Способ рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия



Способ рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия
Способ рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия
Способ рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия
Способ рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия
Способ рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия
Способ рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия
Способ рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия
Способ рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия

 

G01N23/00 - Исследование или анализ материалов радиационными методами, не отнесенными к группе G01N 21/00 или G01N 22/00, например с помощью рентгеновского излучения, нейтронного излучения (G01N 3/00-G01N 17/00 имеют преимущество; измерение силы вообще G01L 1/00; измерение ядерного или рентгеновского излучения G01T; введение объектов или материалов в ядерные реакторы, извлечение их из ядерных реакторов или хранение их после обработки в ядерных реакторах G21C; конструкция или принцип действия рентгеновских аппаратов или схемы для них H05G)

Владельцы патента RU 2586167:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к способу рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия и может быть использовано при определении состава электролита. Способ включает отбор пробы электролита, подготовку образца к анализу, измерение интенсивности аналитических дифракционных линий фаз криолита Na3AlF6, хиолита Na5Al3F14, флюорита CaF2, полуторного кальциевого криолита Na2Ca3Al2F14, одинарного кальциевого криолита NaCaAlF6 и фторида натрия NaF, при этом концентрации вышеперечисленных фаз электролита определяют по формуле: C j = ( I j a / K j a ) / ( l M I l a / K j a ) , а криолитовое отношение определяют по формуле: K O = 2 × j α j C j j β j C j где: - интенсивность аналитической линии j-й фазы, - корундовое число j-й фазы, рассчитанное для данной аналитической линии, М- количество фторидных фаз, Cj - концентрации минералогических фаз пробы; αj, βji - массовые доли соответственно NaF и AlF3 в j-й фазе. Обеспечивается упрощение и повышение его точности определения состава электролита. 2 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия и может быть использовано при определении состава электролита с добавками фторида кальция, выраженного в виде такого технологического параметра, как криолитовое отношение (КО) (мольное отношения NaF/AlF3) методом рентгенофазового анализа.

Известен способ определения криолитового отношения электролита методом рентгенофлуоресцентного анализа [Патент РФ №2424379, МПК С25С 3/06, опубл. 17.11.09]. Способ включает построение градуировочных характеристик по интенсивностям флуоресценции аналитических Kα линий F, Al, Na, Mg с использованием стандартных образцов состава электролита, отбор пробы электролита, подготовку образца к анализу, определение концентраций элементов по построенным градуировочным характеристикам и определение значения криолитового отношения по определенным концентрациям элементов.

К недостаткам способа можно отнести необходимость построения градуировочных характеристик и наличия аттестованных стандартных образцов состава электролита, идентичных анализируемым пробам по фазовому составу и микрокристаллической структуре фаз.

Известен способ определения криолитового отношения в электролитах рентгенодифрактометрическим методом [Кирик С.Д., Куликова Н.Н., Якимов И.С., Клюева Т.И., Баранов И.А., Бузунов В.Ю., Голощапов В.Г. Цветные металлы, 1996, №9, стр. 75-77; С.Н. Архипов, А.А. Стекольщиков, Г.А. Лютинская, Л.Н. Максимова, Л.А. Пьянкова. Заводская лаборатория. Диагностика материалов 2006, том 72, №9, стр. 34-36]. Способ заключается в определении кристаллических фаз компонентов в охлажденной пробе электролита с последующим пересчетом в соответствии со стехиометрией значения КО и содержания CaF2 и MgF2. Содержание фаз определяется по заранее построенным градуировочным зависимостям от интенсивности их аналитических дифракционных линий, а общее содержание фторида кальция - по градуировочной зависимости интенсивности рентгеновской флуоресценции аналитической линии Ca, регистрируемой на специальном флуоресцентном канале.

К недостаткам способа можно отнести то, что для построения градуировочных характеристик необходимо использовать аттестованные стандартные образцы фазового состава (СОФС) с известным содержанием определяемых фаз, идентичные анализируемым пробам по фазовому составу и микрокристаллической структуре фаз и обеспечивающие градуировку дифрактометра по крайней мере по 6 фазам. Создание многофазных СОФС представляет сложную и трудоемкую научно-техническую задачу, т.к. от точности определения в них фазового состава зависит точность градуировки дифрактометра и анализа КО. Кроме того, описанный способ подразумевает периодическое мониторирование интенсивности измерительной системы для контроля дрейфа градуировочных характеристик. Создание СОФС электролита, градуировка прибора, мониторирование интенсивности рентгеновской трубки - данные мероприятия приводят к дополнительным затратам времени и ресурсов, а также могут служить дополнительным источником погрешности анализа КО.

Данный способ анализа принят за прототип.

Преимуществом предлагаемого способа является прямое автоматическое определение КО с точностью КО ±0,04 ед.абс КО без использования СОФС, без построения градуировочных характеристик фаз и без необходимости мониторирования дрейфа прибора.

Техническим результатом предлагаемого способа является исключение всех операций, связанных с градуировкой по фазам, при автоматическом рентгенофазовом анализе состава проб электролита с точностью, характеризуемой СКО ±0,04 ед.абс КО.

Указанный технический результат достигается тем, что способ рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия, включающий отбор пробы электролита, подготовку образца к анализу, измерение интенсивности аналитических дифракционных линий фаз криолита Na3AlF6, хиолита Na5Al3F14, флюорита CaF2, полуторного кальциевого криолита Na2Ca3Al2F14, одинарного кальциевого криолита NaCaAlF6 и фторида натрия NaF, согласно изобретению концентрации вышеперечисленных фаз электролита определяют по формуле:

C j = ( I j a / K j a ) / ( l M I l a / K j a ) ,

где: I j a - интенсивность аналитической линии j-й фазы, K j a - корундовое число j-й фазы, рассчитанное для данной аналитической линии, М - количество фторидных фаз,

а криолитовое отношение определяют по формуле:

K O = 2 × j α j C j j β j C j ,

где: Cj - концентрации минералогических фаз пробы; αj, βji - массовые доли соответственно NaF и AlF3 в j-й фазе.

Предлагаемый способ отличается от метода, применяемого в ближайшем аналоге отсутствием построения градуировочных характеристик, и не требует использования СОФС. Корундовые числа, накапливаемые в базах дифракционных данных, - это отношение интенсивностей максимальных дифракционных пиков анализируемой фазы и корунда в смеси 1:1:

Однако использование корундовых чисел фаз из баз дифракционных данных не всегда обеспечивает высокую точность фазового анализа из-за особенностей конкретного фазового состава анализируемых материалов, где реальные корундовые числа фаз - другие. Это в полной мере относится и к задаче анализа промышленных электролитов.

Точные корундовые числа фаз могут рассчитываться по данным химического анализа фторидных компонентов представительной группы проб промышленного электролита и интенсивностям аналитических дифракционных линий фаз в этих же пробах по методу [2] или аналогичными расчетными методами. Для расчета корундовых чисел также можно, и предпочтительнее, использовать комплект стандартных образцов промышленного электролита с аттестованным химическим составом (при его наличии).

Сущность способа заключается в том, что в отобранных и подготовленных к анализу образцах электролита с учетом интенсивности фона измеряется интенсивность аналитических дифракционных линий фаз криолита Na3AlF6, хиолита Na5Al3F14, флюорита CaF2, полуторного кальциевого криолита Na2Ca3Al2F14, одинарного кальциевого криолита NaCaAlF6 и фторида натрия NaF. Позиции используемых аналитических линий и расчетные корундовые числа фаз приведены в таблице 1.

С использованием расчетных корундовых чисел, определенных по [2], рассчитывается суммарная интенсивность аналитических линий фаз:

где CryInt, ChiInt, FluInt, CaCry2Int, CaCry1Int, NaFInt - интенсивность аналитических дифракционных линий фаз, указанных в таблице 1.

Концентрации фаз Cj определяются согласно (2) по следующим формулам:

При КО<3,0 фаза NaF отсутствует и ее концентрация не рассчитывается.

Криолитовое отношение вычисляют по формуле:

где CNaF, C A l F 3 - валовые концентрации фтористого натрия и фтористого алюминия в пробе электролита. Поскольку криолитовое отношение - это мольное отношение фтористого натрия к фтористому алюминию, а молекулярная масса NaF вдвое меньше молекулярной массы AlF3, в числителе формулы (5) стоит множитель 2.

Валовые концентрации NaF и AlF3 определяются путем вычленения из каждой фазы содержащихся в ней массовых долей фторида натрия и фторида алюминия. Это можно обобщить следующей, эквивалентной (5), формулой:

K O = 2 × j α j C j j β j C j ( 6 )

где Cj - концентрации минералогических фаз пробы; αj, βji - массовые доли соответственно NaF и AlF3 в j-й фазе.

Массовые доли фтористого натрия и фтористого алюминия во фторсодержащих фазах проб электролита приведены в таблице 2.

Окончательно формула для вычисления криолитового отношения примет вид:

В предлагаемом способе за счет определения концентраций минералогических фаз электролита производства алюминия по формуле (4), применение которой не требует использования стандартных образцов фазового состава, построения градуировочных характеристик фаз и коррекции их дрейфа, и дальнейшем расчете КО по формуле (7) снижено количество операций при рентгенофазовом анализе состава проб электролита с сохранением точности, характеризуемой стандартным отклонением ±0,04 ед.абс КО, то есть достаточной для технологического контроля химического состава электролита в производстве алюминия.

Примеры определения криолитового отношения электролита

В качестве тестируемых материалов в примерах были использованы 15 отраслевых стандартных образцов промышленного электролита с добавками фторида кальция с аттестованными характеристиками [3]. Пробы отраслевых стандартных образцов электролита подготавливали к анализу в соответствии с методикой подготовки проб промышленного электролита к рентгенодифракционному измерению КО. Далее проводили их анализ по прототипу и по предлагаемому способу на широко используемом для контроля КО в алюминиевой промышленности специализированном рентгеновском дифрактометре X'pert Pro (PANalytical, Нидерланды).

Пример 1 (прототип).

В таблице 3 приведены аттестованные и измеренные по прототипу криолитовые отношения в подготовленных пробах 15-ти отраслевых стандартных образцов (ОСО) электролита.

На рис. 1 приведена графическая зависимость измеренного значения КО от аттестованного значения КО, построенная по данным таблицы 3. Точность определения криолитового отношения по прототипу составляет 0,033 ед. КО.

Пример 2 (предлагаемый способ)

Измеряют интенсивности аналитических дифракционных линий фаз, позиции которых указаны в таблице 1, криолита Na3AlF6, хиолита Na5Al3F14, флюорита CaF2, полуторного кальциевого криолита Na2Ca3Al2F14, одинарного кальциевого криолита NaCaAlF6 в подготовленных пробах 15-ти ОСО (аналогичных используемым в предыдущем примере). По формуле (2) рассчитывают концентрации приведенных фаз в образцах, используя следующие значения корундовых чисел соответственно: K c r y a = 0 , 4 9 , K c h i a = 1 , 1 5 , K C a C r y 1 a = 0 , 3 5 , K C a C r y 2 a = 0 , 8 5 , K f l u a = 3 , 8 3 . Величину криолитового отношения стандартных образцов рассчитывают по формуле (7).

В таблице 4 приведены аттестованные и измеренные по предлагаемому способу криолитовые отношения стандартных образцов электролита.

На рис. 2 приведена графическая зависимость измеренного значения КО от аттестованного значения КО, построенная по данным таблицы 4.

Как следует из приведенного примера, использование предложенного способа анализа проб электролита на рентгеновском дифрактометре позволяет добиться точности определения КО 0,034 ед. КО.

Список использованной литературы

1. С.R. Hubbard, Е.Н. Evans, and D.K. Smith. The Reference Intensity Ratio for Computer Simulated Powder Patterns // J. Appl. Cryst. 9, 169 (1976).

2. Якимов И.С., Дубинин П.С., Пиксина O.E. Интеграция методов группового количественного рентгенофазового анализа и ссылочных интенсивностей // Контроль. Диагностика. 2010. №12. С. 42-47.

3. Якимов И.С., Дубинин П.С., Залога А.Н., Пиксина О.Е., Кирик С.Д. Разработка отраслевых стандартных образцов электролита алюминиевых электролизеров // Стандартные образцы. 2008. №4. С. 34-42.

Способ рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия, включающий отбор пробы электролита, подготовку образца к анализу, измерение интенсивности аналитических дифракционных линий фаз криолита Na3AlF6, хиолита Na5Al3F14, флюорита CaF2, полуторного кальциевого криолита Na2Ca3Al2F14, одинарного кальциевого криолита NaCaAlF6 и фторида натрия NaF, отличающийся тем, что определяют концентрации упомянутых минералогических фаз пробы электролита по формуле:

где: - интенсивность аналитической дифракционной линии j-й фазы, - корундовое число j-й фазы, рассчитанное для данной аналитической дифракционной линии, М- количество фторидных фаз,
а криолитовое отношение КО определяют по формуле:

где: Cj - концентрации минералогических фаз пробы электролита; αj, βji - массовые доли соответственно NaF и AlF3 в j-й фазе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к рентгено-абсорбционным анализаторам содержания серы в нефти и нефтепродуктах и может быть использовано для измерения концентрации серы в технологических трубопроводах в потоке анализируемой среды.

Использование: для формирования изображения быстропротекающего процесса с помощью протонного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает ввод протонного пучка, по крайней мере, в один магнитооптический канал, изменение ширины протонного пучка на разные величины, которое осуществляют последовательно в одном и том же магнитооптическом канале, для этого либо после прохождения части протонных сгустков через рассеиватель его удаляют или изменяют толщину, а затем пропускают оставшуюся часть протонных сгустков, либо следующие друг за другом протонные сгустки смещают относительно друг друга с помощью магнитных линз и, используя разнотолщинный рассеиватель, смещенные протонные сгустки пропускают через области рассеивателя с разной толщиной, после прохождения рассеивателя с помощью системы согласующих магнитных линз формируют протонный пучок с параметрами, соответствующими параметрам области исследования и последующей магнитооптической системы формирования протонного изображения, и просвечивают область исследования, пропуская поочередно протонные сгустки различной ширины, при использовании нескольких магнитооптических каналов просвечивание области исследования осуществляют под разными углами, после чего прошедший протонный пучок направляют в магнитооптическую систему формирования протонного изображения, состоящую, по крайней мере, из двух различных по апертуре линзовых систем, апертура каждого набора соответствует протонному пучку определенной ширины, оба набора линз системы формирования теневого протонного изображения размещают последовательно в одном магнитооптическом канале.

Группа изобретений относится к области аналитических исследований и может быть использована в нефтехимической промышленности для качественного и количественного обнаружения полиароматических гетероциклических серосодержащих соединений в нефтепродуктах.
Изобретение относится к области радиационной дефектоскопии изделий, основанной на просвечивании изделий гамма-излучением и регистрации излучения, прошедшего через изделие.

Использование: для оценки фактического состояния и остаточного ресурса эксплуатации трубных изделий энергетического оборудования. Сущность заключается в том, что из трубы, проработавшей в энергетическом оборудовании, подготавливают один образец, а также два эталона из трубы, не бывшей в эксплуатации.
Использование: для контроля технологического процесса кучного выщелачивания урановых руд. Сущность изобретения заключается в том, что определяют количество руды и среднюю массовую долю урана, заложенной в штабель руды для выщелачивания, и сравнивают с количеством урана, извлекаемым в процессе выщелачивания на выходе из штабеля, а в лабораторных условиях моделируют технологический процесс выщелачивания с оценкой ожидаемой скорости фильтрации растворов и степени извлечения урана, при этом в штабель рудной массы укладывают горизонтально трубы-скважины диаметром, обеспечивающим перемещение по ним скважинного каротажного прибора для одновременной регистрации потока мгновенных нейтронов деления, потока рассеянных тепловых нейтронов от импульсного нейтронного источника и интенсивность естественного гамма-излучения, а для получения информации по вертикали штабеля устанавливают вертикальные трубы-скважины такого же диаметра и при этом во всех скважинах не должен скапливаться выщелачивающий раствор, что будет упрощать интерпретацию результатов каротажа.

Использование: для сепарации алмазосодержащих материалов. Сущность изобретения заключается в том, что последовательно пропускают зерна материала перед источником первичного рентгеновского излучения, возбуждают в зерне материала вторичное рентгеновское излучение, регистрируют вторичное рентгеновское излучение и разделяют зерна материала относительно заданного порогового значения критерия разделения, при этом зерна материала облучают в узкоколлимированном пучке рентгеновского излучения, позволяющем снизить уровень фона, детектором рентгеновского излучения проводят одновременную регистрацию флуоресцентного характеристического рентгеновского излучения нескольких элементов и рассеянного от зерна материала рентгеновского излучения, одновременно усиливая возбуждение линий анализируемых ХРИ выбором материала анода рентгеновской трубки и материала коллиматора и специальных фильтров первичного излучения, выделяя полезный минерал по критерию разделения с использованием двухполярной логики И, ИЛИ, где в качестве критерия разделения используют отношение интенсивности флуоресцентного характеристического рентгеновского излучения элементов к интенсивности рассеянного зерном рентгеновского излучения источника и к интенсивности флуоресцентного характеристического рентгеновского излучения материала анода рентгеновской трубки.

Использование: для определения канцерогенности вещества. Сущность изобретения заключается в том, что исследуемое вещество в твердом или жидком состоянии помещают в позитронно аннигиляционный временной спектрометр быстро-быстрых задержанных совпадений, измеряют его аннигиляционный спектр, обрабатывая который с помощью компьютера, находят значение долгоживущей временной компоненты (τ3) Ps, и если оно менее 1,005±0,005 нс, то делают вывод о наличии канцерогенных свойств у вещества, а если оно более 1,005±0,005 нс, то делают вывод об отсутствии канцерогенных свойств у вещества.

Использование: для формирования фазово-контрастных изображений. Сущность изобретения заключается в том, что при формировании фазово-контрастных изображений объекта выполняют следующие этапы: формируют основанное на поглощении изображение объекта, расположенного между источником (S) пучка рентгеновских лучей и детектором (D), указывают интересующую область (ROI) в основанном на поглощении изображении, причем интересующая область имеет ширину и положение, перемещают систему решеток между источником (S) и детектором (D), покрывая интересующую область, адаптируют поле зрения пучка рентгеновских лучей к интересующей области, генерируют сигналы посредством детектора (D) для обнаружения пучка рентгеновских лучей, при этом часть объекта (O) находится вместе с системой решеток в пределах пучка рентгеновских лучей между источником (S) пучка рентгеновских лучей и детектором, получают передаваемые данные с различных углов проекции, выполняют локальную обработку сигналов из детектора (D), и формируют изображение на основе обработанных сигналов.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при определении коллекторских свойств трещиноватых образцов породы. Сущность: определяют максимальную влажность образца спороды.

Изобретение относится к способу и устройству для рафинирования алюминия и его сплавов от электроположительных примесей. Устройство содержит контейнер с подиной, футерованной огнеупорными материалами, для размещения в нем расплавленного алюминиевого сплава с электроположительными примесями и расплавленного рафинированного алюминия, одну или несколько пористых мембран, пропитанных электролитом, непроницаемых для расплавленного алюминиевого сплава с электроположительными примесями и проницаемых для электролита и катионов алюминия, для разделения расплавленного алюминиевого сплава с электроположительными примесями, используемого в качестве анода с токоподводом, и расплавленного рафинированного алюминия в качестве катода с токоподводом и по крайней мере один МГД перемешиватель анодного расплава, установленный на границе раздела пористая мембрана - анодный расплав.

Изобретение относится к графитированному фасонному катодному устройству для получения алюминия. Катодное устройство содержит основной блок и графитированный катодный замедлительный блок.
Изобретение относится к способу электролитического получения алюмокремниевых сплавов -силуминов с использованием кремнезема и кремнеземсодержащих материалов, например, отработанной подины, содержащей большое количество кремнезема, глинозема и электролита, необходимых для электролиза.

Изобретение относится к очистке основного потока неочищенного газа из предприятия, например, по получению алюминия. Газоочистное устройство содержит множество газоочистных камер (34a-c), входную магистраль (32) для разделения основного потока неочищенного газа, текущего через нее, на множество отдельных фракционных потоков неочищенного газа для втекания во входы (46a-c) очистных камер и множество теплообменников (40a-c).

Изобретение относится к получению алюминия электролизом глинозема в расплаве фтористых солей и может быть использовано при технологическом контроле состава электролита методом количественного рентгенофазового анализа (РФА) калийсодержащего электролита с добавками кальция либо кальция и магния.

Изобретение относится к электролизерам для получения алюминия с верхним подводом тока, в частности к устройству отвода газов из-под подошвы самообжигающегося анода.

Изобретение относится к способу обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами. Способ включает нагрев подины, выполненной из катодных блоков с катодными блюмсами, электропроводным материалом, размещение на нем обожженных анодов, соединение анододержателей установленных обожженных анодов с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, пропускание электрического тока через электропроводный материал и регулирование токовой нагрузки обожженных анодов.

РЕФЕРАТ Изобретение относится к устройству для сбора твердых отходов и шлама из ванны электролизера для получения алюминия. Устройство содержит ковш для сбора корки, предназначенный для чистки анодных отверстий, подвижную вертикальную стойку, приводимую в движение первым приводом, раму, закрепленную на подвижной вертикальной стойке, и шарнирный черпак, при этом первый привод выполнен в виде гидроцилиндра, питаемого гидравлическим контуром, выполненным таким образом, что при приведении в движение черпака посредством второго привода давление масла в камере штока удерживается, по существу, постоянным, для удерживания нагрузки, соответствующей весу устройства для сбора, уменьшенной на заданную величину, предпочтительно, меньше 1000 даН, обычно от 200 до 600 даН.

Изобретение относится к системе и способу для выливки расплавленного алюминия из электролизера для получения алюминия. Система содержит контейнер, имеющий корпус, приспособленный для помещения в него расплавленного алюминия, и желоб, имеющий участок-основание, соединенный с корпусом контейнера, участок-наконечник, соприкасающийся с расплавом в электролизере, и канал, соединяющий участок-основание с участком-наконечником, для прохождения расплава в корпус контейнера, причем расплав в электролизере содержит расплавленный алюминий и электролит, и электрический источник, соединенный с электролизером и выполненный с возможностью подачи вспомогательного тока на желоб для создания вспомогательного электромагнитного поля по меньшей мере вблизи участка-наконечника желоба, обеспечивающего по меньшей мере частичное увеличение потока расплавленного алюминия в желоб при поступлении вспомогательного тока на желоб, находящийся в жидкостном сообщении с расплавом в электролизере.
Изобретение относится к композиции для материала смачиваемого покрытия катода алюминиевого электролизера для производства алюминия из криолит-глиноземных расплавов.

Изобретение относится к электролизерам для производства жидких металлов, в частности алюминия, электролизом расплавленных солей. Электролизер содержит корпус, подину, крышку, установленные вертикально или наклонно малорасходуемые полые перфорированные и/или открыто пористые электроды, подсоединенные к источнику постоянного тока, при этом в электродах выполнены внутренние каналы для транспортировки по ним продуктов электролиза. Электроды выполнены в поперечном сечении в виде прямоугольника, закреплены в крышке электролизера и/или в углублениях корпуса и подины, причем в подине катодной частью, и соединены от 1 до 100 параллельных рядов с последовательно соединенными биполярными электродами в ряду от 2 до 100, при расстоянии между электродами от 0,5 до 5 см, а от боковой поверхности электрода до боковой стенки электролизера от 0,01 до 1 см, при этом каждый ряд эквипотенциальных электродов соединен с накопителем металла, расположенным в нижней части электролизера. Обеспечивается увеличение удельной производительности, снижение удельного расхода электроэнергии и массы токоподводящей ошиновки. 2 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл.
Наверх