applications of integrated xrf-xrd spectrometer in the lime industry

8/17/2019 Applications of integrated XRF-XRD spectrometer in the lime industry

1/5

1386ماهشهریو/7شماره/ال دو م هن مه علمی تخصصی فن وری سیم ن 36

گروه تحقی ترجمه

ی

ک

ل

ک

ترکیبیک ربرده ی

XRF-XRDسپکترومتر

Applications of integrated XRF-XRD

spectrometer in the lime industry

سنگ آهک و مینرالهای همراه آن از مهمترین موادی هستند ک ه در

ه و آهک هیدرات((CaOآهک.روصنایع ساختمانی و سیمان بکار می

Ca(OH)2هیفص ت یار ب نی نچمه و میس لک تاکیلی س رجآ تخاس رد

گازهای خروجی نیروگاههای برق که سوخت آنه ا زغ ال س نگ اس ت

بنابراین آنالیز و تعیین مشخصات این مواد برای ح داکثر.روبکار می

.وری و کنترل مناسب فرآیند اهمیت داربهره

کیفیت آهک و ویژگ ها و مشخصات پختدرجه خلوص سنگ آهک

توان د م ورد بررس یآن از طریق روش شیمیایی و میکروسکوپیک می

برای مثال آهک موجود در سنگ آهک از طری ق روش پ رت.قرار گیرد

آه درموجوآهک.شو تعیینتوانم((Loss On Ignitionحرارتی

.گردگیری قابلیت رسانایی مشخص متجارتی از طریق روش اندازه

رواب طبا

و

متغیره ا

تعی ین

در

روش ها

ای ن

از

بع ضی

وجودیک ه

نیاز ب ه زم ان ط والنیباشندمطلوب بسیار مفید می بلاغهت شادرد و

.باشیندهای کنترل معمول دشوار مموارد همراهی آنها با فبرخی

روش ی( (WDXRFپراکنده ساز ط ول م وجXفلورسانس اشعه

آنالیزه ای.گ ردداص ر مح سوب م یبرای تعیین درصد اکسیدهای ع

بوک سیت و سنگ معدن آهن خاک سریع از مواد خام مثل سنگ آهک

کان ال ثب ات 10ت ا 8همزم ان س نج ب اXRFگچ از طریق اسپکترومتر

:اک سیدهای فرع ی و اص لی مث ل.ش ودگی ری انج ام م یبرای ان دازه

Fe2O3CaOK 2OSO3SiO2 Al2O3 MgO Na2Oد

غی ره

و

ر

م ی40کمتر ازمدت ب رای.ش وند ثانیه برای هر نمونه معمول ارزیابی

:خالصه

اسپ

از

کترومترنوعی

X-RAYاز

است

ترکیبی

که

X-RAYدیفراکتومتری

و

عناصر

یا

اکسید

آنالیز

برای

X-RAYیا

فازی

آنالیز

بمنظور

در این مقاله کاربردهای گوناگونی از این دستگاه که قابلیت بکارگیری هر دو تکنیک را بط ور.مینرالی برای ارزیابی آهک طراحی شده است

X-RAYنت ایج آن الیز کم ی.باش دپذیر میاز طریق این دستگاه آنالیز کاملی برای آهک امکان. داده شده است شرحباشهمزمان دارا می

نت ایج

و

آهک

سنگ

در

کم

درصد

با

عناصر

برای

XRDاس ت

ش ده

پرداخت ه

اینج ا

در

مختل ف

آه ک

ترکیب ات

ب رای

.ک اربرد

همچن ین

افزارهاینرم

Standard-Lessو

Semi-Quantitativeب

اس

گردیده

تشریح

آهک

سنگ

استاندارد

نمونه

یک

از

استفاده

.

مقدم-1

1.ZKG/ 9/ 1996


2/5

1386 37ماهشهریو/7شماره/سال دو م هن مه علمی تخصصی فن وری سیم ن

ه ای متفرق ه نی از ب ه ی ک س ریآنالیز عناصر غیرمعمول و ی ا نمون ه

.باش م Semi-QuantitativeیاStandard-Lessافزارنرم

غیر همزمان سنج با بکارگیری گ انیومتر قابلی تXRFاسپکترومتر

بنابراین نیازی ب ه دس تگاهساز را ممکن م UتاBتجزیه عناصر از

XRFمن یرگید شاب.رتمورتکپ ساARL 8600Sی حارط یتروص ب

و ی ک گ انیومتر ق ادر اس ت)منوکروماتو(شده است که با چند کانال

بصورت سیستم همزمان سنج و هم غیرهمزمان س نج قاب ل انعط اف و

همچن ین گ انیومترعالوه ب ر ایج اد کاربرده ای وی ژه.سریع عمل کند

تواند یک سیستم پشتیبانی کامل و ثاب ت و غیرقاب ل انعط اف ب رایمی

.کانالهای ثابت ایجاد کند

اطالع ات مینرال وژیکی نمون ه راXRFاز آنجائیکه اس پکترومتری

موج ود Caتنها کل غلظ ت کل سیمXRFبطور مثال کنمشخص نمی

می

معین

را

نمونه

ای ننمایدر

حالیک ه

در

م ی

عن صر

ب صورت

توان د

CaOای CaCO3ای Ca(OH)2ای CaMg(CO)3دشاب کینکت قیرط زا

XRDمیش ایدرو م ه نومن ک ی رد دو جوم یا هلارنیم عاونا توافت رت

.تواند مشخص شومطالعه می

بمنظ ور آن الیز کم ی فازه ایXRDاس تفاده از دیفراکت ومتری

ترینعموم.بوده استمینرالی در صنایع سیمان و آهک خیلی محدود

در)( CaOبرای آنالیز کمی در جهت تعیین آهک آزادXRDاستفاده از

XRDبه هم ین دلی ل اس تفاده از ی ک دس تگاه.باشکلینکر سیمان می

سرمایه

دلیل

به

آنمجزا

نگهداری

مسائل

و

زیاد

مرس ومگزاری

کمت ر

.باشمی

ادغ ام ش ود XRFبا اسپکترومترXRDاز طرف دیگر اگر تکنیک

بوسیله اب زار و وس ایلیXRDاسپکترو قابل انعطاف وXRFآنالیز

اختصاص داده می ک ه.شوکه برای فرآیند و کنترل کیفی قابلیت دارد

مج زا احتی اج دارد ک هX-RAYاین در حقیقت به دو ی ا س ه دس تگاه

در ادام ه کاربرده ای چن ین. در ی ک دس تگاه جم ع ش ده اس تمام

.شوداده ماهی را شرحدستگ

ب ا XRLدس تگاهARL 8600براساس مطالب گفته شده درم دل

11ای ن اس پکترومتر ب ه. تلفیق شده معرفی شده اس تXRDسیستم

مجه ز ش دهXRDو یک گانیومتر و یک سیستم)منوکروماتو(کانال

مطابق ت XRFبدون اینکه با مشخ صات دس تگاهXRDسیستم.است

XRDمهمترین مشخصات سیستم. با آن ادغام شده استداشته باشد

:باشاین شرح مهب

.حساسیت باال به زوج پراکندگیهای نوری نزدیک به ه)1

گیری باالی آن بخ اطر تکنول وژی رم زیضریب اطمینان اندازه)2

.نوری

.محیط خال)3

ص ورت گرفت ه اس ت XRDعالوه بر نوآوریه ایی ک ه در تلفی ق

الم پ.داوم در ح ال تح ول اس ت بط ور مXRFدستگاه ب رای مث ال

X-RAYهچیرد اب 75میلیرب سنج زا ینورکیم Beالا ب تیساس ح هک

. تعبی ه ش ده اس تب ردرا باال م ی)سبکتر از پتاسیم(به عناصر سبک

ای ویژه برای عناصر خیلی سبک در نظرهمچنین کریستالهای چند الیه

.ساز عملی مبن را کامالگرفته شده است که برای مثال آنالیز کر

مهمترین تحولی که در دس تگاهعالوه بر پیشرفتهای سخت افزاری

WD XRFه مانرب ت سا ه تفرگ ترو ص یا هStandardless

Semi-quantitative و(ARL-Semi-quant(ASqباش د ک ه م

Uniquantبرنامه

سری

یک

می

انتخابی

نمونههای

برای

که

ه ایباشند

کاربردغیرمعمول و خاص که استاندارد مناسبی برای آن وجود ندارد

در.شو استفاده میARLها از گانیومتردر هر دوی این برنامه.دارند

ب ر پای ه اس کن دنب ال ش ده توس طASQحالیک ه برنام ه

Spectral Processingم همانرب موقعیتهای خطوطUniquantباشد

.کنم را پردازشXRFگیری شده توسط شدتهامشخص اندازه

فلورانسهمانطور که قبال قادر است ک ل X-Rayتوضیح داده شد

نظ ر از خ صوصیاتاک سیدهای موج ود در ی ک نمون ه را ص رف

زم انی ک ه ق رص پ رس ش ده.مینرالوژیکی آنها تعیین کند به هر حال

ب X-Rayشدت فلورانسشوآنالیز می ه نفوذ کرده به ق رص نمون ه

تکنی ک فی وژن.اندازه ذرات و خ صوصیات مینرال وژیکی ب ستگی دارد

ای در ارتباط با غلظتهای باالیی از عناص ر اص لی و فرع ی نت ایجقطره

ولی از آنج ا ک ه در ای ن تکنی کتری از خود نشان میآنالیز دقیق دهد

امک انی رقیق مینمونه تا ج شود که قابلیت روان شدن داشته باش د

ای ن دلی ل آن الیز از طری قهب.باش دناصر ناچیزتر مشکل م یآنالیز ع

.شوقرص پرس شده و فشرده برای این مقصود ترجیح داده می

ای انجام با استفاده از روش فیوژن قطره کهدر مثالی از آنالیز کمی

CaOtotalمنحنی کالیبراسیون برای اکسید کلسیم 1در شکلشده است

مط ابق.نشان داده شده اس ت% 63تا2%دودباالی محدوده غلظت ح

.شواز حد استاندارد به آسانی مشاهده م17%این اطالعات انحراف

شرح دستگا-2

نتایج و بح-3

X-Rayفلورانس-3-1

نالیز کمی اکسیدهای عناصر اصل-3-2


3/5


با روشمنحنی کالیبراسیون برای کل کلسیم در نمون:1شکل های سنگ هک

قطره

افیوژن

ج ب رای غیر همزم ان س XRFبا استفاده از روش اسپکترومتری

آن الیزتعدادی از نمونه های سنگ آهک بمنظور تعیین عناصر ناچیز آن

ه ا ب ه ش کل قرص های ف شرده ش ده آن الیزنمون.کمی صورت گرفت

ش کل.شدند دهن ده منحن ی کالیبراس یون ب رای ن شان2بعنوان مث ال

.باشم معنصر تیتانی

ی و مح دوده خط ppmمحدوده مورد بررسی بر حسب1جدول

.ده داستاندارد برای عناصر ناچیز بر حسب همین واحد را گزارش م ی

. بدست آمده اس ppm5برای بیشتر عناصر محدوده مزبور زیر

جدول

1:حسب

بر

شده

مشخص

محدوده

ppmارزیابی

در

استاندارد

خطای

و

سنگ هک

در

ناچیز

عناصر

برای

SEE L.oD(ppm) Element

0,00012

0,00120

0,05318

0,00379

0,00309

0,00709

0,00129

0,05846

0,00717 0,00017

1,5

0,6

4,8

1,8

1,9

11,6

1,1

10,0

0,3 1,1

Ti

Sr

Si

Fe

Al

Na

Mn

Mg

K

P

های سنگ هک با روشمنحنی کالیبراسیون برای عنصر تیتانیم در نمون:2شکل

شده

پرس

قرص

ل و ناش ناخته م د نظ ر اس ت زمانیک ه آن الیز ی ک نمون ه مجه و

کمک زیادی در شناساندن این نمونه و UniquantوASQهایبرنامه

هابرای این برنام.تعیین عناصر ناچیز و اصلی و فرعی آن خواهد کرد

.منحنی کالیبراسیون یا استانداردی الزم نیست

Fتم امی عناص ر ازبر دقیقه زمان می 15تا10کل آنالیز که فقط

نتایج بدست آم ده بوس یله غلظته ای عناص ر.کن را مشخص میUتا

شده

م یشناخته

بک ار

ش اهد

بعن وان

و

اس ت

ن شده

آنالیز

که

رود ای

زمانیکه ی ک نمون ه س نگ آه ک آن الیز.تصحیح خواهد شد برای مثال

تواند بط ور جداگان ه تعی ین ش ود و بعن وانپرت حرارتی می.شومی

.شاهد بکار روغلظت شناخته شده و

از یک نمونه سنگ آه ک ک ه از Uniquantمثالی از آنالیز2جدول

زمانیکه.دهگیری شده است را نشان میطریق قرص پرس شده اندازه

رض ایت بخ شنتایج بدست آمده با مق ادیر ش اهد مقای سه م ی ش ود

.باشمی

دیفراکت ومتری X-Rayهمانطور که در مقدم ه توض یح داده ش د

قابلی ت شناس ایی و ت شخیص فازه ای مینرال ی در ی ک نمون ه پل ی

و هیدروک سید کل سیم CaOآه کCaCO3کریستالی مثل سنگ آهک

Ca(OH)2یم اراد ار شاب. روطنیمهر گید یاهلارنیم ییاسانش ییانا

ک وارتز ی ا فلوری ت ک ه عموم در م وارد م شابه آه کمثل دولومیت

می

میمشاهده

دارا

را

باششود

.آنالیز

تلفیق

XRDبا

XRFمی

توان د

.آنالیز جامع و کاملی از نمونه مواد آهکی ارائه دهد

3-1-2-سنگ ه

در

ناچیز

عناصر

اکسیدهای

کمی

نالیز

3-1-3- Semi-quntitativeوStandard-Lessنالیز

3-2-دیفراکتومتری

X-Ray


4/5

1386 39ماهشهریو/7شماره/سال دو م هن مه علمی تخصصی فن وری سیم ن

جدول

2:نتایج

مقایسه

Uniquantاستاندارد

یک

برای

شاهد

مقادیر

با

سنگ هک

Certified %UniQuant %Oxide

0,70

0,24

1,98

0,008

NA NA

0,10

53,8

0,013

0,012

0,13

0,04

0,78

0,40

1,90

0,0101 0,076

0,004

0,10

53,61

0,016

0,014

0,13

0,0393

MgO

Al2O3

SiO2

P2O5

S

Cl

K 2O

CaO

TiO2

MnO

Fe2O3

SrO

ب ر روی س ه)XRDبررس ی(XRDدهن ده اس کن ن شان3شکل

آهک و آهک هیدراته می پی کنمونه سنگ آهک.باشنمونه سنگ آهک

زمانیکه این نمونه کل سینه.دهنشان می آنگستروم3,03کلیست را در

ن شان داده آنگ ستروم2,78شده که پی ک آن در آهک تشکیلشومی

ش ود ک ه تولی د م یCaO Ca(OH)2بعد از هیدراته شدن.شده است

.گرد معین م آنگسترو 2,625آن درXRDپیک

شکل

3:اسکن

XRDبر

تلفیقی

سیستم

از

استفاده

با

سنگ

نمونه

سه

روی

هیدراته

و هک

هک هک

ب رای آن الیز کم یباشنهر سه پیک بدلیل اینکه از تداخل دور می

ب ر روی س ه نمون هXRDدهن ده اس کن نشان4شکل.هستنمناسب

م ی

کلسیم

میزان

سه

از

مختلفی

خصوصیات

محتوی

که

باش دصنعتی

.دهرا نشان می

شکل

4: بر روی سه نمونه صنعتی محتوی خواص مختلف از سهXRDاسکن

کلسیم

اندازاکسید

پایه

بر

کمی

منالیز

پیک

شدتهای

باشگیری

.

استاندارد بمنظور بدست آوردن برنام ه آهکهاسنیک سری از

آنالیز شده استXRDکالیبراسیون با استفاده از سیستم . ادغام شده

شدتهای پیکاگر چه برای کالیبراس اس تفاده ش ده)نقطه قله پی ک(ون

در صورتیکه ضرورت داش ته باش د سی ستم ق ادر اس تXRDاست

دهن ده منحن ی نشان5شکل.تلفیق پیکها و جستجوی پیک را انجام دهد

ه ای س نگ آه ک ب اکالیبراسیون برای کلسیت در یک س ری از نمون ه

.باشمحدوده وسیعی از غلظت می

.ده دع ددی ارق ام م رتبط ب ا منحن ی را ن شان م ی نتایج3جدول

. در اینجا بکار نرفته اسBackgroundتصحیحات یا

شکل

5:کالیبراسیون

منحنی

XRDنمون

از

سری

یک

در

کلیست

برای

های

غلظت

از

وسیعی

محدوده

با

سنگ هک

3-2-1-کی

هیدراتنالیز

و هک

سنگ هک هک

ی

3-2-2-بوسیله

سنگ هک

کمی

XRDنالیز


5/5


جدول

3:رگراسیون

نتایج

XRDنمون

در

کلسیت

فاز

برای

سنگ

ههای

غلظت

اختالف

)مطل

( اسم محاسبه شده

شدت

(Kcps) نمونه

شماره

3,02-

1,18

0,20-

0,26-

0,62

0,78

0,90

19,21

77,08

89,47

94,71

6,08

5,60

1,79

22,23

75,90

89,67

94,97

5,46

4,82

0,89

9,31

33,60

38,80

41,00

3,80

3,60

2,00

1

2

3

4

5

6

7

Standard error of determination: 1.58

ت وان م شخص ک رد ک ه ک ل مXRDاز طریق بکارگیری سیستم

بصورت مینرال دولومیتXRFمنیزیم بدست آمده از طریق فلورانس

CaMg(CO3)2راد روضح کهآ گنس رد ایزنگم ای و .

ددجمکیپ یاهتدش زا کهآ نویساربیلاک یارب )هکیپ هلق(هدافت سا

م ی6شکل.شده است .ده دمنحنی کالیبراسیون ب رای آه ک را ن شان

خطای استاندارد.کنمعین میرا نتایج عددی مرتبط با آن نیز4جدول

.تخمین زده شده اس15%

شکل

6:کالیبراسیون

منحنی

XRDزاف یارب CaOنومن زا یرس کی رد یاه

سنگ هک

جدول

4:رگراسیون

نتایج

XRDفاز ه

برای

نمون

از

سری

یک

در

های

هک

غلظت تفاوت مطلق

اسممحاسبه شده

شدت

(Kcps) شماره نمونه

0,03

0,14-

0,15

0,04

77,97

84,89

88,69

94,45

77,94

58,03

88,54

94,43

42,60

51,61

56,25

62,92

1

2

3

4 Standard error of determination: 1.58

ن شان 7در ش کل Ca(OH)2ب رایسرانجام منحنی کالیبراس یون

نیز نتایج اعدادی که از نم ودار رگراس یون5در جدول.داده شده است

مالحظه م7شکل .شو گرفته شده است

شکل

7:فاز

برای

کالیبراسون

منحنی

Ca(OH)2نومن زا یرس کی رد ه

برای فاز هک هیدراته XRDنتایج رگراسیون:5جدول

غلظت

فاوت مطلت

شده

اسممحاسبه

شدت

(Kcps)

شماره نمونه

0,21-

0,71

0,49-

0,46-

0,45

89,68

87,36

83,89

81,37

78,50

89,89

86,65

84,38

81,83

78,05

87,55

85,53

81,85

85,37

82,28

1

2

3

4

5

Standard error of determination: 0.63

ک و م واد م رتبط ب ا آن ب ا اس تفادهن الیز ج امع و ک املی از آهآ

XRF-XRDاز اس پکترومتر تلفیق ی بمنظ ور تعی ین. ش رح داده ش

و جه ت تعی ینXRFآنالیز کمی عناصر موجود در نمونه از فل ورانس

اعم از سنگ آهک یا آه ک هیدرات ه در و CaOیاCaCO3نوع مینرال

س تگاه ک ه در هم ان XRDهم ان نمون ه از طری ق دیفراکت ومتری

امکان ه ایی بمنظ ورکاربردهای چنین دس تگاه.باشمپذیرقرار دارد

در مقای سهک اهش هزین ه و روش های تجزی ه ای س ریع در ص نعت

متدهای

دس تگاهش یمیتربا

دو

از

اس تفاده

ی ا

و

X-Ray

ه م

از

مج زا

.باشمی

3-2-3-بوسیل

هیدرات هک

و

کمی هک

نالیز

XRD

نتیج-4

applications of integrated xrf-xrd spectrometer in the lime industry

Documents