Os analisadores portáteis por fluorescência de raios X (XRF portáteis) Olympus Vanta™ fornecem dados em tempo real de amostras geológicas que contêm elementos terras raras (ETRs). Esses dezessete elementos são cruciais para a revolução da energia verde e a produção em quase todas as indústrias, levando à necessidade de aumentar a produção doméstica desses metais.1 Como resultado, há um valor de mercado para identificar esses materiais em tempo real. Os analisadores portáteis por XRF Vanta possuem excelentes limites de detecção e um grande número de ETRs quantificáveis, permitindo a exploração e identificação eficazes de ETRs no campo.
A busca de depósitos com ETRs de alto valor é desejável para a indústria de mineração e exploração, pois esses materiais são usados em uma ampla gama de produtos, incluindo tecnologia verde, produtos eletrônicos, máquinas de formação de imagens médicas e armamento de defesa. Mudanças econômicas recentes fizeram com que muitas regiões encontrassem e usassem depósitos domésticos de ETR e processassem esses minérios em casa.2
Os dezessete ETRs são comumente encontrados e agrupados com tório (Th) e urânio (U). O software do XRF portátil da Olympus inclui os ETRs lantânio (La), cério (Ce), praseodímio (Pr), neodímio (Nd), assim como escândio (Sc), ítrio (Y), tório (Th), urânio (U), césio (Cs) e bário (Ba).
Desempenho do XRF portátil em ETRs e elementos associados
Os gráficos abaixo ilustram o desempenho de fábrica dos analisadores portáteis por XRF Vanta em uma variedade de materiais de referência certificados (MRCs) em vários kits fornecidos pela Ore Research and Exploration Assay Standards (OREAS). A exatidão e precisão excepcionais entre os dados de MRC e as concentrações calculadas dos analisadores portáteis por XRF Vanta mostram como os analisadores Vanta podem fornecer dados excelentes e de alta qualidade sobre minérios e depósitos contendo ETR.
Figura 1. Desempenho do analisador portátil por XRF Vanta para os elementos terras raras e elementos associados em comparação aos padrões usando vários kits fornecidos pela OREAS.
O analisador portátil por XRF Vanta demonstrou um alto desempenho para uma variedade de amostras de minério, incluindo fluorocarbonatos e fosfatos secundários. Os fluorocarbonatos são geralmente bastnasita, uma fornecedora de ítrio, cério e lantânio, enquanto os fosfatos são geralmente monazita, que contém lantânio, cério, praseodímio e neodímio, junto com ETRs mais pesados samário e gadolínio e o tório levemente radioativo. Conforme mostrado pelos gráficos em cada nível, o Vanta atua com exatidão e precisão tanto na bastnasita quanto na monazita, conforme indicado pelas inclinações dos elementos e pelo R2 perto de 1.
Ambos os minerais contendo ETR podem ser encontrados em formas semelhantes em todo o mundo. Várias minas e depósitos, incluindo a mundialmente famosa mina Bayan Obo, a mina Mountain Pass, Lemhi Pass e Elk Creek, contêm geologias e mineralizações semelhantes aos padrões testados.3 A mina Mountain Pass na Califórnia, por exemplo, contém gnaisses, um tipo específico de rocha metamórfica, de idade semelhante a várias amostras OREAS.
Muitos dados também estão disponíveis ao público e mostram como os analisadores portáteis por XRF Vanta podem produzir dados de excelente qualidade em amostras parcialmente preparadas e não preparadas. Veja alguns desses dados aqui:
- Analisador portátil por XRF para pesquisas de solo: geoquímica de afloramentos rochosos, solos e sedimentos
- Analisador portátil por XRF em perfuração de exploração: circulação reversa/jato de ar circular e núcleo de diamante
- Analisador portátil por XRF para ouro (Au) e elementos farejadores de Au para exploração mineral e vetorização de grupos de minérios
Mineração e processamento de ETR
Embora muitos países não extraiam ETRs internamente há décadas, houve um esforço recente para minerar e processar esses valiosos materiais. Várias instalações de mineração e plantas de processamento, como as da mina Mountain Pass no leste da Califórnia, a mina Round Top no oeste do Texas, a mina Elk Creek em Nebraska, a White Mesa Mill em Utah e as minas Bear Lodge em Wyoming abrigam depósitos de ETRs de alta qualidade.3 Embora existam 160 minerais conhecidos que contêm terras raras, quatro são explorados principalmente para esse propósito: bastnasita, argilas lateríticas, monazita e loparita. Às vezes são usados outros minerais, como apatita, gadolinita e xenótimo.
Embora os elementos terras raras não sejam tecnicamente "raros", eles não são normalmente encontrados em grandes concentrações ou veios, como o ouro (Au) ou outros minerais. Isso torna difícil a identificação e extração desses materiais. Além disso, o processamento de minérios de terras raras é uma tarefa única e em grande parte de engenharia química, muito mais complexa do que o processamento de Au e minérios de metais básicos. O analisador portátil por XRF Vanta pode detectar níveis de ETR de até dois dígitos em ppm, tornando-o a ferramenta ideal para a identificação local rápida desses valiosos elementos. Além disso, o analisador Vanta pode calcular a concentração de óxidos de terras raras no campo, conforme mostrado abaixo. Figura 2.
Figura 2. O analisador portátil por XRF Vanta calcula a concentração de compostos de minerais comuns que contêm ETR.
Embora a identificação de minério polimetálico possa ser difícil, o processamento desses materiais pode apresentar desafios adicionais. A remoção e purificação das terras raras de seu minério nativo (menos de 10% de minério de terras raras combinado) em material utilizável (mais de 60% de minério de terras raras) geralmente pode ser feito por processos magnéticos, eletrostáticos ou gravimétricos. A partir disso, vários minérios de terras não raras são dissolvidos com ácido ou aquecidos, restando uma combinação de minérios de terras raras que podem ser extraídos em seu estado metálico por outros processos químicos. O analisador portátil por XRF pode ser usado em cada estágio desse processo de purificação para quantificar os minérios de terras raras ou compostos abundantes em terra que são removidos durante o processo, como calcita, sílica ou magnetita. Esses processos, muitos dos quais foram desenvolvidos pela Comissão de energia atômica dos Estados Unidos após a Segunda Guerra Mundial, podem produzir ETRs com pureza superior a 99,9%.4, 5
Ítrio como um elemento farejador de óxido de terras raras
Como a análise completa de todos os dezessete ETRs é impossível (no caso de XRF portátil) ou proibitivamente lenta e cara (no caso de ICP), é útil encontrar métodos para determinar a concentração total de terras raras em tempo real no campo. Da mesma forma que vários elementos selecionados, como arsênio, cobre, chumbo e zinco, podem ser usados como elementos farejadores para detectar ouro, o ítrio (Y) pode ser usado para atingir um objetivo análogo com óxidos de terras raras (rare-earth oxides, REO), desde que o mineral de ETR alvo tenha o Y em sua composição a um nível detectável. Usando os MRCs, a concentração de ítrio pode ser comparada à concentração total de óxido de terras raras (total rare-earth oxide, TREO). Quando plotado com a concentração de Y no eixo horizontal e a concentração de TREO no eixo vertical, a concentração de Y se mostra um grande preditor da concentração de TREO. Uma relação parecida foi observada em testes de amostras semelhantes de projetos ativos de ETR, como o Projeto de terras raras pesadas de Lofdal no norte da Namíbia, onde o mineral de terras raras dominante é a xenotima (YPO4), que é enriquecida em muitas das terras raras pesadas. Ao usar a função PseudoElements no analisador portátil por XRF Olympus Vanta, a concentração de TREO pode ser calculada no campo em tempo real. Todos os cálculos podem ser feitos no instrumento durante um teste, conforme mostrado na Figura 4. Reciclagem de ETRs com análise por XRF portátilComo os elementos terras raras são caros, a reciclagem de seus metais a partir de bens de consumo e outras tecnologias, como conversores catalíticos, tornou-se cada vez mais importante.6 No entanto, devido à alta complexidade dos atuais componentes eletrônicos, tornou-se difícil viabilizar os custos desse procedimento. Por exemplo, os telefones celulares modernos contêm até 65 elementos, dificultando as técnicas tradicionais de reciclagem. Felizmente, o analisador Vanta pode rastrear um conjunto completo de elementos, do magnésio (Mg) ao urânio (U), incluindo as terras raras, para facilitar a identificação e reciclagem das terras raras contidas nos componentes eletrônicos, carros e outros bens industriais e de consumo. A reciclagem de ETRs permite que eles sejam reaproveitados em várias aplicações, como ímãs para tecnologia verde e bens de consumo.7 |
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Referências
- Schulz, K.J., DeYoung, J.H., Seal, R.R. and Bradley, D.C. eds., 2018. Critical Mineral Resources of the United States: Economic and Environmental Geology and Prospects for Future Supply. Geological Survey.
- Long, K.R., Van Gosen, B.S., Foley, N.K. and Cordier, D., 2012. The principal rare earth elements deposits of the United States: A summary of domestic deposits and a global perspective. In Non-Renewable Resource Issues (pp. 131-155). Springer, Dordrecht.
- Van Gosen, B.S., Verplanck, P.L. and Emsbo, P., 2019. Rare earth element mineral deposits in the United States (No. 1454). US Geological Survey.
- Frank H. Spedding, Harley A. Wilhelm, Wayne H. Keller, Donald H. Ahmann, Adrian H. Daane, Clifford C. Hach, and Robert P. Ericson. Industrial Engineering Chemistry 1952 44 (3), 553-556
- Spedding, F.H., 1949. Large-scale separation of rare-earth salts and the preparation of the pure metals. Discussions of the Faraday Society, 7, pp.214-231.
- Bleiwas, D.I., 2013. Potential for recovery of cerium contained in automotive catalytic converters.
- Goonan, T.G., 2011. Rare earth elements: End use and recyclability (p. 15). Reston: US Department of the Interior, US Geological Survey.
