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铀 (U) 是一种稀有元素,在地壳中的平均浓度为2.7 ppm。在自然界中,铀主要以U-238 (>99%) 的形式存在,而U-235(可裂变)仅占约0.7%。U-234含有不到0.1%的天然铀。铀原子的尺寸较大,难以进入岩浆中的早期结晶矿物。因此,它通常集中在富硅岩石(例如花岗岩)中岩浆结晶的最终产物中(特别是在花岗岩中发现的矿物中,例如锆石、榍石和磷灰石)。在此类岩石中,铀含量可能达到几十甚至几百ppm,并形成一种称为晶质铀矿或沥青铀矿 (UO2) 的矿物。
铀矿开采方式包括:露天开采、地下开采、原地浸出和钻孔开采(使用高压水射流)。低品位铀矿石通常含有0.01%至0.25%的氧化铀(通常报告为U3O8);但是,一些矿床具有很高的铀浓度(高达百分之几)。在自然界中,铀存在于几种矿床中,包括不整合面型矿床、奥林匹克坝型矿床、砂岩矿床、石英-卵石砾岩矿床、地表矿床(钙质结砾岩矿床)、脉状矿床、与火山和破火山口相关矿床、侵入矿床和交代岩矿床。
钍 (Th) 是另一种可裂变的天然放射性化学元素。钍在地壳中的含量比铀多三到四倍 (9.6 ppm) ,主要是从独居石砂(提取稀土金属的副产品)中提炼出来。
在上一期中,我们介绍了尼通手持XRF光谱仪分析精矿和控制品位应用。本期,我们将进一步探讨这项便携技术如何以精准、高效的方式进行铀和钍矿勘探。
手持XRF光谱仪在采矿中的应用
在采矿活动的各个阶段(从基层勘探到开采、矿石品位控制,乃至环境调查),手持XRF (HHXRF) 光谱仪都可以提供快速、准确的结果,并且无需或仅需极少样品制备。使用尼通手持XRF光谱仪可以覆盖的元素分析范围镁 (Mg) 到铀 (U)。尼通 XRF 光谱仪配备具有动态电流调节的高功率X射线管和硅漂移探测器,用户能够实现低检测限、高精度和快速的数据采集。
当与试验台结合使用时,也可以在实验室中使用分析仪对制备的样品进行分析。如图1所示,可以使用经认证的参比材料对分析仪结果进行验证。
图1.粉矿和土壤成分标准物质的U和Th测量准确度验证(点击查看大图)
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方法
墨西哥地质服务公司 (SGM) 的地质学家在墨西哥东北部的诺帕尔地区进行了这项调查。他们系统性分析了31个站点中的1334个样品,使用了40个线性断面和100 m间距。通过对制备样品执行辐射测量、实验室分析和手持式XRF分析,测量了每个样品的铀含量。辐射测量使用了闪烁仪。这些仪器通常用于U-Th勘探,一些型号可以提供半定量数据。基于这三种方法的铀地球化学图如图2所示。
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结果
图2显示,实验室分析和HHXRF分析确定的铀地球化学异常之间存在明显重叠。HHXRF分析显示Th与U的异常相同;实验室数据无法进行比较。虽然闪烁计是快速识别放射性样本的非常有效的工具,但其数据可能不如实验室或HHXRF分析可靠,因为其显示的U和Th异常与实验室或HHXRF分析的异常不重叠。如果在现场将闪烁仪与HHXRF结合使用,可以更有效。
图2.通过放射性测量、实验室和现场手持XRF测量的U和Th的地球化学图(点击查看大图)
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