휴대용 X선 형광(pXRF)의 인산염 광화 및 추적원소 분석

인산염 연구에 대한 휴대용 X선 형광(pXRF) 분광법의 역할

휴대용 X선 형광(pXRF) 분광법은 광업 및 탐사 업계에서 진행하는 인산염 연구 현장의 효과적인 지구화학 분석 수단으로 지난 10년간 사용되어활약해 왔습니다. Olympus Vanta™ pXRF 분광기는 이러한 분야에서 인산염의 실시간 정량화 및 분석을 제공하는 중요한 역할을 수행합니다. 이번 애플리케이션 노트에서는 Vanta pXRF 분석기가 중요한 인산염 광물과 인산염 탐사에 사용하는 기타 원소를 어떻게 정확히 측정하는지 설명합니다.

Vanta™ pXRF 분석기는 평상시에 마그네슘(Mg)부터 우라늄(U)까지의 원소 대부분을 한 자릿수 백만분율(ppm)까지 미세하게 감지할 수 있습니다. Vanta pXRF는 물론 인(P)을 감지할 수 있는데, 그밖에기타 감지 가능한 원소 중에서도 인산염 채굴에 중요한 것이 있습니다. 바나듐(V), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 납(Pb), 토륨(Th), 우라늄(U) 등은 추적원소로 불리며, 광산에서 집중도가 높은 구역을 찾는 데 쓰이는 원소입니다.

도구의 효과를 높이려면 인뿐만 아니라 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 규소(Si), 칼슘(Ca), 티타늄(Ti)같이 가벼운 원소의 농도를 아는 것이 중요합니다. Vanta 분석기는 이러한 원소와 기타 성분의 농도를 최소한의 샘플 준비를 거쳐 현장에서 몇 초 만에 정확하게 측정해 냅니다. 이 기능은 외부 실험실로 샘플을 보낼 때 생기는 값비싼 틈새 시간을 없애주기 때문에 작업 현장에서 실시간 의사 결정을 내릴 때 유용합니다.

그림 1. 고객들이 제공한 다양한 인광석 샘플에 대한 Vanta™ pXRF의 원소 성능과 시금 평가 수치의 비교

위 데이터는 고객들의 실제 샘플로 만든 여러 가지 참고 소재에 대한 Vanta pXRF 분석기의 순수한 성능을 보여줍니다. 참고 데이터와 Vanta pXRF 결과 간의 높은 상관관계는 Vanta 분석기가 다양한 인광석 준비 샘플에서 탁월한 데이터 품질을 제공한다는 점을 증명합니다. 샘플의 평균 테스트 시간은 최소한의 샘플 준비 하에서 1분이 채 걸리지 않았습니다. 샘플 준비로는 샘플을 재빠르게 0.2mm 미만의 입자 크기로 손수 부수거나 갈아내고 입자를 일반 샘플 컵에 모으는 과정이 있었습니다.

인산염 광화

오늘날 채굴되는 인산염의 상당량은 퇴적 인회석에서 나옵니다. 인회석의 일반 화학식은 Ca₁₀(PO₄)₆(OH,F,Cl)₂이며, 인광석 내에 있다면 교상석으로 불립니다. 인회석을 포함하는 인산염 광상은 경제적 가치가 높고, 20% 이상의 오산화인과 35%가 넘는 탄산칼슘을 비롯하여 마그네슘과 산화알루미늄 같은 미량의 기타 산화물을 함유합니다.

Olympus Vanta pXRF는 원소 농도를 계산할 때 이러한 광물과 화합물의 농도까지 실시간으로 계산 가능합니다. 그림 2와 같이, 분석기의 간편한 사용자 인터페이스로 계산 농도의 화합물 보고를 설정할 수 있습니다. Vanta™ 분석기의 소프트웨어는 사용자를 위해 해당 계산을 수행하며, 원소 보고와 화합물 보고 간의 전환은 몇 초밖에 걸리지 않습니다.

그림 2. Vanta 분석기의 화합물 기능을 해제하고(왼쪽) 적용한(오른쪽) 인광석 함유 인증표준물질(CRM)의 스캔 결과

현재 7천 5백만 톤의 채굴 가능 인광석이 인산염 3대 생산국인 중국, 미국, 모로코에 매장되어 있으며 전 세계적으로 한 해에 총 2억 톤 이상이 채굴되고 있다고 추정됩니다.^{3, 4} 이 인산염 광상의 엄청난 경제적 잠재 가치는 광물 채굴 및 탐사 업계의 큰 관심거리입니다. 채광된 인산염이 세제, 사료, 공업 화학 제품 등 많은 산업에 쓰이는 가운데, 인산염의 90% 이상은 질소-인-칼륨(NPK) 비료로 사용됩니다.4 아직 활용되지 않은 인산염의 추정 가치는 채굴 시 미화 22억 달러를 뛰어넘습니다.

인광석 부산물

상당량의 인광석 광물에는 희토류 원소(REE)와 우라늄(U)처럼 귀중한 소재가 들어있습니다. 전 세계적으로 이러한 소재의 수요가 증가하면서, 해당 원소의 미량 농도 분석 능력이 경제적으로 중요해졌습니다. 고가치 소재의 채굴량은 기존 광산 및 광상보다 최근의 인광석 광상이 더 높습니다.⁵ Vanta™ 분석기는 가벼운 원소와 산화물에서 높은 성능을 발휘하면서도 무겁고 값비싼 원소를 미세하고 정확하게 계산할 수 있습니다.⁶

아래 그래프는 광석 연구 및 탐사 시금 평가 표준(OREAS)에서 제공한 사용 가능 수준의 REE의 인광석 포함 인증표준물질(CRM)을 다루는 Vanta pXRF의 순수한 성능을 보여줍니다. CRM 데이터 및 pXRF 분석기로 계산한 농도의 높은 정확도와 정밀도는 인광석 내 희귀 소재에 관한 고품질 데이터를 신속하게 제공할 수 있는 Vanta 분석기의 능력을 증명합니다.

그림 3. OREAS에서 제공한 샘플을 이용하여 표준 수치와 비교한 Vanta pXRF의 희토류 원소(REE) 성능

Olympus Vanta™ pXRF 분석기의 분석적 장점

Olympus Vanta pXRF는 다른 XRF 테스트 기술 및 테스트 방법보다 훨씬 많은 분석적 장점을 제공합니다. 다음은 주요 장점입니다.

• 저렴한 최소한의 샘플 준비
• 샘플 체임버, 외부 전력, 압축가스 같은 추가 장치나 테스트 조건 불필요
• 빠르고 처리량이 많아 몇 초 만에 높은 정밀도의 결과물을 정확하게 내놓는 테스트
• 값비싼 실험실 테스트나 작업 현장의 틈새 시간이 필요 없는 현장 스캔

웹사이트에서 Vanta 휴대용 XRF 분석기에 대해 더 알아보거나 지역 영업 담당자에 연락하여 데모를 신청하십시오.

참고 문헌

1. Hasikova, J., Sokolov, A., Titov, V. and Dirba, A., Titov, V. 및 Dirba, A., 2014. On-line XRF analysis of phosphate materials at various stages of processing.다양한 처리 과정에 있는 인산염 소재의 온라인 XRF 분석. Procedia Engineering, 83, pp.455-461.
2. Lemiere, B., 2018. A review of pXRF (field portable X-ray fluorescence) applications for applied geochemistry.pXRF(현장 휴대용 X선 형광)의 응용 지구 화학 활용에 대한 비평. Journal of Geochemical Exploration, 188, pp.350-363.
3. Britt, Allison. "Phosphate.""인산염." AIMR Report 2013 (Report). p. 90.
4. Stephen M. Jasinski, " Phosphate Rock 인광석". US Geological Survey, Minerals Yearbook, 2013
5. Emsbo, P., McLaughlin, P.I., Breit, G.N., du Bray, E.A. and Koenig, A.E., 2015. Rare earth elements in sedimentary phosphate deposits: solution to the global REE crisis?.퇴적 인산염 광상의 희귀한 토양 원소: 전 세계적 REE 위기의 해결책?. Gondwana Research, 27(2), pp.776-785.
6. Litofsky, J. Portable XRF for Rare-Earth Element Identification and Exploration [White paper].휴대용 XRF의 희귀한 토양 원소 식별과 탐사[백서]. 2020. Olympus Corporation of the Americas.