EA034973B1 - Method for nuclear-physical determination of ash content of coal - Google Patents
Method for nuclear-physical determination of ash content of coal Download PDFInfo
- Publication number
- EA034973B1 EA034973B1 EA201800638A EA201800638A EA034973B1 EA 034973 B1 EA034973 B1 EA 034973B1 EA 201800638 A EA201800638 A EA 201800638A EA 201800638 A EA201800638 A EA 201800638A EA 034973 B1 EA034973 B1 EA 034973B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- thickness
- coal
- intensity
- ash
- filter
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к физическим способам анализа состава вещества, а именно к ядернофизическим способам анализа качества с применением гамма-излучения.The invention relates to physical methods for analyzing the composition of a substance, namely to nuclear physics methods for analyzing quality using gamma radiation.
Известен способ определения зольности угля, основанный на его облучении низкоэнергетическим гамма-излучением и регистрации рассеянного углем гамма-излучения (Старчик Л.П., Пак Ю.Н. Ядернофизические методы контроля качества твердого топлива. Монография. М.: Недра, 1985, с. 70-71).A known method for determining the ash content of coal, based on its irradiation with low-energy gamma radiation and registration of gamma radiation scattered by coal (Starchik L.P., Pak Yu.N. Nuclear physics methods for controlling the quality of solid fuel. Monograph. M .: Nedra, 1985, p. . 70-71).
Недостатком известного способа является сравнительно высокая погрешность определения зольности в условиях непостоянства вещественного состава минеральной (золообразующей) части угля и, в частности, колебаний содержания железа и кальция в золе.The disadvantage of this method is the relatively high error in determining the ash content under conditions of inconstancy of the material composition of the mineral (ash-forming) part of coal and, in particular, fluctuations in the content of iron and calcium in the ash.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, основанный на облучении угля гамма-излучением с энергией ниже энергии К-края поглощения железа и регистрации ослабленного фильтром переменной толщины вторичного излучения, включающего рассеянное углем гамма-излучение и флуоресцентное излучение кальция (Инновационный патент Республики Казахстан, №28372 Способ ядерно-физического контроля зольности угля. Государственный реестр изобретений РК, 19.03.2014 г.).The closest in technical essence and the achieved result is a method based on irradiation of coal with gamma radiation with an energy below the energy of the K-edge of iron absorption and registration of a variable thickness of secondary radiation attenuated by the filter, including gamma radiation scattered by coal and calcium fluorescent radiation (Innovative Patent of the Republic Kazakhstan, No. 28372 Method for nuclear-physical monitoring of coal ash. State Register of Inventions of the Republic of Kazakhstan, 03/19/2014).
Недостатком известного способа является ограниченность его применения в условиях значительной изменчивости углей, их зольности и элементного состава золы. Нахождение оптимальной толщины фильтра на основе измерения отношения интенсивностей вторичного излучения при двух толщинах фильтра усредняет результаты анализа, но не исключает погрешности анализа при значительной вариации зольности углей.The disadvantage of this method is the limited application in conditions of significant variability of coals, their ash content and elemental composition of ash. Finding the optimal filter thickness based on measuring the ratio of the intensities of the secondary radiation at two filter thicknesses averages the analysis results, but does not exclude the analysis error with a significant variation in the coal ash.
Задачей изобретения является расширение диапазона его применения и повышение точности анализа в условиях значительной изменчивости зольности угля и вещественного состава его минеральной (золообразующей) массы.The objective of the invention is to expand the range of its application and increase the accuracy of the analysis in conditions of significant variability of the ash content of coal and the material composition of its mineral (ash-forming) mass.
Технический результат изобретения состоит в расширении сферы применения и повышении точности определения зольности углей, в которых сильно меняется и зольность, и элементный состав минеральной массы, в частности концентрация кальция.The technical result of the invention consists in expanding the scope and increasing the accuracy of determining the ash content of coal, in which both the ash content and the elemental composition of the mineral mass, in particular calcium concentration, are greatly changed.
Поставленная задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.
В процессе облучения угля гамма-излучением интенсивность рассеянного гамма-излучения находится в тесной зависимости от эффективного атомного номера угля, который зависит от зольности угля и элементного (вещественного) состава минеральной части, представленной в основном алюминием, кремнием, кальцием и железом. Концентрация этих элементов в золообразующей массе превышает 95%. При использовании гамма-излучения с энергией ниже К-края поглощения железа (7,1 кэВ) минеральную (золообразующую) часть угля можно аппроксимировать бинарной смесью алюмосиликатов и кальция, являющегося наиболее тяжелым золообразующим элементом. Поэтому колебания содержания кальция в золе являются основным возмущающим фактором, влияющим на точность определения зольности по интенсивности рассеянного гамма-излучения. Регистрируемое вторичное излучение состоит из рассеянного углем гамма-излучения и рентгеновского флуоресцентного излучения кальция.In the process of irradiating coal with gamma radiation, the intensity of scattered gamma radiation is closely dependent on the effective atomic number of coal, which depends on the ash content of coal and the elemental (material) composition of the mineral part, mainly aluminum, silicon, calcium and iron. The concentration of these elements in the ash-forming mass exceeds 95%. When using gamma radiation with an energy below the K-edge of iron absorption (7.1 keV), the mineral (ash-forming) part of coal can be approximated by a binary mixture of aluminosilicates and calcium, which is the heaviest ash-forming element. Therefore, fluctuations in the calcium content in ash are the main perturbing factor affecting the accuracy of determining ash content from the intensity of scattered gamma radiation. The recorded secondary radiation consists of gamma radiation scattered by coal and calcium X-ray fluorescence.
Экспериментальными исследованиями на углях различной зольности и содержания кальция в золе установлены качественно обратные зависимости изменения интенсивности рассеянного гамма-излучения и рентгеновской флуоресценции кальция от его содержания в золе. Это позволяет добиться определенной инвариантности результатов анализа при вариации содержания кальция в золе в случае измерения интенсивности вторичного излучения (рассеянное и флуоресцентное излучение кальция), ослабленного фильтром из легкого элемента. Такой методический прием впервые использован для снижения погрешности определения зольности угля за счет непостоянства содержания кальция в золе (Пак Ю.Н. К методике повышения точности радиоизотопного анализа зольности угля//Заводская лаборатория, 1980, №8, с. 74-76).Experimental studies on coals of various ash contents and calcium content in ash have established qualitatively inverse dependences of changes in the intensity of scattered gamma radiation and x-ray fluorescence of calcium on its content in ash. This allows one to achieve a certain invariance of the analysis results when varying the calcium content in the ash in the case of measuring the intensity of the secondary radiation (scattered and fluorescent calcium radiation), attenuated by a filter from a light element. This methodical technique was first used to reduce the error in determining the ash content of coal due to the inconstancy of the calcium content in the ash (Pak Yu.N. To the method of increasing the accuracy of the radioisotope analysis of the ash content of coal // Factory Laboratory, 1980, No. 8, p. 74-76).
Необходимость искусственного ослабления вторичного излучения обусловлена резко различными гамма-ослабляющими свойствами фильтра по отношению к рассеянному (~5,9 кэВ) и рентгеновской флуоресценции кальция (~3,7 кэВ) и тем, что при изменении содержания кальция в золе (независимо от зольности угля) приращения интенсивности флуоресцентного излучения кальция выше приращения интенсивности рассеянного гамма-излучения.The need for artificial attenuation of secondary radiation is due to the dramatically different gamma-attenuating properties of the filter with respect to scattered (~ 5.9 keV) and X-ray calcium fluorescence (~ 3.7 keV) and the fact that when the calcium content in the ash changes (regardless of the ash content of coal) ) increments in the intensity of calcium fluorescence radiation are higher than the increment in the intensity of scattered gamma radiation.
Исследованы сложные инверсионные закономерности изменения интенсивности вторичного излучения от зольности угля, концентрации кальция в золе и толщины ослабляющего фильтра. При определенной толщине ослабляющего фильтра наблюдается область инверсии, означающая независимость интенсивности вторичного излучения от концентрации кальция в золе. Причем, для малозольных углей область инверсии наступает при малой толщине фильтра, а для высокозольных углей - при большой толщине фильтра. Выявлена достаточно четкая взаимосвязь между инверсионной толщиной ослабляющего фильтра и зольностью угля, свидетельствующая о том, что для угля определенной зольности существует такая инверсионная толщина ослабляющего фильтра, при которой интенсивность вторичного излучения не зависит от колебаний концентрации кальция в золе.The complex inversion patterns of changes in the intensity of secondary radiation from the ash content of coal, the concentration of calcium in the ash and the thickness of the attenuating filter are investigated. At a certain thickness of the attenuation filter, an inversion region is observed, which means that the intensity of the secondary radiation is independent of the concentration of calcium in the ash. Moreover, for low-ash coals, the inversion region occurs at a small filter thickness, and for high-ash coals - at a large filter thickness. A fairly clear relationship was found between the inversion thickness of the attenuation filter and the ash content of coal, indicating that for coal of a certain ash content there is such an inversion thickness of the attenuation filter at which the intensity of the secondary radiation does not depend on fluctuations in the concentration of calcium in the ash.
Инверсионный характер интенсивности вторичного излучения от содержания кальция в золе и закономерное изменение инверсионной толщины фильтра в зависимости от зольности угля позволяют оптимизировать выбор толщины ослабляющего фильтра с точки зрения повышения точности определенияThe inverse nature of the intensity of the secondary radiation from the calcium content in the ash and the regular change in the inversion thickness of the filter depending on the ash content of the coal make it possible to optimize the choice of the thickness of the attenuating filter from the point of view of increasing the accuracy of determination
- 1 034973 зольности в условиях значительной изменчивости как зольности, так и элементного состава золы, в частности концентрации кальция.- 1 034973 ash in conditions of significant variability of both the ash content and the elemental composition of the ash, in particular calcium concentration.
В качестве корректирующих параметров выбраны зависимости интенсивности вторичного излучения от толщины ослабляющего фильтра, нахождение значения инверсионной толщины фильтра, при которой интенсивность вторичного излучения не зависит от концентрации кальция в золе, установление граничной зависимости интенсивности вторичного гамма-излучения от инверсионной толщины фильтра. В процессе измерения текущей зависимости интенсивности вторичного излучения от толщины фильтра в качестве оптимальной толщины выбирают такую толщину Сопт., при которой интенсивность текущей зависимости совпадает с интенсивностью граничной зависимости.As the correcting parameters, the dependences of the intensity of the secondary radiation on the thickness of the attenuating filter, the determination of the inverse thickness of the filter at which the intensity of the secondary radiation does not depend on the concentration of calcium in the ash, and the determination of the boundary dependence of the intensity of the secondary gamma radiation on the inverse thickness of the filter are selected. In the process of measuring the current dependence of the intensity of the secondary radiation on the thickness of the filter, the optimum thickness C opt is chosen as the optimum thickness at which the intensity of the current dependence coincides with the intensity of the boundary dependence.
Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно на стандартных образцах углей с известной зольностью и различными содержаниями кальция в золе устанавливают зависимости интенсивности вторичного излучения от толщины ослабляющего фильтра, находят для угля различной зольности значения инверсионной толщины фильтра, при которых интенсивность вторичного излучения не зависит от содержания кальция в золе, по которым устанавливают граничную зависимость интенсивности вторичного излучения от инверсионной толщины ослабляющего фильтра, а на угле неизвестного качества измеряют текущую зависимость интенсивности вторичного излучения от толщины ослабляющего фильтра и в качестве оптимальной выбирают такую толщину с1о1И , при которой интенсивность текущей зависимости совпадает с интенсивностью граничной зависимости, а зольность угля определяют по интенсивности вторичного излучения, ослабленного выбранным фильтром оптимальной толщины Сопт.A significant difference between the invention and the prototype is that in addition to standard samples of coal with a known ash content and various calcium contents in the ash, the dependences of the intensity of the secondary radiation on the thickness of the attenuating filter are established, and inversions of the filter thickness are found for coal of different ash content at which the intensity of the secondary radiation does not depend on the calcium content in the ash, according to which a boundary dependence of the intensity of the secondary radiation on the inversion thickness of the attenuation filter is established, and on an angle of unknown quality, the current dependence of the intensity of the secondary radiation on the thickness of the attenuation filter is measured and the thickness c1 o1I is chosen as optimal for which the intensity of the current dependence coincides with the intensity of the boundary dependence, and the ash content of coal is determined by the intensity of the secondary radiation attenuated by the selected filter of optimal thickness C opt .
Пример реализации способа.An example implementation of the method.
Пробы угля облучаются гамма-излучением с энергией ниже энергии К-края поглощения железа, например от радиоизотопного источника Fe-55 (5,9 кэВ). Вторичное излучение, состоящее из рассеянного углем гамма-излучения и флуоресцентного излучения кальция (3,7 кэВ) регистрировалось гаммаспектрометром РРК-103 на основе пропорционального детектора СИ-11Р. В качестве материала ослабляющего фильтра выбран полиэтилен различной толщины. На стандартных образцах углей с известной зольностью и различными содержаниями кальция в золе находят значения инверсионной толщины ослабляющего фильтра, при которых интенсивность вторичного излучения не зависит от содержания кальция в золе.Coal samples are irradiated with gamma radiation with an energy below the energy of the K-edge of iron absorption, for example, from a radioisotope source Fe-55 (5.9 keV). Secondary radiation, consisting of gamma radiation scattered by coal and calcium fluorescent radiation (3.7 keV), was recorded by a RRK-103 gamma-spectrometer based on a SI-11R proportional detector. As the material of the attenuation filter, polyethylene of various thicknesses was selected. On standard coal samples with a known ash content and various calcium contents in the ash, the inverse thickness of the attenuation filter is found at which the intensity of the secondary radiation does not depend on the calcium content in the ash.
В частности, на пробах углей с зольностью 8%, но с различными содержаниями кальция в золе (216%) инверсия наступила при толщине 31 мг/см2; на угле с зольностью 25% - при 44,7 мг/см2; на угле с зольностью 39% - при 58 мг/см2.In particular, on coal samples with an ash content of 8%, but with different contents of calcium in the ash (216%), inversion occurred at a thickness of 31 mg / cm 2 ; on coal with an ash content of 25% - at 44.7 mg / cm 2 ; on coal with an ash content of 39% - at 58 mg / cm 2 .
По этим данным устанавливают граничную зависимость интенсивности вторичного излучения от инверсионной толщины фильтра. На угле неизвестного качества измеряют текущую зависимость интенсивности вторичного излучения от толщины ослабляющего фильтра и в качестве оптимальной выбирают толщину Сопт., при которой интенсивность текущей зависимости совпадает с интенсивностью граничной зависимости. Устанавливают перед окном детектора выбранный фильтр оптимальной толщины Сопт., а зольность угля определяют по интенсивности вторичного излучения, ослабленного выбранным фильтром, оптимальной толщины Сопт..According to these data, a boundary dependence of the intensity of the secondary radiation on the inverse thickness of the filter is established. At an angle of unknown quality, the current dependence of the intensity of the secondary radiation on the thickness of the attenuating filter is measured, and the thickness C opt . At which the intensity of the current dependence coincides with the intensity of the boundary dependence is selected as optimal. A selected filter of optimal thickness C opt . Is installed in front of the detector window, and the ash content of coal is determined by the intensity of the secondary radiation attenuated by the selected filter, optimal thickness C opt .
В таблице приведены сопоставительные данные о погрешности определения зольности угля, полученные при экспериментальной апробации предлагаемого изобретения и способа-прототипа.The table shows comparative data on the error in determining the ash content of coal obtained by experimental testing of the proposed invention and the prototype method.
Предлагаемый способ определения зольности угля в сравнении с прототипом выгодно отличается повышенной точностью в условиях значительной изменчивости как зольности, так и состава золы, что существенно расширяет сферу его применения.The proposed method for determining the ash content of coal in comparison with the prototype compares favorably with increased accuracy under conditions of significant variability of both the ash content and ash composition, which significantly expands the scope of its application.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201800638A EA034973B1 (en) | 2018-11-12 | 2018-11-12 | Method for nuclear-physical determination of ash content of coal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201800638A EA034973B1 (en) | 2018-11-12 | 2018-11-12 | Method for nuclear-physical determination of ash content of coal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201800638A1 EA201800638A1 (en) | 2020-04-10 |
EA034973B1 true EA034973B1 (en) | 2020-04-13 |
Family
ID=70483858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201800638A EA034973B1 (en) | 2018-11-12 | 2018-11-12 | Method for nuclear-physical determination of ash content of coal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA034973B1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1679318A1 (en) * | 1988-07-14 | 1991-09-23 | Комплексный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых | Method for determining ash content of coal |
CN102095744A (en) * | 2010-11-25 | 2011-06-15 | 贾文宝 | Three-energy coal ash content online monitoring device |
-
2018
- 2018-11-12 EA EA201800638A patent/EA034973B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1679318A1 (en) * | 1988-07-14 | 1991-09-23 | Комплексный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых | Method for determining ash content of coal |
CN102095744A (en) * | 2010-11-25 | 2011-06-15 | 贾文宝 | Three-energy coal ash content online monitoring device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201800638A1 (en) | 2020-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
BRPI1005172B1 (en) | method of analyzing x-ray fluorescence | |
US10168289B2 (en) | Method for evaluating crosslink concentration in crosslinked rubber | |
US3904876A (en) | Determination of paper ash content by X-ray absorption analysis | |
EA034973B1 (en) | Method for nuclear-physical determination of ash content of coal | |
US3183351A (en) | Measurement of fluid density by detecting radiating scattered from selected portionsalong the primary beam path | |
Cameron et al. | The determination of wood density using beta rays | |
US2861188A (en) | Coal testing method | |
US3621245A (en) | Method of x-ray fluorescence analysis of materials containing an interfering element | |
EA038002B1 (en) | Method for controlling quality of solid fuel | |
Pak et al. | High-speed radioisotopic quality monitoring of coal of variable composition | |
Lee et al. | Thickness evaluation of pipes using density profile on radiographs | |
Hoag et al. | Polychromatic X-ray attenuation characteristics and wood densitometry applications | |
EA042305B1 (en) | GAMMA-ALBED METHOD FOR ANALYSIS OF MINING AND METALLURGICAL RAW | |
EA038411B1 (en) | Gamma-albedo method to determine density of ores of complex composition | |
EA037999B1 (en) | Neutron-physical method for controlling quality of solid fuel | |
EA044857B1 (en) | NUCLEAR GEOPHYSICAL METHOD FOR ORE ANALYSIS | |
EA045771B1 (en) | GAMMA SPECTROMETRIC METHOD FOR ANALYSIS OF ORES OF COMPLEX COMPOSITION | |
RU2603351C1 (en) | Method for continuous maintenance of stability of measurements of spectrometer channel for controlling uniformity of distribution of fuel in fuel element by gamma-absorption method | |
SU787963A1 (en) | Method of absorption roentgen analysis of multicomponent mixture compositions | |
EA039075B1 (en) | Neutron-gamma method for the coal quality control | |
EA044767B1 (en) | GAMMA-ALBEDO METHOD FOR ANALYSIS OF MINERAL RAW MATERIALS | |
EA038855B1 (en) | Method of double-probe analysis of complex substances | |
EA035021B1 (en) | Complex ore moisture content control method | |
EA042340B1 (en) | METHOD FOR INSTRUMENTAL ANALYSIS OF COAL SULFURITY | |
RU2619224C1 (en) | Method for controlling material composition of pulp-products under their variable density |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KG TJ TM RU |