*99569*

Физика/1. Теоретическая физика

                                                Клиновицкая И.А.            

Восточно-Казахстанский Государственный Технический Университет им. Д. Серикбаева, Казахстан

Исследование возможностей рентгеноспектрального анализа продуктов переработки медного производства

Внедрение в практику лабораторий промышленных предприятий экспрессных физических методов анализа весьма актуально. Наряду с экспрессностью контроль технологического производства предъявляет аналитической службе и высокие требования к точности определения состава изготовляемой продукции.

В мировой практике рентгенофлуоресцентный анализ стал одним из основных методов исследования  продуктов свинцового, цинкового и медного производств, так как современное оборудование позволяет получать высокоточные результаты.

На медеплавильном заводе проекта «Новая металлургия» существует необходимость экспрессного анализа продуктов переработки меди. Классический химический анализ требует много времени, так, к примеру, анализ на содержание Cu и Fe гравиметрическим методом занимает 3-4 часа, а на S 11 часов. В результате рентгеноспектральный анализ был выбран основным методом анализа. Основные достоинства РСФА, такие как, экспрессность, широта аналитического диапазона, простота пробоподготовки, высокая точность анализа, простота обслуживания рентгеноспектральных установок и относительно низкая стоимость анализа, делают его наиболее перспективным аналитическим методом для анализа продуктов медного производства.

Методики  РФА-определения  меди относится к методикам количественного химического анализа. При отборе методики исходят из следующих критериев: метод должен быть типичным для данной группы материалов или для определенной методики приготовления образцов; метод должен удовлетворять требованию применимости в условиях заводской лаборатории; обладать по крайней мере одной характерной и поэтому ценной для описания особенностью.

Сегодня рентгеновские флуоресцентные спектрометры ведущих фирм мира уже являются полноценными автоматами, полностью управляемыми ПЭВМ. Эти замечательные технические достижения РФА подкреплены хорошо развитой теорией, объясняющей и моделирующей большинство аналитических ситуаций.

От теории РФА требуется, по существу, решение единственной, но определяющей проблемы - наиболее точного учета матричных эффектов. При разработке рентгенофлуоресцентной аппаратуры, способной обеспечить решение этой проблемы, выбор был сделан в пользу многоканальных рентгеновских спектрометров, позволяющих получить информацию об интенсивностях флуоресценции всех доступных измерению элементов анализируемого образца для ее последующей математической обработки.

При облучении образца первичным излучением рентгеновской трубки в нем возбуждается вторичное рентгеновское излучение, называемое флуоресценцией, содержащее характеристические линии элементов, входящих в состав пробы. Вторичное излучение регистрируется детектором. Амплитуда сигнала на выходе детектора пропорциональна энергии падающего излучения, а интенсивность - концентрации элементов в пробе.

Источником излучения в РСФА продуктов медного производства может служить радиоактивный изотоп и рентгеновская трубка. Радиоизотопные источники отличаются стабильностью, надежностью, портативностью [1]. Недостатком радиоизотопных источников является их низкая интенсивность и невозможность регулировать спектральный состав.

В данной работе в качестве источника рентгеновского излучения используется рентгеновская трубка с заземленным катодом. Отличительная особенность рентгеновской трубки -  регулируемые в широком диапазоне спектральный состав и интенсивность рентгеновского излучения.

Тормозное излучение и характеристическое излучение материала анода рентгеновской трубки используются для возбуждения характеристического излучения элемента в материале пробы.

В качестве стандартного материала анода всеми известными производителями используется родий (Rh), так как характеристическое излучение этого элемента одновременно подходит для возбуждения тяжелых и легких элементов, энергия края поглощения родия составляет 23.220кэВ.[2]

При РФА порошковых проб на интенсивность аналитической линии наибольшее влияние оказывает размер частицы пробы. Для получения правильных результатов анализа необходимо учитывать влияние эффектов неоднородности гранулометрического состава образца.[3]

Проведенный анализ в монографии [2] показывает, что крупность материала пробы может быть источником погрешности при количественном анализе. Из приведенных рассуждений также следуют пути учета эффекта. Первый и самый простой - это измельчение пробы. Но, к сожалению, не всегда удается воспользоваться этим приемом, иногда в силу специфики объекта анализа (малое количество анализируемой пробы, анализ металлов и сплавов и т.д.), а чаще из-за невозможности истереть пробу до требуе­мой крупности за практически приемлемое время. Кроме того, разные минералы, составляющие пробу, имеют разную твердость, и при исти­рании получаются частицы разных размеров. Также в монографии рассмотрены предло­женные способы корректировки эффекта гетерогенности, требующие зна­ния размера частиц или функции распределения размера частиц, что на практике не всегда возможно. Однако все авторы утверждают, что луч­ше провести не очень точную коррекцию, чем совсем не проводить. Упомянут метод коррекции эффекта размера частиц, ос­нованный на измерении флуоресцентного излучения определяемого эле­мента при облучении пробы двумя различными энергиями. Эффект для двух возбуждающих энергий будет различен, и поэтому возможны экс­периментальное определение и коррекция этого эффекта. Энергии вы­бирают так, чтобы эффект был мал для одной из них и велик для другой.

На рассматриваемом медеплавильном заводе при анализе кусковых и порошкообразных материалов (концентратов, штейнов, шлаков и т.д.) общепринятым способом подготовки проб является доизмельчение с последующим прессованием.  При измельчении желательно получить размер частиц порядка 1мкм, но это не всегда удаётся. Поэтому на практике порошковые пробы измельчают до 74мкм. Для доизмельчения обычно используются дисковые истиратели и вибрационные мельницы.

Интенсивность флуоресценции элемента в образце зависит не только от его концентрации, его радиационно-физических свойств (поглощающей и рассеивающей способности, выхода флуоресценции и т.д.) и использу­емого дли возбуждения флуоресценции излучения, но и от концентрации и свойств присутствующих элементов. И это является основной проблемой РСА анализа продуктов переработки меди. Анализ литературы показал, что пробы шихты можно анализировать по обыч­ному способу внешнего стандарта с построением аналитических графиков без учета изменения состава проб. Но влияние состава шихты необходимо учитывать при определении содержания меди в пробах, где содержание железа превышает 18%. Шихта, приходящая в лабораторию содержит 16-30% железа. Поэтому необходимо введение поправочных коэффициентов, что снижает ошибку определения меди в таких пробах шихты в 1,5 раза.

 

Литература:

1. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Основы экспериментальных методов ядерной физики.-Москва: Атомиздат, 1977.-528с.

2. Веригин А.А. Энергодисперсионный рентгеновский анализ. Применение в промышленности. – Томск: Издательство Томского университета, 2005 – 214с.

3. Рентгенофлуоресцентный анализ. Применение в заводских лабораториях. Сборник научных трудов. Под редакцией Х.Эрхарда – Москва «Металлургия», 1985г – 64с.