Аналитический контроль металлургического сырья

Металлургическое сырье является одним из наиболее сложных объек-тов анализа. В ходе его аналитического контроля приходится определять до 80 элементов при содержании от 10^-6до ~ 100%. Анализируемые природныеобъекты, как правило, характеризуются сложностью химического состава, разнообразием минеральных форм и значительной неоднородностью. Много-образие и сложность задач обусловили то, что для анализа сырья и полупро-дуктов в металлургии используется в настоящее время более 500 методик и число их продолжает возрастать.

Рассмотрим подробнее аналитический контроль сырья в цветной метал-лургии. Как правило, руды цветных металлов бедные и содержат всего несколько процентов, а часто и доли процента основного металла. Эти руды имеют сложный минералогический состав. Наряду с рудами какого- либо од-ного из металлов (медными, свинцовыми, цинковыми, никелевыми и т.п.), так называемыми монометаллическими, широко распространены и полиме-таллические комплексные руды, содержащие минералы различных металлов.

В качестве примера приведем состав полиметаллической руды:

Компонентами пустой породы в них являются кварц, силикаты, карбо-наты, 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 основного металла получение металлической продукции из руд является сложной задачей, реализовать которую в промышленных масштабах можно лишь применением нескольких проводимых последовательно процессов, как пирометаллургических, так и гидрометаллургических, обеспечивающих по-степенное повышение концентрации основного металла вследствие отделения пустой породы и некоторых сопутствующих элементов.

Медные руды практически полностью относятся к полиметаллическим.Ценными спутниками меди в рудном сырье являются около 30 элементов, 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 разрабаты-вают руды с содержанием 0,8-1,5% Cu, а иногда и ниже 0,4-0,5%. Определе-ние меди обычно проводят титриметрическим иодометрическим методом.

При содержании меди в концентратах в количестве от 10 до 40% ее определя-ют электрогравиметрическим методом. Другие, наиболее важные компонен-ты, входящие в состав медных концентратов, определяются следующими ме-тодами: Pb, Zn, Fe – титриметрическим комплексонометрическим; Mo, Co, Ni, B – фотометрическим.

Особенно эффективен при аналитическом контроле процесса обогаще-ния руд рентгеновский спектральный анализ. Рентгеновские многоканальные спектрометры могут использоваться в качестве аналитических датчиков в ав-томатизированных системах контроля состава пульповидных материалов. Весьма высокая производительность метода и широкий круг определяемых элементов(Cu, Ni, Zn, Pb, Fe, Mo и др.) способствовали быстрому проникно-вению его в практику аналитического контроля различных технологических процессов в цветной металлургии. Применение таких систем дает возмож-ность улучшить технологию на предприятиях - повысить извлечение ценных компонентов и качество концентрата, уменьшить расход флотореагентов, уве-личить производительность оборудования.

Дальнейшую переработку медных концентратов с целью получения ме-таллической меди осуществляют пиро или гидрометаллургическими способа-ми.

Анализируемыми объектами на данной стадии технологического про-цесса являются шихта, поступающая на обжиг, огарок и обжиговая пыль. В шихте, после сплавления ее с пероксидом натрия, определяют диоксид крем-ния (фотометрическим методом в виде молибдокремниевой кислоты), серу(гравиметрическим методом в виде сульфата бария), кальция (перманга-натометрическим методом – после осаждения кальция в виде оксалата и 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 мето-дом; Cu, Se, Te – иодометрическим методом; Ge, Tl – экстракционно-фото-метрическим методом.

Приведенные методики химического анализа (титриметрия и гравимет-рия), сочетающие точность с простотой аппаратуры, имеют низкую произво-дительность, активно вытесняются в настоящее время более экспрессными и менее трудоемкими методиками, например, атомно-абсорционнго и рентгено-флуорисцентного анализа. При помощи атомно-абсорционного метода опре-деляют щелочноземельные металлы, медь, никель, серебро, металлы платино-вой группы, теллур, мышьяк и др.

Большое значение в цветной металлургии приобрел рентгенорадио-метрический метод анализа. Этим методом проводят экспрессный анализ

медных концентратов, оловянных, медно-цинковых, свинцово-бариевых и медно-молибденовых руд и продуктов их переработки. Рентгенорадиометри-

ческие методы анализа широко применяют для оперативного контроля про-цессов обогащения. Значительный прогресс наблюдается в использовании ак-

тивационного анализа, например, при контроле загрязненности атмосферы твердыми аэрозолями, для определения рассеянных и благородных металлов.

Важнейшую роль в аналитическом контроле процессов, осуществляемых в цветной металлургии, продолжает играть атомно-эмиссионный анализ. Метод используют для выполнения рядовых определений 65 элементов снижней 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, является недеструктивным. Ограниченное его использование обусловлено главным образом относительно малой чувствительностью - нижняя граница определяемых содержаний составляет от 10^-1 до нескольких процентов.