DETERMINACIÓ de MINERALS
Dr. Joan ViñalsUniversitat de Barcelona
Àmbits• Científics
- Composició, estructura i propietats de la matèria
• Tecnològics- Matèries primes- Matèries primes
• Lúdics- Col·leccionisme
L’espècie mineral
Esfalerita ZnS cúbica = 5.43Å
Element o compost, normalment cristal·lí, format a través de un procés geològic (IMA-CNMMN)
Tiemannita HgSe cúbica = 6.08 Å
Wurtzita ZnS hexagonal a = 3.82 Åc = 6.26 Å
Caracterització de minerals (minerals nous)
- Fórmula- Estructura- Propietats- Formació- Paragènesi
Bases de dades→
Identificació de minerals
- Paragènesi
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
↓→ SE
Mostra → BSE
→ XR
PEPE: electrons primarisSE: electrons secundaris emesosBSE: electrons retrodifososRX: Raigs X
SE1SE2
BSE1BSE2
XR
MOSTRA
XR
Límit d’interacció
SEM/EDS
Límit d’interacció
Imatges d’electrons secundaris (SE)
• Contrast topogràfic• Alts nivells d’augment• Profunditat de camp
Faujasita Montgomeryita
• Contrast Z• Ús preferent de superfícies polides• Útil en la localització de minerals rars d’elements d’alt Z
Imatges d’electrons retrodifosos (BSE)
• Composició
U, S, O, Na
Espectres d’energies de raigs X
Natrozippeita: Na5(UO2)8(SO4)4O5(OH)3•12H2O
Mapes de raigs X
BSE
Ag Lα
Pirargirita Ag3SbS3
BSE
Mapes de raigs X
stannite
Cu2FeSnS4
sphalerite ZnS
Sn Lα
Zn Kα
Anàlisi quantitatiu
Element App Intensity Weight% Weight% Atomic%
Conc. Corrn. Sigma
S K 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 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: • Desavantatges:- No interferència espectral -Superfícies polides- Major sensibilitat - Major cost operacional- Millor anàlisi quantitatiu
DIFRACCIÓ de RAIGS X (DRX)
Hematites Fe2O3
Exemples
SEM-EDS
Fluorapatita Ca5(PO4)3F
Perroudita: Hg5Ag4S5(I,Br)2Cl2
SEM-EDS
EDS: Cu, Fe, As, OXRD
ArthuritaCuFe2(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, HO+, Ag, Pb, Ca, Sr, Ba, ETRA: K, Na, H3O+, Ag, Pb, Ca, Sr, Ba, ETRB: Al, Fe, Cu, ZnT: 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 (Al 2.91Fe0.23)Σ 3.14 [(P0.88 As0.09S0.03) 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•8H2OM2+: 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)- 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)