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Analyse des éléments légers et lourds dans les dépôts de minerai de fer


L’analyseur DELTA d’Olympus est équipé d’un détecteur au silicium à diffusion (SDD) à haute résolution et d’un puissant tube à rayons X, ce qui lui permet d’effectuer les analyses les plus rapides et les plus précises offertes aujourd’hui par un appareil à fluorescence X (XRF). Les détecteurs SDD apportent trois importantes améliorations par rapport aux détecteurs classiques à rayons X avec diode Si-PiN : 1) la possibilité de détecter et de traiter 10 fois plus de rayons X dans une période donnée, 2) une meilleure résolution énergétique, et 3) un rapport pics-bruit de fond amélioré. Il en résulte une précision grandement améliorée et de meilleures limites de détection pour les applications d’exploration et d’exploitation minière.

Performance inégalée pour l’analyse du minerai de fer et des éléments traces associés

La teneur d’alimentation optimale des concentrés de minerai de fer est généralement supérieure à 60 % de fer (Fe) (poids), avec moins de 0,20% de phosphore (P), de 3 % à 7 % de silice (SiO2), moins de 5 % d’aluminium (Al) et une faible teneur en soufre (S) et en titane (Ti).

Analyseur XRF à main DELTA

L’inclusion, même en petites quantités, de certains éléments traces peut avoir des effets importants, bons ou mauvais, sur le comportement du fer dans un haut fourneau. Équipé de la technologie SDD, l’analyseur DELTA permet maintenant de déterminer toutes les phases importantes du minerai de fer. La teneur en fer (Fe) peut être déterminée avec précision sur une vaste étendue analytique (teneur en fer allant de 30 % à 80 %). Le manganèse (Mn), le titane (Ti), l’aluminium (Al), le silicium (Si), le phosphore (P) et le soufre (S) peuvent aussi être analysés avec précision, de même que 25 autres éléments.

Graphiques des données obtenues pour le fer (Fe), le magnésium (Mg) et le titane (Ti)
Performance de détection du fer, du manganèse, du titane, de l’aluminium, du silicium et du phosphore dans du minerai de fer rubané commun riche en hématite (analyse de 90 secondes effectuée dans l’air au moyen d’un analyseur DELTA à détecteur SDD)

Analyse des éléments légers et préparation des échantillons

Lors d’une analyse par fluorescence X sur le terrain au moyen d’un analyseur à main, les éléments légers sont généralement considérés comme ceux dont le numéro atomique (Z) est inférieur à 18 (argon), soit les éléments suivants : magnésium (Mg), aluminium (Al), silicium (Si), phosphore (P), soufre (S) et chlore (Cl). Lorsqu’on étudie les dépôts de bauxite, on vise surtout à connaître la concentration des éléments légers qui s’y trouvent, plus particulièrement l’aluminium (Al), le silicium (Si) + calcium (Ca) et le potassium (K), et la minéralisation se forme souvent dans une structure à gros grains. Toutefois, la grande hétérogénéité des échantillons vient influencer les résultats des analyses. Ainsi, pour obtenir des résultats dont la qualité analytique permet de prendre des décisions, il peut être nécessaire de procéder à une certaine préparation des échantillons. Cette préparation peut prendre la forme d’un concassage grossier de l’échantillon ou, au besoin, d’une réduction en poudre jusqu’à l’obtention de particules d’une taille de 200 μm. La préparation est ensuite placée dans une coupelle à échantillons XRF munie d’un film de support en polypropylène (le film en Mylar n’est pas approprié pour l’analyse des éléments légers).

Pourquoi utiliser un analyseur XRF à main sur le terrain?

La grande portabilité de la dernière génération d’analyseurs XRF permet essentiellement de transporter sur le terrain une version miniaturisée d’un laboratoire, avec certaines limitations toutefois. Olympus souhaite être très claire concernant ces limitations : (1) les limites de détection (LD) sont moins basses que celles des techniques utilisées en laboratoire; (2) la précision des résultats est inférieure à celle des techniques utilisées en laboratoire (valeurs approximatives supérieures, mais aucun compromis sur la précision au-dessus des limites de détection); (3) la répétabilité des résultats est inférieure.

Un analyseur XRF à main utilisé sur le terrain ne doit pas être perçu comme une solution de remplacement aux techniques de laboratoire. Il doit plutôt être employé conjointement à ces techniques et aux protocoles de production de rapports normalisés de l’industrie établis par la Bourse d’Australie (ASX – JORC CODE) et la Bourse de Toronto (TSX – norme 43-101). L’avantage principal d’un analyseur XRF à main utilisé sur le terrain réside dans sa capacité à générer rapidement, dynamiquement et en temps réel des groupes géolocalisés de données géochimiques.

Grâce à ces données, un géoscientifique peut dorénavant tirer des conclusions immédiates sur les caractéristiques élémentaires du régolite et de la lithologie observés, ce qui lui permet de prendre des décisions éclairées directement sur le terrain, à l’emplacement même de l’extraction de l’échantillon d’intérêt. Il est donc maintenant possible d’adopter des approches instantanées et interactives pour la gestion des projets d’exploration minière, la délimitation des cibles et l’orientation connexe vers les dépôts de minerais. Il en résulte une réduction importante des délais et une diminution des réitérations qui prennent beaucoup de temps, comme l’excavation pour le prélèvement des échantillons et leur envoi au laboratoire, processus qui suppose de longs délais de traitement et des retards considérés comme normaux. L’analyseur XRF à main utilisé sur le terrain peut être vu comme un outil de préanalyse servant à choisir le meilleur et le plus approprié des échantillons qui sera envoyé au laboratoire aux fins d’analyses approfondies et détaillées.

De plus, grâce à la possibilité de perfectionner votre plan de préparation d’échantillons en temps réel et directement sur le terrain, vous pouvez augmenter facilement et instantanément la densité et la résolution de vos échantillons.

Ces gains d’efficacité sur site améliorent la durée des projets et aident les entreprises à mieux rentabiliser le temps passé sur le terrain et à maximiser leur budget d’exploration.

Les limites de détection : une question fondamentale

La détermination des limites de détection (LD) analytiques s’appuie sur de nombreux aspects qui ne sont pas directement liés au choix de l’analyseur. Parmi ces aspects, on note les suivants (le facteur d’influence est indiqué entre parenthèses) :

  • l’énergie d’excitation ou la source des rayons X (analyseur). Note : Il ne s’agit pas simplement d’obtenir la tension maximale (ou keV). Le réglage précis de la tension et de l’intensité du courant des rayons X est nécessaire pour maximiser le taux de comptage reçu et, par conséquent, la précision analytique (analyseur);
  • le numéro atomique des éléments analysés et leur réaction connexe (échantillon);
  • la concentration des éléments analysés (échantillon);
  • la densité relative et la composition de la matrice (échantillon);
  • la taille, la granularité et la géométrie de surface de l’échantillon (échantillon et utilisateur);
  • le délai de l’analyse (utilisateur);
  • la qualité de l’étalonnage de l’analyseur et le contrôle de la qualité des échantillons utilisés pour régler l’analyseur (utilisateur et analyseur).

Analyseur XRF à main DELTA utilisé pour analyser de l’acier

« Ainsi, l’échantillon est le facteur ayant le plus d’influence dans la détermination des limites de détection lors de l’utilisation d’un analyseur XRF à main sur le terrain. »

Olympus IMS

Produits utilisés pour cette application
Muni d’un tube à rayons X optimisé de 4 W et d’un détecteur SDD (Silicon Drift Detector), le DELTA Professionnal offre un rendement inégalé en termes de vitesse, de limites de détection ou de gamme d’éléments. Il permet l’analyse du Mg et des éléments suivants dans les alliages et le minerai. Le DELTA Professionnal constitue la solution par excellence d’Olympus en matière d’appareil à main pour l’analyse XRF.
L’analyseur XRD portable TERRA™ II fournit la quantification des minéraux. D’une autonomie pouvant atteindre 6 heures, doté d’un boîtier robuste et étanche, il est conçu pour l’analyse rapide sur le terrain de composants mineurs et majeurs.
Compact, l’analyseur XRD de paillasse BTX™ III fournit la quantification des minéraux pour les composants mineurs et majeurs. Le logiciel puissant et le détecteur de rayons X amélioré dont il est doté améliorent la vitesse et la sensibilité.
Les analyseurs XRF à main pour les mines et la géochimie DELTA fournissent des résultats immédiats qui guident le prochain plan d’action dans l’ensemble du processus : exploration, contrôle de processus et de la teneur du minerai, durabilité environnementale. Détection sur site des métaux, des minéraux et des contaminants. Fonctionnalités GPS, GIS et XRF pour une cartographie instantanée du métal, ainsi qu’économie de temps et de coûts.
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