Opublikowano: 10.VI.1965 49483 KI. "42 1, 3/0& MKP G 01 UKD n23K' Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Bohdan Dziunikowski, dr inz. Tadeusz j*- Florkowski i Wlasciciel patentu: Akademia Górniczo-Hutnicza (Instytut Techniki Jadrowej), Kraków (Polska) Sposób szybkiego oznaczania zawartosci olowiu w próbkach rud cyn kowo-olowiowych Wynalazek dotyczy sposobu szybkiego oznacza¬ nia zawartosci olowiu w próbkach rud cynkowo- olowiowych za pomoca selektywnej absorpcji pro¬ mieniowania gamma lub X, bez potrzeby uzywa¬ nia jakichkolwiek odczynników chemicznych, po¬ zwalajacy na otrzymanie wyniku w czasie okolo 5 minut z próbki o masie rzedu kilkuset gramów.Procesy eksploatacji oraz wzbogacania rud wy¬ magaja pobierania duzej ilosci próbek i dokony¬ wania na nich kontrolnych analiz chemicznych.Klasyczne metody analityczne, jakkolwiek wystar¬ czajaco dokladne, wymagaja dlugiego czasu, wy¬ noszacego kilku godzin, pracochlonnych czynnosci laboratoryjnych oraz zuzywania odczynników che¬ micznych.Masy analizowanych próbek nie przekraczaja na ogól kilku gramów w zwiazku z czym ilosc po¬ trzebnych analiz musi byc odpowiednio duza jesli chce sie otrzymac wlasciwy poglad na srednia za¬ wartosc odnosnego skladnika w danej partii rudy.Znana jest absorpcyjna metoda oznaczania pier¬ wiastków, ciezszych od tak zwanej matrycy prób¬ ki czyli podloza, w którym znajduje sie oznaczany pierwiastek. Ta metoda moze byc stosowana tylko w przypadku, gdy matryca ma staly sklad che¬ miczny, zawodzi jednak wówczas gdy matryca wy¬ kazuje zmienny sklad chemiczny, jak na przyklad w rudach cynkowo-olowiowych. W tym ostatnim przypadku oprócz zawartosci olowiu, która nalezy oznaczyc wystepuja zawsze zmienne koncentracje cynku i zelaza, co uniemozliwia oznaczenie zawar¬ tosci olowiu ta metoda.Niedogodnosci znanych metod usuwa sposób szybkiego oznaczania zawartosci olowiu w prób¬ kach rud cynkowo-olowiowych wedlug wynalazku, który polega na dwukrotnym przeswietleniu prób¬ ki promieniowaniem X o dwóch róznych energiach i interpretacji wyników w oparciu o odpowiednio opracowany nomogram zastepujacy znana krzywa cechowania. Energie promieniowania dobiera sie przy tym tak, aby jedna energia promieniowania X lezala powyzej tak zwanego fotoelektrycznego progu absorpcji olowiu, ,a druga — ponizej tego progu.Na rysunku fig. 1 przedstawia krzywe absorpcji promieniowania X powyzej progu absorpcji olo¬ wiu, fig. 2 — krzywe absorpcji olowiu, fig. 3 — no¬ mogram do oznaczania zawartosci olowiu, wyko¬ nany sposobem wedlug wynalazku oraz fig. 4 — geometrie pomiaru stosowana w sposobie wedlug wynalazku.Dla oznaczenia zawartosci olowiu sposobem we¬ dlug wynalazku wykorzystano znane w fizyce zja¬ wisko selektywnej absorpcji promieniowania gam¬ ma lub X w wTarstwie absorbenta zlozonego z lek¬ kiej matrycy z domieszkami pierwiastka ciezkie¬ go. W przypadku rud cynkowo-olowiowych ma¬ tryce stanowi skala plona w postaci wapienia lub dolomitu. Mierzac natezenie No wiazki promienio¬ wania gamma lub X, przechodzacej przez warstwe 494833 49483 4 absorbenta zlozonego z ozystej matrycy czyli poz¬ bawionej pierwiastka ciezkiego, a nastepnie nate¬ zenie N promieniowania po przejsciu przez absor- bent zawierajacy domieszke pierwiastka ciezkiego mozna ta droga wyznaczyc koncentracje k danego pierwiastka ciezkiego. Zachodzi tu bowiem jedno¬ znaczna zaleznosc funkcyjna miedzy tymi wielkos¬ ciami — i k, która istnieje tylko wówczas, gdy No matryca ma staly sklad chemiczny.W przypadku rud cynkowo-olowiowych nie mo¬ zna przyjmowac stalego skladu chemicznego ma¬ trycy, a to z tego wzgledu, ze w rudach oprócz olowiu wystepuje w zmiennych ilosciach cynk i ze¬ lazo, a ponadto moga to byc rudy siarczkowe lub weglanowe. W zwiazku z tym oslabienie wiazki promieni gamma lub X przy przejsciu przez prób¬ ke zalezy w tym przypadku nie tylko od koncen¬ tracji olowiu lecz równoczesnie od rodzaju rudy oraz od ilosci zawartego w niej zelaza i cynku.Przykladowo objasnia to fig. 1, na której uwi¬ doczniono doswiadczalnie otrzymana rodzine krzy¬ wych absorpcji promieniowania X o energii wy- szacej okolo 100 KeV, czyli powyzej progu absorp¬ cji olowiu, w próbkach zawierajacych rózne za¬ wartosci olowiu i cynku. Jak sie okazuje wplyw obecnosci cynku w matrycy jest tu tak znaczny, ze oznaczenie zawartosci olowiu staje sie prakty¬ cznie niemozliwe.Oznaczenie zawartosci olowiu w próbkach rud cynkowo-olowiowych sposobem wedlug wynalaz¬ ku polega na poddaniu badanej próbki dwukrotne¬ mu kolejnemu przeswietleniu promieniowaniem X 0 dwóch róznych energiach. Energie promieniowa¬ nia nalezy tak dolbrac, aby jedna z nich lezala po¬ wyzej fotoelektrycznego progu absorpcji olowiu wynoszacego 88 KeV a druga ponizej tego progu.W tym celu stosuje sie zródlo promieniowania ty¬ pu fi —X, w którym emiterem czastek fi jest na przyklad izotop 90Sr + 90Y na podwójnym targecie, najlepiej uranowo-olowiowym.Zródlo takie emituje równoczesnie dwie linie energetyczne" oznaczane jako UKa (100 KeV) oraz PbKa (75 KeV), wyraznie odznaczajace sie na tle ciaglego widma promieniowania hamowania. Na fig. 2 pokazano rodzine krzywych absorpcji otrzy¬ mana przy przeswietlaniu próbek standartowych fotonami o energii 75 KeV (PbKa).W oparciu o otrzymane krzywe absorpcji (fig. 1 i 2) wykresla sie na plaszczyznie XY nomogram (fig. 3). Punkty na plaszczyznie XY, odpowiadaja¬ ce próbkom o róznych koncentracjach olowiu bez domieszek cynku lub zelaza, ukladaja sie na jednej regularnej linii glównej a. Natomiast próbkom zawierajacym cynk, zelazo lub inne pierwiastka ciezsze od wlasciwej matrycy, która stanowi skala plona odpowiadaja punkty lezace ponizej linii a.Nomogram sluzy do interpretacji wyników dwu¬ krotnego przeswietlenia analizowanej próbki. Dla odczytania zawartosci olowiu nalezy otrzymany na plaszczyznie XY punkt P sprowadzic równolegle do linii pomocniczych b na linie glówna a,.której punkty odpowiadaja juz jednoznacznie okreslo¬ nym koncentracjom olowiu w próbce niezaleznie od skladu chemicznego jej matrycy, to znaczy nie¬ zaleznie od zmiennej zawartosci cynku, zelaza lub innych pierwiastków ciezszych od wlasciwej ma¬ trycy.Cechowanie aparatury i wykreslenie nomogra- mu stanowi czynnosc jednorazowa, która nalezy 5 wykonac przed przystapieniem do oznaczen spo¬ sobem wedlug wynalazku.Do oznaczania zawartosci olowiu sposobem we¬ dlug wynalazku wykorzystuje sie znana aparature laboratoryjna. Poniewaz do oznaczania zawartosci olowiu wymagane jest wydzielanie z widma ener¬ getycznego okreslonych linii energetycznych pro¬ mieniowania X lub y stosuje sie do tego celu zna¬ ny jednokanalowy spektrometr promieniowania gamma z licznikiem scyntylacyjnym lub propor- ic cjonalnym. \ ' ; 15 'i Cechowanie aparatury' polega na dwukrotnym przeswietleniu próbek standartowych o róznych zadanych koncentracjach olowiu i cynku w obu kanalach energetycznych. Cechowanie przeprowa¬ dza .sie dla wymaganego zakresu koncentracji olowiu. ¦ j Schemat geometrii pomiaru sposobem wedlug wynalazku przedstawia fig. 4.Przykl ad: sucha sproszkowana rude odwaza sie w standartowym pojemniku 3. Po odwazeniu 25 200 g pojemnik 3 wraz z ruda 4 wstawia sie mie¬ dzy zródlo promieniowania 7 a detektor promie¬ niowania 1, zaopatrzony w kolimutor olowiany 2 Zródlo 7 jest zabezpieczone oslona zelazna 6 i olo¬ wiana 5. Nastepnie wlacza sie przelicznik elektro- 30 nowy impulsów, który rejestruje czestosc zliczen impulsów — dla promieniowania X o energii \No/ nad progiem absorpcji olowiu po czym przesta¬ wia sie kanal analizatora i ponownie wlacza sie 35 przelicznik, otrzymujac znowu wartosc -~- dla pro¬ mieniowania X o energii pod progiem absorpcji olowiu. Otrzymane wartosci pomiarowe wyznacza¬ ja na plaszczyznie XY monogramu punkt P (fig. 3), który sprowadza sie równolegle do linii pomocni- 40 czych b na linie glówna a, której punkty odpowia¬ daja juz jednoznacznie okreslonym koncentracjom olowiu. Z linii a odczytuje sie procentowa zawar¬ tosc olowiu w badanej próbce.Oznaczanie zawartosci olowiu sposobem wedlug 45 wynalazku daje dokladny wynik; bezwzgledny sredni blad kwadratowy oznaczenia wynosi d — = ±0,05% Pb., w zakresie koncentracji olowiu od 0 do 3%.Calkowity czas pomiaru sposobem wedlug wy- 50 nalazku nie przekracza 5 minut. PL