importância combinada dos mecanismos de forçamento globais e regionais.