EA046310B1 - Нейтронно-физический способ определения пирита в угле - Google Patents
Нейтронно-физический способ определения пирита в угле Download PDFInfo
- Publication number
- EA046310B1 EA046310B1 EA202391931 EA046310B1 EA 046310 B1 EA046310 B1 EA 046310B1 EA 202391931 EA202391931 EA 202391931 EA 046310 B1 EA046310 B1 EA 046310B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- coal
- pyrite
- girs
- thermal neutrons
- maximum
- Prior art date
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims description 23
- NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N pyrite Chemical compound [Fe+2].[S-][S-] NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 23
- 229910052683 pyrite Inorganic materials 0.000 title claims description 23
- 239000011028 pyrite Substances 0.000 title claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 8
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 6
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 6
- 238000000053 physical method Methods 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- NFMAZVUSKIJEIH-UHFFFAOYSA-N bis(sulfanylidene)iron Chemical compound S=[Fe]=S NFMAZVUSKIJEIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001579 aluminosilicate mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 229910052960 marcasite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к ядерно-физическим способам анализа сложных веществ. Оно может быть использовано для анализа углей и продуктов их переработки в угледобывающей, металлургической и других отраслях промышленности.
Широко известен рентгенофлуоресцентный способ анализа угля, заключающийся в измерении интенсивности рентгеновского флуоресцентного излучения элемента (Евразийский патент № 039341, 2022 г. Способ рентгенофлуоресцентного анализа угля. Авторы: Пак Ю., Пак Д. и др.).
Недостатком известного способа является низкая представительность анализа, обусловленная необходимостью анализа тонкоизмельченного угля аналитической крупности (—0,1 мм) массой 1-2 г.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является нейтронный гамма способ, основанный на облучении анализируемого угля потоком нейтронов и регистрации гаммаизлучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами железа (Пак Ю.Н., Пак Д.Ю. Методы и приборы ядерно-физического анализа углей. Караганда. Изд-во КарГТУ, 2012, с. 186).
Недостатком известного способа является невысокая чувствительность, обусловленная тем, что содержание пирита (FeS2) в угле определяют только по избирательной информации о железе.
Задачей изобретения является повышение чувствительности определения пирита в условиях значительной изменчивости вещественного состава углей и расширение сферы применения способа.
Технический результат изобретения состоит в расширении сферы применения способа и повышении чувствительности определения пирита в угле.
Поставленная задача решается следующим образом. Интенсивность гамма-излучения, возникающего при радиационном захвате тепловых нейтронов (далее ГИРЗ) ядрами элементов, находится в сложной зависимости от многих факторов (длины зонда, нейтронно-замедляющих свойств, нейтроннопоглощающих свойств, концентрации аномальных поглотителей). В контексте поставленной задачи (определение концентрации пирита в угле) уголь можно представить трехкомпонентной смесью: углерод, пирит (FeS2), алюмосиликатные минеральные соединения. Иными словами в анализируемых углях находятся углерод, кислород, алюминий, кремний, сера, кальций и железо. Последние 5 элементов составляют более 95% всей минеральной части угля.
В табл. 1 даны значения макроскопических сечений радиационного захвата тепловых нейтронов и значения энергий ГИРЗ. Вероятность радиационного захвата тепловых нейтронов максимальна у Fe (2,8 см2/г) и серы (0,96 см2/г).
Таблица 1
| Элемент | Макроскопическое сечение РЗ, см2/г | Энергия ГИРЗ, МэВ |
| С | -о | - |
| А1 | 0,52 | 7,72 |
| Si | 0,34 | 4,93 |
| S | 0,96 | 5,44 |
| Са | 0,65 | 6,41 |
| Fe | 2,8 | 7,64 |
Таким образом, энергетическое распределение ГИРЗ тепловых нейтронов от угля формируется ГИРЗ от ядер Al, Si, S, Ca и Fe. Превалирующий вклад вносят Fe и S.
Возможности раздельного определения концентрации отдельных минеральных компонентов угля по спектрометрии захватного гамма-излучения ограничены недостаточным энергетическим разрешением сцинтилляционного спектрометра и сложностью его аппаратурной функции. В результате аппаратурные спектры ГИРЗ искажены вкладом комптоновского распределения более высокоэнергетического гаммаизлучения.
На основе измерения энергетического распределения ГИРЗ на стандартных образцах угля с минимальным и максимальным содержанием пирита (FeS2) при различной длине зонда находят длину зонда Li и выбирают энергетические интервалы ΔES в области ГИРЗ ядрами серы (—5,44 МэВ) и ΔΕΡε в области ГИРЗ ядрами железа (—7,64 МэВ), при которых наблюдается максимальная контрастность (дифференциация) интенсивности ГИРЗ в найденных энергетических интервалах ΔES и ΔΕΡε к содержанию пирита. По интенсивности ГИРЗ, измеренным при найденной длине зонда Li и выбранных энергетических интервалах ΔES и ΔΕΡε, определяют содержание пирита. Это делает предлагаемый способ более чувствительным.
Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно на стандартных образцах угля с минимальным и максимальным содержанием пирита измеряют энергетическое распределение ГИРЗ при различной длине зонда L, находят длину зонда Li и выбирают энергетические интервалы: ΔES в области ГИРЗ тепловых нейтронов ядрами серы (—5,44 МэВ) и ΔΕΡε в области ГИРЗ тепловых нейтронов ядрами железа (—7,64 МэВ), при которых наблюдается максимальная контрастность интенсивности ГИРЗ в найденных энергетических интервалах ΔΕδ и ΔΕΡε от стандартных образцов с минимальным и максимальным содержанием пирита, а содержание пирита в угле определяют по интенсивностям ГИРЗ, измеренным при найденной длине зонда Li и выбранных энергетических интервалах ΔΕδ и AEFe.
- 1 046310
Пример реализации способа.
В качестве анализируемого материала выбраны Карагандинские угли. Зольность менялась в пределах 18,2-34,6%. Содержание пирита - в пределах 1,44-4,64%. Источником первичного нейтронного излучения служил Po-Be источник. Регистрирующей аппаратурой служил гамма-спектрометр на основе сцинтилляционного детектора NaJ (Tl) и многоканального анализатора АИ-1024.
На стандартных образцах угля с минимальным содержанием пирита (1,44%) и максимальным содержанием пирита (4,64%) найдены оптимальные параметры: длина зонда Li=26 см, энергетические интервалы AES=(4,51-5,48) МэВ; AEFe=(6,52-7,73) МэВ.
Содержание пирита в пробах угля массой - 50 кг и крупностью (-10 мм) определялось по интенсивностям ГИРЗ тепловых нейтронов ядрами серы и железа, измеренным при найденной длине зонда 26 см и выбранных энергетических интервалах ΔES и AEFe. Это обеспечило повышенную чувствительность способа к пириту в большом диапазоне его изменения.
В табл. 2 представлены сопоставительные метрологические характеристики, полученные в процессе апробации предлагаемого и известного способов.
Таблица 2
| Способ | Диапазон изменения содержания: золы -----,% пирита | Относительная чувствительность, проц./% абс. |
| Прототип | 18,2 - 34,6 1,44 — 4,64 | 4.86 |
| Предлагаемый | 18,2 - 34,6 1,44 - 4,64 | 6.14 |
Предлагаемый нейтронно-физический способ определения содержания пирита в угле в сравнении со способом-прототипом выгодно отличается повышенной чувствительностью к пириту в условиях значительной изменчивости состава углей, что расширяет сферу применения.
Данное исследование финансируется Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (грант № AP 19678770).
Claims (1)
- Нейтронно-физический способ определения пирита в угле, основанный на его облучении потоком быстрых нейтронов и регистрации гамма-излучения радиационного захвата (ГИРЗ) тепловых нейтронов, отличающийся тем, что дополнительно на стандартных образцах угля с минимальным и максимальным содержанием пирита измеряют энергетическое распределение ГИРЗ при различной длине зонда L, находят длину зонда Li и выбирают энергетические интервалы: ΔΕ8 в области ГИРЗ тепловых нейтронов ядрами серы (-5,42 МэВ) и AEFe в области ГИРЗ тепловых нейтронов ядрами железа (-7,64 МэВ), при которых наблюдается максимальная контрастность интенсивности ГИРЗ в выбранных энергетических интервалах ΔES и AEFe от стандартных образцов с минимальным и максимальным содержанием пирита, а содержание пирита в угле определяют по интенсивностям ГИРЗ, измеренным при найденной длине зонда Li и выбранных энергетических интервалах ΔES и AEFe.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA046310B1 true EA046310B1 (ru) | 2024-02-23 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS5853732B2 (ja) | 石炭分析方法 | |
| US4566114A (en) | X- and γ-Ray techniques for determination of the ash content of coal | |
| Borsaru et al. | Application of PGNAA for bulk coal samples in a 4π geometry | |
| EA046310B1 (ru) | Нейтронно-физический способ определения пирита в угле | |
| SE461552B (sv) | Saett att ta haensyn till bakgrundsstraalningen vid bestaemning av straalningsintensiteten hos analysprov foer sortering | |
| Pak et al. | Neutron gamma-method for monitoring ash content of coal | |
| Borsaru et al. | Bulk analysis using nuclear techniques | |
| Pak et al. | Solid fuel quality control by the pulsed neutron–gamma method | |
| EA044472B1 (ru) | Способ импульсного нейтронного зондирования для оценки качества твердых полезных ископаемых | |
| Nayak et al. | PIXE and EDXRF studies on banded iron formations from eastern India | |
| Obhođaš et al. | Development of the quality assurance/quality control procedures for a neutron interrogation system | |
| EA042340B1 (ru) | Способ инструментального анализа сернистости угля | |
| EA038855B1 (ru) | Способ двухзондового исследования сложных веществ | |
| EA038411B1 (ru) | Гамма-альбедный способ определения плотности руд сложного состава | |
| EA042865B1 (ru) | Нейтронный способ оценки качества угля | |
| EA044767B1 (ru) | Гамма-альбедный способ анализа минерального сырья | |
| EA045771B1 (ru) | Гамма-спектрометрический способ анализа руд сложного состава | |
| Lim et al. | On-belt analysis of ash in coal | |
| Miura et al. | Precise determination of silicon in ceramic reference materials by prompt gamma activation analysis at JRR-3 | |
| EA042305B1 (ru) | Гамма-альбедный способ анализа горно-металлургического сырья | |
| EA039341B1 (ru) | Способ рентгенофлуоресцентного анализа угля | |
| Cywicka-Jakiel | Fast-neutron and gamma-ray transmission method for coke-humidity determination | |
| RU2263311C1 (ru) | Способ экспресс-определения зольности биоматериалов | |
| EA044857B1 (ru) | Ядерно-геофизический способ анализа руд | |
| Miller et al. | Nondestructive method for quantifying thallium dopant concentrations in CsI: Tl crystals |