Геология
Геология.
РФА, как волнодисперсионный, так и энергодисперсионный, нашел широкое применение в геологии при анализе горных пород и руд практически на все элементы периодической системы от фтора до урана. Ведущий НИИ Мингеологии, ВИМС, разработал и утвердил сотни методик анализа руд и продуктов их переработки, опубликованные в Яндексе, из которых десятки основаны на РФА. В монографии В.П.Афонина и др. изложены основы метода и его приложение к типичным задачам геологии и геохимии. Для решения большинства аналитических задач геологии может быть применен энергодисперсионный спектрометр БРА-135.
Наиболее массовой и трудоемкой аналитической задачей геологии является силикатный анализ, занимающий около 40% трудозатрат на анализ в геологии, заключающийся в определении породообразующих элементов. К ним относятся Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Mn и Fe.Содержания этих элементов в горных породах от 0.5 - 1 до десятков %, но основная трудность точного РФ определения элементов от Na до Si заключается в малой проникающей способности их флуоресцентного излучения, измеряемой микронами. В связи с этим удельная интенсивность флуоресценции одного и тоже же элемента, входящего состав зерен разных минералов, может существенно отличаться. Единственный способ обеспечить требуемую точность анализа, доходящую для главных компонент горных пород- SiO2 и Al2O3 до 0.5 - 1% отн., гомогенизация пробы сплавление ее навески с тетраборатом лития. В настоящее время многочисленные фирмы наряду с другими устройствами для подготовки проб выпускают полуавтоматические устройства для сплавления, время которого составляет 5 – 10 минут. Поскольку стандартные образцы горных пород доступны, применяемая методика – обычно множественная регрессия или метод теоретических поправок.
Экспрессная методика силикатного анализа горных пород изложена в электронном учебно-методическом пособии.
Другой важной аналитической задачей геологии является поиск, разведка и отработка рудных месторождений. В этом случае выполняется массовый многоэлементный анализ отобранных проб на химические элементы начиная от титана (Z=22) и выше, требования к точности которого не особенно высоки. Наибольший интерес при поиске месторождений представляют ряд цветных и редких металлов (Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Zr, Nb, Mo, Ag, Sn, Sb, Ta, W, Re, U и As как спутник Au). Обычно применяемая методика – метод стандарта фона.
Геохронология.
Кроме анализа горных пород и руд, БРА-135, в сочетании с последующей масс-спектрометрией, может быть применен для решения задач абсолютной геохронологии, в частности, для определения содержания U, Th и Pb в ураноториевых минералах, Rb и Sr в рубидиевых минералах и K в глауконите и некоторых других слюдах.
Горное дело
Горное дело включает добычу и переработку полезных ископаемых, прежде всего, руд черных, цветных и редких металлов. В случае монометаллических руд (как правило, это руды черных металлов – хрома, марганца и железа, характеризующиеся высоким содержанием полезного компонента) в процессе обогащения исходная руда разделяется на концентрат и хвосты. Может производиться как РФ сепарация, или ,в случае железных руд с преобладанием Fe3O4, магнитная сепарация. Методом РФА контролируется содержание основного компонента и примесей в руде, концентрате и хвостах. Общие требования к методам анализа руд черных металлов изложены в ГОСТах.
Во всех рудах и концентратах контролируется также содержание Mg, Al, Si и Ca, важные для последующей выплавки чугуна или ферросплавов, и вредные примеси – сера и фосфор.
Полиметаллические руды цветных металлов обычно содержат рудные минералы в виде сульфидов, например CuFeS2, Cu2S, ZnS, PbS. В этом случае для разделения сульфидов и получения индивидуальных концентратов в процессе обогащения используется сложная схема флотации. Предварительно измельченная руда флотируется при многократном использовании различных флотореагентов. При этом необходимо точное знание состава обогащаемых продуктов в отдельных узлах флотационной системы. Установленный в центральной лаборатории БРА-135 позволит обеспечить оперативный анализ отобранных в требуемых точках проб, направленных в лабораторию пневмопочтой.
Другими примерами сульфидных полиметаллических руд являются руды Норильска (Co, Ni, Cu) и Эрдэнэта (Cu, Mo).
Из-за абсорбционной неоднородности руд и продуктов их переработки и сложного минералогического состава при анализе обычно используется метод множественной регрессии на основе стандартных образцов предприятия (СОП) .
Заключительным этапом переработки руд является расчет баланса главных компонент (определение доли главных компонент, поступающих в концентраты и в хвосты) и выходной контроль качества концентратов, заключающийся в определении в них содержаний не только главных компонент, но и ряда примесей.
Общие требования к химическим и инструментальным методам анализа руд и концентратов цветных металлов изложены в соответствующем стандарте.
Многофункциональные рентгеновские дифрактометры ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8
Рентгеновские дифрактометры ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8 с большой эффективностью могут использоваться для качественного и количественного анализа минерального состава руд и вмещающих горных пород, а также в технологическом процессе обогащения полезных ископаемых и для анализа отходов (хвостов) горнорудного производства.