Файл: Серго, Е. Е. Опробование и контроль технологических процессов на обогатительных фабриках учеб. пособие.pdf

§ 5. ПОЛЯРОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

Полярографический метод применяется для контроля состава твердых продуктов, которые предварительно раство­ ряются [11]. В сосуд 1 (рис. 40,а) наливается исследуемый раствор 2. Из сосуда 4 через капилляр 5 вытекает ртуть (ка­ пельный электрод) в сосуд 1, на дне которого находится ртуть 3 (вспомогательный электрод). С помощ'йЬ источника тока В и делителя напряжения П к электродам 3 и 4 прикла­ дывается напряжение. Тогда через раствор 2 потечет ток, обусловленный электролизом. Вследствие этого возника­ ет электродвижущая сила Р, называемая химической поля­ ризацией. Она действует в направлении, противоположном направлению приложенного напряжения Е — потенциала восстановления.

Сила тока равна

где R — сопротивление полярографической ячейки. Восстановление металлов происходит только при опре­

деленном значении Е. Например, медь восстанавливается при потенциале 0,1 в, цинк — 1,2 в, свинец — 0,4 в.

При малом значении потенциала протекает слабый ос­ таточный ток (рис. 40,6). Когда достигнут потенциал, при котором начинается восстановление металла, ток резко воз­ растает. Например, для цинка

Zn2+ + 2е- + Hg -* Zn (Hg).

На катоде образуется разбавленная амальгама цинка Zn (Hg), не препятствующая свободному падению капли. При

Рис. 40. Полярографический анализатор:

а — с х е м а п о л я р о г р а ф и ч е с к о й я ч е й к и ; 6 — с в я з ь м е ж д у т о к о м и п р и л о ж е н н ы м н а л * р я ж е н и е м в п о л я р о г р а ф и ч е с к о й я ч е й к е ; в — п о л я р о г р а м м а н а п е р е м е н н о м т о к е .

136

соприкосновении капли с анодом цинк отдает два электро­ на и снова переходит в виде иона в раствор:

Zn (Hg) — 2er- Zn2+.

Для определения природы вещества пользуются величиной потенциала полуволны ІЛ/, (рис. 40,б).

Электровосстанавливающие ионы разных металлов на по­ лярографической кривой дают характерные волны, позволя­ ющие количественно определить содержание различных ионов в растворе.

Средняя величина протекающего тока пропорциональна

Полярографические анализаторы свинца выпускает опыт­ ное предприятие ВНИКИ «Цветметавтоматика». Анализатор состоит из реактора для автоматического приготовления раствора и полярографа переменного тока КАП-225У.

Растворение навески сухого материала производится при помощи соляной кислоты. Продолжительность перемешива­ ния материала в реакторе 4,5 мин, цикл работы реактора продолжается 7 мин. Полярографирование производят с по­ мощью ртутнокапельного катода, выносного каломельного анода и -вспомогательного электрода (слой ртути на дне ячейки), предназначенного для уменьшения сопротивления между капельным анодом и раствором. Диапазон определе­ ния содержания свинца — от 0,05 до 5,0%. Погрешность измерения 5—7%. Масса навески хвостов — 5 г, руды — 1 г.

§ 6. РАДИОАКТИВНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

Радиоактивный метод применяется для контроля со­ держания свинца и других элементов в рудах и продуктах их обогащения. Он основан на измерении интенсивности элек­ тродного излучения поверхности пробы под действием на нее потока электромагнитного излучения (гамма-лучи, рент­ геновские лучи и др.).

Источниками уизлучения являются радиоактивные изо­ топы и рентгеновские трубки. Источником рентгеновских лучей являются рентгеновские трубки. Для регистрации у и рентгеновского излучения применяются ионизационные камеры, газоразрядные и сцинтиляционные счетчики.

137

поглощение (фотоэффект). При комптоновском рассея­ нии у-квант расходует частично энергию на изменение энергетического состояния атома и изменяет свое направ­ ление и частоту (рис. 41). При фотоэффекте атомом полно­ стью поглощается энергия у-кванта. В результате может выделиться фотоэлектрон, покидающий атом.

Вследствие удаления электрона возбужденный атом мо­ жет вернуться в исходное состояние, испустив флюоресцент­ ный (вторичный) у-квант. Ослабление узкого параллельного

где / 0 — начальная интенсивность излучения; / — интен­ сивность лучей после прохождения слоя материала; р — массовый коэффициент ослабления, зависящий от энергии излучения, атомного веса поглощенного элемента и поряд­ кового номера элемента; хи р — толщина слоя и плотность материала.

При контроле состава пульп и движущихся сыпучих мате­ риалов пользуются методом ослабления у-излучения. Метод основан на использовании двух пучков у-излучения: мяг­ кого (для контроля состава) и жесткого (для введения коррекции на изменение плотности). Ослабление мягкого у-излучения (Е < 0,1 Л4ЭВ) в основном определяется фото­ эффектом. При сравнительно жестком излучении (энергия Е > 0,3 /И,,,) массовый коэффициент поглощения не зави­ сит от химического состава материала.

При энергии у-квантов в пределах 0,5—1,5 МЪ]І главную

138

роль играет комптоновское поглощение, которое практиче­ ски не зависит от химического состава вещества.

Интенсивность мягкого / 2 и жесткого / 2 излучения, про­ шедших через двухкомпонентную смесь (рудные и неруд­ ные минералы), определяется по формулам [11]:

где ^ и ^ 2 — весовое содержание компонентов в смеси (k2 — = 1 — ki)\ р*, и рф, — массовые коэффициенты ослабления для полезных элементов, см2!г\ р*2 и Рф2— то же, для породы.

Путем деления одного уравнения на другое можно полу­ чить формулу для определения содержания компонента kt в смеси.

Интенсивность рассеянного излучения I связана с интен­ сивностью падающего излучения /0 и массовым коэффициен­ том ослабления р выражением [11]:

где аи b — постоянные коэффициенты.

На принципе рассеяния у-квантов или рентгеновских лучей пробой материала основан рентгенометрический золомер ЗАР-2, предназначенный для автоматического контроля зольности проб угля. Величина рассеяния мягких рентгенов­ ских лучей пробой угля зависит от содержания в ней золь­ ности.

В золомере ЗАР-2 применены компенсационный метод измерения и дифференциальная схема с эталоном. Проба угля и эталон облучаются лучами рентгеновской трубки с двумя пучками излучения. Рассеянные пробой и эталоном потоки рентгеновских лучей воспринимаются индикаторами, усиливаются и сравниваются друг с другом. Золомер ЗАР-2 состоит из генератора рентгеновских лучей, индикатора рент­ геновского излучения, измерительного блока, блока управ­ ления, устройства для подачи и удаления проб угля и феррорезонансного стабилизатора напряжения. Для контроля зольности и влажности мелких углей в потоке создан рентге­ нометрический анализатор мелочи РАМ-

139

§ 7. РЕНТГЕНОВСКИЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

Гамма-квант при взаимодействии с атомом отдает энер­ гию электрону, в результате чего электрон переходит на другую орбиту.

Между энергией начального состояния атома Ен и конеч­

Врезультате перехода электрона из одного состояния

вдругое происходит испускание или поглощение фотона рентгеновских лучей. В процессе перехода электрона из одной орбиты на другую (орбиты обозначаются буквами К, L, М и т. д.) избыток энергии уносится из атома либо фото­ ном какой-то серии, либо вторичным фотоэлектроном. Воз­ никающие при этом фотоны образуют рентгеновские лучи флюоресценции. На практике обычно применяются линии характеристического спектра /б-серии. По их энергии судят об атомном номере, а по интенсивности — о содержании ин­ тересующего компонента в исследуемом материале.

При рентгеноспектральном анализе атомы анализиру­ емых элементов возбуждаются посредством первичного ядерного излучения от рентгеновской трубки или радиоактивно­ го изотопа, а затем исследуется характеристическое излу­ чение, возбужденных атомов. Характеристический спектр, возникающий при возбуждении атомов электронами, назы­ вается первичным спектром, а спектр, возникающий в ре­ зультате возбуждения фотонами,— вторичным, или флуоре­ сцентным. Эти спектры характерны для каждого материала и определяются строением атомов вещества. На этом принци­

н о

Пульпа протекает через трубку / (рис. 42). Через от­ верстие 2, закрытое тонкой миларовой пленкой, рентгенов­ ская трубка 3 облучает протекающую пульпу. Вторичное рентге­ новское излучение попадает на коллиматор 4, затем на изогну­ тый кристалл кварца 5, раскладывающий рентгеновское излучение на спектр. Спектральные линии меди и никеля по­ ступают на сцинтилляторный счетчик 8 через щели 7 и 9. Орбюратор 6 попеременно перекрывает щели 7 и 9, что да­ ет возможность поочередно регистрировать линии меди и никеля. С помощью коммутирующего устройства 10, ди­ скриминатора//, пересчетных схем 12 и 13 и блока деления и регистрации 14 определяется отношение спектральных линий.

На Джезказганской обогатительной фабрике рентгеновскцй спектромер применяется для контроля содержания трех компонентов в продуктах обогащения. Относительная погрешность 7—10%. Продолжительность анализа 3— 5 мин.

§8. ПРИМЕНЕНИЕ ß-ИЗЛУЧЕНИЯ

ИНЕЙТРОННЫХ потоков ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Вследствие малой проникающей способности вторичного и ослабленного ß-излучения на практике применяют глав­ ным образом отраженное ß-излучение (рис. 43) [11].

Интенсивность рассеянного ß-излучения примерно про­ порциональна атомному номеру Z в степени от 1 /2 до 2/3. Так как отражение осуществляется главным образом поверхно­ стным слоем материала, то толщина критического слоя d«. анализируемой пробы должна быть не больше 0,2 R, где R — максимальный пробег ß-частиц в отражателе. На­ пример, для каменного угля dK» 0,25 мм.

Рассеянное ß-излучение регистрируется дифференци­ альными ионизационными камерами. Пробу анализируемо­ го материала помещают в кювету прямо под окном камеры.

Для контроля состава полезных ископаемых, в частнос­ ти их влажности, применяются также нейтронные потоки.

Источником нейтронов может быть бериллий или комби­ нация плутония и бериллия, облучаемых потоком а-частиц. При взаимодействии а-частиц с ядрами бериллия послед­ ние испускают нейтроны. Источником а-частиц служат изо­ топы полония и радия.

14!