Анализ фосфатной минерализации и элементов-спутников с помощью портативных рентгенофлуоресцентных анализаторов (РФА)

Роль портативных рентгенофлуоресцентных (РФА) спектрометров в исследованиях фосфатов

За последнее десятилетие портативные рентгенофлуоресцентные (РФА) спектрометры доказали свою эффективность для геохимического анализа в полевых условиях при исследованиях фосфатов, проводимых предприятиями горнодобывающей и геологоразведочной промышленности. РФ-спектрометр Vanta™ Olympus играет важную роль в этой сфере, обеспечивая количественную оценку и анализ фосфатов в реальном времени. В данной инструкции по применению вы увидите, как РФ-анализатор Vanta может точно измерять важные характеристики фосфатных минералов и других элементов, являющиеся показательными при разведке фосфатных месторождений.

РФ-анализаторы Vanta™ в большинстве случаев способны измерять элементы от магния (Mg) до урана (U) вплоть до однозначных значений ppm (частей на миллион). Помимо фосфора (P), который РФ-анализаторы Vanta, конечно же, способны обнаруживать, при разработке фосфатных месторождений важны характеристики и других элементов. Такие элементы, как ванадий (V), никель (Ni), молибден (Mo), серебро (Ag), свинец (Pb), торий (Th) и уран (U) известны как элементы-спутники и могут использоваться для поиска особо обогащенных регионов месторождений.

Способность определять концентрации не только фосфора, но и других более легких элементов, таких как магний (Mg), алюминий (Al), кремний (Si), кальций (Ca) и титан (Ti), является решающей характеристикой высокоэффективного анализатора. Анализатор Vanta может за считанные секунды измерить точные концентрации этих и других элементов в полевых условиях при минимальной пробоподготовке. Такая возможность позволяет принимать решения в режиме реального времени прямо на рабочем месте, исключая риски дорогостоящих простоев, связанных с отправкой образцов в лабораторию.

Рис. 1 Результаты анализа элементов в образцах фосфатных пород с помощью Vanta™ в сравнении с показателями анализа различных образцов, предоставленных клиентами

Приведенные выше данные демонстрируют исключительную производительность РФ-анализатора Vanta в исследовании широкого набора контрольных материалов, полученных из реальных образцов, предоставленных клиентами. Высокая корреляция между референсными данными и результатами пРФА анализатора Vanta подтверждает, что анализатор Vanta обеспечивает высокое качество данных измерений образцов, подготовленных из разнообразных фосфатных пород. Среднее время анализа образцов составляет меньше минуты при минимальной пробоподготовке. Подготовка образцов включала дробление или измельчение образца до размера частиц размером не более 0,2 мм, и сбор частиц в стандартные чашки для образцов.

Фосфатная минерализация

Сегодня большая часть фосфатов добывается из осадочного апатита. Общая химическая формула апатита: Ca₁₀(PO₄)₆(OH,F,Cl)₂ — это состав коллофана в фосфатной породе. Фосфорсодержащие месторождения апатита с высокой промышленной ценностью могут содержать более 20 % P₂O₅ и более 35 % CaCO₃, наряду с некоторыми следовыми количествами других оксидов, таких как оксид магния и алюминия.

При расчете концентраций элементов РФ-анализатор Olympus Vanta также может рассчитать концентрации этих минералов и соединений в режиме реального времени. С помощью простого в использовании пользовательского интерфейса пользователь может настроить спектрометр так, чтобы он отображал рассчитанные концентрации в виде соединений, как показано на Рис. 2. Программное обеспечение анализатора Vanta™ автоматически выполняет необходимые расчеты и позволяет в считанные секунды переключаться между видами показателей по отдельным элементам и соединениями.

Рис. 2. Сканирование сертифицированного стандартного образца (CRM), содержащего фосфатные породы: с включенной функцией Compound анализатора Vanta (справа) и без нее (слева)

По оценкам, в настоящее время в общей сложности во всем мире ежегодно добывается более 200 млн тонн фосфатных пород, из них более 75 млн тонн добывается в трех крупнейших странах-производителях фосфатов — Китае, США и Марокко.^{3, 4} Потенциальная промышленная ценность этих месторождений фосфатов огромна и поэтому представляет большой интерес для предприятий, которые занимаются добычей полезных ископаемых и разведкой. Добываемые фосфаты используются во многих отраслях промышленности, включая производство моющих средств, кормов для животных и промышленных химикатов, однако более 90 % фосфатов идет на изготовление азотно-фосфорно-калийных (АФК) удобрений.4 Оценочная стоимость разрабатываемых фосфатов после их добычи составит более 2,2 млрд. долл. США.

Побочные продукты разработки фосфатных пород

Многие из минералов фосфатных пород содержат значимые количества ценных материалов, таких как редкоземельные элементы (РЗЭ) и уран (U). Поскольку спрос на эти материалы растет во всем мире, возможность анализа следовых концентраций этих элементов имеет большое экономическое значение. Объемы выработки этих материалов выше в современных месторождениях фосфатных пород, чем в существующих шахтах и месторождениях.⁵ В дополнение к высокой производительности по анализу легких элементов и оксидов анализатор Vanta™ может выполнить точные и достоверные расчеты и для более тяжелых и дорогостоящих элементов.⁶

Приведенные ниже графики иллюстрируют исключительную производительность Vanta для сертифицированных стандартных образцов (CRM), содержащих фосфатные породы с допустимыми уровнями РЗЭ, которые были предоставлены ведущим производителем стандартных образцов Ore Research and Exploration Assay Standards (OREAS). Высокая точность и прецизионность между данными CRM и рассчитанными концентрациями, полученными с помощью РФ-анализатора, демонстрируют способность Vanta предоставлять быстрые и высококачественные данные о концентрациях и характеристиках ценных для промышленности материалов в фосфатных породах.

Рис. 3 Производительность РФ-анализатора Vanta по редкоземельным элементам (РЗЭ) по сравнению со стандартами с использованием образцов, предоставленных OREAS

Аналитические преимущества РФ-анализатора Vanta™ Olympus

РФ-анализатор Vanta Olympus обладает рядом аналитических преимуществ в сравнении с другими технологиями и методами рентгенофлуоресцентного анализа. Основные преимущества:

• Минимальные усилия и затраты для подготовки образцов
• Отсутствие необходимости в использовании дополнительного оборудования или средств анализа, например пробоотборных камер, внешнего источника питания или сжатого газа
• Быстрый и эффективный анализ с получением точных и достоверных результатов за считанные секунды
• Сканирование непосредственно на месте проведения работ, без необходимости в проведении дорогостоящих лабораторных испытаний или риска простоя

Подробнее о портативных РФ-анализаторах Vanta см. на нашем веб-сайте или свяжитесь с региональным торговым представителем.

Библиография

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.