DE2915986C2

DE2915986C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Messung von Elementgehalten

Info

Publication number: DE2915986C2
Application number: DE2915986A
Authority: DE
Inventors: Andrzey Dipl.-Phys. Dr. Lubecki; Kurt 7513 Stutensee Wiese; Karl 6741 Steinweiler Winkler
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1979-04-20
Filing date: 1979-04-20
Publication date: 1982-04-08
Also published as: FR2454619B1; GB2049170B; AU5763780A; FR2454619A1; AU538253B2; US4388530A; GB2049170A; DE2915986A1

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

d) vor der Quelle (2) ein Target (4) angeordnet wird, das von der Strahlung (5) aus der Quelle (2) zu Targetstrahlung (6) angeregt wird,

e) die Probe (1) zusätzlich zur Primärstrahlung (5) von der Targetstrahlung (6) durchstrahlt wird,

f) der Detektor (3) die transmittierte Primär- und Targetstrahlung (5 und 6) und die angeregte Röntgenstrahlung (7) aufnimmt und

g) das vom Detektor (3) aufgenommene Spektrum (8,9) zur direkten Ermittlung der Elementgehalte ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Drei-Kanal-Integralauswertung die Netto-Peakfläche (9) der Elemente aus dem Energiespektrum (8,9) ermittelt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung von Elementgehalten in Trüben unter Verwendung der Röntgenfluoreszenzanalyie, bei der die zu messende Probe zwischen der Anregungsquelle und dem Detektor hindurchgeführt, die Probe mit von der Quelle ausgehender Primärstrahlung durchstrahlt wird und ein Teil der Primärstrahlung die auszumessenden Elemente der Probe zur Röntgenstrahlung anregt. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 20 46 606 bekannt.

Durch den steigenden Weltbedarf an Rohstoffen müssen heute zunehmend rohstoffarme Lagerstätten abgebaut werden. Solche Lagerstätten werden hauptsächlich durch das Flotationsverfahren aufbereitet, wobei aus einer belüfteten Suspension aus fein vermahlenem Rohmineral und Wasser, der sog. Flotationstrübe, mit Hilfe von Chemikalien das gewünschte Wertmineral gewonnen wird. Um solche Anlagen mit ihren oftmals weit verzweigten Trübeführungen wirtschaftlich betreiben zu können, ist eine kontinuierliche Analyse ihrer Produktströme von entscheidender Bedeutung. Man benötigt daher Analysengeräte, welche möglichst schnell die interessierenden Mineralgehalte an strategisch wichtigen Punkten des Prozesses aufzuzeigen und dadurch ein schnelles Eingreifen in den Prozeßablauf ermöglichen. Dieses ist besonders bei der Überwachung der die Produktionsanlage verlassenden Berge- und Konzentratsströme erforderlich. Verluste von Wertmineral im Bergestrom bedeuten erhebliche finanzielle Einbußen für den Betreiber einer solchen Anlage. Die von der weiterverarbeitenden Industrie an die Qualität der Konzentrate gestellten Anforderungen sind heute sehr hoch und nur schwer erfüllbar. Erst eine schnelle fortlaufende -, Qualitätskontrolle gibt hier dem Betreiber die Möglichkeit, durch gezieltes Eingreifen in den Prozeßablauf Fehlproduktionen weitgehend auszuschließen. Die gestellten Anforderungen beziehen sich nicht nur auf einen bestimmten Wertmineralgehah, sondern beinhalten

ίο auch genau festgelegte Anteile an sog. schädlichen

Bestandteilen, deren Überschreiten zu erheblichen finanziellen Einbußen bzw. zu einem Verwerfen des gesamten Produktes führen kann.

Es ist auch heute durchaus noch üblich, vor allem in

r, kleineren Flotationsanlagen, die Kontrolle der Prozeßströme mittels naßchemischer Analyse durchzuführen. Diese Analyseverfahren können nicht kontinuierlich durchgeführt werden und erfordern einen erheblichen Zeitaufwand. Es sind zunächst aus den Produktströmen Proben zu entnehmen und entsprechend aufzubereiten (Trocknen, Mahlen, Homogenisieren usw.), bevor die Analyse begonnen werden kann. Bei solchen naßchemischen Analyseverfahren ist vom Zeitpunkt der Probennahme bis zum Analyseergebnis mit einer Zeitverzögerung von mehreren Stunden, ja sogar bis zu I Tag zu rechnen. Dieses kann bedeuten, daß ganze Tagesproduktionen zu verwerfen sind.

Die zeitaufwendige naßchemische Analyse wird z. T. durch die Röntgenfluoreszenzanalyse ersetzt. Verwendung finden dabei vor allem dispersive, konventionelle Mehrkanalröntgenspektrometer mit Anregung durch eine Röntgenröhre. Nachteil dieser Geräte ist, trotz wesentlicher Zeiteinsparung gegenüber der naßchemischen Analyse, die auch hier durch die notwendige Probenpräparation hervorgerufene Zeitverzögerung zwischen Probennahme und Analysenergebnis.

Um die bei den bisher aufgezeigten Verfahren auftretende Zeitverzögerung zwischen Probennahme und Analysenergebnis zu reduzieren, sind schließlich Geräte und Verfahren entwickelt worden, die eine Direktanalyse am Produktstrom ermöglichen. Hier ist zunächst ein Onstream-Analysensystem zu nennen. Dieses Gerät ist im Prinzip ein kontinuierlich arbeitendes Probennahmesystem mit diskontinuierlicher Analyse auf Röntgenfluoreszenzbasis. Hier wird von verschiedenen Probeentnahmestellen in der Flotationsanlage ein Teilproduktstrom über Pumpen und Rohrleitungen zu einer Batterie von Meßzellen geführt. Ein fahrbarer Meßkopf mit Röntgenröhre und Analysenteil fährt in

so vorgegebenen Zeitabständen die einzelnen Zellen ab und bestimmt somit quasikontinuierlich die Elementgehalte der einzelnen Trübströme. Da diese Anlage sehr teuer ist, kommt sie kaum für den Einsatz in kleineren Flotationsanlagen in Frage.

Weiter wurden sog. Tauchsonden entwickelt, im Gegensatz zum konventionellen Röntgenfluoreszenzverfahren tritt bei diesen Geräten an die Stelle der Röntgenröhre die Anregung durch eine Isotopenquelle. Die Tauchsonden werden in den Trübestrom, bei Flotationsanlagen z. B. in die sog. Flotationszellen, eingehängt. Als ein Nachteil kann hier die in Flotationszellen übliche Inhomogenität der Trübe angesehen werden; auch ist immer eine zusätzliche Dichtemeßsonde erforderlich.

Alle bisher auf Röntgenfluoreszenzbasis entwickelten On-iine-Analysegeräte ermitteln zunächst einmal den Elementgehalt der Trübe. Erst durch eine zusätzlich erforderliche Messung der Trübedichte ist die Bestim-

mung des Elementgehaltes im Feststoff möglich. Da Dichtemeßeinrichtungen aber nur präzise im Zweikomponentensystem Flüssigkeit/Feststoff arbeiten, können z. B. durch Lufteinschlüsse in der Trübe, womit bei Flotationsprozessen zu rechnen ist, die Ergebnisse stark verfälscht werden. Dieses muß als entscheidender Nachteil der bekannten RFA-Verfahren angesehen werden.

Neben den auf Röntgenfluoreszenzbasis arbeitenden Geräten muß auch auf On-line-Analysengeräte verwiesen werden, die nach dem Prinzip der Neutrcnenaktivierungsanalyse arbeiten. Bei diesen Geräten fließt ein Teiltrübestrom kontinuierlich zunächst durch eine Bestrahlungszelle mit der Neutronenquelle. Hier wird die Trübe »aktiviert« und fließt dann über einen induktiven Durchflußmesser in eine mit einem Detektor versehene Meßzelle. Hier wird die induzierte Aktivität gemessen. Beim Rückströmen passiert die Trübe eine Dichtemeßeinrichtung. Auch bei diesen Geräten kann auf eine Dichtemessung nicht verzichtet werden. Ferner ist ein bestimmter, allzeit konstanter Trübedurchfluß einzuhalten.

Es ist weiterhin eine Einrichtung bekannt (DE-AS 12 27 697), mit der kontinuierlich der Elementgehalt in Trüben gemessen werden kann. Bei ihr ist eine Meßkammer mit Trübendurchflußkanal vorgesehen. Zusätzlich sind beidseitig der Meßkammer Meßfenster und hinter dem einen Meßfenster der Detektor und hinter dem anderen Meßfenster die Primärstrahlquelle und ein Target angeordnet. Weiterhin ist es bekannt (DE-OS 14 48 131), daß zur Überwachung von technischen Verfahrensströmen mittels Röntgenstrahlen, der Abstand der beiden Meßfenster von der Konzentration der zu analysierenden Veränderlichen abhängt.

Die Verwendung einer Am-241 -Quelle, eines Ag-Targets und eines Si(Li)-Detektors in einer Schaltungsanordnung zur Auswertung solcher Meßergebnisse ist ebenfalls bekannt (DE-AS 20 49 500).

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zu bieten, mit welchem eine schnelle kontinuierliche Analyse von Prozeßströmen ermöglicht wird, wobei die Bestimmung der Konzentration des gewünschten Elementes unabhängig von Trübedichte und Trübenzusammensetzung erfolgen soll.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Der zu analysierende Trübestrom durchläuft kontinuierlich einen Rührbehälter. In ihm wird die Trübe homogenisiert. Dadurch wird es möglich, dem Trübestrom einen repräsentativen Teiltrübestrom zu entnehmen. Dieser wird mittels Pumpe durch die in der Pumpendruckleitung installierte Meßkammer geführt und dem Rührbehälter bzw. dem ablaufenden Haupttrübestrom wieder aufgegeben. Die seitlich an der Meßkammer angeordnete radioaktive Quelle emittiert die Primärstrahlung Jq. Ein Teil dieser Primärsirahlung regt im Target (z. B. Ag-Folie) die Röntgenstrahlung des Targets ]\ an, der andere Teil die Röntgenstrahlung Jr des in der Trübe zu analysierenden Elements. Im Detektor wird die in der Meßkammer durch die Trübe geschwächte Primär-, Target und Röntgenstrahlung registriert und in elektrische Impulse umgewandelt. Nach Vor- und Hauptverstärker werden diese Impulse vom Vielkanalanalysator aufgenommen. Er führt die Integrale interessierender Bereiche des Spektrums der Auswerteeinheit zu.

Das entwickelte RFA-Meßverfahren erlaubt die gleichzeitige Messung von Kauptgrößen (Röntgenlinien) als auch von Hilfsgroßen wie Transmission bzw. Streuung. Dadurch wird die Bestimmung der Konzentration eines gewünschten Elements von Trübedichte und Trübezusammensetzung unabhängig. Es wird im -, Gegensatz zu allgemein verwendeten Reflexionsmeßgeometrien eine Transmissionsgeometrie verwendet, bei welcher die gemessene Probe zwischen der Anregungsquelle und dem Detektor plaziert ist Dieses Meßverfahren erlaubt, neben den in der Probe ι» angeregten Römgenlinien auch die Transmission der Primärstrahlung bzw. die Transmission der in einem Target angeregten Röntgenstrahlung zu registrieren. Eine neuartige Spektrenauswertemethode wird verwendet Sie ermöglicht es, die Auswertung und ι i Konzentrationsbereichnung mit kleinen Tischrechnern durchzuführen.

Das Analysengerät ist fahrbar ausgelegt und kann somit im Betrieb wahlweise an verschiedenen strategisch wichtigen Trübeströmen eingesetzt werden. Auch bei schwer zugänglichen Trübeführungen, wie z. B. in Flotationsanlagen bei der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe, die oft nur vom sog. »Flotationsleckboden« aus zu erreichen üind, besieht die Möglichkeit z. B. durch separate Anordnung der Trübepumpe den Trübekreislauf auch hier den örtlichen Gegebenheiten anzupassen.

Das Gerät ermöglicht die kontinuierliche Messung von Elementgehalten in der Trübe unabhängig von Trübendichte und Trübezusammensetzung. Verfälschungen von Analysenergebnissen durch die bei Fiotationsverfahren oft vorhandenen Lufteinschlüsse in der Trübe werden ausgeschlossen. Es wird zudem keine aufwendige Meß- und Auswerteelektronik benötigt; dadurch ist eine einfache Bedienung und eine geringe Störanfälligkeit gegeben.

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel der BaSO4-Bestimmung im Flußspatkonzentrat in einem Konzentrationsbereich zwischen 0 und 5% mittels der F i g. 1 bis 6 näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Überblick über die Meßcinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine Meßkammer,

Fig.3 den physikalischen Sachverhalt in der Meßkammer,

Fig.4 ein RFA-Spektrum einer BaSO4-haltigen CaF₂-Trübe,

F i g. 5 ein Spektrum zur Ermittlung der NettopeakflächevonBaK_Äund

F i g. 6 die Änderung der Fluoreszenz der Ba-K_Ä-Linie so in Abhängigkeit von der Trübendichte.

Zuerst werden einige theoretische Grundlagen erläutert.

Die Intensität d//-der in einem elementaren Volumen (um den Punkt P in F i g. 3) der Probe 1 (s. F i g. 2) angeregten Röntgenstrahlung 7 (s. F i g. 3) kann wie folgt ausgedrückt werden:

dj

_fp

ds- dz- C_p- εχρ(-μ_ορ- p_p ■ z). (1)

Hier beschreibt K'r die Ausbeute an charakteristischer Röntgenstrahlung des gewünschten Elements sowie Geometriefaktor und Adsorption der Primärstrahlung 5 im Raum zwischen Quelle 2 und Probengrenze.

hf	29 1	5	1 _ P«	ist.	5	986	6	ren (μ,,ρ ■ Qp=Q). Diese Gleichung erlaubt sofort das	U,p = r-p,p (9)	Ϊ
ί -1	Andere Symbole bedeuten:	I ' '" _, _, 01,	Dabei ist die Konzentration des Feststoffs in der		in der Probe 1 geschwächt. Die Strahlungsabsorption	Glied exp (—μ_ορρρά) in der Formel (3) durch eine		P
i		Cp= C &—. (4)	Trübe durch C_F bezeichnet und es gilt:		im Raum nach der Probe 1 wird als eine Konstante	meßbare Größe /ro/^ro zu ersetzen.	in der der Faktor »r« eine zu bestimmende Konstante	M
r Γ	Qp = Probendichte	ι ~ -jf-	Lp - L_F L.		behandelt.	In ähnlicher Weise kann das Glied exp (—μη, Q_rd)	bedeutet. Ein Kombinieren der Gleichungen (3), (8)
f t' 1	ds· dz=das elementare Volumen		Die MassenabsorptionskoelTizienten des Feststoffs		Durch »i/« wird die Probendicke (Meßkammerkanal-	bestimmt werden, jedoch muß hier anstelle der	und (9) ergibt:	I
	Cp = Konzentration des gewünschten Elements in	Hier sind als p„ und p_f die Dichten von Wasser	und des Wassers fürPrimär-(Indexo) bzw. Fluoreszenz-		dicke) ausgewiesen.,Vom Detektor 3 wird die Inten	Transmission der Röntgenfluoreszenzlinie die Trans		<■.;
	der Probe ί	(Index W) bzw. von Feststoff (Index F) eingeführt.	(Index/)-Strahlung sind als p_oF und p_oW bzw. p_ff und	5	sität J₁ registriert:	mission einer anderen naheliegenden Linie gemessen		'f i
ί ■	μ_Ορ — Massenabsorptionskoeffizient der Probe für	Weiter ist zu berücksichtigen, daß	μ_/η. bezeichnet. Es muß dabei berücksichtigt werden,			werden.	τ _Vn _ C_n \ I J_n Y Λΐ) ' ^J Uop-Ufp LUJ K_nA-	ί
	die Primärstrahlung (Index 0)	U op = (MoF -UoJ ■ Cf + p_m,	j daß die Koeffizienten p„_F und p_fF von der chemischen			Um diese Linie zu bekommen, wird ein Target 4	(10)
	ζ = Weg der Primärstrahlung in der Probe 1 bis zur Anregung der Röntgenstrahlung	und (5)	j Zusammensetzung des Feststoffs abhängig sind:		J₁ = J εχρ(-μ_/;, · p_n ■ (r/-z)) · dJ_lp. (2) γ	(Fig.3) verwendet, dessen Röntgenlinie nahe der des		? I f.» ff
**ι.***	Die angeregte Röntgenstrahlung 7 wird an der	Ulp = (Pl F~ UlJ ■ Cf+ p_fK	UiF - (μ,ε M,u) ■ C +pis,. (6)	IO		gewünschten Elements liegt, aber dennoch mit dem	Mit Hilfe der Gleichungen (7), (8) und (9) bekommt
	Strecke »d-z« um Faktor:		Index »/« bezieht sich hier auf die Primär-(/ = o) bzw.		Hier bedeutet »K« das vom Detektor3 einzusehende	verwendeten Detektor 3 getrennt gemessen werden	man auch	i
		Fluoreszenz-(/ = /)-Strahlung.		Probenvolumen. Die Durchführung der Integration	kann. Es gilt dann:		I
	ζχ\){-μ,_ηρ_ρ{α-ζ))	Durch p,_E und μ,.,, wurden die Massenabsorptions		unter Berücksichtigung von Gleichung (1) ergibt:		μ - ^L° u, - ^r'^Ll (H)	S
	I c J₁ K," ² [exp ( μ, ■ ρ ■ (I) exp ( μ μορ-μ,ρ	koeffizienten des zu bestimmenden Elements (E) bzw.		■Pp-il)]. (3)	J_n = K_n ■ txp(-p_ip-P_n-d). (8)	I¹Op j ·» HJp - // ' \^iXJ	I
	Die Konstante K" beinhaltet K] sowie die anderen	Feststoffmatrix (M) bezeichnet		Hier wird die Energie der Röntgenlinie des Tar		I 1
	aus der Integration stammenden Konstanten.	Der vom Detektor 3 registrierte Teil der Primär		gets 4 durch Index »1« bezeichnet.	dabei bedeuten:	I
	I Die Konzentration »C« des zu bestimmenden EIe-	strahlung 5 kann mit folgender bekannten Gleichung		Wenn Energie »1« nahe zu Energie »/« und auch		!
	I ments im Feststoff ist mit CVdurch die folgende Formel	ausgedrückt werden:	2^r>	unter der Absorptionskante des gewünschten Elements	M) --ji _T ·>* ^-1 *-Λ j	8
	I verbunden:			liegt, kann man die folgende Approximation verwen		I
	\	Jτη = K_Tn ■ exp (~μ_ορ · ρ_ρ· d). (T)		den:	I
	Kroist hier als eine Apparatekonstante zu interpretie-		I
		i
	30	J
		ί
		I
		I

	35	I
		e I
		?
	40	I
		I
		ϊ
		ί
		ί
	45	i ψ


	50	!
		ϊ
		I
		i
	55	ι



	60




	65

7 8

Jetzt wird die Gleichung (10) wie folgt aussehen: Eine Kombination der Gleichungen (4), (5) und (11)

führt zu:

J₁ = Kj' ■ ^Ci' '^pv'^d ■ Γ (-£l Y - ^Jn 1 L₁,-/--L₁ LV K_n J K_n S

_L - Λ __£ϋΐΛ = ί J£oF_ _ JK_\ Urn' " Pw ■ d

⁵ C₁. \ p_/: J \p,_m, p_FJ L_n-Uο*·Ρ*· d

(12) Jetzt kann die Formel (12) ohne Auftreten der Trübe-

Ki dichte geschrieben werden:

(AL· Y- Am_

Aus Gleichung (4) und unter Berücksichtigung, daß Λ ⁼ K" ' ~ ——r ' ^²

C₁,= C- Ci ist, bekommt man: _]5

Hier ist noch die Gleichung (6) in bezug auf μ_η/. zu berücksichtigen: C-p-d ²⁰

C · η · rl = "" (1 "I \

'' ^Pt> i / - ~· ^ ' U„i = (Pai:~ U,m)· C + μ_ιΜ.

Dies führt zu:

J₁ = κ;·

C + u —υ -Ρ«· ^¹O r - L] LV K_n J K_n

p_F

Diese Gleichung drückt die Abhängigkeit zwischen Jetzt kann die Gleichung (16) wie folgt geschrieben

der gesuchten Konzentration Cund den Meßwerten Jr, werden:
Jn, ]t\ aus. Nur eine starke Variierung in der ^, _v _ .

chemischen Zusammensetzung der Feststoffmatrix 35 J₁ = K L₀ ■ J_n ■ — (17)

kann durch die Veränderungen von μ_ΟΜ und Qf zu P ' C+ q χ

Fehlern bei der Bestimmung der Konzentration C oder

führen.

j η K J e^x - 1

Um die konstanten Parameter in Formel (16) ~~ ⁼ ~ — + ' ~J~ ' ^L'o

perimentell zu bestimmen muß eine weitee U QI/

arameter in Formel (16) J o

experimentell zu bestimmen, muß eine weitere Um- 40 QI/ x

wandlung vorgenommen werden. Es sind folgende (18)

Bezeichnungen bzw. Abkürzungen einzuführen:

Die Verwendung der Taylor'schen Expansion bringt, daß:

45 ₂ .

χ = L₀-r-L]=K₀]+ L₀] —j- ^¹⁺TT ⁺ JT ⁺ JT ⁺ '"

P ^UaE-UaM = a]+O₁-L_0]+O₃-L²O₁ + ^-Ll]+-■■.

L₀]= Ln Y, ^{50 (19)}

Jτο Es bedeuten:

Λ01 - Ln _r 55 213!

An

q = Vom- Po«- -^ - 2! 3! 4!

Pf

Kb=K_m-Wi-Vn-P*-ti ⁶⁰ *3 = JT ^{+ 3}--^ ^{+ 4}--^-⁺--·

jr„ USW.

K =—{— Dies erlaubt die Gleichung (18) mit folgender

^Km 65 Reihenentwicklung darzustellen:

U₀ = Ln 4^2. ~ = A₀ +A₁-X]+A₇-X₂ +A₃-X₃ + -■■

Es bedeuten:

A_n = -

A₂ = — ■ A-> usw.

_ J W ι ι

' Ml

J,

χ,. i=x,· Lin für />

Die Gleichung (20) ist linear gegen unbekannte

Koeffizienten A₀, A₁, Αι Mit Hilfe einer Meßreihe

an Proben 1 mit verschiedenen, aber bekannten Konzentrationen Cund beliebigen, aber den interessanten Bereich deckenden Dichten können diese Koeffizienten mittels der mehrfachen linearen Regression ermittelt werden.

Startwerte für die bei der Bereichnung von x\ notwendigen Konstanten »r«und K'ro sind theoretisch (r) bzw. mit der Hilfe von Experiment (K'_T0) abzuschätzen. Diese Werte sollen dann schrittweise modif.ziert werden in Richtung eines besseren Wertes für den mehrfachen Regressionskoeffizienten (bzw. x²). Dieses Verfahren soll vom Rechner bis zum Erreichen des Maximums für den Regressionskoeffizienten bzw. des Minimums für *²-Wert wiederholt werden. Ein optimaler Regressionsgrad (höchstens »i«) soll nach den gleichen Kriterien gefunden werden.

Das Gerät (Fig. 1) besteht aus der in Kompaktbauweise erstellten Meßeinrichtung, deren einzelne Teile in einem Gestell 15 angeordnet sind und einem Rührbehälter 16. Beide Geräteteile sind fahrbar ausgelegt und durch flexible Leitungen (Saug- und Druckleitung 17 und 18 der Pumpe 19) verbunden. Bei schwer zugänglichen Trübeführungen, die oft nur vom sog. Flotationsleckboden aus zu erreichen sind, besteht die Möglichkeit, z. B. durch separate Anordnung der Trübepumpe 19, den Trübekreislauf auch hier den örtlichen Gegebenheiten anzupassen. Das Analysengerät ist somit an verschiedenen Stellen eines Industriebetriebes einsetzbar.

Der Rührbehälter 16 ist mit einem Rührwerk 20, welches mit Gegenstromrührern versehen ist, ausgerüslei. Er dient der Homogenisierung des zu analysierenden Trübestromes 1. Am Rührbehälter 16 sind Einlaufund Ablauf stutzen für die Zu- bzw. Abführung 27,28 der Trübe angebracht.

Die Meßeinrichtung besteht aus dem Gestell 15, in welchem die für die Messung notwendigen Einzelgeräte eingebaut sind. Hierbei handelt es sich zunächst um die Trübepumpe 19 mit stufenloser Drehzahlregelung, in deren Druckleitung 21 die Meßkammer 10 und ein induktiver Durchflußmesser 22 installiert sind.

Der induktive Durchflußmesser 22 (s. Fig. 1) dient praktisch nur einer Früherkennung von Störungen im Trübekreislauf. Es hat sich gezeigt, daß das Analysenverfahren selbst weitgehend unabhängig von der Durchflußmenge arbeitet

Der an der Meßkammer 10 angeflanschten radioaktiven Quelle 2 gegenüberliegend ist ein Si(Li)-Delektor 3 mit Vorverstärker 23 und Kryostat 24 in einer allseitig verstellbaren Halterung angebracht. Ferner sind Teile der Meßelektronik 14, wie Hochspannungsversorgung, Hauptverstärker in dem Gestell 15 untergebracht. Da die Überwachung eines Prozesses in der Industrie meist von einer zentralen Schaltware aus erfolgt, wurde die Auswerteelektronik, wie z. B. Vielkanalanalysator, Rechner und Ausgabegerät, nicht mit in das Kompaktsystem einbezogen.

Bei Flotationstrüben handelt es sich meist um abrasive Medien. Aus diesem Grunde wurde das Analysengerät mit einer Kreiselpumpe 19 versehen, die mit einer verschleißfestem Pumpenauskleidung aus einem Spezialgummi ausgerüstet ist. Auch mußte in bezug auf die Wellenabdichtung eine sog. Trockendichtung verwendet werden, da sich bei den Eichversuchen im Labor das Wasser-Feststoffverhältnis der Trübe 1 nicht durch einströmendes Dichtungsspülwasser verändern durfte.

Die Meßkammer 10 (s. Fig. 2) besteht im wesentlichen aus einem rechteckförmigen Trübedurchflußkanal 11, dessen Querschnitt auf die zu analysierende Trübe 1 abgestimmt ist. Am Durchflußkanal 11 sind beidseitig die bei RFA-Verfahren notwendigen Meßfenster 12, 13 aus einer 300 μΐη starken Polyterephthalsäure-ester-Fo-He angebracht. Diese Fensterfolien 12, 13 können aus Gründen der Strahlenabsorption nicht beliebig stark gewählt werden und unterliegen, da sie mit dem Trübestrom 1 unmittelbar in Berührung kommen, einem stetigen Verschleiß. Dieses kann letztlich zu einer Zerstörung der Folien 12, 13 führen. Damit bei Eintritt eines solchen Falles keine Trübe ausströmt, wurde die Meßkammer 10 beidseitig mit einer zusätzlichen Schutzfolie 25 versehen. An der dem Detektor 3 abgewandten Seite der Meßkammer 10 ist die radioaktive Quelle 2 (Am-241) mit der entsprechenden Quellenabschirmung 26 angebracht. Um die für das BaSO4-Analysenverfahren notwendigen Röntgen-K-Linien des Silbers zu erhalten, wurde die Quelle 2 mit einem Target 4 aus einer Silberfolie versehen.

Der zu analysierende Trübestrom 1 durchläuft kontinuierlich den Rührbehälter 16 (s. Fig. 1). In ihm wird die Trübe homogenisiert Dadurch wird es möglich, dem Trübestrom einen repräsentativen Teiltrübestrom 18,21,17 zu entnehmen. Dieser wird mittels der Pumpe 19 durch die in der Pumpendruckleitung 21 installierte Meßkammer 10 geführt und dem Rührbehälter 16 bzw. dem ablaufenden Haupttrübestrom wieder aufgegeben. Die seitlich an der Maßkammer 10 angeordnete radioaktive Quelle 2 emittiert die Primärstrahlung /₀ (5 nach F i g. 3). Ein Teil dieser Primärstrahlung 5 regt im Target 4 (Ag-Foiie) die Röntgenstrahlung 6 (h) des Targets 4 an, der andere Teil 7 die Röntgenstrahlung h des in der Trübe zu analysierenden Elements. Im Detektor 3 wird die in der Meßkammer 10 durch die Trübe 1 geschwächte Primär-, Target- und Röntgenstrahlung 5, 6 und 7 registriert und in elektrische Impulse umgewandelt Nach Vor- und Hauptverstärker werden diese Impulse vom Vielkanalanalysator (s. Elektronik 14 nach F i g. 1) aufgenommen. Er führt die Integrale interessierender Bereiche des Spektrums (s. Fig.4 und 5) der Auswerteeinheit zu. Fig.4 zeigt hierbei das RFA-Spektrum einer BaSO4-haItigen CaF2-Trübe; die übrigen Daten entsprechen denen des Spektrums der F i g. 5.

Die F i g. 5 stellt im einzelnen ein Spektrum dar für die Ermittlung der Nettopeakfläche von Ba-K* (Konzentra-

tion BaSO₄ 3%), bei einer Bestrahlung mit 10 ηιρί ²⁴¹Am mit Ag-Target, Si(Li)/! 00 see. und der Dichte 1,2 g/cm³. Der Untergrund 8 (gepunktete Linie, einfache Schraffur) im Bereich III mit der Ba-K^-Linie wird mittels den Peakfläche 9 (Doppelschraffur) entspricht der Nettopeakfläche.

Die Fig.6 zeigt die Abhängigkeit der Fluoreszenz der Ba-Kn-Linie (in cps) von der Dichte (g/cm³) der

beiden Nebenbereichen Il und IV ermittelt. Die <; Trübe bzw. des BaSO₄-Gew.-% Anteils in der Trübe.

Hilmv.ti 6 Blatt ZeichiumuLMi

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Messung von Elementgehalten in Trüben unter Verwendung der Röntgenfluoreszenzanalyse, bei der

a) die zu messende Probe (1) zwischen der Anregungsquelle (2) und dem Detektor (3) hindurchgeführt,

b) die Probe (1) mit von der Quelle (2) ausgehender Primärstrahlung (5) durchstrahlt wird und

c) ein Teil der Primärstrahlung (5) die auszumessenden Elemente der Probe (1) zur Röntgenstrahlung (7) anregt,