eng
Выпуск #4/2018
Я.Т.Выскрибенцев, А.Д.Гоганов, В.А.Ермолинская
Анализ элементного состава цементных материалов на рентгенофлуоресцентном энергодисперсионном спектрометре БРА-135F
Анализ элементного состава цементных материалов на рентгенофлуоресцентном энергодисперсионном спектрометре БРА-135F
Просмотры: 2070
Приведены основные характеристики универсального рентгенофлуоресцентного энергоди- сперсионного спектрометра БРА-135F. Показана возможность его применения при определении элементного состава цементов и материалов цементного производства. Описана разраба- тываемая методика измерений, включая процесс пробоподготовки, перечень и диапазоны концентраций определяемых элементов, приведены результаты предварительных испытаний.
УДК 543.426
DOI: 10.22184/2227-572X.2018.41.4.376.378
УДК 543.426
DOI: 10.22184/2227-572X.2018.41.4.376.378
Теги: cement clinker energy-dispersive x-ray spectrometer raw mix x-ray spectral analysis клинкер рентгеноспектральный анализ сырьевая смесь цемент энергодисперсионный рентгенофлуоресцентный спектрометр
ВВЕДЕНИЕ
В течение многих лет для экспресс-анализа цемента и технологических продуктов в производственном цикле на цементных предприятиях используется рентгенофлуоресцентный волнодисперсионный метод. Его основная задача – определение химического состава образцов для обеспечения необходимого состава сырьевой муки. В работе исследована возможность использования для этой цели рентгенофлуоресцентного энергодисперсионного анализа. АО ИЦ “Буревестник” выпускает рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр БРА-135F, который нашел широкое применение в аналитической практике для массовых анализов горных пород, руд, сплавов и других промышленных материалов. Преимущества энергодисперсионного спектрометра: низкая стоимость оборудования и его обслуживания, малая потребляемая мощность, одновременное определение многих (до 15–20) элементов в интервале Z от 9 (F) до 92 (U) в образцах сложного химического состава, отсутствие необходимости внесения изменений в спектрометр при расширении перечня определяемых элементов. При этом возможен как качественный, так и точный количественный анализ .
ПРОБОПОДГОТОВКА
Изучали перспективы применения спектрометра БРА-135F для определения основных компонентов (MgO, Al2O3, SiO2, SO3, K2O, CaO, Fe2O3) в цементах, клинкерах и сырьевой муке.
Исследовали образцы, сплавленные с боратным флюсом, при этом диапазон массовых отношений “образец : флюс” варьировали от 1 : 1,8 до 1 : 2,2. Преимущество плавающего отношения “образец : флюс” состоит в упрощении процесса взятия навесок образца и флюса без снижения точности анализа.
Подготовка образцов цементов, клинкеров и сырьевой муки перед сплавлением включала такие стадии, как сушка и измельчение. Пробы смешивали с боратным флюсом и сплавляли в платиновых тиглях в диапазоне температур 1000–1125 °C в муфельной печи в течение 2–10 мин, после этого тигли переносили в эксикатор, остужали до комнатной температуры, затем взвешивали для нахождения массы потерь при прокаливании. Снова помещали тигли с застывшей смесью в печь на несколько минут, получившийся расплав выливали в стальное кольцо на поверхность стальной разогретой подложки и прижимали массивным плунжером для формирования лицевой поверхности стекла-излучателя. Весь процесс приготовления одного стекла-излучателя занимал не более 15 мин.
ПАРАМЕТРЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Стекло-излучатель помещали на разделительное окно измерительной камеры спектрометра. В спектрометре установлена рентгеновская трубка с родиевым анодом с анодной мощностью 10 Вт и полупроводниковый детектор SDD с активной площадью 0,25 см2, энергетическим разрешением 135 эВ (линия MnKα) и допустимой загрузкой до 105 с-1, постоянная формирования времени сигнала детектора – 1,6 мкс. Измерения вели в вакуумном режиме работы спектрометра. Остальные условия измерения приведены в табл.1 для каждого определяемого элемента.
ГРАДУИРОВКА
Для градуировки спектрометра использовали 25 образцов, среди которых ГСО, ОСО, пробы цементных заводов, их смеси друг с другом и с индивидуальными веществами, включающими определяемые элементы. Необходимо отметить, что ни один образец впоследствии не был исключен из градуировки ни на одном из компонентов, так как получившиеся регрессионные уравнения хорошо описывали взаимные влияния компонентов проб друг на друга. В табл.2 представлены основные характеристики полученных градуировок: вид градуировочных уравнений (где C – расчетная концентрация компонента, IA – интенсивность сигнала на спектральной линии компонента А, an – коэффициент перед n-членом регрессионного уравнения), остаточная погрешность градуировок граф в пересчете на концентрации компонентов в сплавленном стекле, а не в исходном образце.
ПОКАЗАТЕЛИ ТОЧНОСТИ
Для предварительной оценки показателей качества методики выбраны три стандартных образца, не вошедшие в градуировку: ГСО 8846-2006 (цементная сырьевая смесь 27-11-92), ГСО 8847-2006 (портландцемент 32-11-93), ОСО-36-11-
2011 (цементная сырьевая смесь). План оценки включал пять экспериментальных дней (сессий) по пять параллельных единичных определений каждого из стандартных образцов ежедневно. В табл.3 приведен пример результатов измерений образца ГСО 8847-2006 (портландцемент 32-11-93) в условиях повторяемости в один из экспериментальных дней. В табл.4 представлены полученные показатели методики, рассчитанные согласно РМГ 61-2010, где ur – показатель повторяемости, а Uл – показатель точности методики в виде неопределенности с коэффициентом охвата k= 2, рассчитанный с учетом показателя внутрилабораторной прецизионности.
ВЫВОДЫ
Проведенное исследование показало, что использование энергодисперсионного спектрометра БРА-135F и предварительной методики пробоподготовки для сплавленных проб обеспечивает возможность определения таких компонентов, как MgO, Al2O3, SiO2, SO3, K2O, CaO, Fe2O3 в цементах, клинкерах и сырьевых смесях. Показатели точности позволяют судить о возможности аттестации разрабатываемой методики и успешном применении в отрасли строительных материалов. ■
Гоганов А. Д., Выскрибенцев Я. Т., Ермолинская В. А. К методике рентгенофлуоресцентного определения элементного состава цементов и материалов цементного производства на энергодисперсионном спектрометре БРА-135F // Тезисы докладов Третьего съезда аналитиков России 8–13 октября 2017 г., г. Москва. http://www. wssanalytchem.org/car2017/Publications/2017-Abstracts.pdf 2017.
М.: ГЕОХИ РАН, 2017. С. 325.
В течение многих лет для экспресс-анализа цемента и технологических продуктов в производственном цикле на цементных предприятиях используется рентгенофлуоресцентный волнодисперсионный метод. Его основная задача – определение химического состава образцов для обеспечения необходимого состава сырьевой муки. В работе исследована возможность использования для этой цели рентгенофлуоресцентного энергодисперсионного анализа. АО ИЦ “Буревестник” выпускает рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр БРА-135F, который нашел широкое применение в аналитической практике для массовых анализов горных пород, руд, сплавов и других промышленных материалов. Преимущества энергодисперсионного спектрометра: низкая стоимость оборудования и его обслуживания, малая потребляемая мощность, одновременное определение многих (до 15–20) элементов в интервале Z от 9 (F) до 92 (U) в образцах сложного химического состава, отсутствие необходимости внесения изменений в спектрометр при расширении перечня определяемых элементов. При этом возможен как качественный, так и точный количественный анализ .
ПРОБОПОДГОТОВКА
Изучали перспективы применения спектрометра БРА-135F для определения основных компонентов (MgO, Al2O3, SiO2, SO3, K2O, CaO, Fe2O3) в цементах, клинкерах и сырьевой муке.
Исследовали образцы, сплавленные с боратным флюсом, при этом диапазон массовых отношений “образец : флюс” варьировали от 1 : 1,8 до 1 : 2,2. Преимущество плавающего отношения “образец : флюс” состоит в упрощении процесса взятия навесок образца и флюса без снижения точности анализа.
Подготовка образцов цементов, клинкеров и сырьевой муки перед сплавлением включала такие стадии, как сушка и измельчение. Пробы смешивали с боратным флюсом и сплавляли в платиновых тиглях в диапазоне температур 1000–1125 °C в муфельной печи в течение 2–10 мин, после этого тигли переносили в эксикатор, остужали до комнатной температуры, затем взвешивали для нахождения массы потерь при прокаливании. Снова помещали тигли с застывшей смесью в печь на несколько минут, получившийся расплав выливали в стальное кольцо на поверхность стальной разогретой подложки и прижимали массивным плунжером для формирования лицевой поверхности стекла-излучателя. Весь процесс приготовления одного стекла-излучателя занимал не более 15 мин.
ПАРАМЕТРЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Стекло-излучатель помещали на разделительное окно измерительной камеры спектрометра. В спектрометре установлена рентгеновская трубка с родиевым анодом с анодной мощностью 10 Вт и полупроводниковый детектор SDD с активной площадью 0,25 см2, энергетическим разрешением 135 эВ (линия MnKα) и допустимой загрузкой до 105 с-1, постоянная формирования времени сигнала детектора – 1,6 мкс. Измерения вели в вакуумном режиме работы спектрометра. Остальные условия измерения приведены в табл.1 для каждого определяемого элемента.
ГРАДУИРОВКА
Для градуировки спектрометра использовали 25 образцов, среди которых ГСО, ОСО, пробы цементных заводов, их смеси друг с другом и с индивидуальными веществами, включающими определяемые элементы. Необходимо отметить, что ни один образец впоследствии не был исключен из градуировки ни на одном из компонентов, так как получившиеся регрессионные уравнения хорошо описывали взаимные влияния компонентов проб друг на друга. В табл.2 представлены основные характеристики полученных градуировок: вид градуировочных уравнений (где C – расчетная концентрация компонента, IA – интенсивность сигнала на спектральной линии компонента А, an – коэффициент перед n-членом регрессионного уравнения), остаточная погрешность градуировок граф в пересчете на концентрации компонентов в сплавленном стекле, а не в исходном образце.
ПОКАЗАТЕЛИ ТОЧНОСТИ
Для предварительной оценки показателей качества методики выбраны три стандартных образца, не вошедшие в градуировку: ГСО 8846-2006 (цементная сырьевая смесь 27-11-92), ГСО 8847-2006 (портландцемент 32-11-93), ОСО-36-11-
2011 (цементная сырьевая смесь). План оценки включал пять экспериментальных дней (сессий) по пять параллельных единичных определений каждого из стандартных образцов ежедневно. В табл.3 приведен пример результатов измерений образца ГСО 8847-2006 (портландцемент 32-11-93) в условиях повторяемости в один из экспериментальных дней. В табл.4 представлены полученные показатели методики, рассчитанные согласно РМГ 61-2010, где ur – показатель повторяемости, а Uл – показатель точности методики в виде неопределенности с коэффициентом охвата k= 2, рассчитанный с учетом показателя внутрилабораторной прецизионности.
ВЫВОДЫ
Проведенное исследование показало, что использование энергодисперсионного спектрометра БРА-135F и предварительной методики пробоподготовки для сплавленных проб обеспечивает возможность определения таких компонентов, как MgO, Al2O3, SiO2, SO3, K2O, CaO, Fe2O3 в цементах, клинкерах и сырьевых смесях. Показатели точности позволяют судить о возможности аттестации разрабатываемой методики и успешном применении в отрасли строительных материалов. ■
Гоганов А. Д., Выскрибенцев Я. Т., Ермолинская В. А. К методике рентгенофлуоресцентного определения элементного состава цементов и материалов цементного производства на энергодисперсионном спектрометре БРА-135F // Тезисы докладов Третьего съезда аналитиков России 8–13 октября 2017 г., г. Москва. http://www. wssanalytchem.org/car2017/Publications/2017-Abstracts.pdf 2017.
М.: ГЕОХИ РАН, 2017. С. 325.
Отзывы читателей
