Los analizadores de fluorescencia de rayos X portátil (pXRF) Vanta™ de Olympus proporcionan datos en tiempo real de muestras geológicas que contienen elementos de tierras raras (ETR). Estos diecisiete elementos son cruciales para la producción y revolución de energía verde en casi todas las industrias, impulsando la necesidad de aumentar la producción nacional de estos metales.1 En consecuencia, existe valor de mercado para identificar estos materiales en tiempo real. Los analizadores pXRF Vanta tienen límites excepcionales de detección y un alto número de ETR cuantificables, que permiten realizar una exploración e identificación efectivas de ETR in situ.
La búsqueda de depósitos con ETR de alto valor suele realizarse en la industria de exploración y minería porque estos materiales se utilizan en una amplia gama de productos, como la tecnología verde, electrónica de consumo, máquinas de procesamiento de imágenes médicas y armas de defensa. Los cambios económicos recientes han impulsado a muchas regiones a encontrar y usar depósitos nacionales de ETR y procesar estos minerales internamente.2
Los diecisiete ETR suelen encontrarse y agruparse con torio (Th) y uranio (U). El software pXRF de Olympus incluye los ETR lantano (La), cerio (Ce), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), así como escandio (Sc), itrio (Y), torio (Th), uranio (U), cesio (Cs) y bario (Ba).
Rendimiento del pXRF en ETR y elementos asociados
Los gráficos de más abajo ilustran el rendimiento práctico de los analizadores pXRF Vanta en una serie de materiales de referencia certificados (CRM) en diversos kits suministrados por Ore Research and Exploration Assay Standards (OREAS). Los niveles excepcionales de precisión y fiabilidad entre los datos de CRM y las concentraciones calculadas de los analizadores pXRF Vanta demuestran que los analizadores Vanta pueden proporcionar datos excelentes de primera calidad en depósitos y minerales que contienen ETR.
Figura 1. Rendimiento del pXRF Vanta de elementos de tierras raras y elementos asociados comparado con los estándares usando los diversos kits proporcionados por OREAS.
El analizador pXRF Vanta demostró ofrecer un alto rendimiento con diversas muestras de minerales, incluyendo fluorocarbonatos y fosfatos secundarios. Los fluorocarbonatos suelen ser bastnasitas, un proveedor de itrio, cerio y lantano, mientras que los fosfatos suelen ser monacitas, que contienen lantano, cerio, praseodimio y neodimio, junto con los ETR más pesados samario y gadolinio y el torio de radioactividad baja. Como puede verse en los gráficos de cada nivel, el analizador Vanta ofrece un rendimiento preciso y fiable en la bastnasita y el monacita, como puede verse en las pendientes de los elementos y en el R2 cercano a 1.
Los dos minerales que contienen ETR pueden encontrarse en formas similares en todo el mundo. Diversos depósitos y minas, como la mina Bayan Obo de fama mundial, la mina Mountain Pass, Lemhi Pass y Elk Creek, contienen mineralizaciones y geologías similares a los estándares probados.3 La mina Mountain Pass en California, por ejemplo, contiene gneis, un tipo específico de roca metamórfica, de una antigüedad similar a varias muestras de OREAS.
También existen datos disponibles públicamente que demuestran que los analizadores pXRF Vanta pueden producir datos de calidad excelentes en muestras no preparadas y preparadas parcialmente. Puede ver algunos de estos datos aquí:
- XRF portátil para evaluaciones de suelos: Geoquímica de afloramiento de rocas, suelos y sedimentos
- Analizadores XRF portátiles para sondeos de exploración minera: Perforaciones rotatorias de aire comprimido, de circulación inversa y de diamante
- Tecnología XRF portátil para la exploración del oro utilizando elementos de traza (pathfinders) durante el sistema de minería y control de tenores
Procesamiento y minería de ETR
Aunque muchos países no han extraído los ETR a nivel nacional durante décadas, existe una tendencia reciente a extraer y procesar estos materiales tan valiosos. Muchas instalaciones mineras y plantas de procesamiento, como la mina Mountain Pass en el este de California, la mina Round Top en West Texas, la mina Elk Creek en Nebraska, White Mesa Mill en Utah y la mina Bear Lodge en Wyoming, albergan depósitos de alta calidad de ETR.3 Aunque existen 160 minerales conocidos que contienen tierras raras, se extraen principalmente 4 de ellos para este fin: bastnasita, laterita, monacita y loparita. Algunas veces también se utilizan otros minerales como la apatita, la gadolinita y la xenotima.
Aunque los elementos de tierras raras no son técnicamente "raros", no suelen encontrarse en grandes concentraciones o venas como el oro (Au) u otros minerales. Esto hace que sea difícil identificar y extraer estos materiales. Del mismo modo, el procesamiento de los minerales de tierras raras es una tarea de ingeniería química única y principalmente química que resulta más compleja que el procesamiento de los minerales de base metálica y Au. El analizador pXRF Vanta puede detectar niveles de ppm de hasta dos dígitos para ETR, por lo que resulta una herramienta idónea para realizar una identificación rápida in situ de estos elementos tan valiosos. Además, el analizador Vanta puede calcular la concentración de óxidos de tierras raras en el campo, como puede verse más abajo. Figura 2.
Figura 2. El analizador pXRF Vanta calcula la concentración de compuestos de los minerales comunes que tienen ETR.
Mientras que la identificación de los minerales polimetálicos puede ser compleja, el procesamiento de estos materiales puede presentar desafíos adicionales. La extracción y purificación de las tierras raras de su mineral nativo (mineral de tierras raras inferior al 10%) en material utilizable (mineral de tierras raras superior al 60%) puede realizarse normalmente empleando procesos magnéticos, electrostáticos o gravimétricos. Posteriormente, diversos minerales de tierras no raras se disuelven con ácido o se calientan para obtener una combinación de minerales de tierras raras que puede extraerse en su estado metálico usando otros procesos químicos. El analizador XRF portátil puede usarse en todas las fases del proceso de purificación para cuantificar los minerales de tierras raras o los compuestos abundantes en la tierra que se extraen durante el proceso, como la calcita, el silicio o la magnetita. Estos procesos, muchos de los cuales fueron desarrollados por la Comisión de energía atómica de los Estados Unidos después de la Segunda Guerra Mundial, pueden producir ETR con una pureza superior al 99,9%.4, 5
El itrio como elemento de traza del óxido de tierras raras
Dado que el análisis completo de los diecisiete ETR es casi imposible (en el caso del pXRF) o prohibitivamente lento y caro (en el caso de ICP), resulta útil encontrar métodos para determinar la concentración total de tierras raras en el campo en tiempo real. De forma similar a la utilización de varios elementos seleccionados como el arsénico, el plomo y el zinc como elementos de traza para detectar el oro, el itrio (Y) puede usarse para alcanzar un objetivo análogo con óxidos de tierras raras (OTR), siempre y cuando el mineral de ETR objetivo tenga Y en un nivel detectable dentro de su composición. La utilización de CRM permite comparar la concentración de itrio con la concentración total de óxido de tierras raras (OTRT). Cuando se expresa con la concentración Y en el eje horizontal y la concentración TREO en el eje vertical, la concentración Y parece ser un buen indicador de la concentración TREO. Se ha visto una relación similar probando muestras similares de proyectos de ETR activos, como el Lofdal Heavy Rare-Earths Project en el norte de Namibia, donde el mineral de tierras raras dominante es la xenotima (YPO4), enriquecida en muchos elementos pesados de tierras raras. La función de pseudoelementos del analizador pXRF Vanta de Olympus permite calcular la concentración de OTRT in situ en tiempo real. Todos los cálculos pueden realizarse en el instrumento durante la prueba, como puede verse en la Figura 4. Reciclaje de ETR con el análisis pXRFEl reciclaje de los metales de los elementos de tierras raras, como en productos electrónicos y otras tecnologías, como los convertidores catalíticos, está cobrando mucha importancia porque estos elementos son bastante caros.6 Sin embargo, debido a la alta complejidad de la electrónica actual, resulta difícil hacerlo con un coste que sea viable. Por ejemplo, los teléfonos móviles modernos pueden contener hasta 65 elementos, por lo que las técnicas de reciclaje tradicionales resultan complejas. Por suerte, el analizador Vanta puede escanear una serie completa de elementos que va del magnesio (Mg) al uranio (U), incluyendo elementos de tierras raras, para facilitar la identificación y el reciclaje de los elementos de tierras raras contenidos en productos electrónicos, vehículos y otros bienes industriales y de consumo. El reciclaje de los ETR permite usarlos en otros fines posteriores, como imanes para tecnologías verdes y bienes de consumo.7 |
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Referencias
- Schulz, K.J., DeYoung, J.H., Seal, R.R. and Bradley, D.C. eds., 2018. Critical Mineral Resources of the United States: Economic and Environmental Geology and Prospects for Future Supply. Geological Survey.
- Long, K.R., Van Gosen, B.S., Foley, N.K. and Cordier, D., 2012. The principal rare earth elements deposits of the United States: A summary of domestic deposits and a global perspective. In Non-Renewable Resource Issues (pp. 131-155). Springer, Dordrecht.
- Van Gosen, B.S., Verplanck, P.L. and Emsbo, P., 2019. Rare earth element mineral deposits in the United States (No. 1454). US Geological Survey.
- Frank H. Spedding, Harley A. Wilhelm, Wayne H. Keller, Donald H. Ahmann, Adrian H. Daane, Clifford C. Hach, and 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. Discussions of the Faraday Society, 7, pp.214-231.
- Bleiwas, D.I., 2013. Potential for recovery of cerium contained in automotive catalytic converters.
- Goonan, T.G., 2011. Rare earth elements: End use and recyclability (p. 15). Reston: US Department of the Interior, US Geological Survey.
