Способ определения зольностиугля
ОП ИСАИ ИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Союз Советскик
Социалистических республик
Р1) М. Кл.
0 01 и 23/02 (32) 29 ° 10 ° 75 (23) Приоритет— (31) PC 3760
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (33) Австралия (53) УДК 543. 52 (088. 8) Опубликовано300781, Бюллетень HP 28
Дата опубликования описания ЗЦ0781
Иностранцы Г»Дион Стэнли Ватт и Вилен Леонино Гр витио, (Австралия)!
Иностранная фирма
"Аустрэлиан Атомик Энерджи Комми Ьнк (Австралия) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОЛЬНОСТИ УГЛЯ
Изобретение относится к методам радиационного анализа веществ и может использоваться для определения зольности угля или кокса по прохождению или рассеянию рентгеновского
5 или гамма-излучения.
Точное знание состава угля нли кокса очень существенно в процессе подготовки руды и yëÿ других производств, использующих их, с точки зрения получения стабильного состава шихты или вырабатываемого продукта.
Каменный угол и кокс состоят из собственно угольного вещества (кислорода и горючих веществ — углерода, водорода и небольшого количества азота и серы) и минерального (в основном негорючего силиката алюминия и других силикатов, а также небольшого количества частично горючего сульфида железа). Зола представляет собой окисленный негорючий остаток после сгорания угля и по составу близка к минеральному веществу.
«25
Точное знание содержания минерального вещества в угле необходимо с точек зрения добычи, подготовки и использования угля. Особые преимущества дает непрерывный контроль состава угля в процессах его промыв- 3О ки, составления смесей, производстве кокса, управления питанием силовых установок, плавки металлов и произ- водства газа.
Уголь имеет различный минералогический состав с широким диапазоном размеров частиц, он промывается для уменьшения содержания минерального вещества и получения более однородного продукта, а также смешивается для .придания ему свойств, необходимых для различных его применений. Если содержание минерального вещества контролируется непрерывно, то и процессы промывки и смешивания лучше уПравляются, а продукт получается более однородным, с меньшим содержанием минерального вещества и, следовательно, с лучшими свойствами.
Известны непрерывные и экспрессные способы определения содержания золы в каменном угле, основанные иа рассеянии В-частиц или на прохождении и рассеянии рентгеновского или гамма-излучения, в которых средний атомный номер минеральных составляющих вьые атомного номера угольного вещества,а взаимодействие Ви "g -лучей с атомами зависит от атомного номера.
852185 —: ехр(-(y, с ) р х), о
f 1)
Г где М,и С массовый коэффициент
4 поглощения и концентрации (весовая доля) 1-тогд элемента угля соответственно. 35
Далее ; 4 С„= угольного вещества Х С угольного вещества + p мине. рального вещества х С минерального вещества (2), а С угольного вещества + С минерального вещества 1.(3)
СледоватеЛьно, если минеральное вещество, соцержащееся в испытуемом образце угля, имеет практически постоянный состав и, если удельный вес угля на единицу йлощади (х) изме- 45 рен отдельно, а результаты получены с помощью формул (1), (2) и .(3), то концентрация минерального вещества, а следовательно, и соответствующее ей содержание золы определены. Я
Высокая чувствительность к изменению содержания минерального вещества может быть получена при использовании способов, основанных на прохождении
Х- и $ -лучей, так как чувствителен- у ность к содержанию минерального вещества пропорциональна х в уравнении (1).
B способах, основанных на рассеивании Х- и g-лучей, интенсивность излучения, рассеиваемого в,угле, зависит от вероятности когерентного и комптоновского рассеяйия и поглощения
Х- и g-лучей внутри образца. Оптимальный уровень энергии для получения максимальной чувствительности к золе
В способах, основанных на рассеянии 8-частиц, интенсивность их рассеивания зависит от среднего атомного номера материала. Поскольку средний " атомный номер каменного угля возрастает с увеличением содержания минерального вещества, интенсивность 8частиц, рассеиваемых углем, пропорциональна содержанию золы.
В .способах, основанных на прохождении Х- или g -лучей малой интенсивности, интенсивность прохождения излу- © чения сквозь образец определенного удельного веса на единицу площади уменьшается с увеличением массового коэффициента поглощения (рассеивания) оснбвного материала. При энергиях 15 менее 10 кэВ массовый коэффициент поглбщения быстро изменяется с атомным номером, что соответствует изменению интенсивности прохождения с изменерием состава каменного угля. 20
Отношение интенсивности Д прохождения параллельного пучка лучей сквозь образец угля толщиной х и плотностью р к интенсивности Зо первичного пучка, падающего на детектор при отсутствии пробы угля, опреде.ляется формулой составляет от 10 до 20 кэВ. В этом случае
Ф, (4) Т,-C) где и С. — массовый коэффициент гл i поглощения и концентрации соответствеино для 1-того элемента образца угля, а К зависит от общей геометрии и эффективности обнаружения и от мощности источника рентгеновского или гамма-излучения. Если образцы угля имеют минеральное вещество с практически постоянным химическим составом, то содержание минерального вещества и, соответственно, содержание золы определяется 11), 123,13) и 14).
Недостатком укаэанных способов является то, что средний атомный номер минерального вещества не остается постоянным, и колебания содержания железа в минеральном веществе и влажности приводят к существенным ошибкам в анализе эолы. Изменения в содержании железа в минеральном веществе влияют как на прохождение, так и на рассеяние рентгеновского и гамма-излучения и,соответственно, на способы, использующие эти явления, следующим образом.
Если энергия Х-лучей рентгеновского излучения выбирается близкой к уровню поглощения К-оболочки железа (7,1 кэВ), массовый коэффициент поглощения железа и средняя его величина для остальных составляющих минерального вещества примерно одинаковы и, следовательно, содержание минерального вещества, а как следствие, и золы определяется с достаточной точностью. Однако рентгеновское излучение такой энергии сильно поглощается и изменения возможны при использовании тонко измельченного (менее 0,3 мм) угля, что ограничивает использование этих способов.
Если же выбирается рентгеновское излучение с энергией выае уровня поглощения К-оболочки железа, то следует вводить поправку в зависимости от содержания железа, так как поглощение в нем на единицу веса значительно больше, чем в остальных составляющих минерального вещества. Вводимая поправка завйсит от возбуждения К-оболочки железа рентгеновским излучением. Этот способ используется на угле очень тонкого. помола, так как
К -излучение хорошо поглощается в слое угля менее 1 мм толщиной. Следовательно, кроме случаев, когда содержание железа практически постоянно, содержание минерального вещества и золы определяется с помощью рентгеновского или гамма-излучения с достаточной степенью .точности только тогда, когда частицы угля очень малы.
852285 носительного поглощения при второй энергии.
Концентрацию минеральных составляющих определяют с помощью вышеупомянутых измерений в сочетании с одним или более дополнительным измерением, выбранным из измерений веса на единицу площади, или величины, пропорциональной указанной, или измерений объемной плотности, Обычно требуется только одно из этих двух измерений, В одном случае содержание золы определяется из двух измерений рассеяния рентгеновского или гамма-излучения низкой энергии при различных энергиях без использования дополнительных . измерений, если геометрия источника, образца и детектора выбрана таким образом, что интенсивность рассеяния для излучения обеих энергий практически не зависит от объемной плотности каменного угля или изменяется одинаково при изменении объемной плотности.
Если содержание влаги в угле или водорода в угольном веществе заметно изменяется, то увеличения точности определения содержания золы можно достичь, сочетая предлагаемый способ с измерением содержания влаги или водорода известными способами, а именно рассеянием или прохождением нейтронов, регистрацией гамма-излучения, возникающего при поглощении нейтронов водородом.
Предлагаемый способ частично компенсирует изменения количества других элементов, а именно кальция или серы в минеральном веществе, которые имеют высокий массовый коэффициент поглощения по сравнению со средним для других составляющих минерального вещества, и, следовательно, улучшает точность анализа содержания минерального вещества и эолы.
Более высокую чувствительность к изменению содержания эолы имеет способ, использующий прохождение рентгеновского или гамма-излучения низкой энергии, которьм можно определять содержание золы в каменном угле непосредственно в массиве,. т.е. в шпуре.
Предлагаемый способ применяется для анализа каменного угля непосредственно на конвейере, в лотке или в трубе. Уголь при этом может быть сухим или в виде суспензии, большими
° кусками или тонко помолот. Кроме того, способ 1применяется для непрерывного анализа угля на содержание золы и для анализа дискретных проб угля.
Величины низкой энергии рентгеновского или гамма-излучения -выбираются исходя из конкретных условий. Например, в случае использования рентге.новского или гамма-излучения низкой
1»
Поэтому применение способа определения содержания золы в каменном угле с помощью рентгеновского излучения, а также гамма-излучения низкой энергии нежелательно в случаях, когда содержание железа в минеральном веществе непостоянно, а также если размеры частиц угля недостаточно малы. Также не рекомендуется практическое применение способа определения содержания эолы с достаточной точностью с использованием нейтрон ной аппаратуры, в особенности для экспресс-анализа.
Наиболее близким по технической сущности к.предлагаемому является способ определения зольности угля, заключающийся в том, что уголь облучают рентгеновским или гамма-излучением двух различных энергий, регистрируют прощедшее или рассеянное излучение каждой энергии и по полученным 20 данным определяют зольность угля t5).
Однако данный способ не позволяет получить высокую точность при измерении содержания золы в угле.
Цель изобретения — повышение точ- з5 ности анализа.
Поставленная цель достигается тем, что в способе определения зольности угля, заключающемся в том, что уголь облучают рентгеновским или гамма-излу-З0 чением двух различных энергий и регистрируют прошедшее или рассеянное излучение каждой энергии, величины энергий излучения выбирают таким образом что поглощение излучения на
) единицу веса угля группой минеральных составляющих угля отлично от поглощения излучения на единицу веса угольным веществом для каждой энергии и относительное поглощение на единицу веса угла излучения одной энергии 40 группой минеральных составляющих и угольным веществом отлично от относительного поглощения на единицу веса излучения другой энергии.
Предлагаемый способ осуществляют 4 следующим образом.
Концентрацию минеральных составляющих в каменном угле или коксе определяют из результата измерения прохождения или рассеяния рентгеновского или гамма-излучения первой энергии, выбранной таким образом, что имеет место значительная разница в поглощений излучения на единицу веса в угольном и в минеральном ве- ществах, в сочетании со вторым измерением прохождения или рассеяния рентгеновского или гамма-излучения второй энергии, выбранной таким образом, что поглощение излучения на единицу веса в угольном веществе бб значительно отличается от поглощения в минеральном, а относительное поглощение на единицу веса в минеральном и в угольном веществах при первой энергии значительно отличается от от- Я
85 2185 энергии для определения содержания золы в каменном угле, находящемся на ленточном конвейере, энергия рентгеновского излучения выбирается такой, что в толще слоя угля происходит заметное поглощение, обеспечивающее высокую чувствительность к изменению содержания золы, однако при. этом необходимо также существенное прохождение излучения сквозь слой угля для точного измерения интенсивности прохождения лучей.
В качестве источников рентгеновского и гамма-излучений низкой энергии для проведения анализа используют следующие радиоизотопы: Am — 241, Gd — 153, Cd — 109, Cm — 244, Pu — 238 15 и Со — 57. Они могут быть использованы и как источники прямой радиации, и как источники для облучения мишеней, вторичное излучение которых может иметь шйрокий диапазон проме- Щ жуточных энергий. Для получения гаммаизлучения используют Ва-133, Cs-137 и Со-60. Наряду с радиоизотопными источниками могут быть использованы вакуумные, но они значительно сложнее и дороже.
В случае непрерывного контроля радиоизотопные источники и детекторы преимущественно располагаются в линию параллельно движению угля для того, чтобы уголь находился в поле зрения каждой системы источникдетектор одинаковое время.
Если предлагаемый способ используется для анализа угля на ленточном конвейере, то в некоторых случаях 35 необходимо компенсировать изменение толщины конвейерной ленты, для чего эта толщина непрерывно измеряется, например, с помощью обычной радиоизотопной аппаратуры при обратном ф) ходе конвейерной ленты.
Пример. Уголь 1 (см.чертеж) находится на движущейся конвейерной ленте 2 и просвечивается двумя пучками Рентгеновского или гамма-излу45 чения, формируемыми в.параллельные пучки свинцовыми экранами 3 таким образом, что попадание рассеянных углем лучей в детектор маловероятно.
Первый луч идет от источника 4 рентгеновского излучения, имеющего энергию около 30 кэВ, и регистрируется сцинтилляционным детектором 5. Второй луч идет от источника б, представляющего собой Ва-133 и Am-241, и регистрируется другим сцинтилляцион- H ным детектором 7. Ва-133 излучает гамма-излучение с энергией 356 кэВ и другими энергиями, а Am-241 гамма-излучение с энергией 59,5 кэВ.
Небольшой экран размещен вокруг ис- д точника c Ba-133, чтобы уменьшить интенсивность излучаемого Ва-133 гамма-излучения низкой энергии (менее 100 кэВ), попадающего на детектор 7, и, таким образом, повысить чувствительность к гамма-излучениюс энергией 59,5 кэВ.
Электронная аппаратура, используемая со сцинтилляционными детекторами 5 и 7, состоит из высоковольтного блока 8 для поляризации сцинтилляционных детекторов, усилителей 9, одноканальных анализаторов 10 или дискриминатора 11 для выбора амплитуд импульса, соответствующих принимаемому рентгеновскому или гамма-излучению, а также промежуточных блоков 12 для связи выходов блоков 10 и 11 с цифровым вычислителем 13, который масштабирует электрические импульсы и вычисляет содержание эолы.
ФоРмУла изобретения
Способ определения зольности угля, заключающийся в облучении угля, рентгеновским или гамма-излучением двух различных энергий и регистрации прошедшего или рассеянного излучения каждой энергии, по результатам которой судят о зольности угля, о т л и ч а ю шийся тем,что,. с целью повышения точности анализа, величины энергий излучения выбирают таким образом, что поглощение излучения на единицу веса угля группой минеральных составляющих угля отлично от поглощенля излучения на единицу веса угольным веществам для каждой энергии и относительное поглощение на единицу веса угля излучения одной энергии группой минеральных составляющих и угольным веществом отлично от относительного поглощения на единицу веса излучения другой энергии.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Camегоn J..E. Measurement of
Ash Content and Calorific Value of Coal
Ф
wi th Radioisotopic instruments. Proc.
2-nd Symp. on LOM-Energy Х-and СавваSources and App l i cat i ons, Aust in, Texas, Narch,. 1967, ОНИ -l lC-10,2, 1967, р.903.
<2. Nagy И,,Varga R. Determination
of Ash Contents of Coals by the Gammaray Transmission Hethod. Radioisotooe
Instruments in Industry and Geophysics.
Proc. Symp. Иаrsaw., 1965, 1, 3 AEE, Vienna, 1966, р. 245.
3. Came ron Э .F,, Claytin С.G.
Radioisotope Instruments. Pergamon
Press. Oxford, 1971, р.99.
4. Rhodes J.R. et а1. А Coal-Ash
Monitor with I.ow Dependance on Ash
Composition. Radioisotope instruments
In Induз гу and CeophysI св. Рroc. 5. Авторское свидетельство СССР
SyNp. Wersaw, 1965, 1, 3АЕЕ, VI erma 9 129355, кл. G 01 М 23/02, 1960
1966, р, 447. (прототип).
Составитель K.Åîíîíîâ
Редактор Т.Мермелштайн текред М. Гопника Корректор С. Шекмар
«
Заказ 6408/90 Тираж 907 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открнтий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
»»«» Ь»Мь»
«»
Филиал ППП "Патент",r. ужгород, ул. Проектная, 4
