분광학 기술은 광업에서 어떻게 사용됩니까?

소개

광산업은 세계 경제를 촉진하는 중요한 부문으로 다양한 산업에 필수 자재를 제공합니다. 그러나 환경 영향, 자원 고갈, 기술 발전의 필요성 등 심각한 문제에 직면해 있습니다. 효율적이고 정확한 광물 탐사 및 채굴은 이러한 문제를 극복하는 데 가장 중요합니다. 분광학은 이러한 맥락에서 강력한 분석 도구로 부상하여 비파괴 검사 및 광물의 정확한 식별을 제공하여 채굴 위치를 결정하고 환경 영향을 줄입니다. 이 기술은 광업 운영 방식에 혁명을 일으켜 보다 지속 가능한 광업 미래를 가져오고 있습니다.

그림 1: 광산업은 세계 경제에서 중요한 역할을 합니다.

메서드

분광학 기술은 탐사, 광석 분석 및 환경 모니터링을 포함한 다양한 목적으로 광산 산업에서 널리 사용됩니다. 다음은 광업에 사용되는 몇 가지 주요 분광학 방법입니다.

LIBS(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy): 고출력 레이저를 사용하여 샘플에서 플라즈마를 생성하고 방출된 빛을 분석하여 원소 조성을 결정합니다.
가시광선-근적외선(VNIR) 및 단파 적외선(SWIR) 분광법: 가시광선 및 단파장 적외선의 흡수를 측정하여 광물과 그 특성을 식별합니다.
Mid-Infrared Reflectance Spectroscopy: 중적외선의 반사율을 분석하여 광물 조성 및 구조에 대한 정보를 제공합니다.
HSI(Hyperspectral Imaging): 광범위한 파장을 캡처하여 광물 샘플의 상세한 이미지를 생성하여 광물을 정확하게 식별하고 매핑할 수 있습니다.
Field Spectroscopy: 광물 샘플의 실시간 분석을 위해 현장에서 직접 사용되는 휴대용 분광학 도구입니다.
원자 흡수 분광법(AAS): 광석의 금속을 검출하는 데 일반적으로 사용되는 샘플의 원자가 흡수하는 빛을 분석하여 원소의 농도를 측정합니다.
AES(Atomic Emission Spectroscopy): 샘플의 원자를 여기시키고 방출된 빛을 측정하여 원소를 식별하고 정량화합니다.
Raman Spectroscopy: 단색광의 산란을 사용하여 분자 진동 및 결정 구조에 대한 정보를 제공하며, 이는 광물과 그 화학적 조성을 식별하는 데 유용합니다.

응용

분광학 기술은 탐사, 광석 분석 및 환경 모니터링을 포함한 다양한 목적을 위해 광산 산업에서 광범위하게 적용됩니다. 다음은 몇 가지 주요 응용 분야입니다.

광물 탐사: 초분광 이미징(HSI) 및 근적외선 분광법(NIR)과 같은 분광학 방법은 스펙트럼 신호를 기반으로 광물을 식별하고 매핑하는 데 사용됩니다. 이는 지질학자들이 광산 위치를 더 효율적으로 결정하는 데 도움이 됩니다.
광석 분석: LIBS(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) 및 AAS(Atomic Absorption Spectroscopy)와 같은 기술을 사용하여 광석 샘플의 원소 조성을 결정합니다. 이 정보는 광석의 품질과 가치를 평가하는 데 중요합니다.
환경 모니터링: 분광학은 채굴 활동에서 발생하는 오염 물질을 감지하고 정량화하여 환경 영향을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, Raman 분광기는 광산 폐기물 내의 유해 물질을 식별할 수 있습니다.
공정 제어: 채굴 활동에 분광법은 프로세스의 실시간 모니터링에 사용되며, LIBS는 신속한 현장 분석을 제공하여 회수율을 최적화하고 비용을 절감하기 위해 처리를 조정할 수 있습니다.
품질 관리: 분광학은 채굴된 물질의 일관성과 품질을 보장합니다. 원자 방출 분광법(AES)은 금속의 순도를 확인하고 최종 제품에 영향을 줄 수 있는 불순물을 감지하는 데 사용됩니다.

결과

특정 응용은 광물 시료 분석에 LIBS 분광법을 사용합니다. 내부의 광물 조성 분석을 위해 두 개의 코어 샘플이 제공되었습니다. 한 샘플에는 금이 포함되어 있고 다른 샘플에는 백금과 팔라듐이 포함되어 있는 것으로 추정됩니다. 그림 2는 녹색 사각형으로 표시된LIBS 스캐닝 영역이 있는 두 개의 코어 샘플을 보여줍니다.

그림 2: LIBS 방법을 사용한 조성 조사를 위해 드릴 코어에서 채취한 두 개의 광물 샘플이 제공되었습니다. 샘플 A에는 금이 포함되어 있고 샘플 B에는 백금이 포함되어 있습니다.

표 1: 일부 소자의 피크 방출 파장.

표 1은 LIBS(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) 분석에 사용되는 원소 방출선을 나열합니다. 각 요소는 레이저에 의해 여기될 때 빛을 방출하는 특정 파장(나노미터 단위)을 가지고 있습니다. 이 정보는 샘플에 존재하는 원소를 식별하고 정량화하는 데 중요합니다. 표에서 금은 267.59nm, 은은 328.07nm, 백금은 306.47nm, 팔라듐은 340.52nm에서 최대 방출 파장을 갖는다는 것을 알 수 있습니다.

그림 3: 금 함유 광물로 추정되는 광물 샘플의 LIBS 스펙트럼. 스펙트럼은 원소 은과 규소의 피크를 보여줍니다.

그림 3은 광물 샘플의 금과 은 원소의 특성화된LIBS 스펙트럼을 보여줍니다(그림 2a). 스펙트럼은 샘플에 존재하는 원소에 해당하는 방출선을 표시하여 이러한 원소를 식별하고 정량화할 수 있습니다. 이는 시료 내 귀금속의 분포를 매핑하는 데 도움이 됩니다.

그림 4: 백금을 함유한 것으로 추정되는 광물 샘플 그림 2b의 LIBS 스펙트럼. 우리는 백금, 팔라듐 및 니켈 원소의 특징적인 피크 파장을 볼 수 있습니다.

논문의 그림 4는 니켈, 팔라듐 및 백금 원소의 특성화된LIBS 스펙트럼을 보여줍니다. 이 스펙트럼은 그림 2b의 드릴 코어 샘플 분석의 일부입니다. 스펙트럼은 이러한 원소의 방출선을 강조하여 샘플에서 원소의 존재와 상대적 풍부도를 나타냅니다.

측정 시스템

광업 분야에 적용할 수 있는 많은 분광 방법이 있으며, 각각의 다른 방법에 해당하는 다양한 측정 시스템이 뒤따릅니다. 이 기사에서는 LIBS 방법에 적합한 Ocean Insight의 측정 시스템을 소개하고자 합니다.

그림 5: HR2000+ 분광기.

Ocean HR2000 + 분광기는 재료 정확하게 분석을 위해 LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) 방법을 사용하는 광산 산업을 위해 설계된 고해상도 장치입니다. 이 장치는 높은 감도와 2048 픽셀 CCD 센서를 갖추고 있으며, 광학 분해능을 0.035에서 6.8 nm(FWHM)까지 제공합니다. 따라서 빠른 반응을 모니터링하고 높은 정확도로 광범위한 물질을 분석하는 데 이상적입니다. HR2000+에는 14개의 격자와 6개의 슬릿 폭을 포함한 다양한 광학 장치가 장착되어 있어 특정 애플리케이션 요구 사항에 따라 맞춤화할 수 있습니다.

그림 6: Ocean insight 레이저 소스.

Ocean 523nm 레이저 소스는 광산 산업, 특히 LIBS(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) 방법을 사용하는 응용 분야를 위해 설계된 혁신적인 도구입니다. 이 고출력 레이저는 523nm의 파장을 가지며 좁은 스펙트럼 선으로 탁월한 성능을 제공하여 다양한 재료에서 정밀한 원소 분석을 보장합니다. 통합 레이저 드라이버는 광산 작업의 철저한 조건에 필수적인 안정적이고 신뢰할 수 있는 전원을 제공하도록 세심하게 설계되었습니다. 강력한 구성과 고급 사양을 갖춘 Ocean 523nm 레이저 소스는 광물 탐사 채굴 과정에서 효율성과 정확성을 향상시키는 필수적인 장치입니다. 자세한 사양 및 작동 지침은 제품의 공식 문서를 참조하는 것이 좋습니다.