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手持式光譜分析儀用于稀土元素的識別和勘探

來源: | 作者:environment-380 | 發布時間: 2023-11-29 | 1885 次瀏覽 | 分享到:

Vanta手持式光譜分析儀

奧林巴斯Vanta手持式光譜分析儀可實時提供含有稀土元素（REE）的地質樣品的數據。這17種稀土元素對綠色能源革命和幾乎所有行業的生產都至關重要，促進了在國內生產更多這些金屬的需求。1因此，實時識別這些材料具有很大的市場價值。Vanta手持式光譜分析儀具有出色的檢出限，可檢測許多可量化的稀土元素，可在現場有效地勘探和識別稀土元素。

采礦和勘探行業期望尋找到高價值的稀土礦床，因為在許多產品的制造中都需要稀土材料，包括綠色技術、消費電子產品、醫學成像機器和國防武器裝備。近來經濟形勢發生了變化，促使許多地區都在積極尋找和使用國內的稀土礦床，并在國內加工這些礦石。²

稀土元素包含17種元素，一般會與釷（Th）和鈾（U）歸為一類。奧林巴斯手持式XRF軟件可以檢測一些稀土元素：鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、鈧（Sc）、釔（Y），以及一些靠近稀土元素的元素：釷（Th）、鈾（U）、銫（Cs）和鋇（Ba）。

XRF元素分析儀檢測稀土元素及相關元素的性能

下面圖表說明了Vanta手持式XRF光譜儀在檢測由礦石研究和勘探測試標準樣品（OREAS）公司提供的各種試劑盒中的一系列認證參考材料（CRM）時所表現的開箱即用性能。Vanta XRF元素分析儀計算的含量與認證參考材料（CRM）的標稱數據高度吻合，具有很高的準確性和精確性，可以為含稀土的礦石和礦床提供非常出色的高質量數據。

Vanta XRF元素分析儀的性能

圖1.Vanta手持式XRF光譜儀在檢測由OREAS提供的各種試劑盒中的含稀土元素及相關元素的標準樣品時表現了出色的性能。

Vanta手持式XRF光譜儀在檢測各種礦石樣品（包括氟碳酸鹽和次生磷酸鹽）時，表現出非常高的性能。氟碳酸鹽通常是氟碳鈰礦石，可提供釔、鈰和鑭；而磷酸鹽通常是獨居石，不僅含有鑭、鈰、鐠和釹，還含有較重的稀土元素釤和釓，以及放射性較弱的釷。正如每個圖表所示，元素的斜率和R2都接近于1，說明Vanta在檢測氟碳鈰礦石和獨居石時均表現出很高的準確性。

這兩種含稀土元素的礦物在世界范圍內都以類似的形式存在。各種礦山和礦床，包括世界著名的白云鄂博礦山、Mountain Pass礦、Lemhi Pass和Elk Creek，都包含與所測標準樣品類似的地質和礦化特性。³例如，美國加利福尼亞州的Mountain Pass礦包含片麻巖，這是一種特定類型的變質巖，其年齡與多個OREAS樣品相似。

許多公開發表的數據也表明Vanta X射線熒光光譜儀在檢測部分制備和未制備的樣品時可以獲得準確、優質的數據。請閱讀以下應用注釋，查看其中一些數據：

用于土壤調查的X射線熒光光譜儀：巖石露頭、土壤和沉積物的地球化學特征
用于勘查鉆探的X射線熒光光譜儀：逆循環/回轉式空氣爆破和鉆石取芯
用于在礦產勘探和礦體定向應用中探測金元素和金探途元素的手持式XRF光譜儀

稀土礦的開采和加工

雖然許多國家幾十年來都沒有在國內開采過稀土礦，但是最近卻掀起了一股對這些寶貴資源進行開采和加工的風潮。多個礦山和加工廠，如加州東部的Mountain Pass礦、西德克薩斯州的Round Top礦、內布拉斯加州的Elk Creek礦、猶他州的White Mesa Mill和懷俄明州的Bear Lodge礦，都蘊藏著高質量的稀土礦藏。3 雖然有160種含有稀土元素的已知礦物，但主要開采的礦物只有四種：氟碳鈰礦石、紅粘土、獨居石和鈰鈮鈣鈦礦石。有時也會開采其他礦物，例如磷灰石、硅鈹釔礦石和磷釔礦石。

雖然稀土元素在技術上并不“稀有”，但它們通常不會像金（Au）或其他礦物那樣以高含量的礦脈形式存在。因此對稀土礦石的識別和開采非常困難。此外，稀土礦石的加工是一項較為獨特、主要是化學工程的任務，遠比加工金和賤金屬礦石復雜。Vanta手持式XRF光譜儀可以檢測低至兩位數ppm水平的稀土金屬，是在現場快速識別這些寶貴元素的理想工具。此外，Vanta光譜儀可以在野外計算稀土氧化物的含量，如下圖所示。圖2.

Vanta手持式XRF光譜儀計算的數據圖2. Vanta手持式XRF光譜儀可計算含稀土元素的常見礦物的化合物含量。

識別多金屬礦石中的稀土元素可能非常困難，但加工這些材料會面臨更大的挑戰。將稀土從其原生礦石（小于10%的組合稀土礦石）中去除并提純為可使用的材料（大于60%的稀土礦石），通常可以通過磁力、靜電或重力工藝來完成。各種非稀土礦石可被酸溶解，或以加熱方式去掉，留下可以通過其他化學工藝提取的以金屬狀態存在的稀土礦石組合。手持式XRF光譜儀可用于這種純化工藝的每個階段，對在工藝過程中提取的稀土礦石或富含稀土的化合物進行量化分析，例如方解石、二氧化硅或磁鐵礦石。這些工藝中有許多是二戰后美國原子能委員會開發的，可以生產純度超過99.9%的稀土元素。^4、5

釔是稀土氧化物的探途元素

由于完全分析所有17種稀土元素要么不可能（使用手持式XRF光譜儀時），要么過于緩慢和昂貴（在使用ICP時），因此如果能找到可以在現場實時確定總稀土含量的方法，將會非常有用。類似于砷、銅、鉛和鋅等多種精選元素可用作尋找黃金的探途元素,釔（Y）可用作尋找稀土氧化物（REO）的探途元素，前提是目標稀土礦物的成分中含有可探測水平的釔。

在檢測認證參考材料（CRM）時，釔的含量相當于總稀土氧化物（TREO）的含量。當以橫軸顯示釔的含量，縱軸顯示稀土氧化物（TREO）的含量制作圖表時，我們可以發現釔的含量可以非常準確地預測TREO的含量。

在檢測當前正在進行的稀土項目中類似的樣品時，我們也發現了釔與稀土氧化物之間類似的關系，例如在納米比亞北部的Lofdal重稀土項目中，主要的稀土礦物是磷釔礦石（YPO4），其中富含許多重稀土元素。

使用奧林巴斯Vanta手持式XRF光譜儀上的偽元素功能，可以在現場實時計算TREO的含量。在檢測過程中，儀器可以完成所有計算，如圖4所示。

使用手持式XRF光譜儀回收稀土元素

由于稀土元素價格昂貴，因此從消費品和其他技術設備（例如催化轉換器）中回收金屬變得越來越重要。 6 然而，由于當前電子產品的高度復雜性，很難以合算的成本進行回收。例如，現代手機包含多達65種元素，使用傳統的回收技術，很難對這些元素進行回收。幸運的是，我們的Vanta光譜儀可以探測到包括稀土元素在內、從鎂（Mg）到鈾（U）的整組元素，從而可更容易地識別和回收電子產品、汽車以及其他消費品和工業品中的稀土元素。回收稀土元素可使它們重新用于各種用途，例如用于綠色技術和消費產品的磁鐵。⁷

XRF光譜儀的性能