Способ рентгенорадиометрического определения содержания элемента в комплексных рудах

 

Изобретение относится к области рентгеновского анализа элементного состава руд. Цель - повышение чувствительности определения содержания элемента в присутствии мешающих элементов с большим, чем у определяемого, атомным номером, аналитические линии которых энергетически полностью не разрешаются с аналитической линией определяемого элемента. Анализируемую руду облучают рентгеновским или гамма-излучением и регистрируют интенсивности рентгеновского излучения в двух энергетических интервалах вторичного спектра. Первый интервал располагают в области максимума амплитудного распределения аналитической линии определяемого элемента. Второй интервал состоит из двух подинтервалов, первый из которых располагают в области максимума аналитической линии ближайшего к определяемому мешающего элемента, а второй - слева от амплитудного распределения аналитической линии определяемого элемента. Причем на модельных средах, не содержащих определяемого элемента и содержащих каждая только один J-й мешающий элемент, находят зависимости коэффициента KJ=N<SB POS="POST">1</SB>J/N<SB POS="POST">2</SB>J, где N<SB POS="POST">1</SB>J, N<SB POS="POST">2</SB>J - интенсивность излучения в первом и втором интервалах соответственно для модельной пробы с J-м мешающим элементом, от положения нижней границы второго подинтервала и выбирают нижнюю границу второго подинтервала в области пересечения этих зависимостей. Содержание определяемого элемента вычисляют по значению величины δ=N<SB POS="POST">1</SB>-KN<SB POS="POST">2</SB>, где K - коэффициент, равный среднему значению всех KJ, N<SB POS="POST">1</SB>-N<SB POS="POST">2</SB> - интенсивности в первом и втором интервалах при измерении анализируемой пробы. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 С 01 N 23/223

ВЫЕМ@",.сэ р

ПАтН.т;-- ." "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4186624/24-25 (22) 29.01.87 (46) 23.05.89. Бюл. N - 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических методов исследований, испытания и контроля нефтегазоразведочных скважин (72) С.В. Иванов и П.М. Вольфштейн (53) 539.1.06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 868502, кл. G 01 N 23/22, 1981.

Авторское свидетельство СССР

11р 1073650, кл. G 01 N 23/223, 1984. (54) СПОСОБ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОГО

ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЭЛЕМЕНТА В

КОМПЛЕКСНЫХ РУДАХ (57) Изобретение относится к рентгеновскому анализу элементного состава руд. Цель — повышение чувствительности определения содержания элемента в присутствии мешающих элементов с большим, чем у определяемого, атомным номером, аналитические линии которых энергетически полностью не разрешаются с аналитической линией определяемого элемента. Анализируемую руду облучают рентгеновским или гамма-излучением и регистрируют интенсивности рентгеновского излучения в

Изобретение относится к области рентгеновского анализа элементного состава сред, а более конкретно к способам рентгенорадиометрического определения содержания элемента в комплексных рудах в присутствии элементов с большим. атомным номером, „„SUÄÄ 1481653 А1 двух, энергетических интервалах вторичного спектра, Первый интервал располагают в области максимума амплитудного распределения аналитической линий определяемого элемента. Второй интервал состоит из двух подинтервалов, первый из которых располагают в области максимума аналитической линии ближайшего к определяемому мешаюцего элемента, а второй — слева от амплитудного распределения аналитической линии определяемого элемента. Причем на модельных средах, не содержацих определяемого элемента и содержащих каждая только один j-й мешающий элемент, находят зависимосt0 тн коэффициента и =й, /Б, где N, И вЂ” интенсивность излучения в перя вом и втором интервалах соответственно для модельной нробы с j-м мешаю- Е цим элементом, от положения нижней границы второго подинтервала и выби- 2 рают нижнюю границу второго подинтервала в области пересечения этих зависимостей. Содержание опредсляемого элемента вычисляют по значению велиМйд чины 0 Ж1-КП, где К вЂ” коэффициент равный среднему значению всех К1, Н -11 — интенсивности в первом и СЛ

1 и втором интервалах при измерении ана- С 4 лизируемой пробы. 6 ил. аналитические линии которых энергетически не разрешаются с аналитичес— кой линией определяемого элемента р и может быть использован при опробовании обнажений, горных выработок,,рудной массы и каротаже скважин.

1481653

Целью изобретения является повышение чувствительности определения содержания элемента в присутствии мешающих элементов с большим, чем у определяемого, атомным номером, аналитические линии которых энергетически полностью не разрешаются с аналитической линией определяемого элемента. 10

На фиг. 1 изображены спектры вторичного излучения при облучении слоистых модельных сред из пластин алюминия 1, алюминия и серебра 2, кадмия

3, олова 4, сурьмы 5 гамма-излучением 15 нуклида самарий-145; на фиг. 2 — зависимостии 6-9 коэффициента К от по,1 ложения нижней границы Е второго подинтервала для соответственно указанных модельных сред 1-5 при опре- 20 делении содержания серебра; на фиг.3— гистограмма интенсивности характеристического излучения серебра, полученная при прохождении датчика над указанными модельными средами, на фиг.4- 25 спектры вторичного излучения .при облучении модельных сред из окиси кремния 10, окиси кремния с 107. меди 11, окиси кремния с 107. цинка 12 и свинца 13; на фиг. 5 — зависимости 14-16 ЗО коэффициента К от положения нижней границы Е второго подинтервала для соответственно указанных модельных сред 10-13 при определении содержания меди; на фиг. 6 — гистограмма интенсивности характеристического излучения меди, полученная при прохождении датчика над указанными модельными средами.

Сущность изобретения состоит в 40 выборе двух энергетических интервалов для регистрации характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и мешающих элементов, позволяющем достаточно чисто вьще- 4 лить .характеристическое рентгеновское излучение определяемого элемента на фоне излучений мешающих элементов и увеличить чувствительность определения по сравнению с прототипом. Спо- 50 соб осуществляют на выпускаемой промышленностью малоканальной аппаратуре типа РАГ-М-101, при этом не требуется решения системы уравнений.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед проведением анализа снимают спектры вторичного излучения от модельных сред, одна из которых состоит из наполнителя и определяемого эле-. мента, дру1 ие — из кап ол нителя, а также наполнителя и одного из мешающих элементов (фиг. 1,4) . Устанавливают первый (I) энергетический интервал Е,, Е„в области, близкой к максимуму аналитической линии определяемого элемента. Далее устанавливают первый подинтервал Е, Е второго энергетического интервала в области максимума аналитической линии ближайшего к определяемому мешающего элемейта. В этом подинтервале частично регистрируется характеристическое рентгеновское излучение и определяемого, и других мешающих элементов, причем с ростом энергии аналитической линии мешающего элемента ее доля в интенсивности излучения, регистрируемого в этом подинтервале, падает.

Поэтому учесть произвольно меняющийся вклад линий мешающих элементов в первый интервал только с помощью интенсивности излучения, регистрируемой в первом подинтервале второго интервала нельзя.

Далее устанавливают верхнюю границу Е второго подинтервала (II") слева от амплитудного распределения аналитической линии определяемого элемента и, меняя положение Е> нижней границы этого подиитервала, снимают на модели с j-м мешающим элементом зависимость коэффициента. К в выражении O=N -К (N +Nä и ) .1 (фиг. 2, 5). Как видно из фиг. 2,5, эти зависимости пересекаются в очень узкой области энергий Е> что позволяет выбрать значение коэффициента К, очень близкого к любому значению К„.

Тем самым выбор расположения

1 (E» Е ) второго энергетического подинтервала позволяет компенсировать произвольные изменения содержаний мешающих элементов, линии которых энергетически не разрешены с аналитической линией определяемого элемента.

После перечисленных операций установки энергетических интервалов и определения значения коэффициента

К производят облучение исследуемой комплексной руды в тех же условиях, что и модельных сред, регистрацию интенсивностей Nt» И, Ы,и в выбранных интервалах, вычисляют значения аналитического параметра о =И вЂ”

-К(Бу +Нпн ), по которому находят

1481653

40

55 искомое содержание определяемого элемента.

В области малых содержаний определяемого элемента чувствительность ы, определения элемента численно равна параметру 3 при содержании 17 о (1X) .

1 g (1 а/) N/ц/В «К)N! / yN /o1N а/ц «Щ! /О N а!. д . IEI ll" z II tt м и

+Nr-K(Ит +Nor ) э

О О где Н, N, - интенсивность характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента с содержанием 1Х соответственно в первом и втором энергетических ин/ тервалах;

/)В, М

N, 11 - интенсивность характеристического рентгеновского излучения мешающих элементов соответственно в первом и втором энергетических интервалах.

Следовательно, м

К= — cons t.

1,1м

Вг 0 0

Поэтому юс =/) (17) =И -К11

Ввиду того, что в известном способе второй энергетический интервал целиком включает в себя первый и в несколько раз шире его, величина

О

KN для прототипа оказывается в несколько раз больше, чем для предложенного способа. Поэтому чувствительность ф предложенного способа суще.ственно больше, чем чувствительность прототипа.

Сущность способа поясняется примером его апробации на модельных средах применительно к анализу серебряных руд при наличии мешающего влияния кадмия, олова и сурьмы.

Все измерения выполнены с помощью рентгенорадиометрическо го каротажного ананизатора РАГ-M-101, позволяющего реализовывать параметр F =Nr К(М +

+N>!! ), в комплекте со.скважинным прибором ПРС- 1. Источником первичного излучения служил нуклид самарий-145 (38,7 кэВ) активностью 3,7»

»1О Бк. В качестве детектора использовали пропорциональный счетчик

СРМ-19 (Хе) с разрешением по линии

AgK, равным 2,6 кэВ. Модели руд представляли собой вертикально-слоистые среды, состоящие из пластин алюминия и рудных элементов.

Выбор положения границ энергетических интервалов проводили по спектрам, вторично го излучения, полученным при единичной ширине окна анали— затора РАГ-М-101 на следующих модельных средах (фиг. I ):

1-А1, 2-А.1+1,4 мм Ag 3-А1+2,0 мм Cd;

4-А1+2,2 мм Sn 5-А1+1,5 мм Sb.

Границы первого интервала были установлены в области аналитического пика серебра равными Е, =20,3 кэВ, Е =21,8 кэВ. Первый подинтервап второго интервала установлен,B области максимума КΠ— линии кадмия. E =

=22,5 кэВ Е =23,5 кэВ. В соответствии с укаэанной методикой нижняя граница Е> второго подинтервала установлена в области пересечения зависимостей K>=f(E>):Å. =12,8 кэВ, а верхняя E =15,0 кэВ (фиг. 1,2) . Избирательность и чувствительность измерения содержания серебра иллюстрируется фиг. 3. Сравнение с прототипом показывает, что чувствительность определения серебра увеличилась в два раза.

Возможности предложенного способа при определении элементов с меньшим атомным номером иллюстрируются примером определения содержания меди в присутствии цинка и свинца.

Измерения проводили с использованием анализатора РАГ-М-101 и блока облучения и детектирования БВД-ПС источником кадмий-109 активностью

1,8 ° 10 Бк и счетчиком СИ 11Р-3 (наполнение Хе+10 СН4, давление

0,80 кгс/см ) .

Геометрия измерения — центральная.

Выбор положения границ энергетических интервалов проводился по спектрам вторичного излучения, полученным при единичной ширине окна анализатора РАГ-М-101, на следующих модельных средах (фиг. 4): 14 — SiO, 15SiO +10X Си; 16-SiO +)OX Zn; 17lO0X РЪ. !

Положения границ Е, и Е, первого энергетического интервала в области аналитического пика меди (Е =7,3 кэВ, ! у

ЕВ-7,9 кэВ) определяли в соответствии с известной схемой оптимизации по минимуму статистической погрешности, 1

Верхнюю границу Е подпнтервала

II устанавливали в области максиму-! иа Ки — линии цинка (Еэ--8,7 кэВ).

1481653

Нижняя граница Е,„интервала II исходя из з аданной чувствительности анализа, может соответствовать любому значению Е, заключенному в интервале Ес„ (E F z y, . .В предлагаемом примере Е, = 8,3 кэВ.

Верхнюю границу F, энергетическо 3

ro интервала II устанавливали у левого края амплитудного распределения 10 аналитической линии меди (Е =6,9 кэВ).

Положение нижней границы Е этого интервала (Е.р 5,8 кэВ) при указанных значениях (Е,Е,,Е,Е и Е ) определяли путем исследования зависимости коэф- 15 фициентов К от положения Е этой

J границы на энергетической шкале, полученных по результатам измерений на модельных ср едах. 3 а оптимальное принимали значение Е, при котором 20 обеспечиваются минимальные вариации коэффициентов К при переходе от од,1 ной модельной среды к другой. Результаты исследований приведены на фиг.5.

Шифр зависимостей К =й(Е ) соответэ ствует следующим модельным средам:

14-Ы0, 15-SiO +10% Zn, 16-100Х РЪ °

Как видно, минимальные вариации коэффициента К при переходе от одной модели к другой наблюдаются при зна- 30 чении границы Е =5,8 кэВ, которое и является оптимальным. При этом вариации величины К относительно его

3 среднего значения K=0,341 отн. ед. при переходе от одной модели к другой не превышает + О, 01 2 отн. ед. или

+3,5Х.

Приведенные на фиг. 6 значения спектральной разности 9 =N -0,341(N>, . +И n ) на модельных средах по 40

11 результатам измерений интенсивностей в энергетических интервалах I и II= (!

=Ы +II при указанных положениях границ этих интервалов (фиг. 4), показывает, что предлагаемый способ 45 позволяет эффективно компенсировать мешающее влияние амплитудных распределений К, -линии цинка и L< -линий (l свинца и тем самым однозначно выделять в виде параметра 3 K -линию ме- 50

OC ди. При этом флуктуации значений параметра S на рудовмещающих средах (q „=0X) при максимально возможном впйянии мешающих элементов (100Х РЪ) не превышают 0,09К Си, что сущест- 55 венно меньше требуемого в настоящее время порога чувствительности на этот элемент в пределах указанных областеи применения сп особ а.

Предлагаемый способ позволяет повысить достоверность и точность получаемых данных при решении геологической задачи определения содержания элемента в рудах на фоне мешающих амплитудных распределений линии элементов с большим атомным номером.

Формула и з о б р е т ения

Способ рентгенорадиометрического определения содержания элемента в комплексных рудах, заключающийся в облучении исследуемой руды рентгеновским или гамма-излучением, регистрации сумм интенсивностей N < и N рентгеновского излучения определяемого и мешающих элементов в двух энергетических интервалах спектра вторичного излучения, первый из которых располагают в области максимума амплитудного распределения аналитической линии определяемого элемента, а второй— в области амплитудных распределений линий мешающих элементов, вычисляют интенсивность О аналитической линии определяемого элемента по формуле

S=N -KN где К вЂ” постоянный коэффициент, и судят по ней о содержании определяемого элемента, причем границы второго интервала выбирают на основании результатов измерений модельных сред, не содержащих определяемого элемента и содержащих каждая только один j-й мешающий элемент, так чтобы отношение К интенсивностей N < и

N, зарегистрированных в первом и и втором интервалах, оставалось посто-, янным при изменении в этих пробах содержаний мешающих элементов, о т— лич ающий ся тем, что, сцелью повышения чувствительности определения содержания элемента в присутствии мешающих элементов с большим, чем у определяемого, атомным номером, аналитические линии которых энергетически полностью.не разрешаются с аналитической линией определяемого элемента, второй энергетический интервал выбирают состоящим из двух подинтервалов, первый из которых располагают в области максимума аналитической линии ближайшего к определяемому мешающего элемента, а второй - вне амплитудного распределения аналитической линии определяемого элемента слева от него, причем на указанных модельных средах

116

Фи 2!

Ч Ер,код

9 1481653

1О находят зависимости коэффициента К

1 границу второго подинтервала в обот положения нижней границы второго ласти пересечения этих. зависимостей, подинтервапа при выбранных положениях а значение коэффициента К берут равего верхней границы и ширинах перво- ным среднему значению всех К со5 1 У го интервала и первого подинтервала ответствующих выбранной нижней гравторого интервала и выбирают нижнюю нице второго подинтервала.!

481653

o zoo воо E,с5

Фие. Я

Ез E>E i 6 гtg Ю

Фж4

15К ко

О.t

E$,ю8

500 6,с >

Фивб

Составитель И, Викторов

Редактор А, Шандор Техред М.Дидык Корректор А. Обручар

Заказ 2680/44 Тираж 790 Подпи сно е

ИНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101