Porphyr-Kupfer-Lagerstätten: Röntgenanalyse von Tonmineralien vor Ort liefert Anhaltspunkte für den Bergbau

Porphyr-Kupferlagerstätten sind eine wichtige Quelle für Kupfer und andere wertvolle Metalle oder Mineralien. Aufgrund der großen Vorkommen, des geringen Gehalts und der geringen Tiefe des Vorkommens werden sie in der Regel im großen, mechanisierten Tagebau abgebaut.

Eine effiziente Methode zur Entdeckung von Porphyr-Kupfervorkommen ist die Röntgenanalyse vor Ort. In diesem Beitrag gehen wir auf die Möglichkeiten ein, wie Ingenieure mithilfe von tragbaren Röntgenanalysegeräten die notwendigen Hinweise erhalten, um diese wertvollen Ressourcen abzubauen und verborgenes Kupfererz zu gewinnen.

Was ist eine Porphyr-Kupferlagerstätte?

Porphyr-Kupferlagerstätten sind eine Art hydrothermaler Lagerstätten. Zu den Merkmalen von Porphyr-Kupferlagerstätten gehören:

• Ihre Mineralisierung ist zeitlich und räumlich mit neutralen bis sauren Porphyrvorkommen verbunden
• Ihre Entstehung ist in gewisser Weise eng mit vulkanisch-intrusiven Aktivitäten verbunden
• Sie sind durch bestimmte Alterations- und Mineralisierungszonen gekennzeichnet
• Ihr Erz liegt in weit verbreiteten Adern

Als zeitgleiche oder spätere Produkte der Porphyr-Kupfererzbildung sind Tonminerale wichtige Wegweiser bei der Entdeckung, Erkundung und dem Abbau von Kupfererzlagerstätten.

Röntgenanalyseverfahren zur Untersuchung von Tonmineralien vor Ort

Die Techniker können verschiedene tragbare Röntgenanalysegeräte vor Ort einsetzen, um in Echtzeit geologische Informationen über die Tonminerale zu sammeln. Zum Beispiel können sie mit Handanalysatoren zur Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) chemische Elemente identifizieren oder mit portablen Analysatoren zur Röntgendiffraktion (XRD) mineralogische Informationen gewinnen. Diese in Echtzeit vorliegenden Daten helfen den Geologen, vor Ort schnellere und genauere Entscheidungen zu treffen. Betrachten Sie das folgende Beispiel.

Beispiel: Analyse von Tonmineralen aus einer Porphyr-Kupfermine

Olympus arbeitete kürzlich mit Ingenieuren eines Bergbauunternehmens zusammen, um eine Analyse von Tonmineralien aus einer Porphyr-Kupfermine in Myanmar durchzuführen. Die Ingenieure entnahmen drei Mineralproben aus dem Bergwerk und nannten sie „stark tonhaltig“, „mittel tonhaltig“ und „schwach tonhaltig“ (Abbildung 1).

Abbildung 1: Drei Tonproben aus der Porphyr-Kupfermine.

Um die Tonminerale für die Analyse vorzubereiten, zerkleinerten die Ingenieure die Proben auf <2 mm und reduzierten die Menge auf jeweils etwa 100 g (Abbildung 2).

Abbildung 2: Die Tonproben nach der Zerkleinerung.

Anschließend analysierten die Ingenieure die zerkleinerten Tonproben mit einem RFA-Handanalysator von Olympus und einem portablen XRD-Analysator, um die chemischen Elemente zu identifizieren bzw. mineralogische Informationen zu erhalten.

Untersuchung von Tonmineralien mit dem RFA-Handanalysator

Die Röntgenfluoreszenzanalyse wurde mit einem Handanalysator der Vanta C-Serie (Modell VCA) durchgeführt, der mit einer Silber (Ag)-Target-Röntgenröhre ausgestattet ist. Der robuste Analysator wurde für den Einsatz unter rauen Bedingungen entwickelt und entspricht der Schutzklasse IP55. Er besteht den Falltest, der für die Norm des US-Verteidigungsministeriums (MIL-STD-810G) durchgeführt werden muss. Der integrierte Silizium-Drift-Detektor (SDD) in Kombination mit der von Olympus entwickelten Axon Technology ermöglicht eine extrem schnelle Detektion und niedrige Nachweisgrenzen.

Abbildung 3: Zwei Ingenieure verwenden vor Ort einen Vanta RF-Handanalysator.

Ein weiterer Vorteil des Vanta Analysators ist die sofortige Analyse der Probe ohne besondere Vorbereitung. So liegen innerhalb von 20 Sekunden qualitative und quantitative Informationen über die Elementzusammensetzung der Probe vor.

Im Gegensatz dazu benötigen die Labors vor Ort in der Regel Stunden oder sogar Tage, um ähnliche Analyseergebnisse zu liefern. Mit dem Vanta Analysator können Benutzer schnell genaue Analysedaten wie im Labor erhalten.

Tabelle 1: Elementanalysedaten, die mit dem tragbaren Vanta RFA-Handanalysator erstellt wurden. Die Tabelle zeigt die vorhandenen Elemente und die Menge der einzelnen Elemente in der Probe. Zu den Elementen gehören Aluminium (Al), Silizium (Si), Phosphor (P), Schwefel (S), Chlor (Cl), Calcium (Ca), Eisen (Fe), Kupfer (Cu) und Blei (Pb).

Prüfung der Tonminerale mit dem portablen XRD-Analysator

Die Röntgendiffraktionsanalyse wurde mit dem portablen TERRA II XRD-Analysator durchgeführt, das mit einer Kobalt (Co)-Target-Röntgenröhre ausgestattet ist. Die XRD-Testmöglichkeiten des Analysators kombinieren exklusive Technologien von Olympus und der National Aeronautics and Space Administration (NASA).

Der TERRA II Analysator verfügt über ein einzigartiges Probenladesystem. Es werden nur etwa 15 mg einer pulverförmigen Probe von 100 Mesh-Sieben (<150 μm) benötigt, um in weniger als 10 Minuten sowohl strukturelle (mineralogische/kristallografische) als auch ungefähre (chemische) Elementinformationen zu sammeln.

Mit der installierten XPowder-Software kann der TERRA II Analysator Daten schnell und einfach erfassen und verarbeiten. Der Vanta und der TERRA II Analysator erfordern keine große Probenmenge oder spezielle Probenvorbereitung. Sie können sogar Tests an Sprenglochproben durchführen.

Tabelle 2: RD-Analysedaten des TERRA II Analysators. Die Tabelle zeigt die vorhandenen Mineralien und die Menge jedes Minerals in den Tonproben.

Abbildung 5: Vergleich der mit dem portablem TERRA II XRD-Analysator erhaltenen Diffraktionsmuster

Bei der Analyse der drei Proben (mit niedrigem, mittlerem und hohem Tongehalt) aus der Porphyr-Kupfermine mit dem RFA-Handanalysator und dem portablem XRD-Analysator von Olympus haben wir Folgendes festgestellt:

• Die Mengen an Tonmineralen (hauptsächlich Illit und Montmorillonit) in den drei Proben nahmen von der schwach tonhaltigen bis zur stark tonhaltigen Probe zu
• Die Mengen an Quarz, Alunit und Pyrit nahmen von der schwach tonhaltigen bis zur stark tonhaltigen Probe ab

Diese Daten entsprachen den mineralogischen Merkmalen, die im Allgemeinen vor Ort beobachtet wurden.

Die Entdeckung von Pyrophyllit, das durch eine besondere Alteration entstanden ist, ist auch für die Erkundung und den Abbau von Porphyr-Kupfererzen von Bedeutung. Die Elementinformationen (z. B. Ca, Fe usw.) aus dem RFA-Handanalysator und die Daten zur Mineralzusammensetzung aus dem XRD-Analysator konnten sich gegenseitig bestätigen und so einen Beweis für die Genauigkeit der Analyseergebnisse für diese Probencharge liefern.

Dies ist nur ein Beispiel dafür, wie RFA-Handanalysatoren und portable XRD-Analysatoren im geowissenschaftlichen Bereich eingesetzt werden können. Weitere Anwendungen für die Geochemie, Mineralogie und den Bergbau finden Sie in unserer Broschüre Online Geology Resources for Portable XRF and XRD.

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