Горнодобывающая промышленность
Анализ химического и минерального состава горных пород и руды
Многофункциональные рентгеновские дифрактометры ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8
Рентгеновские дифрактометры ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8 с большой эффективностью могут использоваться для качественного и количественного анализа минерального состава руд и вмещающих горных пород, а также в технологическом процессе обогащения полезных ископаемых и для анализа отходов (хвостов) горнорудного производства.
Химия углей
Угли являются основным топливом для производства электроэнергии и выплавки чугуна. Мировое производство и потребление угля составляет свыше 9 млр. т. Поэтому химический состав углей важен как с экологической точки зрения, так и в связи возможностью попадания вредных примесей в выплавляемый металл. Для определения элементного состава углей используются 3 основных метода: химический анализ, являющийся арбитражным, но наиболее трудоемким, атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой и наиболее экспрессный рентгеноспектральный. Все эти методы дают возможность определить 13 окислов: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, P2O5, TiO2, MnO2, SrO, BaO и SO3. Во всех 3-х методах первым этапом подготовки проб является озоление анализируемого угля. В дальнейшем для арбитражного и атомно-эмиссионного метода необходимо растворение золы, для рентгеноспектрального анализа – сплавление с боратным плавнем.
Методы и дают результаты, близкие по повторяемости и воспроизводимости, арбитражный анализ для некоторых элементов обеспечивает несколько лучшие результаты.
Сера входит в состав углей в виде серы органических соединений, серы пиритной и серы сульфатной. Ввиду микроабсорбционного эффекта надежное определение общей серы методом РФА возможно только на отдельных объектах.
Угольные электроды, используемые в качестве анодов при выплавке алюминия, состоят из прокаленного до температуры 1200 – 1300 OC с целью десульфуризации нефтяного кокса. Содержание в них серы и некоторых других элементов контролируется рентгеноспектральным методом.
Стандартами и предусмотрен контроль состава золы углей и кокса атомно-эмиссионным и рентгеноспектральным методами.
Определение германия в золе углей
Германий относится к редким элементам, Кларк которого составляет 1.5×10-4%. Однако, в золе каменных углей содержание Ge находится в пределах 0.001 – 1%, что позволяет использовать золу углей некоторых месторождений для добычи германия. Для определения содержания германия в углях обычно рекомендуется фотоколориметрический метод с.подготовкой проб угля озолением с последующим растворением золы и отделением мешающих элементов. Опыт НПП “Буревестник” на предшественнике БРА-135 энергодисперсионном приборе БРА-18 показал возможность надежного определения германия непосредственно в золе углей методом РФА.
Определение урана и нового перспективного ядерного топлива тория
Основное применение анализатора АРФ-7 – определение урана и нового перспективного ядерного топлива тория в горных породах, рудах и технологических продуктах в широком диапазоне концентраций от 10-4 % и выше. На рис. 1. приведены расчетные спектры урана и элементов с близкими к аналитической линии урана (13.618 кэВ) линиями – Rb Кa (13.375 кэВ) и Sr Кa (14.145 кэВ) с энергетическим разрешением от 40 до 180 эВ. Следует отметить, что в этой области спектра разрешение волнодисперсионных спектрометров по Соллеру и Иогансону в первом порядке составляет около 180 эВ. Того же порядка разрешение лучших энергодисперсионных приборов. Учитывая, что Кларки Rb и Sr в сотни раз превосходят Кларк урана (0.0003%), преимущество АРФ-7 для определения малых содержаний U очевидно.
В настоящее время в НИИ ВИМС для АРФ-7 разработана и аттестована методика определения урана в диапазоне концентраций 0.0001 – 10%, основанная на методе стандарта-фона , в качестве фона используется интенсивность некогеретно рассеянного излучения молибдена рентгеновской трубки с Mo анодом. На рис. 3 и 4 приведены результаты градуировки по стандартным образцам руд урана и тория.
Как видно из рисунка, примененная методика обеспечивает уверенное определение урана в области концентраций от 0.0001% и выше. Аналогичные результаты были получены и по торию.
В таблице приведены результаты точности и воспроизводимости определения урана в стандартных образцах предприятия на анализаторе АРФ-7 в диапазоне содержаний от 3 до 200 г/т при многократных измерениях разными операторами на протяжении 2-х месяцев. Полученные результаты свидетельствуют о высокой стабильности работы прибора и адекватности разработанной методики.
Оценка точности и воспроизводимости функционирования АРФ-7 на протяжении 2-х месяцев.| CО | CA | СR | ΔC | ПТ | ВА | ПВ | n |
|---|
| СА-1 | 2.9 | 2.8 | -0.1 | 1.1 | 0.52 | 1.6 | 31 |
| БИЛ-1 | 12 | 13.1 | 1.2 | 3.8 | 1.0 | 1.9 | 25 |
| СОП 7-11 | 19 | 19.5 | 0.5 | 6.1 | 0.9 | 3.0 | 23 |
| СОП 6-11 | 21 | 20.0 | 1.0 | 5.9 | 1.4 | 2.9 | 21 |
| СОП 8-11 | 34 | 35.1 | 1.1 | 9.5 | 1.1 | 4.8 | 24 |
| СГ-1 | 63 | 63.9 | 0.9 | 15.1 | 2.1 | 7.6 | 25 |
| СОП 12-11 | 96 | 96.7 | 0.7 | 24.0 | 1.7 | 11.5 | 24 |
| СОП 13-11 | 118 | 118.9 | 0.9 | 21.2 | 2.2 | 10.6 | 26 |
| СОП 14-11 | 180 | 182.3 | 2.3 | 32.4 | 4.7 | 16.2 | 25 |
| СОП 38-84 | 200 | 198.4 | -1.6 | 36.0 | 4.1 | 18.0 | 25 |
СО – Стандартный образец
СА - аттестованная концентрация, г/т
СR – измеренная концентрация (среднее значение), г/т
ΔC - правильность анализа (ΔC=СR - CA), г/т
ПТ - показатель точности методики (границы погрешности при Р=0.95), г/т
ВА - воспроизводимость анализа (среднеквадратическое отклонение σCR), г/т
ПВ - Показатель воспроизводимости методики (границы погрешности при Р=0.95), г/т
n – Число измерений
Анализ руд редких элементов
Кроме урана и тория, прибор АРФ-7 может быть применен для анализа горных пород на редкие и рассеянные элементы. В таблице, иллюстрирующей возможности анализатора, приведены длины волн l (А), энергии Е(кэВ), углы Брега q (градусов), аппаратурные полуширины D1/2 (эВ) аналитических линий Re, W и Ta и пределы обнаружения С0 (г/т) в наполнителе с эффективным атомным номером 11.5 при отсутствии мешающих элементов. Там же даны основные мешающие линии и расстояния до них DЕ (эВ).
При расчете пределов обнаружения предполагается экспозиция 100 с использованием рентгеновской трубки с Мо или, в отдельных случаях, Ag анодом в режиме 50 кВ/3 кВт.
Условия определения Au, Re, W и Ta в горных породах и рудах на анализаторе АРФ-7| Линия | λ (А) | Е(кэВ) | θ (град) | Δ1/2 (эВ) | С0 (ppm) | Мешающая лиия,
ΔЕ (эВ). |
|---|
| Au Lβ1 | 1.0835 | 11.442 | 9.33 | 43 | 2.7 | WLγ1
PbLη | 158
94 |
| Re Lβ1 | 1.2386 | 10.010 | 10.68 | 39 | 4.0 | HgLα1
PbLs
WLβ2
GeKα1 | 21
42
98
124 |
| W Lβ1 | 1.2816 | 9.6724 | 11.05 | 38 | 5.0 | Au Lα1
ZnKβ2
ZnKβ1 | 41
13
102 |
| Ta Lβ1 | 1.3270 | 9.343 | 11.45 | 36 | 7.9 | BiLl
HfLβ2
GeKα1 | 77
4
92 |
| Au Lα1 | 1.2764 | 9.713 | 11.01 | 38 | 3.4 | WLβ3
BiLt
WLβ1
ZnKβ2
ZnKβ1 | 104
17
41
56
144 |
| Re Lα1 | 1.4329 | 8.6525 | 12.37 | 35 | - | WLη
ZnKα1 | 65
14 |
| W Lα1 | 1.4764 | 8.3975 | 12.76 | 34 | 9.0 | NiKβ5
NiKβ1 | 69
134 |
| Ta Lα1 | 1.5220 | 8.1461 | 13.16 | 34 | 15 | NiKβ1
CuKα1 | 119
100 |
Как следует из таблицы, высокое разрешение анализатора позволяет исключить наложения линий многих мешающих элементов. При отсутствии мешающих элементов пределы определения для золота, тантала, вольфрама и рения составят несколько г/т. Эти значения могут быть существенно снижены при увеличении времени экспозиции, подборе оптимальной толщины фильтра первичного излучении и ширины приемной щели.
Учитывая распространенность мешающих элементов, расстояние до их линий и интенсивность этих линий, оптимальными аналитическими линиями для Au, Re, W и Ta в большинстве случаев могут служить Lb1 линии.
Анализ химического и минерального состава промежуточных продуктов на различных стадиях технологического процесса
Основными областями применения анализатора пульп и растворов в потоке АР-35 являются:
- системы АСАК и АСУ-ТП флотационных фабрик горно-обогатительных комбинатов полиметалличесих руд цветных металлов (Fe-Cu-Zn-Pb, Fe-Ni-Co-Ni, Cu,-Mo, Mo-W) со сложными разветвленными схемами флотации);
- гидрометаллургические переделы извлечения и рафинирования цветных, редких и рассеянных элементов (Co, Ni, In, Tl, Sc, Y, редкоземельные элементы, Nb, Ta, Mo, W, Re, U).