Composition characterization of lithium-rich minerals as an exploitable source of lithium using ICP-OES

Význam tématu

Rozvoj elektromobility zvyšuje poptávku po lithiu jako klíčové složce lithium-iontových baterií. Zdroje lithia zahrnují podzemní solanky a lithium-bohaté minerály, přičemž těžba minerálů nabízí alternativu tam, kde solanky nejsou dostupné, avšak vyžaduje přesné stanovení obsahu prvků a zhodnocení environmentálních dopadů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo ověřit vhodnost přístroje Thermo Scientific iCAP PRO X ICP-OES Duo pro kvantitativní multi-prvků analýzu lithium-bohatých minerálů (zinnwaldit), včetně testu přesnosti, opakovatelnosti a robustnosti analytického postupu.

Použitá instrumentace

• ICP-OES Thermo Scientific iCAP PRO X Duo
• Keramická D-plazmová hořák, inertní PTFE sprchovací komora
• Burgener MiraMist nebulizér, alumina injektor
• Peristaltické čerpadlo s hadičkami (0,64–1,02 mm i.d.), RF zdroj 1 150 W
• Qtegra ISDS Software pro akvizici a zpracování dat

Použitá metodika

• Vzorky zinnwalditu (~0,1 g) převedeny na roztoky uzavřenou mikrovlnnou digescí
• Testovány tři aciditické směsi: HF/HNO₃/HCl, aqua regia, H₃PO₄
• Použití CRM NIST SRM 2709a jako kontrolního materiálu
• Vnitřní standard yttrium (10 mg/L) přidáván online
• Matice vzorků doplněna na 2 % HNO₃, kalibrace ve 4 bodech (Li, Na, Al, Ca, Fe, Mg, Rb: 5–100 mg/L; Ti, Mn, Sn, Cr: 0,005–10 mg/L)
• Simultánní měření v iFR režimu, osové a radiální pozorování plazmy, 3 opakování

Hlavní výsledky a diskuse

• Žádný z digesčních protokolů negarantoval úplnou extrakci všech prvků; kombinace metod byla nutná pro kompletní analýzu (HF pro Ti, aqua regia pro Fe, H₃PO₄ pro Al)
• LODy dosahovaly 0,0001–0,091 mg/L, linearita R² > 0,9994
• Recuperace v CRM 91–105 %, RSD < 2 %
• Čtyři skutečné vzorky vykázaly široké rozpětí obsahu: Li 936–9 657 mg/kg, Ca 3 751–179 176 mg/kg
• Analýza 110 vzorků za 6 hodin prokázala stabilitu kalibrace (CCV ±1,9 %) a vnitřního standardu (89–103 %)

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá simultánní analýza 12 prvků ve vysoce matrixových minerálech
• Vysoká přesnost a opakovatelnost vhodná pro QA/QC a výzkum
• Robustní provoz bez časté údržby při dlouhých šaržích
• Uplatnění v těžbě, geologii a kontrole kvality lithia

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace digesce a online monitorování kvality vzorků
• Integrace AI a pokročilé datové analýzy pro rychlou interpretaci
• Rozšíření na další lithio-bohaté minerály a suroviny
• Kombinace s pXRF nebo ICP-MS pro širší spektrum prvků

Závěr

Metoda založená na ICP-OES iCAP PRO X Duo prokázala schopnost přesně a robustně charakterizovat lithium-bohaté minerály, což usnadňuje rozhodování o využitelnosti ložisek a podporuje environmentálně uvědomělou těžbu.

Reference

• Thermo Scientific Application Note 000602: Determination of lithium and other elements in brine solutions using ICP-OES.
• Ressortforschungsplan Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety.
• British Geological Survey: Lithium, June 2016.
• Mueller S.; Scott P.W.; Evans M.J. Kaolinisation, mineralisation and structures in biotite granite at Bodelva, St. Austell, Cornwall. Geoscience in south-west England, 1999, 9, 310–317.