XRF vizsgálatok a gyakorlatban konf.pdf · o2016. október A gép installálása, betanulási...
28
XRF vizsgálatok a gyakorlatban Zsíros Gyöngyi, floatsori technológus
Transcript of XRF vizsgálatok a gyakorlatban konf.pdf · o2016. október A gép installálása, betanulási...
XRF vizsgálatok a gyakorlatban
Zsíros Gyöngyi,
floatsori technológus
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Anno …Már az ősember obszidiánt (vulkáni üveget) használt
szerszámnak, nyílhegynek,és mi is egészen a XIV. századig használtuk az üveg
megmunkálására.Az üveg tudományos ismerete 1600 körül kezdődött,
ami nagyban segítette a gyártás fejlődését.1800 körül állítottak elő tiszta szódát, amivel sokat
ugrott az előállított üveg minősége.Az üveg analitikai vizsgálatával egyre jobb üveget
tudtak csinálni, ami már optikai üvegként a refrakto-méterhez is megfelelő volt
2
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
A mérésrőlA röntgen-fluoreszcens analízis (XRF) egy roncsolásmentes
anyagvizsgálati módszer, ahol a méréssel elemi összetételt (SiO2) lehetmeghatározni fázisösszetétel nélkül (a-kvarc, b-kvarc) (XRD). Miután amódszer roncsolásmentes, semmilyen nyomot nem hagy a mintán. Aröntgen-fluoreszcens analízis során a minta nem válik radioaktívvá, tehát amérés többször is elvégezhető, amivel a pontosságot lehet növelni.
Ezzel a módszerrel elemzik ma is a Hold-utasok a helyszínen akőzeteket, vagy ilyen készülékkel vannak felszerelve a Mars-járók.
3
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
A mérés elveo Az alkalmazott röntgen-sugárzás kiüt az atomnak egy alacsonyabb héjáról egy
elektront. Ebbe a lyukba egy magasabb energiájú külső héjról elektron ugrik be.Miközben a kisebb energiájú szintre lép, sugárzás formájában leadja a felszabadultenergiát. Mivel a vakancia lényegében nem szűnik meg, hanem csak egy felsőbbelektronpályára vándorol, ezért azt kaszkádszerűen további elektronátmenetekfogják követni, és mindegyikről sugárzás fog származni, míg az utolsó isvisszarendeződik.
o A különböző atomok különböző elektronátmeneteinek különbözőhullámhosszúságú sugárzások felelnek meg, melyet karakterisztikusröntgensugárzásnak hívunk. A folyamatot pedig a röntgen-fluoreszcenciának.
4
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
A színképvonalo Ha egy atom elektronjait gerjesztjük és a K héjon kapott lyuk az L-héjról
származó elektronnal pótlódik, akkor a keletkezett sugárzást Ka-sugárzásnaknevezzük. Ha a lyukba az M héjról kerül be elektron, akkor Kb-sugárzásrólbeszélünk. Tehát csak olyan anyagok mérhetők, aminek minimum 2 elektronhéjavan és az átlépés megtörténhet (Li, Be, B, C…). Ha a röntgen cső ablaka Be-ból van,ezért azt nem könnyű elemezni, hatását szűrővel lehet csökkenteni. Mivel Rhcsővel képezzük a gerjesztő sugarakat, ezért a Rh-nak a sugarait a röntgencsőablaka és a minta közé elhelyezett szűrővel szintén csökkenthetjük.
o Egy-egy elem jelenlétét akkor tekinthetjük biztosnak, ha legalább két vonalát (Ka,
Kb) biztosan azonosítottuk.
5
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Fluoreszcencia
o A kiütött elektron pótlása 10-15 s alatt megtörténik,tehát gyakorlatilag egy időben magával agerjesztéssel, ezért hívják fluoreszcenciának.
o Gerjesztéskor az alacsonyabb energiaszintűelektronok a gerjesztő fényfoton energiájátelnyelve magasabb energiaszintű pályára ugranakfel, majd amikor visszatér az eredeti pályára, akkora gerjesztéskor felvett energia maradékátólfényfotonok leadásával szabadul meg. Először afluornál tapasztalták.
6
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Céljaink a XRF mérésselo floatüveg, mint termék elemzése
o alapanyagok mérése (adatgyűjtés, feltétele lehet a lefejtésnek, adatgyűjtésreklamációhoz)
o vásárolt, akár általunk szennyezett üvegcserép elemzése, melynekeredménye alapján a cserép felhasználása nem javasolt, vagy továbbiintézkedések szükségességét mutatja
o keverék homogenitásának mérése (elemek azonos mennyisége a keverőkülönböző részeiből)
o az üveggyártás, mint folyamat ellenőrzése
o EC üveg Fe2O3-tartalmának szigorúbb és gyakoribb ellenőrzése a szabványokmiatt
o vizsgálatok költségének csökkentése
o az elemzések felgyorsítása az eddigiekhez képest
o ismeretlen, egyedi szennyeződés elemzése
o megnövekedett mennyiségű minta elemzésének lehetősége
o lehetőség a kerámia hegesztéshez használt alapanyag ellenőrzése
7
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Fontos ismerni az alapanyagokat
o A nyersanyagok hatóanyagának pontos összetétele (pl. nefelin: Al2O3)
o Meddő- és szennyező anyagok minőségével és mennyiségével tudunk számolni(kristályvíz, izzítási veszteség…)
o Hasznos és a szennyező anyagok változását lehet ellenőrizni az időben, amieredhet a bányából, vagy a tárolásból (higroszkópos szóda)
8
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Az alapanyagok és elemeinek hatása a késztermékreo Homokvizsgálatnál a 8 általánosan vizsgálat elemeken kívül (Si, Ti, Al, Fe, Ca,
Mg, K, Na) fontos még a Cr a fényáteresztő-képesség miatt.
o A szódát vegyi úton állítják elő, így elég egyenletes a minősége.Szennyezettségét lehet elemezni.
o Cseréppel szennyeződést vihetünk be, pl. Fe2O3-at, ami befolyásolja azolvadást. A sokszor visszaforgatott cserépből az illékony anyagok csökkenésemiatt az üveg összetétele változik.
o Fe2O3-tartalom erősen befolyásolja a kész üvegtermék fényáteresztő-képességét. Ha az üveg vas-tartalma: 0.01%, míg a zöld palacküvegé több, akár1-10% is lehet.
o A MgO kis mennyiségben üveges állapotra törekszik, nagy koncentrációbannöveli a kristályosodási hajlamot.
o Az Al2O3, Si2O, Na2O, CaO az olyan mechanikai tulajdonságokat befolyásolják,mint keménység, rugalmasság, nyomó-, húzó és hajlító szilárdság.
9
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
A készülék fő részeio a., röntgencső
o b., minta
o c., kollimátor(ok)
o d., analizálókristály (anyag minőség)
o e., detektor (anyag mennyiség)
10
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Mintelőkészítéso A minta előkészítése történhet pasztillázással,
gyöngyolvasztással. Itt az egyszerűség ésgyorsaság miatt a pasztillázást használjuk. Aminta előkészítésében sokat segítettek az oroszgyárban már kikísérletezett eredmények: őrlésiidő, keverési arány, préselési nyomás…
o A minta készítése a méréshez képest igenidőigényes. Míg 1 minta előkészítése kb. 60 perc,addig ezen minta elemzése akár 2 perc is lehet 1elemet vizsgálva. Kb. 15 elemet tekintve 15-20percet vesz igénybe.
11
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Mintakészítés
o szárítás
o őrlés
o préseléshez szükséges röntgen inaktívanyag hozzá keverése (őrlőmalombantörténik örlőtest nélkül)
o préselés
12
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Mérés
13
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Analizáló kristályo A keletkezett röntgen-fluoreszcens sugárzás
hullámhossz szerinti felbontása analizálókristállyaltörténik, ami segítségével az elemet lehet felismerni,intenzitásának mérése pedig detektorral történik, ez amennyiségére utal. Ezt hívjuk hullámhossz-diszperzívspektrométernek. (E-diszperzívnél nincs analizálókristály, itt a detektor a sugárzás energiájából számítjaaz elem rendszámát. Kevésbé pontos.)
o Fent leírt módon kapott röntgensugár ráesik akristályban levő kristálysíkokra, ott a fénytöréstszenved. Az interferencia miatt csak a megfelelőirányban lesz számottevő a sugárzás (Bragg-elv). Mivela kristály rácsállandójának a röntgensugárzáshullámhosszával összemérhetőnek kell lennie, egyadott rácsállandójú kristály csak egy adott hullámhossztartományban használható. (Egy műszerben többkristály is van: LiF200, LiF220, PE, PX1…)
14
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Detektáláso A kristályon történt fénytörés után a sugarakat megint
párhuzamosítani kell egy kollimátorral, és ezután érkezik a detektorba, ami méri a sugárzás intenzitását. Egy csúcsot akkor tekintünk csúcsnak, ha az intenzitása a háttérsugárzás 3-szorosát meghaladja.
o Az elemek felismerése a színképvonalak alapján egyértelműen megtehető, viszont a mennyiségének meghatározásához, mint általában a mennyiségi elemzésekhez a gépet kalibrálni kell ismert koncentrációjú mintákkal.
o Minél szélesebb skálán kalibráljuk, annál nagyobb tartományban tudunk vele mérni pontosan. A kalibrált pontokon kívül is tud mérni, de azt nem fogadhatjuk el.
15
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Kalibrációs görbék
o A homok vasoxid-tartalmának kalibrációs görbéje.
o Tanítani lehet a gépet a görbe változtatásával.
o Homok Fe2O3-ra és üveg ZrO2-ra kalibrálása
16
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Etalonok
o A mátrixhatás kiküszöbölésére az etalon hasonló összetételű legyen a mértmintákhoz (ha üveg Na-tartalmát akarjuk mérni, akkor se homok Na-tartalmára ne kalibráljuk)
o A röntgen-fluoreszcens vizsgálat ppm-től 100%-ig nagy pontossággalhasználható, ehhez viszont az is szükséges, hogy a mérni kívánt mintáhozhasonló tartományban kalibráljunk a megfelelő főkomponens vagy nyomelemstandarddel.
17
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Standardless mérés
o Használható a saját, gyári kalibrálása is, ekkor sokkal nagyobb pontatlansággal kapjuk az eredményt, viszont, ha mindig így mérünk egy adott anyagot, akkor az eredmények összehasonlíthatók.
18
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
170105 170123 170313 170313 170322 170322 170330 170405 170412
EP-por standardless mérései, %
SO3 CaO Na2O
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Micromapping
o A modern technikának köszönhetően a mintatérbe építettek egy kamerát, amivel egy általunk meghatározott ponton, vonalban, vagy területen tudunk elemi összetételt mérni.
19
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
A telepítés
o 2016. május Megrendelés Nanotest Kft.-től
o 2016. szeptember Megérkeztek a különböző egységek
o 2016. október A gép installálása, betanulási tanfolyam
o 2016. november Kalibráló minták készítése, kalibrálások
o 2017. január Mérések és kontrollmérések külső laborral
párhuzamosan
o 2017. február Folyamatos üveg és alapanyagok mérése
20
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Primus IV specifications
21
General
Elemental coverage Be – U
Optics Wavelength dispersive, sequential
X-ray generator
X-ray tube Rh-anode, 4 kW
Spectrometer
Sample inlet APC automatic pressure controller
Maximum sample size
51 mm (diameter) by 30 mm (high)
Sample rotation speed
30 rpm
Beam collimators6 auto-selectable diameters: 35, 30, 20, 10, 1 and 0.5 mm
Goniometer θ – 2θ independent drive mechanism
Angular range SC: 5-118°, F-PC: 13-148°
Crystal changer 10 crystals, automatic mechanism
Vacuum system 2 pump high-speed system
Detector systems
Heavy element detector
Scintillation counter (SC)
Light element detector
Flow proportional counter (F-PC) with Ar gas
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Eredmények
Mindezek eredményeképpen néhány anyagunk összetétele
22
80.0
82.0
84.0
86.0
88.0
90.0
92.0
94.0
96.0
98.0
100.0
17
01
17
17
01
23
17
02
01
mét
lés
17
02
10
17
02
15
17
02
21
17
03
01
17
03
22
17
03
28
17
04
01
17
04
11
17
03
06
17
03
16
20
17
01
17
01
11
17
01
17
17
02
08
17
02
14
17
02
16
17
02
21
17
02
23
17
02
26
17
01
31
17
01
31
17
01
31
17
01
31
17
01
31
Homokok SiO2-tartalma, %
ÜÁ BG mérleg kísérleti
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
17
01
17
17
01
23
17
02
01
mét
lés
17
02
10
17
02
15
17
02
21
17
03
01
17
03
22
17
03
28
17
04
01
17
04
11
17
03
06
17
03
16
20
17
01
17
01
11
17
01
17
17
02
08
17
02
14
17
02
16
17
02
21
17
01
31
17
01
31
17
01
31
17
01
31
17
01
31
Homokok Fe2O3-tartalma, %
ÜÁ BG mérleg kísérleti
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Mészkő
23
0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
0.060
0.070
161212 170104 170109 170111 170116 170123 170201 170206 170213 170221 170223 170227 170227 170307 170320 170327 170328 TerrazoMM
Terrazo05
170405
Mészkövek Fe2O3-tartalma, %
Vapenka Kalcit kísérlet Linear (Vapenka) Linear (Kalcit)
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Üveg Fe2O3-tartalma
24
0.030
0.035
0.040
0.045
0.050
0.055
0.060
16
12
02
17
01
04
17
01
08
17
01
11
17
01
14
17
01
17
17
01
20
17
01
23
17
02
02
17
02
03
17
02
04
17
02
05
17
02
06
17
02
06
17
02
10
17
02
13
17
02
16
17
02
20
17
02
23
17
02
26
17
03
01
17
03
04
17
03
07
17
03
10
17
03
13
17
03
16
17
03
19
17
03
22
17
03
25
17
03
31
17
04
03
17
04
06
17
04
09
17
04
11
17
04
14
17
04
17
üveg Fe2O3-tartalma
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Üveg összetétele
25
68.0
68.5
69.0
69.5
70.0
70.5
71.0
71.5
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
16
12
02
17
01
02
17
01
06
17
01
08
17
01
10
17
01
13
17
01
14
17
01
16
17
01
17
17
01
20
17
01
22
17
01
24
17
02
02
17
02
03
17
02
04
17
02
05
17
02
05
17
02
06
17
02
07
17
02
06
17
02
09
17
02
11
17
02
13
17
02
15
17
02
17
17
02
20
17
02
22
17
02
24
17
02
26
17
02
28
17
03
02
17
03
04
17
03
06
17
03
08
17
03
10
17
03
12
17
03
14
17
03
16
17
03
18
17
03
20
17
03
22
17
03
24
17
03
26
17
03
31
17
04
02
17
04
04
17
04
06
17
04
08
17
04
09
17
04
11
17
04
13
17
04
15
17
04
17
17
04
19
üveg SiO2- és Al2O3-tartalma
Al2O3 SiO2
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Hibás mérés
26
üveghibás mérés Eltérés eltérés, %
SiO2 71.04 68.40 2.64 96Al2O3 0.76 0.69 0.07 91Fe2O3 0.04 0.04 0.002 96
TiO2 0.035 0.032 0.003 92
ZrO2 0.036 0.033 0.003 92CaO 9.36 8.90 0.47 95MgO 4.04 3.67 0.36 91
K2O 0.32 0.29 0.03 91
Na2O 13.64 14.01 -0.37 103
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Clear knot elemzése
27
üvegkalibrált mérése
clear knotstandardless mérése
eltérés%
SiO2 71.04 61.20 86
Al2O3 0.76 0.77 101
Fe2O3 0.04 0.06 131
TiO2 0.03 0.09 247
ZrO2 0.04 2.70 7563
CaO 9.36 5.60 60
MgO 4.04 1.50 37
K2O 0.32 0.31 98
Na2O 13.64 16.40 120
Guardian Confidential Guardian estimates based upon publicly available sources of information
Köszönöm a figyelmet !
28
