UNA INTRODUCCIÓ A LA DETERMINACIÓ DE MINERALS

DETERMINACIÓ de MINERALS Dr. Joan Viñals Universitat de Barcelona

Àmbits • Científics - Composició, estructura i propietats de la matèria

• Tecnològics - Matèries primes

• Lúdics - Col·leccionisme

L’espècie mineral Element o compost, normalment cristal·lí, format a través de un procés geològic (IMA-CNMMN) Esfalerita

ZnS

cúbic a = 5.43Å

Tiemannita HgSe

cúbic a = 6.08 Å

Wurtzita

hexagonal a = 3.82 Å c = 6.26 Å

ZnS

Caracterització de minerals (minerals nous) - Fórmula - Estructura - Propietats - Formació - Paragènesi

→

Bases de dades

Identificació de minerals Mesures i observacions

Bases de dades

Tècniques generals d’identificació • Microscopia electrònica de Scanning / Microanàlisi per energies de raigs X (SEM/EDS) - Morfologia - Composició química qualitativa/semiquantitativa quantitativa • Microsonda electrònica (EPMA) - Composició química precisa • Difracció de Raigs X (XRD) - Difractogrames de pols

SEM/EDS

PE

↓

Mostra

→ SE → BSE → XR

PE: electrons primaris SE: electrons secundaris emesos BSE: electrons retrodifosos RX: Raigs X BSE2 SE2 XR

PE

BSE1 SE1

XR

MOSTRA

Límit d’interacció

SEM/EDS

Límit d’interacció

Imatges d’electrons secundaris (SE) • Contrast topogràfic • Alts nivells d’augment • Profunditat de camp

Faujasita

Montgomeryita

Imatges d’electrons retrodifosos (BSE) • Contrast Z • Ús preferent de superfícies polides • Útil en la localització de minerals rars d’elements d’alt Z

Espectres d’energies de raigs X • Composició U, S, O, Na

Natrozippeita: Na5(UO2)8(SO4)4O5(OH)3•12H2O

Mapes de raigs X

BSE

Pirargirita Ag3SbS3

Ag LÎą

Mapes de raigs X

stannite Cu2FeSnS4

sphalerite ZnS

Sn Lα

Zn Kα

Anàlisi quantitatiu

Element

App

Intensity

Conc.

Corrn.

SK

23.23

0.8743

30.30

0.47

50.67

Fe K

10.56

0.9583

12.56

0.39

12.06

Cu K

23.19

0.9276

28.51

0.62

24.06

Zn K

0.60

0.9398

0.73

0.40

0.60

Sn L

19.26

0.7876

27.89

0.58

12.60

Totals

Weight%

Weight%

Atomic%

Sigma

100.00

Fórmula a partir de 5 anàlisis puntuals (basada en S4): Cu1.97(Fe0.96Zn0.04)Sn0.99S4.00

EPMA

• Principis similars al SEM • Diferencies: - Feix electrònic fix - Anàlisis de RX per longituds d’ona • Avantatges: - No interferència espectral - Major sensibilitat - Millor anàlisi quantitatiu

• Desavantatges: - Superfícies polides - Major cost operacional

DIFRACCIÓ de RAIGS X (DRX)

Hematites Fe2O3

Exemples SEM-EDS

Fluorapatita Ca5(PO4)3F

SEM-EDS

Perroudita: Hg5Ag4S5(I,Br)2Cl2

EDS: Cu, Fe, As, O XRD

Arthurita CuFe2(AsO4)2(OH)2.4H2O

Supergrup de l’alunita • Similar estructura (XRD) • Possibilitat de gran variació de composicions AB3(TO4)2(OH,H2O)6 A: K, Na, H3O+, Ag, Pb, Ca, Sr, Ba, ETR B: Al, Fe, Cu, Zn T: S, P, As • Més de 45 minerals coneguts

• EDS: P, As, S, Pb, Al, Fe • XRD: Estructura tipus alunita • Més de 10 minerals possibles

Resultats Microsonda

Pb1.01 (Al2.91Fe0.23)Σ 3.14 [(P0.88 As0.09S 0.03) Σ 1.00 O4]2 (OH,H2O)6 Plumbogummita ideal

PbAl3(PO4)2(OH)5(H2O)

Minerals que formen sèries Exemple: M2+(UO2)2(AsO4)2•8H2O M2+: Fe, Zn, Cu, Mn, Ca, Mg, Co, Ni

metakirchheimerite

metarauchite

metanovacekite

metarauchita (Ni,Mg,Co)(UO2)2(AsO4)2•8H2O

Conclusió

L'ús de tècniques SEM/EDS / XRD / EPMA, combinades amb la informació dels bancs de dades, permet la identificació segura de la immensa majoria d'espècies minerals Tipus de mostres: Minerals grans, microminerals, transparents, opacs, amb impureses, inclusions, etc.

Bases de dades - International Mineralogical Association (www.ima-mineralogy.com) - JCPDS. The international centre for diffraction data (www.icdd.com) - RRUFF project (www.rruff.info) - Crystallographic Database for Minerals (www.database.iem.ac.ru) - The Mineral Database (www.mindat.org) - Mineralogy Database (www.webmineral.com)