DE3634410A1 - Verfahren zur durchfuehrung einer analyse von unterschiedlichen chemischen verbindungen und eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer schnellen Analyse von unterschiedlichen chemischen Verbindungen gleicher Ele­ mente, welche in einem Vorkommen, vorzugsweise in zu erschließenden Lagerstätten, gemeinsam, auch in unterschiedlichen Konfigurationen und Phasen vorliegen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DE-PS 29 07 513 ist ein Probenahmeverfahren zur Analyse von Schüttgütern bekannt, bei dem eine Probe von den in der Luft schwebenden oder aufgewirbelten feinsten Staubpartikeln genommen wird, welche von den zu untersuchenden Materialien stammt. Dieses bekannte Verfahren geht davon aus, daß eine auf die genannte Weise genommene Probe in ihrer chemischen Zusammensetzung für die im wesentlichen in makroskopischer Form vorliegenden Materialien tatsächlich repräsentativ ist, und daß eine solche Probe sehr schnell analysiert werden kann.

Ein derartiges Verfahren läßt sich unter anderem beim Abbau oder bei der Verarbeitung von Mineralien, wie Erz, Kohle, Basalt, Sand oder dergl. oder auch von Halbfertigprodukten, wie Mineralien in Form von Pellets, Koks und andereren Materialien einsetzen.

Es sind ferner Methoden und Geräte zum Sammeln von Staub in den verschiedensten Ausführungen bekannt, beispielsweise aus "Die Industrie der Steine und Erden", 1971, Heft 6, Seite 133.

Aus der US-PS 37 68 302 ist ferner ein Verfahren bekannt, mit dem zur Ermittlung von Mineral-Lagerstätten flüchtige Bestandteile in der Luft aufgefangen und analysiert werden müssen.

Die sich nach diesen bekannten Methoden zur Probenahme anschließenden chemischen Analyseverfahren sind konventioneller Art und benötigen eine relativ lange Zeit, bis Ergebnisse vorliegen, welche verwertet werden können.

Es besteht gerade in den genannten Industriezweigen das Bedürfnis, laufend Analyseergebnisse zur Verfügung zu haben, um den Verfahrens­ prozeß zu beeinflussen und/oder zu steuern.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde ein Ana­ lyseverfahren in Kombination mit einem Probenahmeverfahren vorzu­ schlagen, welches sehr schnell Ergebnisse liefert, die noch in dem laufenden Prozeß zur Steuerung verwendet werden können.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß unterschiedliche Verbindungen eines Elementes sich z.B. bei mechanischer oder anderer Belastung in verschiedene Korngrößenverteilungen aufspalten oder aber in verschiedenen Korngrößenverteilungen von Natur aus vorhanden sind.

Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis besteht die Lösung der gestellten Aufgabe darin, daß mindestens eine Probe dem zu analysierenden Gut des Vorkommens entnommen, aufbereitet und in Fraktionen unterschiedlicher Korngrößenbereiche aufgeteilt wird, und daß in jeder Fraktion die Konzentration mindestens eines Elementes bestimmt und zur Analyse mit entsprechenden Eichkurven verglichen wird.

Hierdurch wird es möglich, eine Probe, die aus dem Material entnommen ist, in verschiedene Fraktionen zu zerlegen und durch vereinfachte Elementanalyse dieser Fraktionen zu bestimmen, welche Verbindungen dieses Elementes in dem zu analysierenden Material vorhanden sind. Voraussetzung dafür sind Eichkurven, die durch entsprechende Vor­ untersuchungen zu erstellen sind.

Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber anderen Verfahren, z.B. der Röntgenbeugungsanalyse, welche die Elemente direkt liefern, liegt ferner noch darin, daß mit dem gleichen Instrument, mit dem die Elementanalyse durchgeführt wird, beispielsweise einem Röntgenfluores­ zenzgerät, auch Informationen über die chemische Verbindung bzw. die Zusammensetzung der untersuchten Materialien gewonnen werden können und somit der zusätzliche Einsatz eines weiteren Meßgerätes nicht notwendig wird.

Nach der Erfindung werden mehrere Proben dem zu analysierenden Gut gleichzeitig entnommen und jede Probe wird in eine oder mehrere Fraktionen eines jeweils vorbestimmten Korngrößenbereiches aufgeteilt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die ermittelten Analysenwerte von mindestens zwei Fraktionen mit auf die gleiche Weise ermittelten Werten einer Eichkurvenschar verglichen, um Kenngrößen zur Berechnung des repräsentativen Analysenergebnisses zu erhalten. Die sich ergebenden Größen werden in vorteilhafter Weise für die Analyse verwertet, wodurch die Aussagekraft des Ergebnisses erheblich erwei­ tert wird.

Gemäß der Erfindung werden die Ergebnisse der Elementanalyse der einzelnen Fraktionen zur Emittlung der tatsächlich vorliegenden Korn­ größenverteilung einer oder mehrerer Verbindungen des gleichen Elementes verwendet.

Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird zur Analyse mindestens einer Fraktion ein Meßgerät, vorzugsweise ein Röntgenfluo­ reszenzgerät verwendet, welches mit einem Rechner verbunden ist, der mit mindestens einer Einheit zum Vergleich in einem Speicher gespei­ cherter Eichwerte mit unmittelbar gemessenen Werten oder in einem anderen Speicher gespeicherten Meßwerten verbunden ist und welcher eine Anzeigevorrichtung aufweist.

Die Einheit zum Vergleich gemessener und gespeicherter Werte mit gespeicherten Eichwerten liefert aus dem Vergleich ferner Kenngrößen zur Berechnung des repräsentativen Analyseergebnisses.

Dem an sich bekannten Röntgenfluoreszenzgerät ist nach der Erfindung mindestens eine Vorrichtung zur Aufbereitung des Meßgutes vorge­ schaltet.

In vorteilhafter Weise ist der Vorrichtung ein Probenentnahmegerät mit Einrichtungen zur Herstellung einer Fraktion eines vorgegebenen Korn­ größenbereiches vorgeschaltet.

Jede Aufbereitungsvorrichtung weist im Bedarfsfall eine Trocknungs­ vorrichtung auf.

Benutzt man dieses Probenahmeprinzip nach der Erfindung in der hier beschriebenen Weise, so arbeitet man vorzugsweise mit zwei Probe­ nehmern, die zwei Fraktionen unerschiedlicher Korngrößen abscheiden. Es ist auch möglich mit einem Probenehmer ein weites Korngrößenband abzuscheiden und anschließend zu fraktionieren, was aber zu Zeit­ verlusten führen kann. Danach erfolgt die Analyse z.B. in einem Röntgenfluoreszenzgerät.

Die Asche bzw. der anorganische Anteil von Braunkohle enthält u.a. Quarz, aber auch andere z.B. tonige Bestandteile, die ebenfalls Si enthalten. Zuviel Quarz als Aschekomponente hat bei der Verarbeitung von Braunkohle zu Brikett den Nachteil, daß Quarz im Gegensatz zu tonigen Bestandteilen zu einem starken Verschleiß an den Preßwerkzeugen führt. Aus diesem Grunde ist es beispielsweise interessant den Quarz­ anteil in der Asche zu kennen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Probenahme mit einem Analyse­ gerät, und

Fig. 2 Kurven der Größenverteilung verschiedener Verbindungen eines gleichen Elementes, aufgetragen über dem Anteil.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, bei der aus einem Raum 1 mit aufgewirbelten Partikeln gleichzeitig zwei Proben verschiedener Korngrößenbereiche mit Hilfe entsprechender Probe­ nahmegeräte 2 und 3 entnommen und jeweils einer Einrichtung 4 bzw. 5, die sich im Analysegerät 6 befinden, zugeführt werden. Diese Ein­ richtungen 4 und 5 dienen der Aufbereitung, Trocknung und Dosierung. Die Steuerelektronik 7 steuert die einzelnen Prozeßabläufe in den Einrichtungen 4 und 5.

Die Analyse bzw. die Ermittlung der Konzentration eines Elementes in einer jeden Fraktion erfolgt mit Hilfe eines an sich bekannten Röntgen­ fluoreszenzgerätes (RFA) 8. Die sich durch die Messung ergebenden Signale, welche dem Anteil der Partikel und ihrer Korngrößenverteilung entsprechen, werden elektronisch gespeichert und mit den Werten im Tabellenspeicher 9, welcher die Werte der Eichkurven enthält, mit Hilfe der Einrichtung 10 verglichen und durch eine Anzeigevorrichtung 11 in Form eines Monitors, Druckers oder dergleichen, angezeigt. Die Daten können auch bei 12 zur weiteren Verarbeitung abgegriffen werden.

Mit Hilfe des Analysengerätes 6 lassen sich zur Ermittlung weiterer für die Analyse verwertbarer Daten oder Kenngrößen Analysenwerte von mindestens zwei Fraktionen mit auf die gleiche Weise ermittelten Werten aus einer Eichkurvenschar vergleichen.

Besonders vorteilhaft ist eine Wahl der beiden Korngrößenbereiche, wie im folgenden angegeben wird. Die Probe A (s. hierzu Fig. 2) überdeckt den für den Aschegehalt repräsentativen Korngrößenbereich <200 µm; Probe B überdeckt das für den Quarzbestandteil typische Anreicherungs­ band 125-200 µm. Hierzu wird auf die folgende Literaturstelle ver­ wiesen:

BMFT-FB-T-86-033; Schnellanalyseverfahren zur Bestimmung des Schwefelgehaltes an sich bewegenden Förderströmen von Rohbraun­ kohle. (Bericht veröffentlicht vom BMFT)

Eine Analyse der Proben auf Si erfolgt z.B. mit dem Röntgen­ fluoreszenzgerät 8. Mit wachsendem Quarzanteil in der Asche wächst das Verhältnis der Si-Konzentration Probe B / Si-Konzentration in Probe A. Gleichzeitig kann aus der Probe A ein Wert für den Aschegehalt mit Hilfe des RFA-Gerätes ermittelt werden.

Eine andere Variante ist für die Probe A ein Korngrößenband von <100 µm. In diesem Fall ist es allerdings schwieriger für den Gesamt­ aschegehalt einen repräsentativen Wert zu ermitteln. Der Unterschied im Verhältnis der Si-Gehalte ist dafür ausgeprägter.

Es ist bekannt, daß Kornfraktionen, in denen sich einzelne Mineralien anreichern, auch in Erzen vorhanden sind. Hier handelt es sich um Goethit und Siderit, die beide Verbindungen des Eisens sind und die als Eisenerze verhüttet werden. So reichert sich der Siderit in der Fraktion <60 µm unter mechanischer Belastung an. Analysiert man nach der Erfindung die beiden Fraktionen <60 µm und 100-200 µm auf Eisen, so läßt sich erkennen, um welchen Erztyp es sich handelt. Hierzu wird auf die folgende Literaturstelle verwiesen:.

"Erzmetall" 39 (1986) Nr. 6; Entwicklung, Bau und Erprobung einer automatischen Schnellanalysenanlage zur Bestimmung von Eisen-, Phosphor- und Kalziumgehalten heterogener Erze.

Das Verfahren der "Mehrbandanalyse" nach der Erfindung ist aber auch zur Unterstützung des in der DE-PS 29 07 513 C2 beschriebenen und oben bereits zitierten Probenahmeverfahrens von großer Bedeutung. Bei diesem Probenahmeverfahren wird eine repräsentative, feinkörnige (i.a. <200 µm) praktisch analysenfertige Probe aus dem zu analysierenden Gut gewonnen.

Die Repräsentativität der Probe ist aber nur dann auf Dauer gewähr­ leistet, wenn die Korngrößenverteilung der interessierenden Komponenten (Mineralien etc.) innerhalb der abgeschiedenen Kornfraktion nicht zu stark schwankt.

Nutzt man nun z.B. das Kornband <100 µm als repräsentativ erkannte Kornfraktion, um - wie in DE-PS 29 07 513.6 beschrieben - Phosphor in Eisenerz zu analysieren, so ist es sehr vorteilhaft, wenn man auch das anschließende Korngrößenband 100-200 µm von Zeit zu Zeit auf P und ggf. Fe analysiert, um zu sehen, ob sich an der Basiskorngrößenverteilung des Phosphorträgers (i.e. Apatit) etwas geändert hat. Dies erkennt man, wenn sich am Verhältnis der beiden Phosphorwerte zueinander deutliche Veränderungen ergeben.

Aus der Kenntnis der Verschiebungen lassen sich dann Korrekturen an dem P-Wert der Fraktion <100 µm anbringen, um die Repräsentativität des P-Analysenwertes für das zu analysierende Gut (im dargestellten Beispiel Eisenerz) sicherzustellen. Wenn das Verhältnis des P-Wertes in der Fraktion 100-200 µm zum P-Wert der Fraktion <100 µm steigt, so bedeutet dies, daß der Apatit gröber wird und der P-Wert der "repräsentativen" Fraktion <100 µm muß nach oben korrigiert werden.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit des Verfahrens nach der Erfindung ist die Korrektur von Elementanalysenwerten bei der Röntgenfluoreszenz­ analyse von Pulverschüttungen. Bei diesem Verfahren kann die Korn­ größenverteilung der Verbindungen, die das zu analysierende Element enthalten, das Analysenergebnis beeinflussen, da kleine Teilchen zur Röntgenfluoreszenzintensität proportional mehr beitragen als große, die nicht vollständig angeregt werden.

Zum Beispiel hat bei der Analyse von S in Kohle mit Hilfe der Röntgenfluoreszenz die Korngrößenverteilung von Pyrit einen erheblichen Einfluß. Auch hier kann durch die Analyse von zwei oder mehr Fraktionen auf S also z.B. Fraktion <20 µm und Fraktion <20 µm anhand einer empirisch ermittelten Eichkurve die Richtigkeit der Analysenergebnisse sichergestellt werden, da die Schwankungen der Korngrößenverteilung sich in den Einzelergebnissen aus den Fraktionen widerspiegeln. Nimmt die Röntgenfluoreszenzintensität in der Fraktion <20 µm im Verältnis zur Fraktion <20 µm zu, so muß eine entsprechende Korrektur des Schwefelwertes der Gesamtfraktion nach unten durchgeführt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Durchführung einer schnellen Analyse von unter­ schiedlichen chemischen Verbindungen gleicher Elemente, welche in einem Vorkommen, vorzugsweise in zu erschließenden Lagerstätten gemeinsam, auch in unterschiedlichen Konfigurationen und Phasen vorliegen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Probe dem zu analysierenden Gut des Vorkommens entnommen, aufbereitet und in Fraktionen unterschiedlicher Korngrößenbereiche aufgeteilt wird, und daß in jeder Fraktion die Konzentration mindestens eines Elementes bestimmt und zur Analyse mit entsprechenden Eichkurven verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Proben dem zu analysierenden Gut gleichzeitig entnommen und jede Probe in eine oder mehrere Fraktionen eines jeweils vorbestimmten Korngrößenbereiches aufgeteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ermittelte Analysenwerte von mindestens zwei Fraktionen mit auf die gleiche Weise ermittelten Werten einer Eichkurvenschar verglichen werden, um Kenngrößen zur Berechnung des repräsentativen Analysen­ ergebnisses zu erhalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisse der Elementanalyse der einzelnen Fraktionen zur Emittlung der tatsächlich vorliegenden Korngrößenverteilung einer oder mehrerer Verbindungen des gleichen Elementes verwendet werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Analyse mindestens einer Fraktion ein Meßgerät (8), vorzugsweise ein Röntgenfluoreszenzgerät verwendet wird, welches mit einem Rechner verbunden ist, der mit mindestens einer Einheit (10) zum Vergleich in einem Speicher (9) gespeicherter Eichwerte mit unmittelbar gemessenen Werten oder in einem anderen Speicher gespeicherten Meßwerten verbunden ist und welcher eine Anzeigevorrichtung (11) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (11) zum Vergleich gemessener und gespeicherter Werte mit gespeicherten Eichwerten aus dem Vergleich Kenngrößen zur Berechnung des repräsentativen Analyseergebnisses liefert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Röntgenfluoreszenzgerät (8) mindestens eine Vorrichtung (4, 5) zur Aufbereitung des Meßgutes vorgeschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jede herzustellende Fraktion eine Aufbereitungsvorrichtung (4, 5) vor­ handen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Aufbereitungsvorrichtung (4, 5) ein Probenentnahmegerät (2, 3) mit Einrichtungen zur Herstellung einer Fraktion eines vorgegebenen Korngrößenbereiches vorgeschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Aufbereitungsvorrichtung (4, 5) eine Trocknungsvorrichtung auf­ weist.