Analysis of Lithium Ores Using Handheld Direct Diffuse Reflectance FTIR Spectroscopy

Význam tématu

Rostoucí poptávka po lithiu pro výrobu dobíjecích lithium-iontových baterií a stacionárních úložišť energie klade vysoké nároky na rychlou a spolehlivou identifikaci lithioých rud. Tradiční metody vyžadují náročnou přípravu vzorků a kryogenní podmínky, což zpomaluje rozhodovací proces v terénu. Přímá difuzní DRIFTS spektroskopie na přenosném FTIR přístroji Agilent 4300 eliminuje tyto limity, umožňuje neinvazivní měření na místě a přináší detailní spektrální informace mid-IR oblasti.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo otestovat přímou difuzní DRIFTS techniku na analýzu lithioých rud bez přípravy vzorku a bez nutnosti tekutého dusíku. Studie prokázala rychlou identifikaci hlavních lithioých minerálů včetně spodumenu, petalitu, amblygonitu a lepidolitu během méně než jedné minuty analýzy.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření byl použit přenosný Agilent 4300 FTIR vybavený externím difuzním reflektančním rozhraním pro přímé DRIFTS. Spektra byla sbírána z 128 skenů při rozlišení 4 cm–1 v rozsahu 650–5000 cm–1. Data se zpracovávala v softwaru MicroLab Mobile s knihovnami 165 komerčních a 971 geologických spekter. Kvantitativní modely byly vytvořeny v PC-softwaru MicroLab Expert za použití multivariační analýzy (PLS1) pro určení podílu kalcitu, spodumenu a petalitu.

Hlavní výsledky a diskuse

Spektra pořízená přímou DRIFTS technikou vykazují výrazné pásy OH skupin kolem 3600 cm–1 a Reststrahlen efekty mezi 1000 a 1250 cm–1, které poskytují bohatší informace než ATR měření po mletí vzorku. Identifikace minerálů pomocí knihovní shody dosahovala téměř dokonalé přesnosti (např. andesin v pískovcových jádrech). Kvantitativní modely pro určení hloubky vrtu a procentuálního obsahu kalcitu dosahovaly R2 > 0.97. Modely pro odhad podílu spodumenu a petalitu vykázaly rovněž vysokou korelaci mezi spektrálními daty a standardními geologickými analýzami.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá neinvazivní analýza bez nutnosti vzorkování a přípravy
• Možnost okamžitého rozhodování při geologickém průzkumu a těžbě lithia
• Vysoká selektivita a citlivost při detekci lithioých minerálů
• Rozšířitelné spektrální knihovny a kvantitativní modely pro různé minerály

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření kvantitativních modelů pro další vektorové minerály a indikátory ložisek, integrace přístroje s geologickými informačními systémy (GIS) a automatizovanými průzkumnými vozidly. Důležitý je také rozvoj pokročilých multivariačních metod pro komplexní hodnocení složení hornin in situ.

Závěr

Přímá difuzní DRIFTS metoda na přenosném FTIR Agilent 4300 představuje efektivní a univerzální nástroj pro rychlou identifikaci a kvantifikaci lithioých minerálů bez přípravy vzorku. Metoda zrychluje terénní průzkum, zlepšuje rozhodovací proces a snižuje náklady na laboratorní analýzy, což je zásadní pro rozvoj dodavatelského řetězce lithia.

Reference

1. Fortier SM et al U.S. Geological Survey Annual Review 2021 Critical Minerals Mineral Engineering 2022
2. Xing J et al A review of nonaqueous electrolytes binders and separators for lithium ion batteries Electrochem Energy Rev 2022 5 14
3. Manthiram A A reflection on lithium ion battery cathode chemistry Nature Communications 2020 11
4. Tabelin CB et al Towards a Low Carbon Society a Review of Lithium Resource Availability Challenges and Innovations on Mining Extraction and Recycling Mineral Engineering 2021 163
5. Liu W et al Direct Lithium Extraction from Spent Batteries for Efficient Lithium Recycling Science Bulletin 2024
6. Lithium Li Ore Geology Science 2023
7. Henderson G Neuville D Downs R Spectroscopic Methods in Mineralogy and Material Sciences De Gruyter 2014
8. Nyquist RA Kagel RO Handbook of Infrared and Raman Spectra of Inorganic Compounds and Organic Salts 1971
9. Rein A Higgins F Elucidating Rock and Mineral Composition With Handheld Agilent FTIR Analyzers Agilent Technologies Application Note 2021
10. Agilent FTIR Libraries for Metals Surveying Mining Agilent 2024
11. Tang L Comparison of Portable FTIR Interface Technologies for the Analysis of Paints Minerals Concrete Agilent Technologies Application Note 2017
12. Korte EH Röseler A Infrared Reststrahlen Revisited Anal Bioanal Chem 2005 382(8) 1987-1992
13. Legras M Laukamp C Otto A New Methods for Characterising Lithium-bearing Minerals and their Application in Exploration and Extraction IMA 2018