Proposta de calibração da técnica LIBS para minérios de sulfuretos metálicos: um exemplo para a Mina de Aljustrel

Neste trabalho estuda-se a capacidade da técnica laser induced-breakdown spectroscopy (LIBS), para a quantificação expedita das concentrações de alguns elementos químicos de interesse mineiro, em minérios de sulfuretos metálicos. O LIBS é uma técnica de espectroscopia de emissão atómica, onde a incidência de um laser intenso na amostra gera uma nuvem de plasma. Os átomos e iões desprendidos da amostra e vaporizados produzem um espectro e assim, a análise dos picos de radiação emitida permite a identificação da presença dos elementos químicos e a sua quantidade na amostra. Os espectros resultantes são muito sensíveis à matriz, assim cada matriz deve ser calibrada separadamente para que os resultados possam ser utilizados com confiança. Esta técnica é uma alternativa à tradicional fluorescência de raios X (XRF), que embora quantifique os elementos químicos de interesse por assinatura é mais morosa e expõe o utilizador a pequenas doses de radiação. Neste trabalho foram utilizados dois conjuntos de amostras de sulfuretos metálicos de cobre e zinco da Mina de Aljustrel, o primeiro foi utilizado para treino e calibração e o segundo foi utilizado para validação. As amostras referem-se a minérios maciços e de stockwork, com teores de cobre e zinco representativos do intervalo de valores que ocorrem na mina. Para a calibração, os valores dos picos de intensidade dos espectros do LIBS foram comparados com os teores fornecidos pelo laboratório da Mina de Aljustrel das mesmas amostras. A calibração foi feita para cada elemento em separado, tendo sido selecionados os comprimentos de onda da Base de Dados NIST e LIBS-info, assim como mais alguns comprimentos de onda onde se verificaram as melhores correlações. Depois de se conseguir a melhor calibração para cada elemento com as amostras de treino, numa segunda fase aplicaram-se as calibrações ao segundo conjunto de amostras, tendo-se quantificado dos erros de previsão. Os resultados de R2 ficaram sempre acima de 0,85 o que demonstra que a calibração é eficaz para as matrizes testadas. Fica assim demonstrado, que os equipamentos portáteis de tipo LIBS, como o que foi utilizado neste estudo, constituem uma mais valia para a indústria extrativa, podendo ser utilizados nas várias fases do processo produtivo, desde a prospeção nas frentes, análise de sondagens e até ao processamento dos minérios.In this work, the ability of the laser induced-breakdown spectroscopy (LIBS) technique to quantify the concentrations of some chemical elements of mining interest in metal sulphide ores is studied. LIBS is an atomic emission spectroscopic technique, where the incidence of an intense laser in the sample generates a plasma. The laser makes the atoms and ions vaporized from the sample produce a spectrum, so the analysis of the emitted radiation peaks allows the identification of the presence of the chemical elements and their quantity in the sample. The results of the spectra are very sensitive to the matrix, so each matrix must be calibrated separately so that the results can be used with confidence. This technique is an alternative to the traditional X-ray fluorescence (XRF), which although it quantifies the chemical elements of interest by fingerprints it is more time consuming and exposes the user to small doses of radiation. In this work, two sets of samples of copper and zinc sulphides ores from the Aljustrel Mine were used, the first was used for training and calibration and the second was used for validation. The samples refer to massive and stockwork ores, with copper and zinc contents representative of the range of values that occur in the mine. For calibration, the peaks values spectra of intensity registered by the LIBS were compared with the levels provided by the Aljustrel Mine laboratory for the same samples. The calibration was done for each element separately, having been selected the wavelengths of the NIST Database as well as some more peak wavelengths where the best correlations were found. After achieving the best calibration for each element with the training samples, in a second phase the calibrations were applied to the second set of samples, and the forecasting errors were iv quantified. The R2 values were always above 0,85, which shows that the calibration is very effective for the tested matrices. It is thus demonstrated that portable LIBS-type equipment, such as the one used in this study, constitutes an added-value for the mining industry towards digitalization, and can be used in the various stages of the production process, from development tunnels and shafts, cores drilling and mineral processing facilities