Analisi della mineralizzazione del fosfato e degli elementi indicatori mediante la tecnologia a fluorescenza a raggi X portatile (pXRF)

Ruolo della spettrometria della tecnologia a fluorescenza a raggi X portatile (pXRF) nelle analisi del fosfato

Nell'ultimo decennio, la spettrometria con tecnologia a fluorescenza a raggi X (pXRF) portatile ha dimostrato di essere un metodo applicabile per le analisi geochimiche sul campo relative al fosfato realizzate per i settori esplorativo e minerario. Lo spettrometro pXRF Vanta™ Olympus svolge un ruolo fondamentale per questa applicazione fornendo una quantificazione e un'analisi dei fosfati in tempo reale. Questa nota applicativa dimostra come l'analizzatore pXRF Vanta possa misurare con precisione importanti minerali di fosfati e altri elementi nell'ambito dell'attività esplorativa del fosfato.

Gli analizzatori pXRF Vanta™ possono rilevare la maggior parte degli elementi dal magnesio (Mg) all'uranio (U), nella maggior parte dei casi con concentrazioni nell'ordine delle unità di parti di milione (ppm). Sebbene l'analizzatore pXRF Vanta possa certamente rilevare il fosforo (P), altri elementi rilevabili sono fondamentali per l'estrazione del fosfato. Elementi come vanadio (V), nichel (Ni), molibdeno (Mo), argento (Ag), piombo (Pb), torio (Th) e uranio (U) sono noti come indicatori, cioè elementi che possono essere usati per individuare aree minerarie con un'elevata precisione.

La determinazione di concentrazioni non solamente di fosforo, ma anche di altri elementi leggeri, come magnesio (Mg), alluminio (Al), silicio (Si), calcio (Ca) e titanio (Ti) risulta fondamentale per uno strumento a elevata efficienza. In alcuni secondi l'analizzatore Vanta può fornire delle concentrazioni precise direttamente sul campo di questi elementi e di altri con una minima preparazione dei campioni. Questa capacità risulta molto utile per prendere delle decisioni in tempo reale direttamente in loco, eliminando così i costosi tempi di attesa per l'invio dei campioni in un laboratorio esterno.

Figura 1. Prestazioni di analisi elementare dell'analizzatore pXRF Vanta™ in campioni di fosforite confrontati a valori di analisi da laboratorio con diversi campioni forniti dai clienti

I precedenti dati illustrano le eccezionali prestazioni dell'analizzatore pXRF Vanta per diversi materiali di riferimento acquisiti da campioni reali raccolti dai clienti. L'alta correlazione tra i dati di riferimento e i risultati pXRF Vanta mostrano che l'analizzatore Vanta fornisce un'eccellente qualità di dati su campioni preparati con diversi campioni di fosforite. I tempi di analisi per questi campioni si attestano in media a empi inferiori al minuto, con una minima preparazione dei campioni La preparazione dei campioni prevede una veloce frantumazione o polverizzazione manuale del campione fino a una granulometria inferiore a 0,2 mm e raccogliendo le particelle in portacampioni standard.

Mineralizzazione del fosfato

La maggior parte del fosfato estratto proviene attualmente dall'apatite sedimentaria. La formula chimica generale per l'apatite è Ca₁₀(PO₄)₆(OH,F,Cl)₂, la quale viene denominata collophane in fosforite. I giacimenti di fosforo contenenti apatite a elevato valore economico contengono oltre il 20% di P₂O₅ e oltre il 35% di CaCO₃, insieme a quantità in tracce di ossidi come l'ossido di magnesio e di alluminio.

Durante il calcolo delle concentrazioni elementari, l'analizzatore pXRF Vanta Olympus può anche calcolare queste concentrazioni di composti e minerali in tempo reale. Attraverso l'interfaccia utente di facile uso, l'utente può regolare lo spettrometro in modo che vengano presentate le concentrazioni calcolate sotto forma di composti, come illustrato in Figura 2. Il software dell'analizzatore Vanta™ esegue questo calcolo per l'utente e sono necessari solamente alcuni secondi per passare dalla presentazione degli elementi a quella dei composti.

Figura 2. Scansione di un materiale di riferimento certificato (CRM - certified reference material) contenente fosforite senza (a sinistra) e con (a destra) la funzione Compound (composto) attivata dell'analizzatore Vanta

Si stima che oltre 75 milioni di tonnellate di fosforite viene attualmente estratta nei tre più grandi paesi produttori a livello globale (Cina, Stati Uniti e Marocco) e che annualmente sono estratti circa 200 milioni di tonnellate a livello globale.^{3, 4} Il valore economico potenziale di questi giacimenti di fosfati è rilevante e pertanto di interesse significativo per le industrie esplorative e minerarie. Sebbene il fosfato estratto venga utilizzato in numerosi settori (es: detergenti, mangimi e chimica industriale), oltre il 90% dei fosfati viene impiegato nei fertilizzanti nitrogeno-fosforo-potassio (NPK -nitrogen-phosphorus-potassium).4 Il valore stimato del fosfato estratto e destinato a questo utilizzo supera $ 2,2 miliardi di dollari americani.

Prodotti secondari della fosforite

Numerosi di questi minerali di fosforite contengono delle quantità sfruttabili di materiali di elevato valore, come elementi di terre rare (REE - rare-earth elements) e uranio (U). Con l'aumento della domanda di questi materiali a livello globale, è importante la capacità di analizzare concentrazioni in tracce di questi elementi. La produttività di questi materiali è maggiore negli attuali giacimenti di fosforite rispetto a quella nelle miniere e nei giacimenti passati. ⁵ Oltre a avere delle elevate prestazioni sugli elementi più leggeri e gli ossidi, l'analizzatore Vanta™ è in grado di calcolare in modo preciso e accurato questi elementi più pesanti e di maggior valore.⁶

I grafici riportati di seguito illustrano le prestazioni eccezionali dell'analizzatore pXRF Vanta sui materiali di riferimento certificati (CRM) contenenti fosforite, forniti all'OREAS (Ore Research and Exploration Assay Standards) con concentrazioni rilevabili di REE. L'elevata corrispondenza tra i dati CRM e le concentrazioni calcolate in modo accurato e preciso con l'analizzatore pXRF dimostrano che l'analizzatore Vanta è in grado di fornire velocemente dei dati di elevata qualità di materiali di fosforite di significativo valore economico.

Figura 3 Prestazioni dell'analizzatore pXRF Vanta relative agli elementi di terre rare (REE) confrontati ai campioni certificati forniti da OREAS

Vantaggi analitici dell'analizzatore pXRF Vanta™ Olympus

L'analizzatore pXRF Vanta Olympus offre numerosi vantaggi analitici rispetto ad altri metodi e tecniche di analisi XRF. I vantaggi principali sono:

• Minima e economica preparazione dei campioni
• Nessun requisito analitico o strumento supplementare (es: portacampioni, alimentazione esterna o gas compresso)
• Analisi veloce e a elevata produttività, con risultati accurati e ad elevata precisione in alcuni secondi
• Analisi in loco senza il bisogno di costose analisi di laboratorio e interruzioni dell'attività nell'area di interesse

Maggior informazioni sull'analizzatore XRF portatile Vanta sono disponibili nel nostro sito web. Contattare il proprio rappresentante locale per programmare una dimostrazione.

Bibliografia

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.