EA044540B1 - Ядерно-радиометрический способ контроля качества угля - Google Patents
Ядерно-радиометрический способ контроля качества угля Download PDFInfo
- Publication number
- EA044540B1 EA044540B1 EA202293131 EA044540B1 EA 044540 B1 EA044540 B1 EA 044540B1 EA 202293131 EA202293131 EA 202293131 EA 044540 B1 EA044540 B1 EA 044540B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- gamma radiation
- energy
- thorium
- coal
- intensity
- Prior art date
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 title description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 46
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 claims description 27
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 claims description 27
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- ZSLUVFAKFWKJRC-UHFFFAOYSA-N thorium Chemical compound [Th] ZSLUVFAKFWKJRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- ZLMJMSJWJFRBEC-OUBTZVSYSA-N potassium-40 Chemical compound [40K] ZLMJMSJWJFRBEC-OUBTZVSYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000008520 organization Effects 0.000 claims 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical group 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910001748 carbonate mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- -1 sandstones Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к физическим способам анализа углей. Оно может быть использовано для контроля зольности угля в процессе его добычи, складирования и переработки в горнодобывающей и энергетической отраслях промышленности.
Известен радиометрический способ контроля зольности углей, основанный на измерении интенсивности естественного гамма-излучения, испускаемого природными радиоактивными элементами, находящимися в составе углей (Гречухин В.В. Геофизические методы исследования угольных скважин. М.: Недра, 1970. - С. 552.). Естественная радиоактивность ископаемых углей в основном обусловлена тяжелыми радиоактивными элементами, такими как уран-238, торий-232 и калий-40. Распространенность этих природных радионуклидов в различных минералах и горных породах существенно меняется (Ерофеев Л.Я., Вахромеев Г.С, Зинченко B.C. и др. Физика горных пород. - Изд-во Томского политехнического института, 2011. - С. 520). При этом естественная радиоактивность углей различных месторождений может быть обусловлена различными радионуклидами. Например, радиоактивность углей Печорского бассейна в основном определяется наличием глинистых фракций, преимущественно содержащих радионуклид K40. В Экибастузских углях (Казахстан) среднее содержание урана колеблется в интервале 1,1-1,4 г/т, а тория - 3,1-4,5 г/т.
Интегрированные данные о концентрации основных радионуклидов в углях следующие: уран-238 9-31 Бк/Кг; торий-232 - 9-19 Бк/кг; калий-40 - 26-130 Бк/кг. В пределах каждого угольного месторождения в зависимости от возраста угля, степени метаморфизма и других факторов удельная радиоактивность каждого радионуклида может меняться. Поэтому естественная радиоактивность углей (интегральная интенсивность естественного гамма-излучения, испускаемого при распаде радионуклидов, будет зависеть от их концентрации в минеральной (золообразующей) массе угля. Отсюда однозначная связь между естественной радиоактивностью угля и его зольностью может быть при постоянном содержании радионуклидов в минеральной массе угля либо при наличии определенной закономерности изменения их концентрации в зависимости от зольности угля.
В реальной практике эти условия не выполняются, что ухудшает однозначность принятой связи и повышает погрешность определения зольности по интегральной интенсивности, которая достигает 5-7 абс.% (Филиппов Е.М. Ядерная разведка полезных ископаемых. Справочник. - Киев: Наукова Думка, 1978. - С. 588).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения зольности, основанный на измерении интегральной интенсивности естественного гамма-излучения угля совместно с интенсивностями гамма-излучения урана-238 с энергией 2,2 МэВ, гамма-излучения тория-232 с энергией 2,62 МэВ, гамма-излучения калия-40 с энергией 1,46 МэВ (патент Республики Казахстан № 34846, 2021 г., авторы Пак Ю.Н., Пак Д.Ю., Ибатов М.К. и др).
Недостатком известного способа является невысокая чувствительность анализа высокозольных углей в условиях изменчивости компонентного состава минеральной части углей.
Задачей изобретения является повышение чувствительности определения зольности угля в большом диапазоне изменения зольности и компонентного состава минеральной части.
Технический результат изобретения состоит в расширении сферы применения способа.
Поставленная задача решается следующим образом. В процессе измерения интегральной интенсивности естественного гамма-излучения с энергией выше 350 кэВ, интенсивностей гамма-излучения урана с энергией 2,2 МэВ, тория с энергией 2,62 МэВ, калия с энергией 1,46 МэВ дополнительно на стандартных образцах угля с известной концентрацией тория-232 измеряют спектрально-энергетическое распределение гамма-излучения, находят ширину энергетического интервала AEi в области гамма-линии тория 2,62 МэВ, при которой величина отношения интенсивностей гамма-излучения тория N(Th), измеренной при найденной ширине энергетического интервала AEi, к интенсивности гамма-излучения урана N(U) с энергией 2,2 МэВ достигает максимальной контрастности к концентрации тория в угле, а зольность угля определяют по интегральной интенсивности естественного гамма-излучения угля, интенсивностям гамма-излучения урана с энергией 2,2 МэВ, гамма-излучения тория с энергией 2,62 МэВ, гаммаизлучения калия с энергией 1,46 МэВ совместно с величиной отношения интенсивности гаммаизлучения тория N(Th), измеренной при найденной ширине энергетического интервала AEi, к интенсивности гамма-излучения урана N(U) с энергией 2,2 МэВ.
В целом минеральная (золообразующая) составляющая угля представляет сложную смесь различных минеральных примесей и горных пород, таких как песчаники, глинистые минералы, известняки, доломиты, соленосные включения.
Как правило, органическая масса углей, кремнистые и карбонатные минеральные включения характеризуются низкой естественной радиоактивностью. Песчанистые и глинистые породы отмечаются повышенной естественной радиоактивностью.
В разных углях естественная радиоактивность обусловливается различными природными радионуклидами (U238, Th232, K40). Концентрации этих радионуклидов в разных углях меняются, как правило, вне зависимости от зольности угля и компонентного состава его минеральной массы.
Радионуклид K40 в основном содержится в глинистых включениях, входящих в минеральную (золо- 1 044540 образующую) часть. Его удельная радиоактивность связана с минеральной массой угля.
Распределение тория и урана в углях весьма неравномерно и определяется совокупным влиянием неоднородности компонентного состава, различия условий их накопления и степени угольного метаморфизма.
U238 и Th232 в зависимости от геохимических особенностей могут находиться в углях в разной форме. Возможна их миграция из органической составляющей в минеральную. В зоне окисления горных пород наблюдается концентрирование урана. Торий присутствует чаще всего в виде минеральных примесей в рассеянной форме.
Анализ компонентного состава золообразующей массы углей на примере Экибастузского и Карагандинского месторождений показал, что в целом имеет место обратная зависимость между суммой тяжелых золообразующих компонентов (соединения Fe, Ca) и суммой легких (соединения Al, Si, Mg). В этих соединениях преимущественно содержатся радионуклиды тория-232, калия-40 и в меньшей степени урана-238. Причем установлено, что отношение концентраций тория и урана (Th/U) в углях меняется в пределах от 3,7 (песчано-глинистые минералы) до 1,0 (соленосные минералы).
Отношение (Th/U) - важный геохимический индикатор миграции радионуклидов в структуре углей. Он позволяет учесть изменчивость компонентного состава минеральной массы угля, связанной с зольностью. Для повышения чувствительности на стандартных образцах угля с известной концентрацией тория находят оптимальную ширину энергетического интервала ΔEi в области линии тория 2,62 МэВ, при которой величина отношения интенсивности гамма-излучения тория N(Th), измеренной при найденной ΔEi, к интенсивности гамма-излучения урана N(U) с энергией 2,2 МэВ достигает максимальной контрастности к концентрации тория.
Это позволяет повысить однозначность результатов определения зольности с учетом величины отношения интенсивности гамма-излучения тория N (Th), измеренной при найденной ширине энергетического интервала ΔEi, к интенсивности гамма-излучения урана N(U) с энергией 2,2 МэВ.
Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно на стандартных образцах угля с известной концентрацией тория-232 измеряют спектрально-энергетическое распределение гамма-излучения, находят ширину энергетического интервала ΔEi в области гамма-линии тория 2,62 МэВ, при которой величина отношения интенсивности гамма-излучения тория N(Th), измеренной при найденной ширине энергетического интервала ΔEi, к интенсивности гамма-излучения урана N(U) с энергией 2,2 МэВ достигает максимальной контрастности к концентрации тория в угле, а зольность угля определяют по интегральной интенсивности естественного гамма-излучения угля, интенсивностям гаммаизлучения урана с энергией 2,2 МэВ, гамма-излучения тория с энергией 2,62 МэВ, гамма-излучения калия с энергией 1,46 МэВ совместно с величиной отношения интенсивности гамма-излучения тория N(Th), измеренной при найденной ширине энергетического интервала ΔEi, к интенсивности гамма-излучения урана с энергией 2,2 МэВ.
Предлагаемый ядерно-радиометрический способ контроля качества апробирован на углях Экибастузского и Карагандинского месторождений. Зольность варьировала в диапазоне 14-47%. Уголь крупностью до 150 мм размещался в цилиндрической кювете диаметром и высотой 80 см. Сцинтилляционный детектор располагался по оси кюветы на глубине 40 см. Геометрия измерений и выбранные размеры измерительной кюветы обеспечили максимальную эффективность регистрации естественного гаммаизлучения радионуклидов Th232, U238 и K40. Энергетическое распределение естественного гаммаизлучения углей измерялось многоканальным спектрометром АИ-1024. Оптимальная ширина энергетического интервала ΔEi в области линии тория 2,62 МэВ, найденная с точки зрения максимальной контрастности величины отношения интенсивности гамма-излучения тория N(Th), измеренной при найденной ΔEi, к интенсивности гамма-излучения урана N(U), составила 2,4-3,0 МэВ.
В процессе испытаний способа было проанализировано 26 проб, в которых зольность менялась в интервале 14-47% на каждой анализируемой пробе угля, измерялась интегральная интенсивность естественного гамма-излучения с энергией выше 350 кэВ, интенсивности гамма-излучений урана-238, тория232 и калия-40, а зольность угля определялась по совокупности измеренных интенсивностей совместно с величиной отношения N(Th)/N(U).
Сопоставительные данные о метрологических характеристиках предлагаемого способа и известного (прототипа) представлены в таблице.
| Способ | Интервал зольности,% | Чувствительность, проц. / % абс. | Погрешность, % абс. |
| Прототип | 14-47 | 1,43 | 3,1 |
| Предлагаемый | 14-47 | 1,82 | 2,7 |
Предлагаемый ядерно-радиометрический способ контроля качества угля в сравнении с известным способом-прототипом характеризуется повышенной чувствительностью к зольности в большом диапазоне ее изменения и меньшей погрешностью, что существенно расширяет сферу применения способа.
Исследование выполнено за счет гранта Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (проект АР № 13067779).
-
Claims (1)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯЯдерно-радиометрический способ контроля качества угля, основанный на измерении интегральной интенсивности естественного гамма-излучения угля, интенсивностей естественного гамма-излучения урана-238, тория-232 и калия-40, отличающийся тем, что дополнительно на стандартных образцах угля с известной концентрацией тория-232 измеряют спектрально-энергетическое распределение гаммаизлучения, находят ширину энергетического интервала ΔΕ; в области гамма-линии тория 2,62 МэВ, при которой величина отношения интенсивности гамма-излучения тория N(Th), измеренной при найденной ширине энергетического интервала ΔΕ;, к интенсивности гамма-излучения урана N(U) с энергией 2,2 МэВ достигает максимальной контрастности к концентрации тория в угле, а зольность угля определяют по интегральной интенсивности естественного гамма-излучения угля, интенсивностям гамма-излучения урана с энергией 2,2 МэВ, гамма-излучения тория с энергией 2,62 МэВ, гамма-излучения калия с энергией 1,46 МэВ совместно с величиной отношения интенсивности гамма-излучения тория N(Th), измеренной при найденной ширине энергетического интервала ΔΕ,, к интенсивности гамма-излучения урана с энергией 2,2 МэВ.Евразийская патентная организация, ЕАПВРоссия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA044540B1 true EA044540B1 (ru) | 2023-08-31 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Correia | Outcrop gamma-ray spectrometry: Applications to the Sinemurian-Pliensbachian organic-rich facies of the Lusitanian Basin (Portugal)/Espectrometría de rayos gamma: Aplicaciones a las facies orgánicas carbonatadas del Sinemuriense-Pliensbachiense de la Cuenca Lusitánica (Portugal) | |
| RU2636401C1 (ru) | Способ определения содержания ванадия и редкоземельных элементов по гамма-активности осадочных пород | |
| US3219820A (en) | Radioactivity well logging for detecting hydrogen and chlorine | |
| EA044540B1 (ru) | Ядерно-радиометрический способ контроля качества угля | |
| US3752984A (en) | Methods and system for detecting subsurface minerals | |
| Pires et al. | Use of nuclear techniques in soil science: A literature review of the Brazilian contribution | |
| US2909661A (en) | Radioactivity borehole logging | |
| Pontecorvo | Radioactivity analyses of oil well samples | |
| EA045116B1 (ru) | Радиометрический способ контроля качества угля | |
| EA046319B1 (ru) | Радиометрический способ оценки содержания природных радиоактивных элементов в углях | |
| Hady et al. | Natural radioactivity of basement younger granite rocks from the eastern desert | |
| Mingareeva et al. | Content of radionuclides (226Ra, 232Th, 40K, 137Cs) in soils of the North-West region of Russia formed on three types of soil forming rocks | |
| EA042865B1 (ru) | Нейтронный способ оценки качества угля | |
| Goodman | Geological applications of nuclear physics | |
| EA042305B1 (ru) | Гамма-альбедный способ анализа горно-металлургического сырья | |
| US2346789A (en) | Well logging | |
| RU2075099C1 (ru) | Способ определения зольности и теплотворной способности ископаемых углей | |
| SU354384A1 (ru) | Радиометрический способ исследовани горных пород и руд | |
| Li et al. | Small Diameter Natural Gamma Well Logging Tool Based on Position Sensitive Detector | |
| EA038855B1 (ru) | Способ двухзондового исследования сложных веществ | |
| Bondarenko et al. | Radioactive Logging Apparatus for Complex Investigations of Near-Surface Rocks | |
| SU1124241A1 (ru) | Способ поисков и разведки месторождений полезных ископаемых по радиоактивным газам | |
| EA039341B1 (ru) | Способ рентгенофлуоресцентного анализа угля | |
| RU2705750C2 (ru) | Способ определения содержания вольфрама и молибдена | |
| Reddy et al. | Determination of uranium, thorium and potassium contents in rock and soil samples using low‐energy gamma ray spectrometry |