Rôle des spectromètres à fluorescence X (XRF) à main dans la recherche de phosphates
Au cours de la dernière décennie, l’utilisation de spectromètres à fluorescence X (XRF) à main s’est révélée être une méthode efficace pour effectuer sur site des analyses géochimiques dans le cadre de recherches de phosphates menées par les industries de l’exploitation et de l’exploration minières. Pour cette application, les spectromètres – ou analyseurs – XRF à main Vanta™ d’Olympus jouent un rôle essentiel en fournissant une quantification et une analyse en temps réel des phosphates. La présente note d’application montre comment les analyseurs XRF à main Vanta peuvent mesurer avec exactitude les minéraux phosphatés importants et d’autres éléments utilisés dans l’exploration des phosphates.
Analyse élémentaire des roches phosphatées
Le phosphate se trouve généralement dans ces cinq types de gisements naturels : les sédiments marins, les sols volcaniques, métamorphiques et érodés, et les minerais d’origine biogénique.1 La phosphorite, largement connue sous le nom de « phosphate naturel » ou de « roche phosphatée », contient entre 2 % et 10 % de phosphore en poids, ou entre 4 % et 20 % de P2O5. Les mines de phosphate à haut rendement étant continuellement épuisées, on observe une diminution continue de la disponibilité des sources de phosphate à haute teneur.2 Cette diminution a accru le besoin d’obtenir des résultats précis et exacts lors de l’analyse de la roche phosphatée, et ce, pour tous les niveaux de concentration et pour de nombreux éléments.
Les analyseurs XRF à main Vanta™ peuvent détecter la plupart des éléments chimiques allant du magnésium (Mg) à l’uranium (U), à partir de quelques parties par million dans la plupart des cas. Ils peuvent certainement détecter le phosphore (P), mais aussi d’autres éléments essentiels à l’exploitation minière du phosphate. Des éléments comme le vanadium (V), le nickel (Ni), le molybdène (Mo), l’argent (Ag), le plomb (Pb), le thorium (Th) et l’uranium (U) sont connus sous le nom d’« éléments indicateurs », et sont en fait des éléments qui peuvent être utilisés pour trouver les régions minières riches.
Il est crucial pour un outil à haute efficacité de pouvoir déterminer non seulement la concentration du phosphore, mais aussi celle d’autres éléments plus légers, comme le magnésium (Mg), l’aluminium (Al), le silicium (Si), le calcium (Ca) et le titane (Ti). En quelques secondes et avec une préparation d’échantillons minimale, un analyseur Vanta peut fournir sur le terrain les concentrations précises de ces éléments, de même que celles d’autres éléments. Cet aspect est très utile pour prendre des décisions en temps réel sur un chantier, et il élimine les temps d’arrêt coûteux liés à l’envoi d’échantillons à un laboratoire externe.
Figure 1. Résultats obtenus avec un analyseur XRF à main Vanta™ pour des éléments contenus dans des échantillons de roche phosphatée vs valeurs obtenues en laboratoire par l’analyse de divers échantillons fournis par les clients
Les données ci-dessus montrent les résultats fournis par un analyseur XRF à main Vanta tout droit sorti de son emballage pour divers matériaux de référence fabriqués à partir d’échantillons réels prélevés par les clients. La forte corrélation entre les données de référence et les résultats de l’analyseur XRF à main Vanta montre que ce dernier fournit une excellente qualité de données pour des échantillons préparés à partir d’une variété d’échantillons de roche phosphatée. En moyenne, les durées d’analyse pour ces échantillons ont été inférieures à une minute, avec une préparation d’échantillons minimale. Pour préparer les échantillons, on a procédé à un broyage manuel rapide de la matière pour obtenir des particules d’une taille inférieure à 0,2 mm, et on a ensuite recueilli ces particules dans des godets à échantillons standards.
Minéralisation phosphatée
Une grande partie du phosphate qui est extrait aujourd’hui provient de l’apatite sédimentaire. La formule chimique générale de l’apatite est Ca10(PO4)6(OH,F,Cl)2 et est appelée « collophane » lorsqu’elle se trouve dans la roche phosphatée. Les gisements de phosphore contenant de l’apatite et ayant une haute valeur économique peuvent contenir plus de 20 % de P2O5 et plus de 35 % de CaCO3, ainsi que des traces d’autres oxydes, comme de l’oxyde de magnésium et d’aluminium.
Lors du calcul des concentrations élémentaires, les analyseurs XRF à main Vanta d’Olympus peuvent également calculer les concentrations de ces minéraux et composés en temps réel. En effet, grâce à l’interface utilisateur conviviale, l’utilisateur peut régler l’analyseur pour qu’il fournisse les concentrations calculées des composés, comme le montre la figure 2. Le logiciel de l’analyseur Vanta™ effectue ce calcul pour l’utilisateur, et ce dernier peut basculer en quelques secondes entre le rapport des éléments et celui des composés.
Figure 2. Analyse d’un matériau de référence certifié contenant de la roche phosphatée, sans (à gauche) et avec (à droite) la fonction de calcul de concentration des composés des analyseurs Vanta
On estime qu’il existe actuellement plus de 75 millions de tonnes de roche phosphatée exploitable dans les trois plus grands pays producteurs de phosphate au monde – la Chine, les États-Unis et le Maroc – et un total de plus de 200 millions de tonnes est extrait chaque année dans le monde.3, 4 La valeur économique potentielle de ces gisements de phosphate est énorme et donc d’un grand intérêt pour les industries de l’exploitation et de l’exploration minières. Alors que le phosphate extrait est utilisé dans de nombreuses industries, notamment celles des détergents, des aliments pour animaux et des produits chimiques industriels, plus de 90 % des phosphates sont utilisés dans des engrais azote-phosphore-potassium (NPK).4 La valeur estimée de ce phosphate encore exploité, une fois extrait, est de plus de 2,2 milliards de dollars américains.
Sous-produits de la roche phosphatée
Bon nombre de ces minéraux de roche phosphatée contiennent des quantités viables de matériaux de grande valeur, comme des métaux du groupe des terres rares et de l’uranium (U). Puisque la demande pour ces matériaux augmente à l’échelle mondiale, la capacité d’analyser les concentrations traces de ces éléments est importante sur le plan économique. Les récoltes de ces matériaux sont plus élevées dans les gisements de phosphate naturel modernes que dans les mines et gisements existants.5 En plus d’offrir une performance élevée dans l’analyse des éléments légers et des oxydes, les analyseurs Vanta™ peuvent effectuer des calculs exacts et précis pour ces éléments plus lourds et plus coûteux.6
Les graphiques ci-dessous illustrent les résultats fournis par un analyseur XRF à main Vanta tout droit sorti de son emballage à la suite de l’analyse de matériaux de référence certifiés (CRM) fournis par l’OREAS (Ore Research and Exploration Assay Standards) et contenant de la roche phosphatée de même que des niveaux utilisables de métaux du groupe des terres rares. Le haut niveau d’exactitude et de précision entre les données CRM et les concentrations calculées par l’analyseur XRF à main Vanta démontrent la capacité de ce dernier à fournir rapidement des données de haute qualité sur les matériaux économiquement précieux contenus dans la roche phosphatée.
Figure 3. Résultats obtenus avec des analyseurs XRF à main Vanta™ vs valeurs de référence pour les métaux du groupe des terres rares (échantillons fournis par l'OREAS)
Avantages analytiques des analyseurs XRF à main Vanta™ d’Olympus
Les analyseurs XRF à main Vanta d’Olympus offrent de nombreux avantages analytiques par rapport aux autres techniques et méthodes d’analyse XRF. Voici les principaux avantages :
- Préparation d’échantillons minimale et peu coûteuse
- Pas besoin d’équipement d’analyse ou de matériel supplémentaires, comme des chambres d’analyse, une alimentation électrique externe ou du gaz comprimé
- Analyses rapides et à haut débit, produisant des résultats exacts avec une grande précision en quelques secondes
- Analyses effectuées directement sur site, éliminant les temps d’arrêt sur le chantier ou le besoin de réaliser des analyses coûteuses en laboratoire
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Références
- HASIKOVA, J., SOKOLOV, A., TITOV, V. et DIRBA, A., 2014. « On-line XRF analysis of phosphate materials at various stages of processing », Procedia Engineering, vol. 83, p. 455-461.
- LEMIERE, B., 2018. « A review of pXRF (field portable X-ray fluorescence) applications for applied geochemistry », Journal of Geochemical Exploration, vol. 188, p. 350-363.
- BRITT, Allison. « Phosphate », AIMR Report 2013 (rapport), p. 90.
- JASINSKI, Stephen M., « Phosphate Rock », Minerals Yearbook, US Geological Survey, 2013.
- EMSBO, P., MCLAUGHLIN, P.I., BREIT, G.N., DU BRAY, E.A. et KOENIG, A.E., 2015. « Rare earth elements in sedimentary phosphate deposits: solution to the global REE crisis? », Gondwana Research, vol. 27(2), p. 776-785.
- LITOFSKY, J. Portable XRF for Rare-Earth Element Identification and Exploration [article technique], Olympus Corporation of the Americas, 2020.
