Study of copper mineralization in basalts of the Serra Geral Group, using X-ray diffraction, scanning electron microscopy-energy dispersive spectroscopy, and neutron tomography

Michigan-type copper mineralization occurs in basalt flows of the Serra Geral Group in the Nova Prata do Iguaçu region, southwestern Paraná State, Brazil. Native copper is the main ore mineral in these mineralizations, and its supergene alteration transforms it into copper oxides, malachite and chrysocolla. As a gelatinous precipitate, chrysocolla fills amigdules and impregnates fractures in the basalt, besides covering secondary minerals and other alteration products. In this study, X-ray diffractometry and scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDS) were techniques used to characterize the crystallinity degree and chemical composition of chrysocolla and to identify other hydrogenated materials, in order to aid neutron 3D imaging interpretation. Chrysocolla proved to be an efficient neutron attenuator, yielding linear attenuation coefficients in the 0.8–1.3 cm-1 range, whereas the ore body (basalt) yielded values in the 0.5–0.6 cm-1 range. This contrast between the coefficients contributed to the good resolution of the tomographic images and films, allowing the visualization of the distribution of chrysocolla in the basalt samples and the estimation of the volumetric fraction of chrysocolla, with values in the 0.9–1.4% range, yielding 7.8 vol.% of chrysocolla for one of the sample. The integrated use of the three analytical techniques proved to be a possible tool for mineral potential assessment in the initial phases of mining exploration, especially when the substances of interest are rich in hydrogen.Mineralizações de cobre do tipo Michigan ocorrem nos derrames basálticos do Grupo Serra Geral na região de Nova Prata do Iguaçu, sudoeste do estado do Paraná. Nessas mineralizações, o cobre nativo é o principal mineral de minério e, com a alteração supérgena, transforma-se em óxidos de cobre, malaquita e crisocola, sendo esta encontrada na forma de um precipitado gelatinoso que preenche amígdalas e impregna fraturas no basalto, além de recobrir minerais secundários e outros produtos de alteração. Neste estudo, foram utilizadas as técnicas de difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura-espectroscopia por energia dispersiva (MEV-EDS) para a caracterização do grau de cristalinidade e composição química da crisocola e a identificação de outros materiais hidrogenados, como subsídio para o imageamento 3D por tomografia com nêutrons. A crisocola destacou-se como um eficiente atenuador de nêutrons, obtendo-se coeficiente de atenuação linear da ordem de 0,8–1,3 cm-1, ao passo que, para o corpo de minério (basalto), obteve-se 0,5–0,6 cm-1. O contraste entre os coeficientes permitiu a obtenção de imagens tomográficas e filmes de boa resolução, em que se pôde visualizar a distribuição da crisocola na amostra de basalto e estimar como fração volumétrica de crisocola no corpo de minério valores entre 0,9 e 1,4%, obtendo-se o valor de 7,8% em volume de crisocola para uma das amostras. A utilização integrada das três técnicas analíticas demonstrou que esta pode ser uma ferramenta para avaliação do potencial mineral nas fases iniciais da prospecção mineral, especialmente quando as substâncias de interesse são ricas em hidrogênio

Neutron-Induced alpha radiography

No presente trabalho foi desenvolvida uma técnica radiográfica para a inspeção de amostras finas, que emprega feixes de partículas - ? como radiação penetrante e, detectores de traços nucleares de estado sólido para o registro da imagem. O feixe é gerado em uma tela de boro natural quando irradiada com nêutrons térmicos e o detector utilizado foi o CR-39. A interação das partículas - ? com o detector geram danos, os quais sob a ação de uma solução química adequada transformam-se em traços, as unidades básicas formadoras da imagem. Foi desenvolvido um sistema digital próprio para a aquisição, análise e processamento dos dados e das imagens registradas nos detectores. As condições ótimas de irradiação e de revelação para a obtenção de uma radiografia são 1,3 horas e 25 minutos a 70°C, respectivamente. Nestas condições a técnica é capaz de analisar amostras com até 10?m de espessura, com uma resolução espacial de 32?m. O emprego do sistema digital permitiu uma redução significativa no tempo despendido para a aquisição e análise de dados e, uma melhoria na visualização das imagens radiográficas registradas. Além disto permitiu acesso a novos dados referentes aos traços registrados, o que abriu novas perspectivas de pesquisa pois, tem-se acesso aos parâmetros fundamentais que norteiam a teoria da formação da imagem em detectores de traços nucleares utilizada neste trabalho. São apresentadas algumas radiografias que demonstram a potencialidade da técnica desenvolvida. Quando comparada com as outras técnicas radiográficas usuais, empregadas para inspecionar amostras finas, a desenvolvida no presente trabalho permite um menor tempo para a obtenção da imagem, não é necessário a manipulação de materiais radioativos líquidos e, o filme empregado é praticamente insensível às radiações ?, ?, raios - X e luz visível.A new radiography technique to inspect thin samples was developed. Low energy alpha particles, generated by a boron based screen under thermal neutron irradiation, are used as penetrating radiation. The solid state nuclear track detector CR-39 has been used to register the image. The interaction of the ? - particles with the CR-39 gives rise to damages which under an adequate chemical etching became tracks the basic units forming the image. A digital system was developed for data acquisition and data analysis as well as for image processing. The irradiation and etching conditions to obtain the best radiography are 1,3 hours and 25 minutes at 70°C respectively. For such conditions samples having 10?m in thickness can be inspected with a spatial resolution of 32?m. The use of the digital system has reduced the time spent for data acquisition and data analysis and has improved the radiography image visualization. Furthermore, by using the digital system, it was possible to study several new parameters regarding the tracks which are very important to understand and study the image formation theory in solid state nuclear track detectors, the one used in this thesis. Some radiography images are also shown which demonstrate the potential of the proposed radiography technique. When compared with the other radiography techniques already in use to inspect thin samples, the present one developed in the present paper allows a smaller time to obtain the image, it is not necessary to handle liquid radioactive substances, the detector is insensitive to ?, ?, X-ray and visible light