Введение к работе
Актуальность темы. Необходимость разработки экспрессных методов оценки содержаний полезных компонентов в железомарганцевьгх конкрециях (ЖМК) в специфических судовых условиях (высокая влажность, вибрация, нестабильность энергопитания), затрудняющих эксплуатацию на судне аппаратуры химического, спектрального и атомно-абсорбционного анализов, широко применяемых в стационарных лабораториях, делают одним из перспективных методов - рентгеноспектральный флуоресцентный анализ (РСФА). Однако, учитывая многокомпонентный и различный по содержанию элементный состав конкреций, многие из ранее известных и традиционно применяемых методик РСФА не обеспечивали необходимую точность анализа проб ЖМК. В связи с этим, возникла актуальная задача по усовершенствованию ряда известных и разработки новых методик РСФА, которые на базе серийных приборов позволили бы обеспечить высокую точность анализа проб ЖМК, необходимую при разведке ЖМК,
Цель работы: Разработка методик и технических приемов реализации многокомпонентного количественного рентгеноспектрального флуоресцентного анализа (РСФА) проб ЖМК в судовых условиях с точностью не ниже Щ категории (количественный анализ) на базе серийной аппаратуры (БАРС-3, КРАБ-ЗУМ, СПАРК-1М и спектрометра с ППД). Основные задачи исследований:
Провести исследования методических особенностей РСФА проб ЖМК на основе изучения их геолого-геохимических характеристик.
Разработать методику РСФА суммы металлов в грубодробленых пробах ЖМК на базе анализатора РРК-103 «Поиск» для разбраковки рудных и нерудных проб.
Разработать методику и технические приемы многокомпонентного количественного РСФА проб ЖМК в судовых условиях на базе: анализаторов БАРС-3 и КРАБ-ЗУМ с узкополосным дифференциальным детектором; кристалл-дифракционного спектрометра типа СПАРК и спектрометров с полупроводниковыми блоками детектирования (ППД).
Применить разработанную методику на базе спектрометра СПАРК-1М для решения поисковых и разведочных задач в условиях месторождения ЖМК шельфового типа Балтийского моря.
Научно-техническая новизна работы заключается в следующем: l.Ha базе анализатора РРК-103 «Поиск» разработана методика РСФ экспресс-анализа грубодробленых проб ЖМК на сумму цветных металлов (Со, Ni, Си, Zn) для отбраковки нерудных интервалов в судовых условиях. Влияние железа на анализ суммы цветных металлов в ЖМК устранено на основе
разработанного методического приема измерений с использованием равновесной энергетической области спектра по железу.
2.Предложен помехоустойчивый технический прием РСФА на основе использования в узкополосном дифференциальном детекторе дополнительного фильтра из европия для определения в ЖМК малых (на уровне 0.01%) концентраций Со в присутствии десятков процентов Fe, что практически устраняет влияние железа на результаты определения кобальта в пробах ЖМК. 3.Предложена методика изучения площадного распределения химических элементов в спилах ЖМК на базе анализатора БАРС-3 за счет внесения дополнений в конструкцию пробоподачи и изготовления специального коллиматора, сужающего пучок первичного излучения до 2 - 4 миллиметрового пятна. 4.Предоожены новые помехоустойчивые методические приемы, используемые в основе разработанных методик РСФА проб ЖМК: методический прием определения фона с учетом влияния мешающих элементов и «функции отклика» детектора по соотношению как когерентных, так и некогерентных составляющих рассеянного излучения на пробе и фоновом образце; методический прием учета вклада в аналитические каналы «мешающих» излучений (в том числе тормозного излучения трубки).
5.На основе помехоустойчивых методических приемов экспериментально обоснованы аналитические параметры в виде отношения: ^ = м і VnT* (Ni nNs - интенсивности в аналитическом канале и в канале «стандарта-фона»), обеспечивающие единые для различных по составу ЖМК градуировочные зависимости. Практическая значимость и реализация результатов работы:
методика экспрессного определения суммы цветных металлов в грубодроб-леных пробах ЖМК на базе анализатора РРК-103 «Поиск» внедрена в процессе производственных работ Полярной экспедиции ПГО«Севморгеология»;
методика количественного РСФА порошковых проб ЖМК на основе анализаторов БАРС-3 и КРАБ-ЗУМ, аттестованная в ранге методики предприятия взамен химического метода анализа на борту судна, внедрена в практику морских геологоразведочных работ Мурманской и Полярной экспедиций.
методика количественного РСФА вещества ЖМК и донных осадков на основе спектрометра СПАРК- 1М аттестована Госстандартом РФ и внедрена в практику морских геологоразведочных работ ГНПП «Севморгео» на этапе поисков залежи ЖМК в условиях шельфа Балтийского моря.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Разработанные новые помехоустойчивые методические и технические
приемы РСФА, реализованные в методиках анализа проб ЖМК, в том числе:
- методический прием с использованием равновесной по железу области спектров для устранения влияния Fe на анализ суммы цветных металлов (Со, Ni, Си, Zn) в грубодробленых пробах ЖМК при РСФА на базе анализатора РРК-103 «Поиск» для предварительной разбраковки рудных и нерудных проб; методический прием определения фона с учетом влияния «мешающих» элементов и «функции отклика» детектора по соотношению как когерентных, так и некогерентных составляющих рассеянного излучения на пробе и фоновом образце; методический прием учета в канале «стандарта-фона» вклада тормозного излучения рентгеновской трубки, позволяющий выделить значение тормозного излучения в регистрируемой в канале интенсивности в зависимости от гэф пробы; усовершенствованный способ спектральных отношений и вид аналитического параметра в виде: ?]=Ni/jNs (Ni и Му - скорости счета в аналитическом канале и в канале стандарта-фона), обеспечивающего единый линейный график для различных по составу ЖМК и донных осадков;
технический прием сужения полосы узкополосного дифференциального детектора с помощью фильтра из европия, практически устраняющего влияние Fe, присутствующего в пробах ЖМК на уровне десятков процентов, при определении малых (на уровне 0.01%) концентраций Со; технический прием коллимации излучения, позволяющий изучать площадное распределение различных химических элементов в спилах ЖМК.
2.Разработанные и аттестованные методики количественного многоэлементного РСФА порошковых проб ЖМК в судовых условиях, обеспечивающие точность не ниже III категории, в том числе:
на базе анатизаторов БАРС-3 и КРАБ-ЗУМ, использующих узкополосный дифференциальный детектор; спектрометра с ППД и кристалл-дифракционного спектрометра СПАРК-1М, внедренного при поисках залежей ЖМК на шельфе Балтийского моря.
Апробация работы. Результаты исследований изложены в опубликованных работах и обсуждались: на научной сессии «Ядерная геофизика в геологии» (Ленинград, 1988), на международной конференции «Закономерности эволюции земной коры» (Санкт-Петербург, 1996) и на IV международной конференции «Экология и развитие Северо-Запада России» (Санкт-Петербург - Ладога - Онега - Петрозаводск, 1999)
Фактические материалы, лежащие в основе диссертационных исследований и личный вклад автора. Диссертационные исследования связаны с производственными тематическими работами ВНИИОкеангеология и ГНПП «Севморгео». В диссертации использованы результаты исследований выполненные лично автором, а в отдельных случаях при участии: сотрудников НПО «Рудгеофизика» Сафарова А.Р. и ВНИИОкеангеология Старицина И.Ф
(экспресс-анализ грубодробленых проб ЖМК)., сотрудников ГНПП «Севмор-гео» Краснюка А.Д., Шимараева М.В. (РСФА проб ЖМК на «БАРС-3), сотрудника ПМГРЭ Смыслова А. А (анализ проб ЖМК на установке ППД). В процессе работы над диссертацией автору оказывали помощь и консультации научный руководитель, д.т.н. Пшеничный Г.А., к. г.-м.н Матвеев Ю.И.,д.г.-м.н. Рыбалко А.Е., д.г.-м.н. Верба М.Л., д.т.н. Корнеев О.Ю. д.г,-м.н. Кулындышев В.А, к. г.-м.н. Сафаров А.Р., к.т.н. Мейер А.В., к.т.н Триумфов Н.Г., к-г.-м.н. Федорова Н.К., Малое В.А., Набоков А.М., Шайдурова А.В., Сунцова Е.Б., которым автор выражает глубокую благодарность.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав текста и заключения; содержит 146 страниц, включая 27 таблиц, 29 рисунков, списка литературы из 103 наименований, а также 4-х приложений.
