В контексті нещодавніх домовленостей між Україною та США щодо розробки корисних копалин, зокрема рідкісноземельних мінералів, питання пошуку потрібної руди, аналізу її якості та перспективності, а також дослідження всіх етапів переробки аж до отримання високочистого рідкоземельного металу є досить актуальним.
Рідкоземельні метали є незамінними для сучасних технологій та повсякденного життя. В основному їх потрібно добувати з мінералів за допомогою складних процесів, і вони повинні відповідати найвищим вимогам до чистоти.
У сфері гірничодобувної та металургійної промисловості (ГМП) існують різні вимоги до аналізу елементного складу. Під час початкової розвідки та оцінки потенційних місць видобутку зазвичай необхідно визначити вміст основних елементів у сировині. На пізніших етапах процесу — наприклад, під час виробництва високочистих металів та сплавів — більшу роль відіграють слідові та ультра-слідові елементи, особливо у таких сферах, як контроль якості. Залежно від конкретного завдання та аналітичних викликів німецький виробник Analytik Jena GmbH+Co. KG пропонує різні рішення, які і будуть розглянуті у цій статті.
Аналіз металів, мінералів та руд
Видобуток чистого металу вимагає технічно складних процесів.
На початковому етапі для створення детальних специфікацій необхідно проаналізувати значну кількість сировини. Це означає, що необхідно визначити вміст і концентрацію основних елементів. Для цих завдань часто використовують ААС (атомно-абсорбційну спектрометрію) з полум'яним атомізатором. Такий спектрометр для аналізу металів є недорогим, як по вартості так і у подальшій експлуатації, приладом, що може визначати досить низькі концентрації (на рівні від мг/кг до %).
Найкращим представником даного типу приладів є атомно-абсорбційний спектрометр Analytik Jena contrAA 800 F.
Завдяки використанню в конструкції атомно-абсорбційного спектрометра Analytik Jena contrAA 800 F ксенонової лампи суцільного спектра випромінювання, прилад поєднує переваги методу атомної абсорбції та методу оптико-емісійної спектрометрії з індуктивно-зв'язаною плазмою:
На пізніших етапах процесу виникають різні аналітичні виклики. Слідові та ультраслідові елементи можуть значно впливати на якість високочистих металів або сплавів. Однак виявлення цих слідів та ультраслідів вимагає використання вже інших інструментів. Більш результативними в цьому випадку будуть мас-спектрометри з індуктивно-зв’язаною плазмою (ІЗП-МС). Дані прилади дозволяють досліджувати вміст елементів від нанограмів на кілограм до міліграмів на кілограм.
Найточнішими та найекономічнішими приладами серед існуючих одноквадрупольних ІЗП-МС на сьогодні є прилади серії PlasmaQuant MS. Найкращим представником серії є модель PlasmaQuant MS Elite.
Даний прилад може визначати понад 70 елементів періодичної системи хімічних елементів та має такі переваги:
Також у ГМП та металургії широко застосовуються оптико-емісійні спектрометри з індуктивно-зв’язаною плазмою (ІЗП-ОЕС). Ці прилади більш чутливі ніж ААС з полум’яною атомізацією, але менш чутливі за ІЗП-МС.
Маючи широкий діапазон концентрацій елементів що визначаються (від мкг/кг до %), простоту та швидкість самого аналізу і універсальність, ІЗП-ОЕС спектрометри займають важливе місце серед елементних аналізаторів в лабораторіях гірничо-видобувної галузі. Недоліком даної технології є велика кількість спектральних накладань між різними елементами.
Тому, розуміючи важливість максимально точного аналізу для будь-яких зразків, Analytik Jena випустив ІЗП-ОЕС високої роздільної здатності PlasmaQuant 9100 Elite.
Найвище оптичне розділення з усіх існуючих ІЗП-ОЕС - 2 пм дозволяє вирішувати найскладніші аналітичні завдання в атомній спектроскопії, демонструючи чудову гнучкість і найкращу точність дослідження.
Інші переваги PlasmaQuant 9100 Elite:
Перед аналізом за допомогою ААС, ІЗП-ОЕС та ІЗП-МС, метали та сплави потребують розчинення, щоб отримати вимірюваний розчин. Ці зразки мають складну матрицю, яка може впливати на якість результатів. Високий вміст основних металів, таких як мідь, кобальт, хром, нікель, залізо та цинк, а також слідові елементи (добавки або домішки) можуть заважати правильному кількісному визначенню. Вміст SiO₂, Al₂O₃, вуглецю (графіт, карбіди), а також вогнетривких елементів також може мати негативний вплив.
Підготовка зразків вводить ще одне джерело аналітичних викликів. Відкрита підготовка зразків у посудинах на гарячій плиті з сумішами HNO₃, HCl, HF, а також HClO₄ та NaHSO₄ може призвести до неповного розчинення зразка. Однак цього можна уникнути, використовуючи належні методи підготовки зразків, такі як плавлення та мікрохвильове розчинення під тиском.
Які аналітичні методи ідеальні для яких застосувань?
Технології ААС:
Технології ІЗП:
Вимоги до обладнання
Аналізатори та спектрометри для аналізу металів часто застосовують в суворих умовах навколишнього середовища та у дуже віддалених місцях, особливо під час розвідки та видобутку. Деякі родовища розташовані на кілька тисяч метрів над рівнем моря. Атмосферний тиск і рівень кисню в таких умовах значно нижчі, що може суттєво впливати на результати вимірювань. До того ж, відповідне лабораторне обладнання в таких місцях трапляється рідко.
Тому за можливості, прилади мають бути зручними у користуванні, легкими в налаштуванні та, за потреби, керованими персоналом без глибокої спеціалізованої підготовки.
Доступність витратних матеріалів — ще одна важлива проблема. Рідкісні або спеціалізовані хімікати часто недоступні на більшості гірничих об’єктів через їхню віддаленість. Прилади повинні працювати з мінімальною кількістю додаткових експлуатаційних матеріалів. Наприклад, рутинний атомно-абсорбційний спектрометр novAA 800 від компанії Analytik Jena може працювати на зрідженому нафтовому газі (LPG), який доступний навіть у найвіддаленіших куточках світу.
Крім загальних характеристик, вирішальне значення мають і аналітичні властивості, такі як точність, прецизійність та надійність методики. Рішення компанії Analytik Jena забезпечують відповідні аналітичні методи для визначення вмісту металів у рудах, виявлення домішок у чистих металах та моніторингу процесу підготовки зразків.
Сьогодні важливу роль також відіграє автоматизація, оскільки кількість зразків для рутинного аналізу постійно зростає. Підвищена пропускна здатність — завдяки автоматизації та/або інноваційним методам аналізу — може знизити загальні витрати на аналіз та вивільнити людські ресурси.
Наша компанія пропонує ознайомитися з різними підходами, методами та технологіями від Analytik Jena, які відповідають різним вимогам та можуть бути індивідуально адаптовані до вашого застосування.
Будемо раді відповісти на всі ваші питання і допомогти з вибором оптимального рішення для вас! Зв’язатися з нами можна зателефонувавши +38 (044) 365-07-90 або написавши mcb@im-group.com.ua
