Análisis de mineralización de fosfatos y elementos de traza con la fluorescencia de rayos X portátil (pXRF)

Importancia de la espectrometría de fluorescencia de rayos X portátil (pXRF) en las investigaciones de fosfatos

En la última década, la espectrometría de fluorescencia de rayos X portátil (pXRF) ha demostrado ser un método viable para realizar análisis geoquímicos in situ en las investigaciones de fosfatos realizadas en las industrias de la exploración y la minería. El espectrómetro pXRF Vanta™ de Olympus desempeña un papel fundamental en esta aplicación, ya que proporciona cuantificación en tiempo real y análisis de fosfatos. Esta nota de aplicación demuestra de qué forma el analizador pXRF Vanta puede medir con precisión minerales de fosfatos importantes y otros elementos usados en la exploración de fosfatos.

Los analizadores pXRF Vanta™ pueden detectar la mayoría de elementos del magnesio (Mg) al uranio (U), hasta bajas partes por millón (ppm) de un dígito en la mayoría de casos. Si bien el pXRF Vanta puede detectar algunos fósforos (P) con precisión, otros elementos detectables son críticos para la minería de fosfatos. Elementos como el vanadio (V), níquel (Ni), molibdeno (Mo), plata (Ag), plomo (Pb), torio (Th) y uranio (U) son conocidos como trazas, que son elementos que pueden usarse para encontrar regiones de minas de alta fidelidad.

Una buena herramienta de alta eficacia debe poder ofrecer la posibilidad de determinar la concentración, no solo del fósforo, sino también de otros elementos más ligeros como el magnesio (Mg), aluminio (AI), silicio (Si), calcio (Ca) y titanio (Ti). En cuestión de segundos, el analizador Vanta puede proporcionar concentraciones precisas in situ de estos elementos y otros con una preparación mínima de la muestra. Esta disponibilidad es muy útil para tomar decisiones en tiempo real en el lugar de trabajo, eliminando los costosos tiempos de inactividad a la hora de enviar las muestras a un laboratorio externo.

Figura 1. Rendimiento del pXRF Vanta™ de elementos en muestras de rocas de fosfato comparado con los valores de ensayo usando diversas muestras suministradas por los clientes

Los datos indicados más arriba ilustran el rendimiento práctico del analizador pXRF Vanta en una gama de materiales de referencia realizados con muestras reales tomadas por los clientes. La alta correlación entre los datos de referencia y los resultados del pXRF Vanta demuestra que el analizador Vanta proporciona una calidad de datos excelente en muestras preparadas de una variedad de muestras de rocas de fosfatos. El tiempo de ensayo medio para estas muestras es inferior a un minuto, con una preparación mínima de las muestras. La preparación de las muestras incluía una molienda o trituración manual rápida de la muestra hasta alcanzar un tamaño de partícula inferior a 0,2 mm y recoger las muestras en recipientes de muestras estándar.

Mineralización de fosfatos

La mayoría de fosfatos extraídos hoy en día proceden de un apatito sedimentario. La fórmula química general para el apatito es Ca₁₀(PO₄)₆(OH,F,Cl)₂, conocido como celofán en rocas de fosfato. Los depósitos de fósforo que contienen apatito con un alto valor económico pueden contener hasta el 20% de P₂O₅ y más del 35% de CaCO₃, junto con algunas cantidades de trazas de otros óxidos, como el magnesio o el óxido de aluminio.

Durante el cálculo de las concentraciones elementales, el pXRF Vanta de Olympus también puede calcular estas concentraciones de compuestos y minerales en tiempo real. El usuario puede usar la intuitiva interfaz del usuario del analizador para configurar el espectrómetro para registrar las concentraciones reales como compuestos, como puede verse en la Figura 2. El software del analizador Vanta™ realiza este cálculo por el usuario y solo tarda unos pocos segundos en cambiar entre el registro de elementos y compuestos.

Figura 2. Escáner de un material de referencia certificado (CRM) con roca de fosfatos sin (izquierda) y con (derecha) la función de compuestos del analizador Vanta habilitada

Se estima que actualmente existen más de 75 millones de toneladas de rocas de fosfatos explotables en los tres países productores de fosfatos más grandes del mundo: China, Estados Unidos y Marruecos, y un total de más de 20 millones de toneladas extraídas anualmente en todo el mundo.^{3, 4} El valor económico potencial de estos depósitos de fosfatos es enorme y, por lo tanto, de gran interés para las industrias de exploración y minería. Aunque los fosfatos extraídos se utilizan en muchas industrias, como los detergentes, piensos animales y químicos industriales, más del 90% de los fosfatos se utilizan en fertilizantes nitrógeno-fósforo-potasio (NPK).4 El valor estimado de este fosfato sin explotar, una vez extraído, es superior a 2,2 mil millones de dólares norteamericanos.

Subproductos de roca de fosfato

Muchos de estos minerales de roca de fosfato contienen cantidades viables de materiales de alto valor, como elementos de tierras raras (ETR) y uranio (U). La capacidad de analizar las concentraciones de trazas de estos elementos es muy importante a nivel económico, ya que la demanda de estos materiales está aumentando en todo el mundo. La producción de estos materiales es superior en depósitos modernos de roca de fosfato que en los depósitos y las minas existentes.⁵ Además del alto rendimiento en óxidos y elementos más ligeros, el analizador Vanta™ puede calcular de forma precisa y fiable estos elementos pesados de coste más alto.⁶

Los gráficos de más abajo ilustran el rendimiento práctico del pXRF Vanta en materiales de referencia certificados (CRM) con contenido de roca de fosfato suministrados por Ore Research and Exploration Assay Standards (OREAS) con niveles utilizables de ETR. Los altos niveles de precisión y fiabilidad entre los datos de CRM y las concentraciones calculadas del analizador pXRF demuestran la capacidad del analizador Vanta de proporcionar datos rápidos de alta calidad en materiales de alto valor económico contenidos en rocas de fosfato.

Figura 3. Rendimiento del pXRF Vanta de elementos de tierras raras (ETR) comparado con estándares que emplean muestras proporcionadas por OREAS

Ventajas analíticas del analizador pXRF Vanta™ de Olympus

El pXRF Vanta de Olympus ofrece numerosas ventajas analíticas comparado con otros métodos de ensayo y técnicas de prueba de XRF. Las principales ventajas son:

• Preparación de muestras mínima y asequible
• No es necesario utilizar hardware adicional ni requisitos de ensayo, como cámaras de muestra, alimentación externa o gas comprimido.
• Ensayos rápidos y de alto rendimiento que proporcionan resultados precisos y fiables en cuestión de segundos.
• Escaneos in situ sin tener que realizar pruebas de laboratorio ni tiempos de inactividad en las instalaciones que aumentan los costes.

Puede obtener más información sobre el analizador XRF portátil Vanta en nuestro sitio web o bien ponerse en contacto con su representante local de ventas para programar una demostración.

Referencias

1. Hasikova, J., Sokolov, A., Titov, V. and Dirba, A., 2014. On-line XRF analysis of phosphate materials at various stages of processing. Procedia Engineering, 83, pp.455-461.
2. Lemiere, B., 2018. A review of pXRF (field portable X-ray fluorescence) applications for applied geochemistry. Journal of Geochemical Exploration, 188, pp.350-363.
3. Britt, Allison. "Phosphate." AIMR Report 2013 (Report). p. 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. and Koenig, A.E., 2015. Rare earth elements in sedimentary phosphate deposits: solution to the global REE crisis?. Gondwana Research, 27(2), pp.776-785.
6. Litofsky, J. Portable XRF for Rare-Earth Element Identification and Exploration [White paper]. 2020. Olympus Corporation of the Americas.