Рентгенофлуоресцентное определение рудных элементов железомарганцевых образований

Элементный анализ железомарганцевых образований (прежде всего, определение рудных элементов) является необходимым этапом разработки их океанических месторождений. Предложена методика рентгенофлуоресцентного определения железа, марганца, кобальта, никеля, меди и цинка в океанических железомарганцевых конкрециях и корках. Исследования выполнены с использованием волнодисперсионного спектрометра S4 Pioneer (Bruker AXS, Германия) с кристаллом-монохроматором LiF (200) и сцинтилляционным детектором. Для построения градуировочных характеристик использовали комплекты стандартных образцов состава железомарганцевых конкреций, кобальтомарганцевых корок и пелагических отложений, предварительно просушенных в течение 24 ч при температуре 105 °C для удаления гигроскопической влаги. Сопоставлены два способа пробоподготовок: прессование порошковых проб на подложке из борной кислоты и гомогенизация сплавлением с тетраборатом лития в соотношении 1:30 в электропечи при температуре 1050 °C. Для каждого способа подготовки проб рассмотрены спектральные наложения линий определяемых элементов в исследуемой области рентгеновского флуоресцентного спектра, способы матричной коррекции (теоретическая и эмпирическая), выбраны наиболее подходящие градуировочные характеристики для определения рудных элементов. Точность разработанной методики была оценена посредством анализа стандартного образца FeMn-1 с аттестованным содержанием рудных элементов и контрольного образца железомарганцевой конкреции, проанализированного методом атомно-абсорбционной спектрометрии с использованием спектрометра M403 (PerkinElmer, США). Как гомогенизация сплавлением, так и анализ спрессованных образцов обеспечивают рентгенофлуоресцентное определение основных рудных элементов и могут быть использованы для оценки промышленной значимости океанических железомарганцевых образований.

1. Авдонин В. В., Кругляков В. В., Пономарева И. Н., Титова Е. В. Полезные ископаемые Мирового океана. — М.: МГУ, 2000. — 159 с.

2. Базилевская Е. С. Исследование железо-марганцевых руд океана. — М.: Наука, 2007. — 189 с.

3. Neil S. Chemical Analysis of USGS Manganese Nodule Reference Samples / Geostand. Geoanal. Res. 1980. Vol. 4. P. 205 – 212. DOI: 10.1111/j.1751-908X.1980.tb00286.x.

4. Bougault H. P., Martinelli P. Dispersive and non-dispersive X-ray fluorescence for manganese nodule analysis on board research vessel / Deep-Sea Res. Oceanogr. Abstr. 1976. Vol. 23. P. 1075 – 1078. 10.1016/0011-7471(76)90884-6.

5. Friedrich G. H. W., Kunzendorf H., Plьger W. L. Ship-borne geochemical investigations of deep-sea Manganese-nodule deposits in the pacific using a radioisotope energy-dispersive X-ray system / J. Geochem. Explor. 1974. Vol. 3. P. 303 – 317. DOI: 10.1016/0375-6742(74)90001-6.

6. Wang Y., Liang G., Teng Y. Determination of Multielement in Manganese Nodules on Board Using X-ray Fluorescence Spectrometry / Rigaku J. 1992. Vol. 9. N 1. P. 25 – 28.

7. Каминский Е. Ю. Рентгеновское локальное исследование распределения основных элементов в спилах железомарганцевых конкреций с помощью БАРС-3 / Аппаратура и методы рентгеновского анализа. 1989. Вып. 39. С. 161 – 165.

8. Puri S., Shahi J. S., Chand B., et al. Elemental analysis of polymetallic nodules from the central Indian basin: a study using EDXRF / X-Ray Spectrom. 1998. Vol. 27. P. 105 – 110. DOI: 10.1002/(SICI)1097-4539(199803/04)27:2<108::AID- XRS258>3.0.CO;2-W.

9. Bobrov V. A., Phedorin M. A., Titov A. T., Baturin G. N. Patterns of spatial distribution of elements in phosphate-free Fe — Mn Pacific nodule / Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2009. Vol. 603. N 1 – 2. P. 144 – 146. DOI: 10.1016/ j.nima.2008.12.180.

10. Калинин Б. Д., Смыслов А. А. Рентгенофлуоресцентное определение основных породообразующих компонентов железомарганцевых конкреций / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2006. Т. 72. № 6. С. 17 – 20.

11. Пшеничный Г. А., Каминский Е. Ю., Леман Е. П. и др. Состояние и перспективы развития методов рентгенофлуоресцентного анализа вещества в лабораторных и полевых условиях их применения / Рос. геофизич. журн. 2002. Т. 29 – 30. С. 34 – 51.

12. Calvert S. E., Cousens B. L., Soon M. Y. S. An X-ray fluorescence spectrometric method for the determination of major and minor elements in ferromanganese nodules / Chem. Geol. 1985. Vol. 51. P. 9 – 18. DOI: 10.1016/0009-2541(85)90083-X.

13. Cai S., Guo Y., Li J. Comprehensive Major, Minor and Trace Element Analysis of a Submarine Polymetallic Nodule by Wavelength-Dispersive X-Ray Fluorescence Spectrometry / X-Ray Spectrom. 1992. Vol. 21. P. 17 – 20. DOI: 10.1002/ xrs.1300210107.

14. Ichikawa S., Nakamura T. Solid Sample Preparations and Applications for X-Ray Fluorescence Analysis / Meyers R. A. (Ed.). Encyclopedia of Analytical Chemistry. — Hoboken: Wiley, 2016. P. 1 – 22.

15. Чубаров В. М., Финкельштейн А. Л., Гранина Л. З. Определение содержания и валентного состояния железа и марганца в железомарганцевых конкрециях по эмиссионным линиям K-серии рентгеновского флуоресцентного спектра / Аналитика и контроль. 2010. Т. 14. № 2. С. 65 – 72.

16. Дуймакаев Ш. И., Шполянский А. Я., Журавлев Ю. А. Гетерогенность анализируемых образцов в рентгеновской флуоресцентной спектрометрии (обзор) / Заводская лаборатория. 1988. Т. 54. № 12. С. 24 – 34.

17. Лосев Н. Ф. Количественный рентгеноспектральный флуоресцентный анализ — М.: Наука, 1969. — 336 с.

18. Nakayama K., Wagatsuma K. Glass Bead Sample Preparation for XRF / Meyers R. A. (Ed.). Encyclopedia of Analytical Chemistry. — Hoboken: Wiley, 2017. P. 1 – 19.

19. Борходоев В. Я., Пеньевский С. Д., Соцкая О. Т. Подготовка легированных стеклянных литий-боратных дисков для рентгенофлуоресцентного анализа горных пород на плавильной установке VULCAN 4 / Аналитика и контроль. 2013. Т. 17. № 2. С. 141 – 147. DOI: 10.15826/analitika. 2013. 17. 2. 002.

20. Jochum K. P., Wilson S. A., Becker H., et al. FeMnOx–1: A new microanalytical reference material for the investigation of Mn — Fe rich geological samples / Chem. Geol. 2016. Vol. 432. P. 34 – 40. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2016.03.026.

21. Flanagan F. J., Gottfried D. USGS rock standards, III. Manganese-nodule reference samples USGS-Nod-A-1 and USGS-Nod-P-1. U. S. Geol Survey., Prof. Pap. 1980. 1155. — 39 p.

22. Бебешко Г. И., Голева Р. В. Определение форм нахождения галогенов в железомарганцевых океанических рудах ионометрическим методом / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 8. С. 3 – 7.

23. Ohbuchi A., Kitano M., Nakamura T. Powder briquette/x-ray fluorescence analysis of major and minor elements in alkali-washed fly ash of municipal solid waste / X-ray Spectrom. 2008. Vol. 37. P. 237 – 244. DOI: 10.1002/xrs.1046.

24. Симаков В. А., Кордюков С. В., Мошкова М. В. Обеспечение достоверности и сопоставимости результатов анализа железомарганцевых конкреций и кобальтоносных марганцевых корок / Разведка и охрана недр. 2013. № 6. С. 54 – 57.

25. Амосова А. А., Пантеева С. В., Татаринов В. В. и др. Рентгенофлуоресцентное определение основных породообразующих элементов из образцов массой 50 и 110 мг / Аналитика и контроль. 2015. T. 19. № 2. С. 130 – 138. DOI: 10.15826/analitika.2015.19.2.009.

26. Kriete C. An Evaluation of the Inter-Method Discrepancies in Ferromanganese Nodule Proficiency Test GeoPT 23A / Geostand. Geoanal. Res. 2011. Vol. 35. P. 319 – 340. DOI: 10.1111/ j.1751-908X.2010.00055.x.

27. Batjargal D., Davaasuren B., Erdenetsetseg D. Producing Certified Reference Materials at the Central Geological Laboratory of Mongolia / Geostand. Geoanal. Res. 2010. Vol. 34. P. 231 – 236. DOI: 10.1111/j.1751-908X.2010.00076.x.