Критический минерал — литий — самый лёгкий из всех металлов, долгое время ускользал от геологов, поскольку традиционные методы анализа не могли его обнаружить. Низкий атомный вес, который делает литий идеальным для использования в электромобилях или для хранения возобновляемой энергии, затруднял его выявление в образцах керна, полученных при бурении.
Ситуация изменилась, когда в 1960-х годах впервые стала доступна лазерно-индуцированная спектроскопия пробоя (LIBS) — мощный инструмент для анализа минералов.
Преимущества LIBS
Благодаря достижениям в области портативности и скорости, LIBS теперь можно использовать в полевых условиях для создания минералогических карт лития и других лёгких металлов.
LIBS — это мощный инструмент, который дополняет исследования месторождений полезных ископаемых от этапа геологоразведки до последующей переработки. Технология открывает новые горизонты в горнодобывающей промышленности, позволяя проводить быстрый анализ большего количества образцов керна без ущерба для качества данных о содержании элементов.
Применение LIBS
От золота и меди до никеля и графита — LIBS можно использовать для анализа любой минеральной системы и любого образца керна или чипа.
Согласно данным Geoscience Australia, в 2024 году в Австралии было собрано около 10 миллионов метров керна для геологоразведки месторождений полезных ископаемых. Однако лишь небольшая часть этих образцов отправляется на детальный анализ.
Традиционно геологи обучали свой глаз выявлять определённые характеристики в породах, анализируя керн из скважины или отбирая образцы керна примерно через каждые 20 метров для отправки в лаборатории на анализ. Но получение результатов анализа могло занимать два-три месяца.
Преимущества LIBS перед другими методами анализа
* Скорость: LIBS обеспечивает мгновенные результаты по сравнению с многомесячными задержками традиционных методов.
* Портативность: LIBS доступен в виде портативных устройств и более мощных аппаратов размером с копировальный аппарат, что делает его легко масштабируемым.
* Минимальное время на подготовку: LIBS работает на относительно ровных поверхностях, что позволяет сэкономить на подготовке образцов.
Недостатки LIBS
Однако, как объяснил геолог CSIRO доктор Ник Фармер, при использовании аналитических инструментов существуют компромиссы между скоростью, масштабом и точностью, особенно на микронном уровне.
LIBS не достигает такой детальной точности, как сканирующая электронная микроскопия (SEM), а данные гораздо сложнее интерпретировать, чем при рентгенофлуоресцентном анализе (XRF).
Тем не менее LIBS может быть использован для создания минералогических карт на значительно большем количестве образцов, чем SEM, и может обнаруживать лёгкие элементы, такие как литий, которые невидимы для XRF. Но его лучше всего использовать в сочетании с ними при работе со сложными минеральными системами.
Будущее LIBS
CSIRO предлагает ряд аналитических инструментов через свою лабораторию геологии полезных ископаемых. В рамках этого комплекса доктор Фармер и доктор Лэрд работают над разработкой систем LIBS с более интенсивными лазерами.
CSIRO также работает над созданием библиотеки обучающих данных, которая использует машинное обучение для повышения точности метода LIBS. Библиотека объединяет данные о керне с золотых месторождений Йилгарн, а также с месторождений лития.
В настоящее время LIBS используется в самых разных областях науки о материалах: от минералов до фармацевтики, археологии и освоения космоса. Наиболее известный пример — использование технологии LIBS на марсоходе NASA для идентификации различных минералов на Марсе.
Учитывая прочность и пригодность для работы в различных атмосферах, наши учёные планируют протестировать LIBS в новых условиях под землёй. В сотрудничестве с CRC ORE CSIRO проводит новаторские исследования, чтобы отправить устройство LIBS в скважину.
Это новая и сложная работа из-за неизбежных неопределённостей, связанных с работой под землёй. Например, встреча с подземными водами потенциально может повлиять на эффективность LIBS. Исследования направлены на преодоление этих препятствий и демонстрацию того, как промышленность может получить доступ к данным практически в реальном времени непосредственно из источника.