Sau sắt (Fe), nhôm (Al) và đồng (Cu), kẽm (Zn) là kim loại được sử dụng nhiều thứ tư trên thế giới hiện nay. Khoảng một nửa sản lượng kẽm hàng năm được sử dụng để bảo vệ chống ăn mòn cho thép (thép mạ kẽm), hợp kim kẽm và đồng thau. Kẽm được sử dụng trong vật liệu xây dựng, sản xuất ô tô—mỗi chiếc ô tô sử dụng khoảng 18 kg (40 lbs) kẽm—và các dự án hạ tầng. Nhu cầu sử dụng kẽm cao dẫn đến sự cần thiết liên tục cho các hoạt động thăm dò và khai thác để cung cấp nguồn kim loại này. Sphalerite (ZnS) là nguồn quặng Zn chính, chiếm 95% nguồn cung toàn cầu. Các nguyên tố khác liên quan đến sphalerite, chẳng hạn như chì (Pb) hiện diện dưới dạng galenite, đồng (Cu) hiện diện dưới dạng chalcopyrite, hoặc bạc (Ag), mang lại thêm cơ hội khai thác các sản phẩm phụ.

Ứng dụng

Việc đo lường chính xác nồng độ của Zn, Pb, Cu và Ag là rất quan trọng trong quá trình thăm dò để xác định tính khả thi của các mỏ, và cũng quan trọng trong quy trình khai thác để cung cấp kiểm soát độ grade của quặng đã khai thác và phân biệt quặng với chất thải. Trong cả hai môi trường, thời gian chờ đợi lâu cho phân tích trong phòng thí nghiệm có thể là yếu tố chính hạn chế tiến độ và năng suất. Do đó, điều cần thiết là các nhà địa chất và công ty khai thác có thể nhanh chóng thực hiện các phân tích cho phép tối ưu hóa chiến lược thăm dò, xác định hiệu quả các mục tiêu khoan, và đảm bảo độ grade và chất lượng của quặng thu được. Một cách thực tế, điều này chuyển thành nhu cầu về phân tích địa hóa học tại chỗ có chất lượng tương đương với phân tích trong phòng thí nghiệm, với giới hạn phát hiện thấp và độ chính xác cao cho các hàng hóa mong muốn. Quang phổ huỳnh quang X-ray cầm tay (XRF) là một phương pháp hiệu quả cho phân tích tại chỗ, cho phép người dùng tạo ra kết quả theo thời gian thực cho các nguyên tố đó và đưa ra quyết định chính xác hơn.

Phân Tích XRF Cầm Tay

Máy phân tích XRF cầm tay Niton XL5 Plus (Hình 1a) sử dụng ống phóng xạ nhỏ nhất và nhẹ nhất trên thị trường hiện nay. Với ống X-ray miniaturized 5W/50kV và bộ dò silicon drift detector (SDD), máy phân tích Niton XL5 Plus cung cấp phân tích nguyên tố chính xác với hiệu suất vượt trội trong tất cả các giai đoạn khai thác và thăm dò.

Chế độ Khai thác (Mining Mode) trên máy phân tích XL5 Plus có thể đo lường 41 nguyên tố từ magie (Mg) đến urani (U) bằng cách sử dụng tối đa 4 bộ lọc và điện áp khác nhau để cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (signal-to-noise ratio) của các dòng huỳnh quang trên toàn bộ dải năng lượng. Chế độ Khai thác sử dụng một thuật toán dựa trên tham số cơ bản (Fundamental Parameter – FP) độc quyền, điều chỉnh cho sự biến đổi cao của thành phần mẫu bằng cách sửa chữa hiệu ứng hấp thụ và kích thích thứ cấp phát sinh từ ma trận để cung cấp kết quả chính xác. Các kết quả được hiển thị theo thời gian thực trên màn hình của máy phân tích (Hình 1b).

Người dùng có thể tối ưu hóa cài đặt của Chế độ Khai thác và lưu chúng dưới dạng Hồ sơ (Profiles). Các Hồ sơ cho phép người dùng có nhiều phương pháp phân tích trên cùng một thiết bị; Hồ sơ phù hợp nhất cho một nhiệm vụ nhất định có thể được chọn dễ dàng để thực hiện các phép đo mong muốn một cách nhanh chóng. Máy phân tích Niton XL5 Plus cũng đi kèm với GPS tích hợp để hỗ trợ việc trực quan hóa không gian của dữ liệu sử dụng các chương trình GIS hữu ích cho việc lập bản đồ và mô hình hóa địa điểm.

Phương Pháp

Phân tích quặng Zn-Pb-Cu-Ag có thể được thực hiện theo hai cách: hoặc trong chế độ “point and shoot” trực tiếp trên bề mặt đá, hoặc sau khi chuẩn bị mẫu. Việc vận hành máy phân tích XRF cầm tay trong chế độ “point and shoot” phù hợp cho việc sàng lọc, và nó cung cấp kết quả định tính hoặc bán định lượng, cho phép định vị nhanh các quặng có grade cao. Để có được kết quả định lượng chính xác, việc chuẩn bị mẫu là cần thiết.

Quá trình chuẩn bị này yêu cầu thu thập mẫu và sau đó đồng nhất hóa bằng cách sử dụng máy nghiền. Nếu mức độ độ ẩm cao, có thể cần phải làm khô mẫu. Bột thu được sau đó sẽ được đưa vào cốc mẫu, và phân tích sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng Giá đỡ Mini XL5 (Hình 1c). Cách tiếp cận này cho phép thực hiện các phép đo lâu hơn và thường mang lại kết quả có thể so sánh được hơn với các phương pháp trong phòng thí nghiệm. Trong nghiên cứu hiện tại, các mẫu quặng Zn-Pb-Cu-Ag đã được nghiền mịn và đóng gói vào các cốc mẫu XRF tiêu chuẩn được trang bị màng polypropylene 4µm và được đo trong 90 giây bằng cách sử dụng Chế độ Khai thác trên máy phân tích Niton XL5 Plus với 3 điều kiện chùm tia (30 giây/Dải chính, 30 giây/Dải cao và 30 giây/Dải huỳnh quang).

Để tối ưu hóa độ chính xác, một điều chỉnh hiệu chuẩn đơn giản đã được thực hiện bằng cách chạy một số vật liệu tham chiếu có dải nồng độ và khoáng vật học tương tự như các mẫu chưa biết.

Kết quả

Các kết quả từ phân tích13 mẫu bằng máy phân tích Niton XL5 Plus đã được so sánh với kết quả phòng thí nghiệm thu được bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) sau khi hòa tan hoàn toàn các mẫu. Hệ số tương quan R² là một thước đo mức độ tương quan giữa các tập dữ liệu với nhau, trong đó tương quan tối ưu sẽ có R² là 1. Độ dốc của đường cong cũng cho thấy, khi gần với 1, lỗi hệ thống thấp. Như có thể thấy trong Hình 2, có sự tương quan cao và lỗi hệ thống thấp giữa các kết quả tại hiện trường và phòng thí nghiệm, điều này cho thấy độ chính xác cao của phương pháp phân tích XRF cầm tay trong việc thăm dò và khai thác quặng Zn-Pb-Cu-Ag. Hơn nữa, việc đo lường Ag, hiện diện ở nồng độ thấp (đến 10 ppm), cũng được xác định là chính xác. Các kết quả bổ sung cho sắt và các nguyên tố nhẹ cung cấp thông tin về khoáng vật học của các loại đá.

Kết luận

Với độ nhạy và tính di động vượt trội, máy phân tích Niton XL5 Plus là một trong những máy phân tích XRF cầm tay mạnh mẽ và tiên tiến nhất hiện nay, giúp các nhà địa chất và quản lý hoạt động khai thác theo nhiều cách khác nhau:

• Truy cập dữ liệu phân tích trong thời gian thực.
• Giảm đáng kể số lượng mẫu gửi đi kiểm tra trong phòng thí nghiệm.
• Đưa ra quyết định nhanh chóng và tự tin cho các thí nghiệm in-situ
• Nâng cao năng suất, tiết kiệm thời gian và chi phí.

Nguồn:

Minh Khang là nhà nhập khẩu và phân phối trực tiếp các thiết bị X-ray hãng Thermo Fisher.