便攜式X射線衍射儀

近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是新興產(chǎn)業(yè)的崛起，在高等制造領(lǐng)域，鋰鋁系列合金用于飛機(jī)、火箭、船舶、車輛的殼體或結(jié)構(gòu)部件，鋰基樹脂用于潤滑。在核電領(lǐng)域，鋰用作鈾反應(yīng)堆得裂變控制棒，作為受控核聚變的主要原料。值得關(guān)注的是，在戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，鋰用于新能源，當(dāng)今新能源汽車的普遍應(yīng)用需要大量的鋰源。

       鋰源大部分來自鋰礦石的開采及后續(xù)的提煉工藝來獲取。而鋰在地殼中的含量約為0.0065%，已知的含鋰礦物有150多種，主要以鋰輝石、鋰云母、透鋰長石、磷鋰石礦等形式存在，世界上的鋰礦主要分布在南美洲、北美洲、亞洲、大洋洲、非洲。大部分國家鋰資源主要以固態(tài)硬巖型（偉晶巖型或花崗巖型鋰礦脈）和液態(tài)鹵水型（富鋰鹽湖鹵水等）兩種形式存在。目前開采利用的鋰資源主要為偉晶巖礦床和鹵水礦床。我國絕大多數(shù)鋰礦資源（86.8%的鹵水鋰和60.5%的硬巖鋰）分布在青藏高原、四川西部地區(qū)等自然條件惡劣的地方，開發(fā)難度高，技術(shù)欠缺。

非洲已探明鋰礦中資源儲量較大，資源量較為集中，目前已發(fā)現(xiàn)的鋰礦中78％的儲量和88％的資源量分布在剛果（金）和馬里兩國，并且以剛果（金）為主。非洲的鋰礦幾乎均為與花崗偉晶巖有關(guān)的硬巖型鋰礦，往往形成于裂谷構(gòu)造演化之后，堿性巖漿、碳酸巖漿和偉晶巖等綜合作用的產(chǎn)物，礦石礦物以鋰輝石為主。

品位較高的Manono礦（錫鋰礦，平均品位1.65%Li2O）和Goulamina礦（硬巖鋰礦，平均品位1.51%Li2O）已經(jīng)與多家中國鋰鹽生產(chǎn)商開展合作，優(yōu)質(zhì)鋰礦項目的競爭激烈。2020年以來贛鋒鋰業(yè)、盛新鋰能、天宜鋰業(yè)、中礦資源等公司在非洲的鋰礦布局加速，簽訂了多份包銷協(xié)議，并開展了更深層次的股權(quán)合作。 在鋰礦石的開采中需要對鋰含量進(jìn)行檢測。第三方檢測機(jī)構(gòu)使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）或者化學(xué)滴定法來進(jìn)行鋰含量的測定。當(dāng)鋰元素為微量時，其含量<15% 選擇ICP-MS更宜。而鋰元素為主量時，其含量>50~60% 選擇滴定法更準(zhǔn)確性更好。但單個樣品測試費(fèi)用昂貴高達(dá)600元以上，通常為了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，送樣檢測個數(shù)一般達(dá)到3-5個，一次送樣測試費(fèi)用高達(dá)2000元以上，而且測試周期長，在國內(nèi)一般較少7個工作日以上才能得到測試結(jié)果，而且對于在非洲進(jìn)行野外開礦作業(yè)，想要得到鋰礦中的鋰含量數(shù)據(jù)必須將樣品送寄有關(guān)檢測實驗室分析，周期可能更長。

因此，在這種形勢下，便攜式X 射線衍射（pXRD）分析儀將會發(fā)揮巨大的優(yōu)勢：

    1、便攜設(shè)備，操作簡單，隨時隨地準(zhǔn)確測試礦物成分及含量。

2、快速檢測鋰礦中鋰含量，效率高，15min左右可檢測出結(jié)果。

3、從長遠(yuǎn)來看可縮減成本，無需每次耗時耗資金送寄檢測機(jī)構(gòu)。

 

X 射線衍射儀原理

 

X射線衍射儀（XRD）屬于基于無損探測的射線分析儀器的一種，它通過研究樣本的晶體結(jié)構(gòu)，定性定量地分析出樣本中的主要成分，在醫(yī)學(xué)、化工、材料、生物、地質(zhì)等研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的X射線衍射儀（XRD）主要以放于大型的實驗室內(nèi)的XRD儀器為主，主要包含設(shè)計較為復(fù)雜的測角儀、外部水冷凝系統(tǒng)等附屬設(shè)備，其體積龐大、耗能大、需要專業(yè)人員定期進(jìn)行校準(zhǔn)的特點在實際使用工作中帶來有了諸多的限制。在這種情況下，便攜式X 射線衍射分析儀的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來，它具有樣本準(zhǔn)備便捷、**節(jié)能、不需要定期校準(zhǔn)以及便攜等特性，越來越多地應(yīng)用于野外實地的快速檢測之中，并且其定量分析結(jié)果的精度與傳統(tǒng)大型實驗室內(nèi)的X射線衍射儀（XRD）的精度具有很好的線性相關(guān)性，具有很高的參考價值。

研發(fā)生產(chǎn)的一款便攜式XRD/XRF設(shè)備, 映SHINE儀器移動式XRD系統(tǒng)是一款高性能、全封閉、電池操作、封閉射線式便攜XRD分析儀，可以通過對鎂到鈾元素進(jìn)行的一次性快速XRF掃查，提供材料主要成份、次要成份或微量成份的全晶相ID信息。系統(tǒng)對樣品進(jìn)行極少準(zhǔn)備的技術(shù)及其獨特的樣品艙，可使操作人員在野外對樣品進(jìn)行快速的分析。

的分析速度極快、數(shù)據(jù)質(zhì)量非常高，而且就在用戶較需要得知檢測結(jié)果的樣本檢測現(xiàn)場，為用戶實時提供定量化學(xué)成份值。

一起同時運(yùn)送給用戶的附件中有一個必需的軟件（CrystalX分析軟件），用于處理X射線衍射數(shù)據(jù)結(jié)果。這個軟件中集成了AMCSD礦石數(shù)據(jù)庫、ICDD礦石數(shù)據(jù)庫、ICSD礦石數(shù)據(jù)庫,支持用戶進(jìn)行跨數(shù)據(jù)庫物相匹配。針對定量分析，CrystalX分析軟件提供了參考密度比率（RIR）定量分析方式以及對各種衍射圖案進(jìn)行分析的工具。

此外，映SHINE還可以多種文件格式提供XRD圖案數(shù)據(jù)，從而可使用戶方便地獲得第三方項目中的XRD圖案的判讀信息。

 

偉晶巖型鋰礦

 

非洲的鋰礦幾乎均為與偉晶巖有關(guān)的硬巖型鋰礦。含礦偉晶巖可分為帶狀構(gòu)造偉晶巖和無帶狀構(gòu)造偉晶巖兩大類。

（1）帶狀構(gòu)造偉晶巖鋰礦床。該類礦床的礦物成分復(fù)雜，除含有大量鋰輝石、透鋰長石、鋰云母、鋰霞石和磷鋁鋰石等礦物之外，還常含有少量可綜合利用的綠柱石、鈮鉭鐵礦、錫石、銫榴石等多種稀有金屬礦物。這類礦床中鋰輝石含量約為20％，晶體粗大，較大長度可超過14m，是目前優(yōu)質(zhì)低鐵鋰輝石精礦的主要來源（如澳大利亞的格林布希斯鋰礦）。

（2）無帶狀構(gòu)造偉晶巖礦床。此類礦床的偉晶巖體基本是單相均質(zhì)巖體，由鈉長石、微斜長石、石英、白云母和鋰輝石組成，少量礦物有綠柱石、錫石和鉭鈮礦物。鋰輝石分布均勻，其含量可占巖體總量的25％，是偉晶巖型鋰輝石的重要來源。這類鋰礦床通常是單獨的鋰礦床，或者是伴有少量鈹和鉭的鋰礦床。美國北卡羅來納州“錫石-鋰輝石”帶的金斯山礦床和貝瑟默城礦床可作為典型代表。

這些晶體礦物能夠被X射線衍射儀（XRD）檢測并且分析出來，并給出定量結(jié)果，操作簡單快速，檢測結(jié)果準(zhǔn)確，為礦物的開采時保證Li2O品位的高低提供了保障。

 

樣品/制樣

 

本實驗采用浪聲公司的映SHINE便攜式X射線衍射（XRD）分析儀，對產(chǎn)于非洲馬里的鋰輝礦進(jìn)行檢測分析，通過浪聲提供的口袋制樣盒制取粉末樣品，將樣本放入樣本艙內(nèi)進(jìn)行檢測并獲得樣本

 

 

 

衍射圖譜

 

使用CrystalX分析軟件對衍射圖譜進(jìn)行成分定性及定量分析，分析結(jié)果如下：

 

 

X射線衍射（XRD）分析儀測試結(jié)果可知非洲馬里鋰輝礦主要由鋰輝石、鈉長石和石英組成。1#低品位鋰輝礦中的鋰輝石（LiAlSi2O6）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.75%，計算得Li2O的品位為1.03%; 2#高品位鋰輝礦中的鋰輝石（LiAlSi2O6）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.84%，即Li2O的品位為3.29%。綜上所述，分析結(jié)果準(zhǔn)確反應(yīng)出非洲馬里鋰輝礦中的鋰輝石（LiAlSi2O6）的含量，可得出Li2O的品位，為非洲采礦現(xiàn)場鋰輝礦中的Li2O的品位高低鑒別提供重要的數(shù)據(jù)支撐。