Аналитический контроль металлургического сырья

Металлургическое сырьеявляется одним из наиболее сложных объектов анализа. В ходе его аналитического контроля приходится определять до 80 элементов при содержании от 10^-6 до ~ 100%. Анализируемые природные объекты,какправило,характеризуютсясложностьюхимическогосостава, разнообразием минеральных форм и значительной неоднородностью. Многообразие и сложность задач обусловили то, что для анализа сырья и полупродуктов в металлургии используется в настоящее время более 500 методик и число их продолжает возрастать.

Рассмотрим подробнее аналитический контроль сырья в цветной металлургии.Какправило,рудыцветныхметалловбедныеисодержатвсего несколько процентов, а часто и доли процента основного металла. Эти руды имеют сложный минералогический состав. Наряду с рудами какого-либо одного из металлов (медными,свинцовыми,цинковыми,никелевыми и т.п.), так называемыми монометаллическими,широко распространены и полиметаллические комплексные руды, содержащие минералы различных металлов.

В качестве примера приведем состав полиметаллической руды:

Компонентами пустой породы в них являются кварц, силикаты, карбонаты,фториды,алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов, гидроксиды и оксиды железа и др.Цветные металлы находятся в рудах в основном в виде сульфидов различного состава.

Вследствие сложности минералогического состава и малого содержания основногометаллаполучениеметаллическойпродукцииизрудявляется сложной задачей,реализовать которую в промышленных масштабах можно лишь применением нескольких проводимых последовательно процессов, как пирометаллургических,так игидрометаллургических,обеспечивающих по-степенное повышение концентрации основного металла вследствие отделения пустой породы и некоторых сопутствующих элементов.

Медные руды практически полностью относятся к полиметаллическим. Ценными спутникамимедив рудном сырье являются около 30элементов, важнейшие из которых: Zn, Pb, Ni, Co, Au, Ag металлы платиновой группы; S, Se, Te, Cd, Ge, Re, Jn, Tl, Mo, Fe. В современной практике обычно разрабатывают руды с содержанием 0,8-1,5% Cu, а иногда и ниже 0,4-0,5%. Определениемедиобычнопроводяттитриметрическимиодометрическим методом. При содержании меди в концентратах в количестве от 10 до 40% ее определяют электрогравиметрическим методом.Другие,наиболее важные компоненты, входящие в состав медных концентратов, определяются следующими методами: Pb, Zn, Fe – титриметрическим комплексонометрическим; Mo, Co, Ni, B – фотометрическим.

Особенно эффективен при аналитическом контроле процесса обогащения руд рентгеновский спектральный анализ. Рентгеновские многоканальные спектрометры могут использоваться в качестве аналитических датчиков в автоматизированныхсистемахконтролясоставапульповидныхматериалов.

Весьма высокая производительность метода и широкий круг определяемых элементов(Cu,Ni,Zn,Pb,Fe,Mo и др.) способствовали быстрому проникновению его в практику аналитического контроля различных технологических процессов в цветной металлургии.Применение таких систем дает возможность улучшить технологию на предприятиях - повысить извлечение ценных компонентов и качество концентрата, уменьшить расход флотореагентов, увеличить производительность оборудования.

Дальнейшую переработку медных концентратов с целью получения металлической меди осуществляют пиро или гидрометаллургическими способами.

Анализируемыми объектами на данной стадии технологического процесса являются шихта,поступающая на обжиг,огарок и обжиговая пыль. В шихте, после сплавления ее с пероксидом натрия, определяют диоксид кремния(фотометрическимметодомввидемолибдокремниевойкислоты), серу(гравиметрическим методом в виде сульфата бария), кальция (перманганатометрическим методом–послеосаждениякальцияввидеоксалатаи растворения осадка в серной кислоте).

В огарке медь и железо определяют титриметрическим методом, серу и кремниевую кислоту - гравиметрическим, алюминий – потенциометрическим методом, кальций и магний – титриметрическим методом.

В обжиговой пыли определяют:Pb и Zn- комплексометрическим методом; Cu,Se,Te – иодометрическим методом; Ge,Tl – экстракционно-фотометрическим методом.

Приведенные методики химического анализа (титриметрия и гравиметрия), сочетающие точность с простотой аппаратуры, имеют низкую производительность, активно вытесняются в настоящее время более экспрессными и менее трудоемкими методиками, например, атомно-абсорционнго и рентгено-флуорисцентного анализа. При помощи атомно-абсорционного метода определяют щелочноземельные металлы, медь, никель, серебро, металлы платиновой группы, теллур, мышьяк и др.

Большоезначениевцветнойметаллургииприобрелрентгенорадиометрическийметоданализа.Этим методомпроводятэкспрессныйанализ медныхконцентратов,оловянных,медно-цинковых,свинцово-бариевыхи медно-молибденовых руди продуктов их переработки.Рентгенорадиометрические методы анализа широко применяют для оперативного контроля процессов обогащения. Значительный прогресс наблюдается в использовании активационногоанализа,например,приконтролезагрязненностиатмосферы твердыми аэрозолями, для определения рассеянных и благородных металлов.

Важнейшую роль в аналитическом контроле процессов, осуществляемых в цветной металлургии, продолжает играть атомно-эмиссионный ана-лиз. Метод используют для выполнения рядовых определений 65 элементов с нижней границей определяемых содержаний 10^-5-10^-1%.

Определение содержания элементов с учетом их минералогического состояния называют фазовым анализом. Для фазового анализа медных руд используют как физические (микроскопические, термографические, рентгенографические) и другие исследования, так и химические методы. Универсальным методом фазового анализа является метод,основанный на взаимодействии рентгеновского излучения с кристаллическими решетками компонентов исследуемых объектов (руды, концентраты, шламы, шлаки и т.д.), называемый рентгеновским фазовым анализом. Метод относится к экспрессивным, являетсянедеструктивным.Ограниченноеегоиспользованиеобусловлено главным образом относительно малой чувствительностью - нижняя граница определяемых содержаний составляет от 10^-1 до нескольких процентов.