EA042337B1 - Способ элементного анализа угля - Google Patents

Description

Изобретение относится к ядернофизическим способам анализа углей. Оно может быть использовано для экспрессного определения концентрации элементов в процессе разведки, добычи и переработки в геологоразведке и горнодобывающей отрасли.

Широко известен радиоизотопный рентгенорадиометрический метод, основанный на облучении анализируемого материала гамма-излучением и измерении интенсивности рентгеновской флуоресценции определяемого элемента.

Способ характеризуется значительной погрешностью в условиях наличия в анализируемом веществе элементов с близкими атомными номерами (Рентгенорадиометрический метод при поисках и разведке рудных месторождений. Очкур А.П., Томский И.В., Яншевский Ю.П. и др. Л. Недра, 1985, с. 204).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является рентгенорадиометрический способ, основанный на облучении вещества гамма-излучением и регистрации рентгеновского флуоресцентного излучения элементов с помощью избирательного (селективного) фильтра (Пак Ю.Н., Пак Д.Ю. Ядерные технологии в геофизических исследованиях. Караганда, изд-во КарГТУ, 2016, с. 147-148).

Недостатком известного способа является невысокая чувствительность анализа в присутствии элемента, близкого по атомному номеру с определяемым элементом.

Задачей изобретения является повышение чувствительности определения кобальта в углях в условиях наличия железа, близкого по атомному номеру элемента.

Технический результат изобретения состоит в расширении сферы применения способа за счет повышения чувствительности элементного анализа.

Поставленная задача решается следующим образом. В процессе облучения угля гамма-излучением дополнительно стандартные образцы угля со средними значениями зольности, содержания железа и минимальным и максимальным содержаниями кобальта в минеральной части последовательно облучают гамма-излучением с различной энергией, превышающей энергию К-края поглощения кобальта (~7,7 кэВ), измеряют спектрально-энергетическое распределение вторичного излучения, выбирают энергию первичного гамма-излучения Е₀ и находят ширину энергетического интервала AEi в области рентгеновской флуоресценции кобальта (~6,9 кэВ), при которых обеспечивается максимальная дифференциация измеренной интенсивности рентгеновской флуоресценции при изменении содержания кобальта, а на угле неизвестного состава при выбранной энергии первичного гамма-излучения Е₀ и найденной ширине энергетического интервала AEi измеряют интенсивность рентгеновской флуоресценции N1 при избирательном фильтре из марганца, интенсивность рентгеновской флуоресценции N₂ без избирательного фильтра, а содержание кобальта и железа в угле определяют по измеренным интенсивностям N1 и N2.

Основная трудность раздельного определения кобальта и железа в углях состоит в близости энергий рентгеновской флуоресценции кобальта (6,9 кэВ) и железа (6,4 кэВ). Конечное энергетическое разрешение современных пропорциональных детекторов в длинноволновой части спектра создает сложность детектирования в силу наложения рентгеновских флуоресценции этих элементов. Для повышения избирательности рентгенофлуоресцентного анализа угля на кобальт и железо используется селективный фильтр из марганца, энергия К-края поглощения которого (6,5 кэВ) заключена в интервале между энергиями флуоресцентного излучения кобальта и железа. Действие избирательного фильтра основано на резко различном ослаблении фильтрующим материалом излучений с энергией чуть менее и чуть более энергии К-края поглощения фильтра.

В практике рентгенофлуоресцентного анализа выбор энергии первичного гамма-излучения осуществляют как правило из условия Е₀>Е_К, а ширину энергетического интервала АЕ в области аналитических линий определяемых элементов выбирают с точки зрения минимизации статистической погрешности. Такие методические подходы не способствуют обеспечению высокой чувствительности рентгенофлуоресцентного анализа легких веществ, к каким относится уголь.

Исследования на стандартных образцах угля с минимальным и максимальным содержанием кобальта как наиболее тяжелого золообразующего элемента показали необходимость актуализации научнометодического подхода к выбору энергии первичного гамма-излучения и ширины энергетического интервала AEi в области флуоресцентного излучений железа и кобальта (6,4-6,9 кэВ) с точки зрения достижения максимальной чувствительности рентгенофлуоресцентного анализа угля. Последовательно облучают стандартные образцы гамма-излучением с различной энергией первичного излучения, измеряют спектрально-энергетическое распределение вторичного излучения, выбирают энергию первичного гамма-излучения Е₀ и находят ширину энергетического интервала AEi в области флуоресцентного излучения кобальта, при которых достигается максимальная дифференциация интенсивности рентгеновской флуоресценции при изменении содержания кобальта. Уголь неизвестного состава облучают гаммаизлучением с выбранной энергией Е₀, измеряют при найденной ширине энергетического интервала AEi интенсивность рентгеновской флуоресценции N1 при избирательном фильтре из марганца, интенсивность рентгеновской флуоресценции N2 без фильтра. По измеренным интенсивностям N1 и N2 определяют содержание кобальта и железа.

Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно стандартные

-

Claims (1)

1. образцы угля со средними значениями зольности, содержания железа и минимальным и максимальным содержаниями кобальта в минеральной части последовательно облучают гамма-излучением с различной энергией, превышающей энергию К-края поглощения кобальта (-7,7 кэВ), измеряют спектральноэнергетическое распределение вторичного излучения, выбирают энергию первичного гамма-излучения Е_о и находят ширину энергетического интервала AEj в области рентгеновской флуоресценции кобальта (-6,9 кэВ), при которых обеспечивается максимальная дифференциация измеренной интенсивности рентгеновской флуоресценции при изменении содержания кобальта, а на угле неизвестного состава при выбранной энергии первичного гамма-излучения Е_о и найденной ширине энергетического интервала ΔΕί измеряют интенсивность рентгеновской флуоресценции Νι при избирательном фильтре из марганца, интенсивность рентгеновской флуоресценции N₂ без избирательного фильтра, а содержание кобальта и железа в угле определяют по измеренным интенсивностям Νι и N₂.

   Предлагаемый способ элементного анализа угля апробирован на Шубаркольских углях, в которых зольность менялась в пределах 8-16%. Среднее содержание железа 5,6%. Содержание кобальта варьировало в интервале 0,2-1,4%. Основную часть минеральной (золообразующей) массы составляли алюмосиликатные соединения. В качестве первичных излучателей использованы радионуклидные источники: тритийциркониевые мишени (~8 кэВ), плутоний-238 (-16 кэВ) и кадмий-109 (~22 кэВ).

   В процессе последовательного облучения стандартных образцов с минимальным и максимальным содержанием кобальта измеряли спектрально-энергетическое распределение вторичного излучения. Путем обработки полученных спектров выбрали энергию первичного гамма-излучения и нашли ширину энергетического интервала ΔΕ^ в области аналитической линии кобальта (-6,9 кэВ), при которых обеспечивается максимальная дифференциация измеренной интенсивности.

   Анализ угля осуществлялся на рентгенофлуоресцентном анализаторе РРК-103. При выбранной энергии первичного гамма-излучения 16 кэВ (плутоний-238) и найденной ширине энергетического интервала ΔΕΐ=6,1-7,4 кэВ обеспечена максимальная дифференциация измеренной интенсивности флуоресцентного излучения при изменении содержания кобальта.

   Рентгенофлуоресцентный анализ проводился при выбранных оптимальных Е_о и АЕ^ путем измерения интенсивности рентгеновской флуоресценции Νι с избирательным фильтром из марганца толщиной 3,8 мг/см² и интенсивности рентгеновской флуоресценции Ν₂ без фильтра.

   Измеренные интенсивности рентгеновской флуоресценции Νι и Ν₂ характеризуют уравнения регрессии, при совместном решении которых определяют концентрации кобальта и железа.

   В таблице представлены сопоставительные данные о чувствительности предлагаемого способа и способа-прототипа.

   Способ Диапазон изменения Кобальт —---'% Железо Относительная чувствительность к кобальту проц./% абс.

   Предлагаемый ОД - 1,4 2,4 — 11,6 6,2

   Прототип (Е_о=8 кэВ) 0,2 - 1,4 2,4-11,6 3,9

   Прототип (Ео—16 кэВ) 0,2 - 1,4 2,4-11,6 4,8

   Прототип (Ео=22 кэВ) 0,2 - 1,4 2,4-11,6 4,2

   Предлагаемый способ элементного анализа угля в сравнении с известным способом-прототипом характеризуется повышенной чувствительностью к кобальту, что существенно расширяет сферу применения способа.

   ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Способ элементного анализа угля, заключающийся в его облучении гамма-излучением и регистрации рентгеновской флуоресценции элементов с помощью избирательного фильтра, отличающийся тем, что дополнительно стандартные образцы угля со средними значениями зольности, содержания железа и минимальным и максимальным содержаниями кобальта в минеральной части последовательно облучают гаммаизлучением с различной энергией, превышающей энергию К-края поглощения кобальта (-7,7 кэВ), измеряют спектрально-энергетическое распределение вторичного излучения, выбирают энергию первичного гаммаизлучения Е_о и находят ширину энергетического интервала ΔΕ, в области рентгеновской флуоресценции кобальта (-6,9 кэВ), при которых обеспечивается максимальная дифференциация измеренной интенсивности рентгеновской флуоресценции при изменении содержания кобальта, а на угле неизвестного состава при выбранной энергии первичного гамма-излучения Е_о и найденной ширине энергетического интервала AEj измеряют интенсивность рентгеновской флуоресценции Νι при избирательном фильтре из марганца, интенсивность рентгеновской флуоресценции Ν₂ без избирательного фильтра, а содержание кобальта и железа в угле определяют по измеренным интенсивностям Νι и Ν₂.

   Евразийская патентная организация, ЕАПВ

   Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2