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使用手持式光譜分析儀分析磷酸鹽的礦化和探途元素

來源: | 作者:environment-380 | 發(fā)布時(shí)間: 2023-11-13 | 1539 次瀏覽 | 分享到:

手持式X射線熒光光譜儀在磷酸鹽研究中的作用

在過去的十年中，手持式光譜分析儀已被證明是在采礦和勘探行業(yè)的磷酸鹽研究中有助于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地球化學(xué)分析的一種可行性方法。奧林巴斯Vanta手持式XRF光譜儀在對(duì)磷酸鹽進(jìn)行實(shí)時(shí)定量分析的應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本應(yīng)用注釋介紹了Vanta手持式XRF光譜儀如何準(zhǔn)確測(cè)量重要的磷酸鹽礦物以及在磷酸鹽勘探中使用的其他元素。

磷酸鹽巖石的元素分析

磷酸鹽一般存在于以下五種天然礦床中：海洋沉積物、火山巖、變質(zhì)巖、侵蝕土壤和生物礦石。¹磷酸鹽，廣義上稱為巖石磷酸鹽或磷酸鹽巖，按重量計(jì)含有2%到10%的磷，或含4%到20%的P2O5。隨著高活力磷酸鹽礦不斷枯竭，高品位磷酸鹽資源的供應(yīng)量呈穩(wěn)步下降趨勢(shì)。²因此，人們更需要對(duì)各種含量水平的磷礦石及其所含的多種元素進(jìn)行精確和準(zhǔn)確的測(cè)量。

在大多數(shù)情況下，Vanta手持式XRF光譜儀可以檢測(cè)從鎂（Mg）到鈾（U）的大多數(shù)元素，檢出限低至百萬分之幾（ppm）。雖然Vanta便攜式光譜分析儀肯定可以檢測(cè)到磷（P），但其他可測(cè)元素對(duì)于磷礦的開采也至關(guān)重要。釩（V）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、銀（Ag）、鉛（Pb）、釷（Th）和鈾（U）等元素是已知探途元素，可用于查找礦區(qū)中富含磷酸鹽的區(qū)域。

探測(cè)磷酸鹽礦的高效工具不僅要能確定磷的含量，還需具有確定其他較輕元素含量的能力，例如鎂（Mg）、鋁（Al）、硅（Si）、鈣（Ca）和鈦（Ti）。在現(xiàn)場(chǎng)，Vanta XRF元素分析儀只需簡單的樣品制備，在幾秒鐘內(nèi)就可以提供這些元素和其他元素的準(zhǔn)確含量。這種能力對(duì)于在工作現(xiàn)場(chǎng)做出實(shí)時(shí)決策非常有用，無需再將樣品送到外部實(shí)驗(yàn)室，也避免了昂貴的停機(jī)等待時(shí)間。

圖1.Vanta手持式XRF光譜儀在檢測(cè)由客戶提供的各種磷礦石樣品時(shí)所獲得的元素含量值與測(cè)定值高度吻合，表現(xiàn)了出色的性能

上圖中的數(shù)據(jù)表明Vanta手持式XRF光譜儀在檢測(cè)一系列從客戶采集的真實(shí)樣品制成的參考材料時(shí)所表現(xiàn)的開箱即用性。參考數(shù)據(jù)與Vanta手持式XRF光譜儀獲得的結(jié)果高度吻合，表明Vanta XRF元素分析儀在檢測(cè)從各種磷酸鹽巖材料制備的樣品時(shí)，可以提供優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)。這些樣品的檢測(cè)時(shí)間平均不到一分鐘，樣品的制備也非常簡單。樣品制備工作包括快速手工粉碎或研磨樣品，使其顆粒小于0.2毫米，然后再將其收集到標(biāo)準(zhǔn)樣品杯中。

磷酸鹽的礦化

當(dāng)前開采的大部分磷酸鹽來自沉積的磷灰石。磷灰石的一般化學(xué)式是Ca₁₀(PO₄)₆(OH,F,Cl)₂，在磷酸鹽巖中被稱為膠磷礦物質(zhì)。具有很高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的含磷灰石的磷礦床會(huì)含有20%以上的P₂O₅和35%以上的CaCO₃，以及其他一些微量氧化物，如氧化鎂和氧化鋁。

在計(jì)算元素含量的同時(shí)，奧林巴斯Vanta手持式XRF光譜儀還可以實(shí)時(shí)計(jì)算這些礦物質(zhì)和化合物的含量。通過便攜式光譜分析儀易于使用的用戶界面，用戶可以將光譜儀設(shè)置為將計(jì)算出的含量報(bào)告為化合物，如圖2所示。Vanta便攜式光譜分析儀的軟件可以進(jìn)行這種計(jì)算，而且只需幾秒鐘就可以完成在元素報(bào)告和化合物報(bào)告之間的切換。

圖2. Vanta便攜式光譜分析儀在未啟用（左圖）和啟用了（右圖）化合物功能的情況下對(duì)含磷酸鹽巖的認(rèn)證參考物質(zhì)（CRM）進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果。

據(jù)估計(jì)，目前世界上三個(gè)最大的磷酸鹽生產(chǎn)國：中國、美國和摩洛哥，有超過7500萬噸可開采的磷酸鹽巖，全世界每年的開采總量超過2億噸。^3、4這些磷酸鹽礦床的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大，因此引起了礦產(chǎn)開采和勘探行業(yè)的極大興趣。雖然開采出來的磷酸鹽用于許多行業(yè)，包括洗滌劑、動(dòng)物飼料和工業(yè)化學(xué)品，但是，超過90%的磷酸鹽用于生產(chǎn)氮磷鉀（NPK）肥料。 4 這些尚未開采的磷酸鹽，一旦開采，估計(jì)價(jià)值超過22億美元。

磷酸鹽巖副產(chǎn)品

許多磷酸鹽巖石礦物含有可提取的高價(jià)值材料，如稀土元素（REE）和鈾（U）。隨著全球?qū)@些材料需求的增加，分析這些痕量元素的能力在經(jīng)濟(jì)上也變得日益重要。在現(xiàn)代磷酸鹽巖礦床中，這些材料的產(chǎn)量高于現(xiàn)有礦山和礦床。⁵Vanta光譜儀除了具有分析較輕元素和氧化物的出色性能外，還可以準(zhǔn)確、精確地計(jì)算這些較重、成本較高的元素。⁶。

下面的圖表說明了Vanta手持式XRF光譜儀在檢測(cè)由礦石研究和勘探測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)樣品公司（OREAS）提供的含有磷礦石和可用水平的稀土元素的認(rèn)證參考材料（CRM）時(shí)具有開箱即用的性能。手持式XRF光譜儀所計(jì)算的含量與認(rèn)證參考材料（CRM）的額定值高度吻合，具有很高的準(zhǔn)確性和精確性，表明Vanta XRF元素分析儀可以為磷酸鹽巖中具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的材料提供快速、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。