RU2616747C1 - Method for cryolite ratio determination for electrolyte with calcium, magnesium and potassium fluorides additives using xrf method - Google Patents
Method for cryolite ratio determination for electrolyte with calcium, magnesium and potassium fluorides additives using xrf method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2616747C1 RU2616747C1 RU2015146623A RU2015146623A RU2616747C1 RU 2616747 C1 RU2616747 C1 RU 2616747C1 RU 2015146623 A RU2015146623 A RU 2015146623A RU 2015146623 A RU2015146623 A RU 2015146623A RU 2616747 C1 RU2616747 C1 RU 2616747C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- potassium
- electrolyte
- determined
- imp
- concentration
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 239000011575 calcium Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 12
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M potassium fluoride Chemical class [F-].[K+] NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims description 23
- 235000003270 potassium fluoride Nutrition 0.000 title claims description 13
- 239000000654 additive Substances 0.000 title description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 29
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 10
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 6
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 claims description 5
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminium flouride Chemical compound F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 abstract description 9
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical class [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 abstract description 2
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 19
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000011698 potassium fluoride Substances 0.000 description 11
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 9
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 9
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical class [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NYRAVIYBIHCEGB-UHFFFAOYSA-N [K].[Ca] Chemical compound [K].[Ca] NYRAVIYBIHCEGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M aluminum;oxygen(2-);hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[Al+3] VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000013766 direct food additive Nutrition 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940070017 potassium supplement Drugs 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- VGBPIHVLVSGJGR-UHFFFAOYSA-N thorium(4+);tetranitrate Chemical compound [Th+4].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VGBPIHVLVSGJGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению алюминия электролизом криолитового расплава, и может быть использовано для определения криолитового отношения (КО), (мольного отношения (NaF+KF)/AlF3) с добавками фторидов кальция магния и калия.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of aluminum by electrolysis of a cryolite melt, and can be used to determine the cryolite ratio (KO), (molar ratio (NaF + KF) / AlF 3 ) with the addition of calcium and magnesium fluorides of magnesium and potassium.
Для современного развития технологии получения алюминия большой интерес представляют электролиты с добавками фторидов кальция и калия. Причем в публикациях рассматривается величина добавки калия от 3% массовых и выше, так как фоновая величина менее 3% не дает заметного изменения физико-химических и термодинамических свойств электролита. Магний поступает в электролизер с глиноземом и накапливается в нем в существенном количестве (до 1 масс. % в пересчете на MgF2), даже если технология не предусматривает прямых добавок фторида магния. Предлагаемый метод работает как в электролитах с добавкой фторида магния, так и без нее.For the modern development of aluminum production technology, electrolytes with the addition of calcium and potassium fluorides are of great interest. Moreover, the publications consider the value of potassium supplements from 3% mass and higher, since the background value of less than 3% does not give a noticeable change in the physicochemical and thermodynamic properties of the electrolyte. Magnesium enters the electrolyzer with alumina and accumulates in it in a significant amount (up to 1 wt.% In terms of MgF 2 ), even if the technology does not provide for direct additives of magnesium fluoride. The proposed method works both in electrolytes with the addition of magnesium fluoride, and without it.
В методических рекомендациях ВАМИ («Методы определения криолитового отношения электролита алюминиевых электролизеров», Ленинград. 1974, стр. 36), приведены три способа анализа КО, которые до сих пор применяются на отечественных алюминиевых заводах для определения КО. Точность определения КО двумя химическими методами: «горячего титрования» расплавленного электролита твердым фтористым натрием и «титрования азотнокислым торием», оценивается величиной 0,05 ед. КО (Р=0,95) и служит ориентиром для точности технологического контроля. При этом сходимость методов (расходимость результатов при параллельных определениях КО) оценивается величиной 0,02 ед. КО. Для третьего, дифрактометрического, метода определения КО приводится величина абсолютной ошибки, определенной, как следует из таблицы 1, стр. 34, для упрощенного состава электролита (без технологически необходимых добавок фторидов кальция и магния), составляющая, в зависимости от диапазона КО, 0,03-0,05 ед. КО. В отчете ВАМИ по теме №5-79-773, этап 20, от 27.03.1981 указывается величина воспроизводимости дифрактометрического метода определения КО в реальных пробах промышленного электролита, характеризуемая стандартным отклонением 0,063 ед. КО.The WAMI methodological recommendations (“Methods for determining the cryolite ratio of the electrolyte of aluminum electrolysis cells”, Leningrad. 1974, p. 36) provide three methods for the analysis of KO, which are still used in domestic aluminum plants to determine KO. The accuracy of determining KO by two chemical methods: “hot titration” of molten electrolyte with solid sodium fluoride and “titration with thorium nitrate”, is estimated at 0.05 units. KO (P = 0.95) and serves as a guide for the accuracy of technological control. Moreover, the convergence of the methods (the divergence of the results with parallel determinations of the CO) is estimated at 0.02 units. KO. For the third, diffractometric, method of determining KO, the magnitude of the absolute error is given, determined, as follows from table 1, page 34, for a simplified electrolyte composition (without technologically necessary additives of calcium and magnesium fluorides), which, depending on the range of KO, 0, 03-0.05 units KO. The YOU’s report on the topic No. 5-79-773,
Дифрактометрический метод определения КО в электролите с добавкой калия дает недостаточную точность, так как система NaF-KF-AlF недостаточно изучена с точки зрения фазообразования. При содержании калия менее 8 мас. % в охлажденной пробе электролита в основном кристаллизуется элпасолит KNa2AlF6. Дальнейшее увеличение концентрации калия приводит к образованию фаз, отсутствующих в базах данных по порошковой дифракции.The diffractometric method for the determination of CO in an electrolyte with potassium addition gives insufficient accuracy, since the NaF-KF-AlF system is not sufficiently studied from the point of view of phase formation. When the potassium content is less than 8 wt. % in a chilled sample of electrolyte, the elpasolite KNa 2 AlF 6 mainly crystallizes. A further increase in potassium concentration leads to the formation of phases that are absent in the powder diffraction databases.
Рентгенофлуоресцентный метод определения КО по элементному составу в технологическом контроле состава электролита не используется из-за недостаточной точности и применяется только для контроля добавок фторидов кальция и магния.The X-ray fluorescence method for determining KO by elemental composition in the technological control of the electrolyte composition is not used due to insufficient accuracy and is used only to control the addition of calcium and magnesium fluorides.
Известен способ определения криолитового отношения [Патент РФ №2424379, МПК С25С 3/06, опубл. от 20.07.2011], включающий построение градуировочных характеристик по Na, F, Са, Mg, с использованием отраслевых стандартных образцов электролита, отбор пробы электролита и подготовку образца к анализу, измерение интенсивности флуоресцентного излучения по Kα линиям Na, F, Ca, Mg, определение концентраций Na, F, Са, Mg и определение криолитового отношения по концентрациям Na, F, Са, Mg.A known method for determining the cryolite ratio [RF Patent No. 2424379, IPC С25С 3/06, publ. from July 20, 2011], including the construction of calibration characteristics for Na, F, Ca, Mg, using industry standard electrolyte samples, sampling the electrolyte and preparing the sample for analysis, measuring the fluorescence intensity from the K α lines of Na, F, Ca, Mg determination of the concentrations of Na, F, Ca, Mg and determination of the cryolite ratio by the concentrations of Na, F, Ca, Mg.
К недостаткам способа можно отнести то, что он не учитывает добавок калия и, следовательно, не дает необходимой точности определения КО в кальций - калиевых электролитах.The disadvantages of the method include the fact that it does not take into account potassium additives and, therefore, does not provide the necessary accuracy for the determination of KO in calcium - potassium electrolytes.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ определения криолитового отношения [Feret F.R. Characterization of bath electrolyte by X-Ray fluorescence. // Light Metals. 1988. The Minerals. Metals & Materials Society. 697-702], включающий изготовление синтетических образцов с известным содержанием Al, F, Na, K, Ca, Mg, имитирующих состав охлажденных проб электролита, измерение на этих образцах интенсивности флуоресценции аналитических Kα линий Al, F, Na, K, Са, Mg, построение градуировочных характеристик с использованием уравнения связи Де Йонха, измерение на пробах электролита интенсивности флуоресценции аналитических линий, расчет по градуировочным характеристикам концентраций определяемых элементов, расчет криолитового отношения по вычисленным концентрациям элементов.Closest to the proposed method in technical essence and the achieved result is a method for determining the cryolite ratio [Feret FR Characterization of bath electrolyte by X-Ray fluorescence. // Light Metals. 1988. The Minerals. Metals & Materials Society. 697-702], including the manufacture of synthetic samples with a known content of Al, F, Na, K, Ca, Mg, simulating the composition of chilled electrolyte samples, measuring the fluorescence intensity of the analytical K α lines of Al, F, Na, K, Ca on these samples, Mg, construction of calibration characteristics using the De Jonch bond equation, measurement of the fluorescence intensity of analytical lines on electrolyte samples, calculation by the calibration characteristics of the concentrations of the determined elements, calculation of the cryolite ratio from the calculated concentrations lementov.
Так как в статье не приведены данные по точности расчета КО по измеренным концентрациям элементов электролита, наша оценка случайной составляющей погрешности расчета КО на основе приведенных в статье значений стандартных отклонений анализа элементного состава характеризуется величиной ±0,10 ед. абс. КО.Since the article does not provide data on the accuracy of calculating the KO from the measured concentrations of electrolyte elements, our estimate of the random component of the error in calculating the KO based on the standard deviations of the analysis of elemental composition given in the article is characterized by a value of ± 0.10 units. abs. KO.
К недостаткам способа можно отнести следующие: а) для построения градуировочных характеристик используются синтетические образцы, имитирующие состав охлажденных проб электролита, не прошедшие метрологическую аттестацию и не имеющие установленных погрешностей аттестованного значения концентрации элементов; б) содержание фторида калия в градуировочных образцах менее 1% не позволяет использовать способ для электролитов с добавкой фторида калия; в) способ имеет недостаточную для технологического контроля химического состава точность расчета криолитового отношения.The disadvantages of the method include the following: a) for constructing calibration characteristics, synthetic samples are used that simulate the composition of chilled electrolyte samples that have not passed metrological certification and do not have established errors in the certified value of element concentration; b) the content of potassium fluoride in calibration samples less than 1% does not allow to use the method for electrolytes with the addition of potassium fluoride; c) the method has insufficient accuracy for calculating the cryolite ratio for technological control of the chemical composition.
Техническим результатом предлагаемого способа является достижение необходимой точности определения КО в электролите с добавкой фторидов кальция магния и калия до величины ±0,03 ед. абс. КО.The technical result of the proposed method is to achieve the necessary accuracy of determining KO in an electrolyte with the addition of calcium fluorides of magnesium and potassium to a value of ± 0.03 units. abs. KO.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения криолитового отношения электролита с добавками фторидов кальция, магния и калия рентгенофлуоресцентным методом, включающем измерение интенсивности аналитических линий по Na, F, Ca, Mg, K в градуировочных образцах, построение градуировочных характеристик по Na, F, Ca, Mg, K, отбор пробы электролита и подготовку образца к анализу, измерение интенсивности флуоресцентного излучения по Kα линиям Na, F, Ca, Mg, K, определение концентраций Na, F, Ca, Mg, K и определение криолитового отношения по концентрациям Na, F, Са, Mg, K, согласно изобретению строят градуировочные характеристики по Na, F, Са, Mg с использованием отраслевых стандартных образцов (ОСО) состава электролита электролизеров производства алюминия, прошедших метрологическую аттестацию, а по K - с использованием синтетических образцов электролита с установленной по процедуре приготовления погрешностью значения содержания в виде регрессионной зависимости, при этом градуировочные характеристики для фтора, натрия, кальция, и магния строят в виде регрессионной зависимости:The specified technical result is achieved by the fact that in the method for determining the cryolite ratio of the electrolyte with the addition of calcium, magnesium and potassium fluorides by the X-ray fluorescence method, which includes measuring the intensity of analytical lines from Na, F, Ca, Mg, K in calibration samples, constructing calibration characteristics from Na, F , Ca, Mg, K, sampling the electrolyte and preparation of a sample for analysis, measurement of the intensity of fluorescence of K α radiation lines Na, F, Ca, Mg, K, Na concentration determination, F, Ca, Mg, K and determining the ratio of cryolite according to the concentrations of Na, F, Ca, Mg, K, according to the invention, calibration characteristics are constructed for Na, F, Ca, Mg, using industry standard samples (TOC) of the electrolyte composition of aluminum electrolyzers that have passed metrological certification, and for K - using synthetic electrolyte samples with an error determined by the preparation procedure for the content value in the form of a regression dependence, while the calibration characteristics for fluorine, sodium, calcium, and magnesium are constructed in the form of a regression dependence :
где i - определяемый элемент, j - элемент, участвующий в поглощении (наложении) определяемого элемента, k – элемент, участвующий в возбуждении определяемого элемента;where i is the determined element, j is the element involved in the absorption (overlap) of the determined element, k is the element involved in the excitation of the determined element;
bi, ci - коэффициенты уравнения регрессии для i-го элемента, определяемые методом наименьших квадратов, с/имп., масс. % соответственно;b i , c i - coefficients of the regression equation for the i-th element, determined by the least squares method, s / imp., mass. % respectively;
Ii - измеренная интенсивность флуоресцентного излучения i-го элемента, имп./с;I i - the measured intensity of the fluorescent radiation of the i-th element, imp./s;
Ci - концентрация i-го определяемого элемента, масс. %;C i - the concentration of the i-th determined element, mass. %;
Cj - концентрация j-го элемента матрицы, масс. %;C j is the concentration of the jth element of the matrix, mass. %;
pj - коэффициент коррекции перекрывания интенсивности, pj=0÷1;p j - correction coefficient of overlapping intensity, p j = 0 ÷ 1;
(1+M)i - коэффициент влияния матрицы, величину которого определяют по формуле:(1 + M) i is the coefficient of influence of the matrix, the value of which is determined by the formula:
где i - определяемый элемент, αj - коэффициент поглощения, величина которого рассчитывается по методу наименьших квадратов, (% масс.)-1;where i is the determined element, α j is the absorption coefficient, the value of which is calculated by the least squares method, (% mass.) -1 ;
βk - коэффициент возбуждения, величина которого рассчитывается по методу наименьших квадратов, безразмерная величина;β k - excitation coefficient, the value of which is calculated by the method of least squares, dimensionless quantity;
Ck - концентрация k-то элемента матрицы, масс. %;C k is the concentration of the kth element of the matrix, mass. %;
N - количество элементов,N is the number of elements
а градуировочную характеристику для калия строят в виде регрессионной зависимости:and the calibration characteristic for potassium is built in the form of a regression dependence:
где: а, b, с - коэффициенты уравнения регрессии для калия, определяемые методом наименьших квадратов, (с/имп.)2, с/имп., масс. % соответственно;where: a, b, c are the coefficients of the regression equation for potassium, determined by the least squares method, (s / imp.) 2 , s / imp., mass. % respectively;
I - измеренная интенсивность флуоресцентного излучения аналитической линии калия, имп./с;I - the measured intensity of the fluorescent radiation of the analytical line of potassium, imp./s;
C - концентрация калия, масс. %.C is the concentration of potassium, mass. %
Предлагаемый способ дополняют частные отличительные признаки, способствующие достижению указанного технического результата.The proposed method is complemented by private distinctive features that contribute to the achievement of the specified technical result.
Градуировочную характеристику для определения Na могут строить с применением α и β коррекции по Al, а градуировочную характеристику для определения F могут строить с учетом наложения Na и применением β коррекции по А1.The calibration characteristic for determining Na can be built using α and β correction for Al, and the calibration characteristic for determining F can be built taking into account the superposition of Na and using β correction in A1.
Поскольку коэффициенты αj и βk являются эмпирическими и вводятся для учета поглощения и возбуждения флуоресцентного излучения определяемого элемента в образце и рассчитываются по методу наименьших квадратов с помощью ОСО и синтетических образцов калийсодержащего электролита при построении градуировочных характеристик, их размерности выбираются таким образом, чтобы соблюсти размерность концентрации при использовании уравнения (1).Since the coefficients α j and β k are empirical and are introduced to take into account the absorption and excitation of the fluorescent radiation of the element being determined in the sample and are calculated by the least squares method with the help of TOC and synthetic samples of potassium-containing electrolyte when constructing calibration characteristics, their dimensions are chosen so as to comply with the dimension concentration using equation (1).
Для вычисления КО по предлагаемому способу в пробе охлажденного электролита определяется концентрация Na, F, Ca, Mg и K. Далее по стехиометрии вычисляется количество фтора, связанного во фторидах Na, Са, Mg и K. Фторид алюминия (AlF3) рассчитывается из полной концентрации фтора за вычетом фтора, связанного во фторидах Na, Ca, Mg и K.To calculate the KO by the proposed method, the concentration of Na, F, Ca, Mg, and K is determined in a sample of chilled electrolyte. Next, the amount of fluorine bound in Na, Ca, Mg, and K fluorides is calculated by stoichiometry. Aluminum fluoride (AlF 3 ) is calculated from the total concentration fluorine minus fluorine bound in fluorides of Na, Ca, Mg and K.
Образцы для построения градуировочной характеристики по K готовят следующим образом. Берут заранее рассчитанное количество реактивов фтористого натрия (NaF), фтористого алюминия (AlF3), фтористого кальция (CaF2), фтористого калия (KF) и двуокиси алюминия (Al2O3). Все реактивы категории хч (химической чистоты). Тщательно перемешивают и сплавляют в платиновом тигле при температуре 950°C. Время выдержки при температуре 950°C составляет 20 минут. После этого тигель охлаждают, не вынимая из муфельной печи до температуры 500°C, а далее на воздухе. Для контроля потери массы тигель взвешивают до и после плавки.Samples for constructing a calibration characteristic for K are prepared as follows. Take the pre-calculated amount of reagents sodium fluoride (NaF), aluminum fluoride (AlF 3 ), calcium fluoride (CaF 2 ), potassium fluoride (KF) and aluminum dioxide (Al 2 O 3 ). All reagents of the hch category (chemical purity). Mix thoroughly and alloy in a platinum crucible at a temperature of 950 ° C. The exposure time at 950 ° C is 20 minutes. After that, the crucible is cooled without removing from the muffle furnace to a temperature of 500 ° C, and then in air. To control weight loss, the crucible is weighed before and after melting.
Сущность способа заключается в том, что в отобранных и подготовленных к анализу образцах электролита измеряется интенсивность флуоресцентного излучения по Kα линиям Na, F, Ca, Mg, K и определяются концентрации Ci перечисленных элементов по ранее построенным градуировочным характеристикам.The essence of the method lies in the fact that in the samples of electrolyte selected and prepared for analysis, the fluorescence radiation intensity is measured from the K α lines of Na, F, Ca, Mg, K, and the concentrations C i of the listed elements are determined from the previously constructed calibration characteristics.
Криолитовое отношение, по определенным концентрациям Ci элементов, вычисляют по формуле:The cryolite ratio, according to certain concentrations of C i elements, is calculated by the formula:
где - концентрации фтористого натрия и фтористого алюминия и фтористого калия соответственно. Криолитовое отношение в данном случае есть мольное отношение суммы фтористого натрия и фтористого калия к фтористому алюминию. Сомножители 2 и 1,45 учитывают, во сколько раз молекулярная масса фтористого натрия и фтористого калия соответственно меньше молекулярной массы фтористого алюминия. Концентрация фтористого натрия вычисляется по формуле:Where - concentrations of sodium fluoride and aluminum fluoride and potassium fluoride, respectively. The cryolite ratio in this case is the molar ratio of the sum of sodium fluoride and potassium fluoride to aluminum fluoride. Co-factors 2 and 1.45 take into account how many times the molecular weight of sodium fluoride and potassium fluoride is respectively less than the molecular weight of aluminum fluoride. The concentration of sodium fluoride is calculated by the formula:
, ,
где μNaF, μNa - молекулярные массы фтористого натрия и натрия соответственно, CNa - концентрация натрия в образце электролита (определяется по градуировочной характеристике).where μ NaF , μ Na are the molecular weights of sodium fluoride and sodium, respectively, C Na is the concentration of sodium in the electrolyte sample (determined by the calibration characteristic).
Концентрация фтористого калия вычисляется по формуле:The concentration of potassium fluoride is calculated by the formula:
, ,
где μKF, μK - молекулярные массы фтористого калия и калия соответственно, CK - концентрация калия в образце электролита (определяется по градуировочной характеристике).where μ KF , μ K are the molecular weights of potassium fluoride and potassium, respectively, C K is the concentration of potassium in the electrolyte sample (determined by the calibration characteristic).
Концентрация фтористого алюминия вычисляется по формуле:The concentration of aluminum fluoride is calculated by the formula:
, ,
где - молекулярные массы алюминия фтористого и фтора соответственно, - концентрация фтора в алюминии фтористом.Where - molecular weights of aluminum fluoride and fluorine, respectively, - the concentration of fluorine in aluminum by fluoride.
Концентрация фтора в алюминии фтористом вычисляется по формуле:The fluorine concentration in aluminum by fluoride is calculated by the formula:
, ,
где CF - концентрация фтора в образце электролита (определяется по градуировочной характеристике), концентрации фтора во фтористом натрии, фтористом кальции, фтористом магнии и фтористом калии соответственно вычисляются по формулам:where C F is the fluorine concentration in the electrolyte sample (determined by the calibration characteristic), fluorine concentrations in sodium fluoride, calcium fluoride, magnesium fluoride and potassium fluoride are respectively calculated by the formulas:
, ,
, ,
, ,
где CCa, CMg, - концентрации фтористого кальция и фтористого магния в образце электролита соответственно (определяются по градуировочным характеристикам).where C Ca , C Mg , are the concentrations of calcium fluoride and magnesium fluoride in the electrolyte sample, respectively (determined by calibration characteristics).
Окончательно формула для вычисления криолитового отношения примет вид:Finally, the formula for calculating the cryolite ratio will take the form:
В предлагаемом способе, за счет применения ОСО электролита, прошедших метрологическую аттестацию, синтетических образцов электролита, аттестованных по процедуре приготовления, и учета влияния матрицы с помощью выражения (3) при построении градуировочных характеристик достигнута точность определения натрия, фтора, кальция, магния, калия, позволяющая определять КО с точностью ±0,03 ед. абс. КО, то есть достаточной для технологического контроля химического состава электролита в производстве алюминия.In the proposed method, due to the use of OCO electrolyte that has undergone metrological certification, synthetic electrolyte samples certified according to the preparation procedure, and taking into account the influence of the matrix using expression (3) when constructing calibration characteristics, the accuracy of determination of sodium, fluorine, calcium, magnesium, potassium, allowing to determine KO with an accuracy of ± 0.03 units. abs. KO, that is, sufficient for technological control of the chemical composition of the electrolyte in the production of aluminum.
Способ поясняется примерами и чертежами, где на фиг. 1 представлена градуировочная характеристика по F; на фиг. 2 - градуировочная характеристика по Na; на фиг. 3 - градуировочная характеристика по Mg; на фиг. 4 - градуировочная характеристика по Ca, на фиг. 5 - градуировочная характеристика по K.The method is illustrated by examples and drawings, where in FIG. 1 shows a calibration characteristic for F; in FIG. 2 - calibration characteristic for Na; in FIG. 3 - calibration characteristic for Mg; in FIG. 4 is a calibration curve for Ca, in FIG. 5 - calibration characteristic according to K.
Пример 1 (прототип). Так как воспроизведение условий по способу прототипа не представлялось возможным, производили теоретическую оценку случайной составляющей погрешности измерения криолитового отношения, используя стандартные отклонения, полученные при построении градуировочных характеристик в работе Feret F.R. Characterization of bath electrolyte by X-Ray fluorescence. С этой целью были выбраны образцы состава электролита С3, С12, изготовленные на основе материала ОСО, путем добавления калия фтористого. Элементный состав образцов представлен в таблице 1. Аттестованные по процедуре приготовления значения КО - 1,39 и 2,21 ед. абс. КО соответственно, с погрешностями ΔC3=0,015 и ΔС12=0,017 ед. абс. КО соответственно.Example 1 (prototype). Since it was not possible to reproduce the conditions by the prototype method, a theoretical estimate was made of the random component of the measurement error of the cryolite ratio using standard deviations obtained when constructing calibration characteristics in the work of Feret FR Characterization of bath electrolyte by X-Ray fluorescence. For this purpose, samples of the composition of the electrolyte C3, C12, made on the basis of the CCA material, were added by adding potassium fluoride. The elemental composition of the samples is presented in table 1. Certified KO values for the preparation procedure are 1.39 and 2.21 units. abs. KO, respectively, with errors Δ C3 = 0.015 and Δ C12 = 0.017 units. abs. KO, respectively.
Измерение перечисленных элементов по способу прототипа с учетом погрешности даст следующие результаты. C3: F - 54,015±0,270; Na - 17,104±0,171; Са - 2,38±0,047; K - 4,83±0,097% массовых. С12: F - 50,779±0,253; Na - 17,046±0,170; Са - 1,840±0,037; K - 13,897±0,278% массовых.The measurement of these elements by the method of the prototype, taking into account the error will give the following results. C3: F 54.015 ± 0.270; Na - 17.104 ± 0.171; Ca - 2.38 ± 0.047; K - 4.83 ± 0.097% mass. C12: F - 50.779 ± 0.253; Na - 17.046 ± 0.170; Ca - 1.840 ± 0.037; K - 13.897 ± 0.278% mass.
Величину случайной составляющей погрешности определения КО оценивали по формуле (6):The magnitude of the random component of the error in determining the QO was estimated by the formula (6):
В числовом выражении это составит 0,1 ед. абс. КО. Следовательно, величина КО для образца C3 может быть определена как 1,39±0,1 ед. абс. КО, а для образца С12 как 2,21±0,1 ед. абс. КО. То есть абсолютное расхождение между аттестованными и найденными значениями КО может составить более 0,1 ед. абс. КО.In numerical terms, this will be 0.1 units. abs. KO. Therefore, the KO value for sample C3 can be determined as 1.39 ± 0.1 units. abs. KO, and for sample C12 as 2.21 ± 0.1 units. abs. KO. That is, the absolute discrepancy between the certified and found KO values can be more than 0.1 units. abs. KO.
Пример 2 (предлагаемый способ). Измеряли интенсивность флуоресценции Kα линий F, Na, Ca, K в тех же образцах С3 и С12, подготовленных для измерения в виде прессованной таблетки диаметром 40 мм и толщиной 4 мм. Отметим, что образцы С3 и С12 не применялись для построения градуировочных характеристик. Полученные значения нетто интенсивностей (интенсивностей аналитических сигналов за вычетом интенсивностей фона) для образца С3: F - 29,859 кимп./с; Na - 64,250 кимп./с; K - 380,083 кимп./с; Са - 204,218 кимп./с, для образца С12: F - 23,431 кимп./с; Na - 63,771 кимп./с; K - 1064,642 кимп./с; Са - 125,5159 кимп./с. По градуировочным характеристикам, представленным на чертежах 1-5, находят концентрацию элементов для образца С3: F - 53,880±0,130; Na - 17,100±0,070; Са - 2,35±0,015, K - 4,91±0,11 мас. %, для образца С12: F - 51,960±0,130; Na - 17,580±0,070; Са - 1,980±0,015, K - 13,690±0,11 мас. %. Уравнение регрессии для фтора:Example 2 (the proposed method). The fluorescence intensity K α of the F, Na, Ca, K lines was measured in the same samples C3 and C12 prepared for measurement in the form of an extruded tablet with a diameter of 40 mm and a thickness of 4 mm. Note that samples C3 and C12 were not used to build calibration characteristics. The obtained values of net intensities (intensities of analytical signals minus background intensities) for sample C3: F - 29.859 kpp./s; Na - 64,250 kpp./s; K - 380.083 kimp./s; Ca - 204.218 kpp. / S, for sample C12: F - 23.431 kpp./s; Na - 63.771 kimp / s; K - 1064.642 kimp./s; Ca - 125.5159 kyp./s. According to the calibration characteristics presented in drawings 1-5, find the concentration of elements for sample C3: F - 53.880 ± 0.130; Na - 17,100 ± 0,070; Ca - 2.35 ± 0.015, K - 4.91 ± 0.11 wt. %, for sample C12: F - 51.960 ± 0.130; Na - 17.580 ± 0.070; Ca - 1.980 ± 0.015, K - 13.690 ± 0.11 wt. % The regression equation for fluorine:
CF=(0,1989I+44,2904)(1+0,0036CAl),C F = (0.1989I + 44.2904) (1 + 0.0036C Al ),
bF=0,1989; cF=44,2904; αA1=0,0036;b F = 0.1989; c F = 44.2904; α A1 = 0.0036;
уравнение регрессии для натрия:regression equation for sodium:
CNa=(0,2378I+1,4442)(1+0,0063CAl)-∑0,0085CF,C Na = (0.2378I + 1.4442) (1 + 0.0063C Al ) -∑0.0085C F ,
bNa=0,2378; cNa=1,4442; αAl=0,0063; pF=0,0085;b Na = 0.2378; c Na = 1,4442; α Al = 0.0063; p F = 0.0085;
уравнение регрессии для калия:regression equation for potassium:
Ск=9,45×10-7I2+0,0115I+0,4184,C k = 9.45 × 10 -7 I 2 + 0.0115I + 0.4184,
aK=9,45×10-7; bK=0,0115; cK=0,4184;a K = 9.45 × 10 -7 ; b K = 0.0115; c K = 0.4184;
уравнение регрессии для кальция:regression equation for calcium:
ССа=(0,0090I+0,0495)(1+0,051CK)C Ca = (0.0090I + 0.0495) (1 + 0.051C K )
bCa=0,0090; сСа=0,0495; αK=0,051;b Ca = 0.0090; with Ca = 0.0495; α K = 0.051;
Величину КО рассчитывают по уравнению (5). Величину случайной составляющей погрешности определения КО оценивают по формуле (6). Рассчитано для образца С3 КО=1,41±0,030 ед. абс. КО, для образца С12 КО=2,200±0,030 ед. абс. КО. Аттестованные значения КО 1,39 и 2,20 ед. абс. КО соответственно. Абсолютное расхождение между аттестованными и найденными значениями составляет 0,02 и - 0,01 ед. абс. КО соответственно.The value of KO is calculated according to equation (5). The value of the random component of the error in determining the QO is estimated by the formula (6). Calculated for sample C3 KO = 1.41 ± 0.030 units. abs. KO, for sample C12 KO = 2,200 ± 0,030 units. abs. KO. Certified KO values are 1.39 and 2.20 units. abs. KO, respectively. The absolute discrepancy between the certified and found values is 0.02 and - 0.01 units. abs. KO, respectively.
Claims (22)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015146623A RU2616747C1 (en) | 2015-10-28 | 2015-10-28 | Method for cryolite ratio determination for electrolyte with calcium, magnesium and potassium fluorides additives using xrf method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015146623A RU2616747C1 (en) | 2015-10-28 | 2015-10-28 | Method for cryolite ratio determination for electrolyte with calcium, magnesium and potassium fluorides additives using xrf method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2616747C1 true RU2616747C1 (en) | 2017-04-18 |
Family
ID=58642818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015146623A RU2616747C1 (en) | 2015-10-28 | 2015-10-28 | Method for cryolite ratio determination for electrolyte with calcium, magnesium and potassium fluorides additives using xrf method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2616747C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2717442C1 (en) * | 2019-08-15 | 2020-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for express determination of bath ratio and concentration of potassium fluoride in electrolyte when producing aluminum |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5822072A (en) * | 1994-09-30 | 1998-10-13 | Lockheed Martin Energy Systems, Inc. | Fiberoptic probe and system for spectral measurements |
| WO2000009783A1 (en) * | 1998-08-14 | 2000-02-24 | Norsk Hydro Asa | Method and apparatus for analysis of chemical constituents in an electrolysis cell |
| RU2358041C2 (en) * | 2007-06-22 | 2009-06-10 | Открытое акционерное общество "Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности" (ОАО "СибВАМИ") | Method of electrolyte analysis for aluminium oxide content |
| RU2424379C1 (en) * | 2009-11-17 | 2011-07-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Roentgen-fluorescent procedure for determination of cryolite ratio of electrolyte |
-
2015
- 2015-10-28 RU RU2015146623A patent/RU2616747C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5822072A (en) * | 1994-09-30 | 1998-10-13 | Lockheed Martin Energy Systems, Inc. | Fiberoptic probe and system for spectral measurements |
| WO2000009783A1 (en) * | 1998-08-14 | 2000-02-24 | Norsk Hydro Asa | Method and apparatus for analysis of chemical constituents in an electrolysis cell |
| RU2358041C2 (en) * | 2007-06-22 | 2009-06-10 | Открытое акционерное общество "Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности" (ОАО "СибВАМИ") | Method of electrolyte analysis for aluminium oxide content |
| RU2424379C1 (en) * | 2009-11-17 | 2011-07-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Roentgen-fluorescent procedure for determination of cryolite ratio of electrolyte |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| FERET F.R. Characterization of bath electrolyte by X-Ray fluorescence. Light Metalls. 1988. The Minerals. Metals & Material Society. p.p.697-702. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2717442C1 (en) * | 2019-08-15 | 2020-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for express determination of bath ratio and concentration of potassium fluoride in electrolyte when producing aluminum |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| León-Reina et al. | Round robin on Rietveld quantitative phase analysis of Portland cements | |
| Qiao et al. | Damage in cement pastes exposed to MgCl2 solutions | |
| CN103323479A (en) | Glass mixed batch uniformity determination method | |
| Ershov et al. | Determination of aluminum oxide concentration in molten cryolite-alumina | |
| JP2016166866A (en) | Quantitative analysis method of multi-component mixed cement and production management system of multi-component mixed cement | |
| RU2424379C1 (en) | Roentgen-fluorescent procedure for determination of cryolite ratio of electrolyte | |
| RU2616747C1 (en) | Method for cryolite ratio determination for electrolyte with calcium, magnesium and potassium fluorides additives using xrf method | |
| Kubikova et al. | Physico-chemical properties of the system (LiF-NaF) eut-LaF3–Phase equilibria, density and volume properties, electrical conductivity and surface tension | |
| Calvert et al. | An X-ray fluorescence spectrometric method for the determination of major and minor elements in ferromanganese nodules | |
| Ogorodova et al. | Thermodynamic properties of lithium mica: Lepidolite | |
| Tkacheva et al. | Novel molten salts media for production of functional materials | |
| CA2936695C (en) | Method for determining the composition and the cryolite ratio of solid samples of potassium-containing electrolyte in aluminum production by xrd method | |
| CN107655916A (en) | A kind of method that mineral wool acidity coefficient is determined using dispersive spectroscopy | |
| Saikawa et al. | Determination of the critical temperature and density of hexafluoroethane | |
| Coughlin | Heats of formation of cryolite and sodium fluoride | |
| RU2717442C1 (en) | Method for express determination of bath ratio and concentration of potassium fluoride in electrolyte when producing aluminum | |
| Akhmedova et al. | Theoretical analysis of the system Li, K, Ca, Ba|| F, WO4: Physicochemical properties of the system LiF–K2WO4–BaF2–CaF2–BaWO4 | |
| Piksina et al. | Combined control of aluminum bath composition by X‐ray diffraction and X‐ray fluorescence analysis | |
| Mashima | XRF analyses of major and trace elements in silicate rocks calibrated with synthetic standard samples | |
| He et al. | Quantitative analysis of crystalline and remaining glass phases in CaO–B2O3–SiO2 ternary system glass ceramics | |
| Han et al. | Calculating the Minimum Thickness of Glass Fuse by Zr Kα Line for Phosphorus-Containing Zircon-Refractory Material | |
| Kurochkin et al. | Volumetric properties of copper-aluminum melts at temperatures up to 1400° C | |
| EP3098595B1 (en) | Method for determining the composition and cryolite ratio of solid samples of potassium-containing electrolyte in aluminium production by xrd | |
| Kaasa | Calibration Technique for Quantitative Chloride Measurements with µ-XRF in Cementitious Materials | |
| RU2586167C1 (en) | Method for x-ray determination of cryolite ratio during electrolytic production of aluminium |