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)