Mer exakt och noggrann kartläggning av kritiska råvaror är nu möjlig vid Geologiska forskningscentralen i Finland

Tillämpad mineralogi och isotopgeologi är centrala delar vid studier av berggrunden och bedömningen av malmpotentialen i alla skeden av prospektering och utveckling av malmfyndigheter. Mineralogiska och isotopgeologiska undersökningar kan dessutom användas i stor utsträckning för karakterisering av andra geologiska material samt material inom den cirkulära ekonomin.

”Den nya utrustningen innebär ett betydande framsteg för laboratoriets kapacitet inom forskning om kritiska råvaror”, säger Marja Lehtonen, chef för enheten för lösningar inom cirkulär ekonomi vid GTK.

De två instrumenten har finansierats av Finlands Akademi. För närvarande används utrustningen främst i akademiska samarbetsprojekt, men den används också för analyser för GTK:s samarbetsorganisationer. Den är dessutom tillgänglig för kundprojekt.

Nya möjligheter för forskning om sällsynta jordartsmetaller

Vid analys placeras bergartsprovet först i femtosekundslasern. Lasern avlägsnar material från en mycket liten punkt på provytan, endast några mikrometerstor, och bildar en aerosol. Vanliga lasrar skickar pulser som varar en nanosekund (en miljarddels sekund, 10⁻⁹ sekunder), medan femtosekundslasern kan generera extremt korta ljuspulser som varar endast några få femtosekunder (en biljondels miljarddels sekund, 10⁻¹⁵ sekunder).

”Utöver att processen går snabbare är en annan fördel att provet nästan inte utsätts för någon värmepåverkan. Den betydligt kortare pulslängden gör att ablationsmekanismen blir helt annorlunda och mer förutsägbar. Detta underlättar till exempel forskning om sällsynta jordartsmetaller (REE), eftersom mängderna ofta är mycket små och referensmaterial saknas”, säger Stepan Chernonozhkin, specialforskare vid GTK.

Nu går det också att undersöka sulfider och sulfoarsenider som lätt smälter. Dessa mineral är viktiga indikatorer för fyndigheter som innehåller exempelvis kobolt eller guld.

Time-of-flight-tekniken mäter hela periodiska systemet samtidigt och snabbt

Den aerosol som bildas när provet bearbetas med femtosekundslasern kan analyseras med en ICP time-of-flight-masspektrometer (TOF). Provet förs som aerosol till ett plasmabloss där det joniseras. Där bildas en jonstråle som leds vidare till masspektrometern.

Jonerna accelereras till samma energi och färdas mot detektorn. Beroende på sin massa rör de sig med olika hastigheter. Detektorn registrerar hur många joner som anländer varje nanosekund. Utifrån flygtiden kan jonernas massa beräknas, det vill säga vilket grundämne de motsvarar.

Fördelen med denna typ av masspektrometri är att hela det periodiska systemet kan mätas vid varje laserskott utan att man i förväg behöver välja vilka grundämnen som ska analyseras.

”På så sätt kan vi upptäcka sådant som vi inte hade förväntat oss att hitta. Precis som med femtosekundslasern är snabbheten också en viktig fördel”, säger Stepan Chernonozhkin.

Den nya kombinationen av femtosekundslaser och time-of-flight-masspektrometer gör det möjligt att visualisera spårämnesfördelningar i en tidigare oöverträffad takt och med en upplösning på mindre än 10 mikrometer. Ett exempel är kartläggningen av guldets fördelning i ett arsenopyritkorn (se bild).

Mer information

Forskning om mineralers spårbarhet utökas med ny och mer exakt analysutrustning | GTK

Forskningslaboratoriets websida | GTK

Marja Lehtonen, enhetchef, lösningar för cirkular ekonomi
Geologiska forskningscentralen GTK
tfn 029 503 2183
marja.lehtonen@gtk.fi

Heli Lallukka, laboratoriechef
Geologiska forskningscentralen GTK
tfn 029 503 0197
heli.lallukka@gtk.fi