Přenosné rentgenové fluorescenční (pXRF) analyzátory Olympus Vanta™ poskytují data v reálném čase o geologických vzorcích, které obsahují prvky vzácných zemin (REE). Těchto sedmnáct prvků je zásadních pro revoluci a produkci zelené energie v téměř každém odvětví, což podporuje potřebu zvýšit domácí produkci těchto kovů.1 Výsledkem je tržní hodnota pro identifikování těchto materiálů v reálném čase. Analyzátory Vanta pXRF mají vynikající hranice detekce a vysoký počet kvantifikovatelných REE, což umožňuje efektivní průzkum a identifikování REE v terénu.
Hledání nalezišť REE s vysokou hodnotou je žádoucí pro oblast těžby a průzkumu, jelikož se tyto materiály používají v široké škále produktů, včetně zelené technologie, spotřební elektroniky, lékařských zobrazovacích přístrojů a obranných zbraní. Nedávné ekonomické změny u mnoha regionů podnítily hledání a používání domácích nalezišť REE a zpracování těchto rud doma.2
Těchto sedmnáct REE se běžně nachází a seskupuje s thoriem (Th) a s uranem (U). Software pXRF společnosti Olympus zahrnuje REE lanthan (La), cer (Ce), praseodym (Pr) a neodym (Nd), stejně jako skandium (Sc), yttrium (Y), thorium (Th), uran (U), cesium (Cs) a baryum (Ba).
Výkon pXRF při použití na REE a souvisejících prvcích
Grafy níže znázorňují okamžitý výkon analyzátorů Vanta pXRF u řady certifikovaných referenčních materiálů (CRM) v různých sadách dodaných firmou Ore Research and Exploration Assay Standards (OREAS). Výjimečná přesnost a preciznost mezi daty u CRM a vypočítanými koncentracemi z analyzátorů Vanta pXRF ukazují, jak mohou analyzátory Vanta poskytnout výborná, vysoce kvalitní data o rudách a nalezištích obsahujících REE.
Obrázek 1. Charakteristika prvků vzácných zemin a souvisejících prvků pomocí přístroje Vanta pXRF ve srovnání s normami za použití různých sad dodaných firmou OREAS.
Analyzátor Vanta pXRF demonstroval vysoký výkon u řady vzorků rud včetně fluorokarbonátů a sekundárních fosfátů. Fluorokarbonáty jsou obecně bastnasit, který poskytuje yttrium, cer a lanthan, zatímco fosfáty jsou obvykle monazit, který obsahuje lanthan, cer, praseodym a neodym, spolu s těžšími REE samariem a gadoliniem a slabě radioaktivním thoriem. Jak je zobrazeno na grafech v každé úrovni, výkon zařízení Vanta je přesný a precizní u bastnasitu i monazitu, jak ukazuje sklon prvků a R2, které se blíží 1.
Oba minerály obsahující REE se nachází v podobných formách po celém světě. Různé doly a naleziště, včetně světově známých dolů Bayan Obo, Mountain Pass, Lemhi Pass a Elk Creek, obsahují podobné geologie a mineralizace jako testované normy.3 Například důl Mountain Pass v Kalifornii obsahuje rulu, specifický typ metamorfované horniny, podobného stáří jako četné vzorky firmy OREAS.
Je také spousta veřejně dostupných dat, která ukazují, jak analyzátory Vanta pXRF mohou produkovat data prvotřídní kvality o částečně připravených i nepřipravených vzorcích. Na některá z těchto dat se můžete podívat tady:
- Ruční XRF pro průzkum půdy: geochemie skalních výchozů, půd a sedimentů (Handheld XRF for Soil Surveys: Geochemistry of Rock Outcrops, Soils, and Sediments)
- Ruční XRF při průzkumném vrtání: obrácená cirkulace / Rotační proud vzduchu a diamantové jádro (Handheld XRF in Exploration Drilling: Reverse Circulation/Rotary Air Blast and Diamond Core)
- Přenosný analyzátor XRF pro analýzu zlata (Au) a nové způsoby detekce zlata pomocí průzkumu nerostů a navádění rudních těles (Portable XRF for Gold (Au) and Au Pathfinders for Mineral Exploration and Ore Body Vectoring)
Těžba a zpracování REE
Zatímco mnoho zemí po desetiletí REE netěžily, v nedávné době se objevily snahy tyto hodnotné materiály těžit a zpracovávat. V četných těžebních a zpracovatelských závodech, jako je například důl Mountain Pass ve východní Kalifornii, důl Round Top v západním Texasu, důl Elk Creek v Nebrasce, továrna White Mesa Mill v Utahu a doly Bear Lodge ve Wyomingu, se nacházejí vysoce kvalitní naleziště REE.3 I když známe 160 minerálů, které obsahují vzácné zeminy, čtyři se těží primárně pro tento účel: bastnasit, lateritové jíly, monazit a loparit. Někdy se používají další minerály, jako je apatit, gadolinit a xenotim.
Zatímco prvky vzácných zemin nejsou technicky vzato „vzácné“, obvykle se nenalézají ve velkých koncentracích nebo žílách, na rozdíl od zlata (Au) nebo jiných minerálů. Kvůli tomu je identifikace a těžba těchto materiálů obtížná. Také zpracování rud vzácných zemin je jedinečný a převážně chemicko-inženýrský úkol, mnohem komplexnější než zpracování Au a rud základních kovů. Analyzátor Vanta pXRF může detekovat až dvojčíselné úrovně REE v ppm, díky čemuž je ideálním nástrojem pro rychlou identifikaci těchto hodnotných prvků na místě. Analyzátor Vanta může dále vypočítat koncentraci oxidů vzácných zemin v terénu, jak je zobrazeno níže. Obrázek 2.
Obrázek 2. Analyzátor Vanta pXRF vypočítává složenou koncentraci běžných minerálů obsahujících REE.
Zatímco identifikace u polymetalických rud může být obtížná, zpracování těchto materiálů může představovat výjimečnou výzvu. Odstranění a čištění vzácných zemin z jejich přirozené rudy (méně než 10 % kombinované rudy vzácných zemin) pro vytvoření použitelného materiálu (více než 60 % rudy vzácných zemin) se obvykle může provést pomocí magnetických, elektrostatických nebo gravimetrických procesů. Dále se různé rudy jiných než vzácných zemin rozpustí kyselinou nebo se odstraní teplem a zůstane kombinace rud vzácných zemin, které se mohou v kovovém stavu extrahovat jinými chemickými procesy. Přenosná XRF se může použít v každé fázi tohoto purifikačního procesu za účelem kvantifikace rud vzácných zemin nebo sloučenin bohatých na zeminy, které se během procesu odstraní, jako je kalcit, křemen nebo magnetit. Tyto procesy, z nichž většina byla vyvinuta americkou Komisí pro atomovou energii (Atomic Energy Commission) po 2. světové válce, mohou produkovat REE s čistotou vyšší než 99,9 %.4, 5
Yttrium jako indikační prvek oxidů vzácných zemin
Jelikož kompletní analýza všech sedmnácti REE je buď nemožná (v případě pXRF) nebo přemrštěně pomalá a drahá (v případě ICP), je užitečné najít způsoby určení celkové koncentrace vzácných zemin v terénu v reálném čase. Podobně jako lze použít různé vybrané prvky, např. arsen, měď, olovo a zinek, jako indikační prvky pro detekci zlata, yttrium (Y) lze použít k dosažení podobného cíle s oxidy vzácných zemin (REO), a to za předpokladu, že cílový minerál REE obsahuje Y v detekovatelné úrovni. Pomocí CRM se může koncentrace yttria porovnat s celkovou koncentrací oxidu vzácných zemin (TREO). Když se graficky znázorní koncentrace Y na vodorovné ose a koncentrace TREO na svislé ose, ukáže se, že koncentrace Y značně předpovídá koncentraci TREO. Obdobný vztah byl zpozorován při testování podobných vzorků z aktivních projektů REE, jako je projekt těžkých vzácných zemin Lofdal v severní Namibii, kde je dominantním minerálem vzácných zemin xenotim (YPO4), který obohacuje mnoho těžkých zemin vzácných zemin. Pomocí funkce PseudoElements analyzátoru Olympus Vanta pXRF lze vypočítat koncentraci TREO v reálném čase v terénu. Veškeré výpočty se mohou provést na přístroji během testu, jak je znázorněno na obrázku 4. Recyklace REE díky analýze pXRFProtože jsou prvky vzácných zemin drahé, recyklování jejich kovů ze spotřebního zboží a dalších technologií, jako např. katalyzátorů, je stále více důležité.6 Z důvodu vysoké komplexnosti současné elektroniky je ovšem obtížné toto provést za náklady, které to reálně umožňují. Například moderní mobilní telefony obsahují až 65 prvků, což znamená, že tradiční recyklační techniky jsou obtížné. Naštěstí je analyzátor Vanta schopen skenovat celou řadu prvků od hořčíku (Mg) přes uran (U), včetně vzácných zemin, díky čemuž je identifikace i recyklace vzácných zemin z elektroniky, automobilů a dalšího spotřebního a průmyslového zboží snazší. Recyklování REE umožňuje změnit jejich účel pro různá použití, jako například magnety pro zelenou technologii a spotřební zboží.7 |
|
Zdroje
- Schulz, K.J., DeYoung, J.H., Seal, R.R. a Bradley, D.C. eds., 2018. Kritické minerální zdroje Spojených států: ekonomická a environmentální geologie a perspektivy pro budoucí zásoby (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. a Cordier, D., 2012. Hlavní naleziště prvků vzácných zemin ve Spojených státech: souhrn domácích nalezišť a celosvětová perspektiva (The principal rare earth elements deposits of the United States: A summary of domestic deposits and a global perspective). V Non-Renewable Resource Issues (str. 131–155). Springer, Dordrecht.
- Van Gosen, B.S., Verplanck, P.L. a Emsbo, P., 2019. Naleziště minerálů prvků vzácných zemin ve Spojených státech (Rare earth element mineral deposits in the United States) (č. 1454). US Geological Survey.
- Frank H. Spedding, Harley A. Wilhelm, Wayne H. Keller, Donald H. Ahmann, Adrian H. Daane, Clifford C. Hach a Robert P. Ericson. Chemie průmyslového inženýrství (Industrial Engineering Chemistry) 1952 44(3), 553–556
- Spedding, F.H., 1949. Rozsáhlá separace solí vzácných zemin a příprava čistých kovů (Large-scale separation of rare-earth salts and the preparation of the pure metals). Discussions of the Faraday Society, 7, str. 214–231.
- Bleiwas, D.I., 2013. Potenciál získání ceru obsaženého v automobilových katalyzátorech (Potential for recovery of cerium contained in automotive catalytic converters).
- Goonan, T.G., 2011. Prvky vzácných zemin: konečné použití a recyklovatelnost (Rare earth elements: End use and recyclability) (str. 15). Reston: US Department of the Interior, US Geological Survey.
