Analyse der Phosphatmineralisierung und Begleitelemente mit einem RFA-Handanalysator

Die Rolle von Handanalysatoren zur Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) bei Phosphatuntersuchungen

In den letzten zehn Jahren haben sich RFA-Handanalysatoren bei Phosphatuntersuchungen in der Bergbau- und Explorationsindustrie als praktikable Methode für die geochemische Analyse vor Ort erwiesen. Der Vanta RFA-Handanalysator von Olympus spielt bei dieser Anwendung eine entscheidende Rolle, da es die Quantifizierung und Analyse von Phosphaten in Echtzeit ermöglicht. Dieses Anwendungsbeispiel zeigt, wie der Vanta RFA-Handanalysator wichtige Phosphatminerale und andere Elemente, die bei der Phosphatexploration verwendet werden, genau misst.

Vanta RFA-Handanalysatoren können die meisten Elemente von Magnesium (Mg) bis Uran (U) häufig bis in den niedrigen einstelligen Millionstel-Bereich (ppm) nachweisen. Der Vanta RFA-Handanalysator dient nicht nur zum Nachweis von Phosphor (P), da auch andere nachweisbare Elemente für den Phosphatabbau entscheidend sind. Elemente wie Vanadium (V), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Silber (Ag), Blei (Pb), Thorium (Th) und Uran (U) sind sogenannte Begleitelemente, die zum Auffinden von potenziellen Lagerstätten verwendet werden können.

Ein hochwirksames Tool kann nicht nur die Konzentration von Phosphor bestimmen, sondern auch von anderen leichteren Elementen wie Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Silizium (Si), Calcium (Ca) und Titan (Ti). Der Vanta Analysator kann in Sekundenschnelle mit minimaler Probenvorbereitung genaue Konzentrationen dieser und anderer Elemente vor Ort liefern. Dies ist sehr nützlich, um Entscheidungen in Echtzeit am Einsatzort zu treffen und kostspielige Standzeiten zu vermeiden, die mit dem Versand von Proben an ein externes Labor verbunden sind.

Abbildung 1: Die Leistung des Vanta RFA-Handanalysators bei der Bestimmung von Elementen in Phosphatgesteinsproben im Vergleich zu den Analysewerten bei verschiedenen von Kunden bereitgestellten Proben

Die obigen Daten veranschaulichen die Leistung eines Vanta RFA-Handanalysators bei einer Reihe von Referenzmaterialien, die aus realen, von Kunden entnommenen Proben hergestellt wurden. Die hohe Korrelation zwischen den Referenzdaten und den Ergebnissen des Vanta RFA-Handanalysators zeigt, dass dieses eine ausgezeichnete Datenqualität bei aufbereiteten Proben aus einer Vielzahl von Phosphatgesteinsproben liefert. Die Testzeiten für diese Proben betrugen im Durchschnitt weniger als eine Minute. Zudem war der Aufwand für die Probenvorbereitung minimal. Die Probenvorbereitung bestand darin, die Probe schnell von Hand auf eine Partikelgröße von weniger als 0,2 mm zu zerkleinern oder zu mahlen und die Partikel in Standardprobenbecher zu füllen.

Phosphatmineralisierung

Ein Großteil des heute abgebauten Phosphats stammt aus sedimentärem Apatit. Die allgemeine chemische Formel für Apatit lautet Ca₁₀(PO₄)₆(OH,F,Cl)₂, das in Phosphatgestein als Kollophan bezeichnet wird. Die apatithaltigen Phosphorlagerstätten mit hohem wirtschaftlichem Wert können neben einigen Spuren anderer Oxide wie Magnesium- und Aluminiumoxid mehr als 20 % P₂O₅ und mehr als 35 % CaCO₃ enthalten.

Während der Berechnung der Elementkonzentrationen kann der Vanta RFA-Handanalysator von Olympus auch die Konzentrationen von Mineralien und Verbindungen in Echtzeit berechnen. Über die einfach zu bedienende Benutzeroberfläche des Analysators kann der Benutzer den Analysator so einstellen, dass die berechneten Konzentrationen als Verbindungen angezeigt werden, wie in Abbildung 2 dargestellt. Die Software des Vanta Analysators führt diese Berechnung für den Benutzer durch. Der Wechsel zwischen der Elementansicht und der Verbindungsansicht dauert nur wenige Sekunden.

Abbildung 2: Scan eines phosphatgesteinhaltigen zertifizierten Referenzmaterials (CRM) ohne (links) und mit (rechts) aktivierter Verbindungsfunktion des Vanta Analysators

Schätzungen zufolge gibt es in den drei größten phosphatproduzierenden Ländern der Welt – China, USA und Marokko – derzeit über 75 Millionen Tonnen abbaubares Phosphatgestein. Weltweit werden jährlich über 200 Millionen Tonnen abgebaut.^{3, 4} Der potenzielle wirtschaftliche Wert dieser Phosphatvorkommen ist enorm und daher von großem Interesse für die Bergbau- und Explorationsbranche. Während abgebautes Phosphat in vielen Industriezweigen verwendet wird, beispielsweise für Waschmittel, Tierfutter und Industriechemikalien, werden über 90 % der Phosphate in sogenannten NPK- oder Volldüngern (mit Stickstoff, Phosphor, Kalium) eingesetzt.4 Der geschätzte Wert dieses noch nicht ausgenutzten Phosphats, beträgt nach dem Abbau über 2,2 Milliarden USD.

Nebenprodukte aus Phosphatgestein

Viele dieser Phosphatgestein-Mineralien enthalten brauchbare Mengen an hochwertigen Materialien wie Seltenen Erden (SE) und Uran (U). Da die Nachfrage nach diesen Materialien weltweit steigt, ist die Möglichkeit, Spurenkonzentrationen dieser Elemente zu analysieren, von wirtschaftlicher Bedeutung. Die Ausbeute an diesen Elementen ist in modernen Phosphatlagerstätten höher als in bestehenden Minen und Lagerstätten.⁵ Neben der hohen Leistung bei leichteren Elementen und Oxiden kann der Vanta Analysator auch diese schwereren, teureren Elemente genau und präzise berechnen.⁶

Die nachstehenden Diagramme veranschaulichen die Leistung des Vanta Analysators bei zertifizierten Referenzmaterialien (CRMs), die Phosphatgestein enthalten und von Ore Research and Exploration Assay Standards (OREAS) mit brauchbaren SE-Konzentrationen bereitgestellt wurden. Die hohe Genauigkeit und Präzision der vom RFA-Handanalysatoren berechneten Konzentrationen im Vergleich zu den CRM-Daten zeigen, dass der Vanta in der Lage ist, schnelle und qualitativ hochwertige Daten über wirtschaftlich wertvolles Material im Phosphatgestein zu liefern.

Abbildung 3: Die Leistung des Vanta RFA-Handanalysators bei Seltenen Erden (SE) im Vergleich zu Standards unter Verwendung von Proben, die von OREAS bereitgestellt wurden

Vorteile des Vanta RFA-Handanalysators von Olympus bei der Analyse

Der Vanta von Olympus bietet bei der Analyse zahlreiche Vorteile gegenüber anderen RFA-Prüftechniken und -verfahren. Die wichtigsten Vorteile sind:

• Minimale und kostengünstige Probenvorbereitung
• Keine Notwendigkeit zusätzlicher Hardware- oder Testanforderungen wie Probenkammern, externe Stromversorgung oder Druckgas
• Schnelle Tests mit hohem Durchsatz, die in Sekundenschnelle genaue Ergebnisse mit hoher Präzision liefern
• Vor-Ort-Scans ohne teure Labortests oder Standzeiten am Einsatzort

Erfahren Sie mehr über den Vanta RFA-Handanalysator auf unserer Website oder wenden Sie sich an Ihren zuständigen Vertriebsmitarbeiter, um eine Vorführung zu vereinbaren.

Literaturnachweis

1. Hasikova, J., Sokolov, A., Titov, V. und Dirba, A., 2014. On-line XRF analysis of phosphate materials at various stages of processing. Procedia Engineering, 83, S. 455-461.
2. Lemiere, B., 2018. A review of pXRF (field portable X-ray fluorescence) applications for applied geochemistry. Journal of Geochemical Exploration, 188, S. 350-363.
3. Britt, Allison. "Phosphate." AIMR Report 2013 (Report). S. 90.
4. Stephen M. Jasinski, "Phosphate Rock". US Geological Survey, Minerals Yearbook, 2013
5. Emsbo, P., McLaughlin, P.I., Breit, G.N., du Bray, E.A. und Koenig, A.E., 2015. Rare earth elements in sedimentary phosphate deposits: solution to the global REE crisis? Gondwana Research, 27(2), S. 776-785.
6. Litofsky, J. Portable XRF for Rare-Earth Element Identification and Exploration [White paper]. 2020. Olympus Corporation of the Americas.