Olympus Vanta™ 휴대용 X선 형광(pXRF) 분석기는 희토류 원소(REE)가 포함된 지질 샘플의 실시간 데이터를 제공합니다. 17가지 희토류 원소는 거의 모든 산업의 녹색 에너지 혁명 및 생산에 중요하므로 내수 생산이 증가해야 할의 필요성이 높습니다.1 따라서, 이러한 물질의 실시간 식별에는 시장 가치가 있습니다. Vanta pXRF 분석기는 광활한 검출 범위와 매우 높은 수량화 가능 REE의 수로 현장에서 REE의 효과적인 탐사와 및 식별을 지원합니다.
이러한 물질은 녹색 기술, 소비자 전자 제품, 의료 영상 기계 및 방위 무기 등 광범위한 제품에 사용되기 때문에 채굴 및 탐사 업계에서는 고가의 REE가 포함된 광상을 찾고자 합니다. 최근의 경제적 변화로 인해 많은 지역에서는 자국의 REE 광상을 국내에서 발견, 사용 및 처리하게 되었습니다.2
17가지 REE는 일반적으로 토륨(Th) 및 우라늄(U)과 한데 묶인 채 발견됩니다. Olympus pXRF 소프트웨어에는 REE에 가까운 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd)뿐만 아니라 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 토륨(Th), 우라늄(U), 세슘(Cs) 및 바륨(Ba)도 포함되어 있습니다.
REE 및 관련 원소에 대한 pXRF 성능
아래 그래프는 광석 연구 및 탐사 시금 평가 표준(OREAS)에서 제공한 여러 가지 키트의 인증표준물질(CRM) 범위에 대한 Vanta pXRF 분석기의 순수한 성능을 보여줍니다. Vanta pXRF 분석기의 CRM 데이터와 계산된 농도 사이의 높은 정확도 및 정밀도는 Vanta 분석기가 REE을 포함하는 광석 및 광상에 대한 탁월한 고급 데이터를 어떻게 제공할 수 있는지 보여줍니다.
그림 1. OREAS에서 제공한 여러 가지 키트를 사용한 Vanta pXRF의 희토류 원소 및 관련 원소에 대한 표준 대비 성능.
Vanta pXRF 분석기는 불소탄산염과 이차 인산바륨을 포함하는 다양한 광석 샘플에 대해 높은 성능을 보여주었습니다. 불소탄산염은 이트륨, 세륨 및 란타늄을 함유한 바스트네사이트에 일반적으로 해당하며, 인산염은 더 무거운 REE인 사마륨, 가돌리늄과 약한 방사성인 토륨과 함께 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴 및 네오디뮴이 포함된 모나자이트에 해당합니다. 각 단계의 그래프에서 볼 수 있듯이 Vanta는 바스트네사이트와 모나자이트에 모두 정확하고 정밀하게 작동하며, 원소의 경사도 및 R2가 1에 가까운 것으로 나타납니다.
REE가 포함된 두 광물은 모두 전 세계에서 유사한 형태로 찾아볼 수 있습니다. 세계적으로 유명한 바이윈어보 광산, 마운틴 패스 광산, 레미 고개, 엘크 크릭 등 다양한 광산 및 광상에는 테스트를 거친 표준과 유사한 지질학 및 광물화가 포함되어 있습니다.3 예를 들어, 캘리포니아 주의 마운틴 패스 광산에는 여러 OREAS 샘플과 유사한 시기의 편마암, 즉 특정 유형의 변성암이 포함되어 있습니다.
대부분의 데이터 역시 공개적으로 사용 가능하며, Vanta pXRF 분석기가 부분적으로 준비되거나 준비되지 않은 샘플에 대해 어떻게 탁월한 품질의 데이터를 생산할 수 있는지 보여줍니다. 여기서 이 데이터 중 일부를 확인하세요.
- 토질 조사용 휴대용 XRF: 암석 노출지, 토질 및 퇴적물의 지구화학
- 탐사 시추에 사용되는 휴대용 XRF: 역회전/회전 에어 블라스트 및 다이아몬드 코어
- 광물 탐사 및 광석 본체 벡터링을 위한 금(Au)과 금 탐지기용 휴대용 XRF
REE 채굴 및 처리
많은 국가는 수십 년 동안 자국에서 REE를 채굴하지 않았지만, 최근에는 이러한 귀중한 물질을 채굴하고 처리하려는 움직임이 있습니다. 동부 캘리포니아주의 마운틴 패스 광산, 서부 텍사스주의 라운드 탑 광산, 네브라스카주의 엘크 크릭 광산, 유타주의 화이트 메사 밀, 와이오밍주의 베어 로지 광산과 같은 다중 채굴 시설 및 처리 공장은 고품질 REE 광상의 원천입니다.3 희토류를 포함한다고 알려진 광물은 160종이 있지만, 이 목적을 위해 주로 채굴되는 4가지는 바스트네사이트, 라테라이트 점토, 모나자이트 및 로파라이트입니다. 인회석, 가돌린석 및 제노타임과 같은 기타 광물은 가끔 사용됩니다.
희토류 원소는 실제로 “희귀”하지 않지만, 일반적으로 금(Au)이나 기타 광물과 같은 광맥에서 고농도로 발견되지 않습니다. 그래서 이러한 광물을 식별하고 채굴하는 것은 어렵습니다. 또한 희토류 광석의 처리는 고유한 화학적 엔지니어링 작업이며, 금이나 기본 금속 광석의 처리보다 훨씬 더 복잡합니다. Vanta pXRF 분석기는 REE를 두 자릿수 ppm 수준까지 검출할 수 있어서 귀중한 원소의 빠른 현장 식별에 이상적인 도구입니다. 또한 Vanta 분석기는 아래와 같이 희토류 산화물의 농도를 현장에서 계산할 수 있습니다. 그림 2.
그림 2. Vanta pXRF 분석기는 일반 REE를 포함하는 광물의 화합물 농도를 계산합니다.
다금속 광석의 식별은 어려울 수 있는데, 이러한 물질을 처리하면 추가적인 어려움이 발생할 수 있습니다. 해당 토종 광석(결합 희토류 광석 10% 미만)을 제거하여 사용 가능한 물질(희토류 광석 60% 이상)로 정련하는 것은 일반적으로 자기, 정전기 또는 중력 과정을 거쳐 실행할 수 있습니다. 여기에서, 다양한 비희토류 광석이 산에 용해되거나 가열로 사라지고, 다른 화학적 과정을 이용하여 금속 상태에서 추출할 수 있는 희토류 광석의 조합이 남습니다. 흙이 과정 중에 제거되어 풍부한 화합물을 수량화하는 방해석, 실리카, 자철석 또는 희토류 광석 정련 과정의 각 단계에서 휴대용 XRF를 사용할 수 있습니다. 제2차 세계대전 후 미국원자력위원회에서 이 과정의 대부분을 개발하였으며, 순도 99.9% 이상의 REE를 생산할 수 있습니다.4, 5
희토류 산화물을 탐지하는 이트륨
총 17개 REE의 완전한 분석은 불가능하거나(pXRF의 경우), 엄청나게 느리고 비용이 많이 들기(ICP의 경우) 때문에, 현장에서 실시간으로 전체 희토류 농도를 측정하는 방법을 찾는 것이 유용합니다. 비소, 구리, 납 및 아연과 같은 일부 원소를 금 검출 탐지기로 사용할 수 있는 방법과 유사하게, 대상 REE 광물에 자체 성분으로 검출 가능한 수준의 이트륨(Y)이 있다면 희토류 산화물(REO)로 유사한 목표를 달성하기 위해 이트륨을 사용할 수 있습니다. CRM을 사용하여 이트륨 농도를 전체 희토류 산화물(TREO) 농도와 비교할 수 있습니다. 수평 축의 이트륨 농도와 수직 축의 TREO 농도를 함께 비교할 경우, 이트륨 농도는 TREO 농도의 좋은 예측 수단이 됩니다. 그와 유사한 관계가 나미비아 북부의 로프달 중희토류 프로젝트와 같은 활성 REE 프로젝트에서 비슷한 샘플을 테스트할 때 발견되었습니다. 이 지역에서는 중희토류 토질에 풍부하게 함유되어 있는 제노타임(YPO4)이 희토류 광물 중에 압도적으로 많습니다. Olympus Vanta pXRF 분석기의 PseudoElements 기능을 사용하면 TREO 농도를 현장에서 실시간으로 계산할 수 있습니다. 그림 4와 같이, 테스트 중 기기에서 모든 계산을 실행할 수 있습니다. pXRF 분석을 통한 REE 재활용희토류 원소가 비싸기 때문에, 소비재 및 촉매 변환 장치와 같은 기술을 통한 재활용이 점점 더 중요해지고 있습니다.6 그러나 현재 전자제품은 너무 복잡하여 실행 가능한 비용으로 재활용하기에는 어렵습니다. 예를 들어, 최신 휴대폰에는 최대 65개의 원소가 포함되어 있어 기존 재활용 기술을 적용하기가 어렵습니다. 다행히도 Vanta 분석기로 마그네슘(Mg)부터 우라늄(U)과 희토류를 포함한 전체 원소를 스캔하여 전자제품, 자동차, 기타 소비재 및 산업재에서 희토류를 더 쉽게 식별하고 재활용할 수 있습니다. REE를 재활용하면 녹색 기술과 소비재에 사용되는 자석처럼 다양한 용도로 재사용할 수 있습니다.7 |
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참고 문헌
- Schulz, K.J., DeYoung, J.H., Seal, R.R. and Bradley, D.C. eds.,Seal, R.R. 및 Bradley, D.C. 편집, 2018. Critical Mineral Resources of the United States: Economic and Environmental Geology and Prospects for Future Supply.미국의 중요한 광물 자원: 경제적, 환경적 지질학 및 미래 공급 예상. Geological Survey.
- Long, K.R., Van Gosen, B.S., Foley, N.K. and Cordier, D.,Foley, N.K.및 Cordier, D., 2012. The principal rare earth elements deposits of the United States: A summary of domestic deposits and a global perspective.미국의 중요한 희토류 원소 광상: 국내 광상 및 글로벌 예측 요약. In Non-Renewable Resource Issues (pp. 131-155). Springer, Dordrecht.
- Van Gosen, B.S., Verplanck, P.L. and Emsbo, P.,Verplanck, P.L.과 Emsbo, P., 2019. Rare earth element mineral deposits in the United States (No.미국의 희토류 원소 광물 광상( 1454번). US Geological Survey.
- Frank H. Spedding, Harley A. Wilhelm, Wayne H. Keller, Donald H. Ahmann, Adrian H. Daane, Clifford C. Hach, and Robert PHach와 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.희토류 소금의 대규모 분리 및 순수 금속 준비. Discussions of the Faraday Society, 7, pp.214-231.
- Bleiwas, D.I., 2013. Potential for recovery of cerium contained in automotive catalytic converters. 자동차 촉매 변환 장치에 포함된 세륨의 복구 가능성.
- Goonan, T.G., 2011. Rare earth elements: End use and recyclability (p.희토류 원소: 최종 사용 및 재활용 가능성(p. 15). Reston: US Department of the Interior, US Geological Survey.
