eng
Выпуск #1/2008
В.Копачевский, В.Шпектор, Д.Клемято, В.Бойков, М.Кривошеева, Л.Боброва.
Количественный анализ состава тарных стекол анализатором LEA S500
Количественный анализ состава тарных стекол анализатором LEA S500
Просмотры: 6554
Рассмотрены возможности применения лазерного анализатора LEA S500 для точного оперативного определения химического состава тарных стекол и контроля качества сырья. Представлен метод определения дефектов однородных прозрачных материалов.
Анализ химического состава
Оперативный анализ с помощью анализатора LEA S500 [1] химического состава стекол и сырья в процессе производства – это современный метод получения данных о составе готовой продукции и исходных компонентах, позволяющий контролировать технологический процесс варки стекла.
Растущий объем производства и повышенные требования к качеству тарного стекла диктуют необходимость новых точных и быстрых методов контроля. Существующие методы уже не могут обеспечить нужную оперативность, универсальность и точность анализа. В статье описан метод точного измерения элементного состава Na-Ca-Si-стекол [2] с помощью LEA S500 и показаны его возможности контроля на всех этапах производства стекла.
Подготовка образца стекла перед измерением сводится к получению матированной плоской поверхности размером 5–40 мм. Определение массовой доли от 1 до 11 оксидов проводится в течение 10–30 минут.
В таблице приведены измеренные на LEA S500 массовые доли элементов стандартного образца хромсодержащего Na-Ca-Si-стекла марки ЗТ-1 (ГСО 4143-87) и образцов стекол серийного производства четырех заводов РФ и Беларуси. Для построения калибровочных зависимостей использовались значения массовых долей оксидов Si, Ca, Na, Mg, K и Fe, установленные методами "мокрой" химии.
Ввиду отсутствия образцов стекол с установленными массовыми долями оксидов Zr, Sr и Ti, эти компоненты были определены на LEA S500 методом добавок. Для этого образцы стекол измельчались, смешивались с добавками известного химического состава, и из полученных смесей делались таблетки. Затем для построения калибровочных зависимостей определялись указанные массовые доли. Последующие измерения проводились непосредственно с матированными образцами стекол.
Полученные относительные среднеквадратические отклонения (ОСКО) характеризуют основную составляющую погрешности измерений на LEA S500 (показатель повторяемости) в условиях ускоренных измерений (включая калибровку прибора). Систематическая составляющая погрешности практически отсутствует. Сопоставление значений ОСКО и погрешностей аттестованных значений массовых долей ГСО 4143-87 для различных оксидов (см. таблицу) приводит к выводу о высокой точности измерений на LEA S500.
Метод определения дефектов однородных прозрачных материалов
Представленный метод определения дефектов однородных прозрачных материалов позволяет выявлять "пороки" стекломассы – местные нарушения однородности от присутствия включений. Определение происхождения порока в стекле классическими методами – трудоемкая и длительная процедура, что приводит к выпуску бракованной продукции и влечет финансовые потери предприятий.
Пороки классифицируют по типам: газовые включения (пузырьки воздуха и "мошка"), стекловидные включения (свили и шлиры), твердые включения (камни и кристаллы). Последние включения, в свою очередь, делятся на шихтовые и огнеупорные.
Газовые пороки и свили почти всегда можно определить визуально. Природу камней без етрографического или химического анализа опознать крайне сложно.
При дефектоскопии сравниваются спектры в области порока и вне ее. При подготовке образца для анализа порок вскрывается с помощью алмазной пилы. Затем образец помещается в рабочую камеру прибора, где с помощью системы видеонаблюдения выбирается зона анализа. Таким образом, снимаются спектры порока и чистого стекла (в 3–5 мм от порока). Наличие и интенсивность спектральных линий, присутствующих в спектрах порока и чистого материала, позволяют установить природу и материал порока.
На рис.1 и 2 представлены спектры чистого стекла и порока. На них видно присутствие линии Zr в пороке и ее отсутствие в стекле. Это позволяет утверждать, что причина порока – огнеупорный камень, а его появление свидетельствует о начале разрушения кладки бадделеитокорундового огнеупора печи.
При анализе наличия шихтовых камней в тарном стекле (причиной которого служит непровар Cr-сырья) проводится сравнение спектров камня и чистого стекла. Избыточное содержание Cr определяется сравнением интенсивности линий Cr в камне и в чистом стекле.
Данный метод позволяет также определять избыток Ca при кристаллизации в волластоните и девитрите, кристаллизованный Al и другие элементы, входящие в состав стекла и огнеупорной кладки печи.
Анализ в среднем занимает от 3 до 20 мин с учетом подготовки образца. Основное преимущество метода – оперативность, достоверность и наглядность результатов.
Более сложным представляется определение динасовых камней и кристаллических фаз кремнезема при кристаллизации его в стекле, так как Si имеется в стекле в большом количестве. Однако и в этом случае часто можно выявить качественное изменение спектров.
Контроль сырьевых материалов
Была опробована методика анализа состава сырья для производства стекол. Полученные значения ОСКО и другие параметры проведения измерений свидетельствуют о возможности успешного использования прибора для анализа такого сырья, как пески кварцевые, мука доломитовая, полевошпатовый материал, кальцинированная сода и другие порошковые вещества и материалы. Контролируется содержание основного вещества и всех значимых примесей.
Так, для песков кварцевых, технического Na2SO4 и соды технической Na2CO3 погрешность измерения массовой доли основного вещества, составляющей около 99% (соответственно SiO2, Na2SO4 и Na2CO3), — не более 0,1%.
Основные преимущества представленных методов:
* подготовка проб для анализа не связана с изменением агрегатных состояний веществ и материалов и либо минимальна, либо ограничена получением плоской поверхности (для однородных проб) или измельчением и прессованием (для неоднородных и сыпучих проб);
* для проведения анализа практически не требуются расходные материалы и оборудование для подготовки проб;
* анализ химического состава проводится за минуты;
* возможна оперативная дефектоскопия;
* высокая точность.
Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности использования анализатора LEA S500 в процессе производства стекла.
Литература
1. Копачевский В., Кривошеева М., Клемято Д. – Фотоника, 2007, №3, с.12.
2. ГОСТ Р52022-2003. Тара стеклянная для пищевой и парфюмерно-косметической продукции. Марки стекла.
Оперативный анализ с помощью анализатора LEA S500 [1] химического состава стекол и сырья в процессе производства – это современный метод получения данных о составе готовой продукции и исходных компонентах, позволяющий контролировать технологический процесс варки стекла.
Растущий объем производства и повышенные требования к качеству тарного стекла диктуют необходимость новых точных и быстрых методов контроля. Существующие методы уже не могут обеспечить нужную оперативность, универсальность и точность анализа. В статье описан метод точного измерения элементного состава Na-Ca-Si-стекол [2] с помощью LEA S500 и показаны его возможности контроля на всех этапах производства стекла.
Подготовка образца стекла перед измерением сводится к получению матированной плоской поверхности размером 5–40 мм. Определение массовой доли от 1 до 11 оксидов проводится в течение 10–30 минут.
В таблице приведены измеренные на LEA S500 массовые доли элементов стандартного образца хромсодержащего Na-Ca-Si-стекла марки ЗТ-1 (ГСО 4143-87) и образцов стекол серийного производства четырех заводов РФ и Беларуси. Для построения калибровочных зависимостей использовались значения массовых долей оксидов Si, Ca, Na, Mg, K и Fe, установленные методами "мокрой" химии.
Ввиду отсутствия образцов стекол с установленными массовыми долями оксидов Zr, Sr и Ti, эти компоненты были определены на LEA S500 методом добавок. Для этого образцы стекол измельчались, смешивались с добавками известного химического состава, и из полученных смесей делались таблетки. Затем для построения калибровочных зависимостей определялись указанные массовые доли. Последующие измерения проводились непосредственно с матированными образцами стекол.
Полученные относительные среднеквадратические отклонения (ОСКО) характеризуют основную составляющую погрешности измерений на LEA S500 (показатель повторяемости) в условиях ускоренных измерений (включая калибровку прибора). Систематическая составляющая погрешности практически отсутствует. Сопоставление значений ОСКО и погрешностей аттестованных значений массовых долей ГСО 4143-87 для различных оксидов (см. таблицу) приводит к выводу о высокой точности измерений на LEA S500.
Метод определения дефектов однородных прозрачных материалов
Представленный метод определения дефектов однородных прозрачных материалов позволяет выявлять "пороки" стекломассы – местные нарушения однородности от присутствия включений. Определение происхождения порока в стекле классическими методами – трудоемкая и длительная процедура, что приводит к выпуску бракованной продукции и влечет финансовые потери предприятий.
Пороки классифицируют по типам: газовые включения (пузырьки воздуха и "мошка"), стекловидные включения (свили и шлиры), твердые включения (камни и кристаллы). Последние включения, в свою очередь, делятся на шихтовые и огнеупорные.
Газовые пороки и свили почти всегда можно определить визуально. Природу камней без етрографического или химического анализа опознать крайне сложно.
При дефектоскопии сравниваются спектры в области порока и вне ее. При подготовке образца для анализа порок вскрывается с помощью алмазной пилы. Затем образец помещается в рабочую камеру прибора, где с помощью системы видеонаблюдения выбирается зона анализа. Таким образом, снимаются спектры порока и чистого стекла (в 3–5 мм от порока). Наличие и интенсивность спектральных линий, присутствующих в спектрах порока и чистого материала, позволяют установить природу и материал порока.
На рис.1 и 2 представлены спектры чистого стекла и порока. На них видно присутствие линии Zr в пороке и ее отсутствие в стекле. Это позволяет утверждать, что причина порока – огнеупорный камень, а его появление свидетельствует о начале разрушения кладки бадделеитокорундового огнеупора печи.
При анализе наличия шихтовых камней в тарном стекле (причиной которого служит непровар Cr-сырья) проводится сравнение спектров камня и чистого стекла. Избыточное содержание Cr определяется сравнением интенсивности линий Cr в камне и в чистом стекле.
Данный метод позволяет также определять избыток Ca при кристаллизации в волластоните и девитрите, кристаллизованный Al и другие элементы, входящие в состав стекла и огнеупорной кладки печи.
Анализ в среднем занимает от 3 до 20 мин с учетом подготовки образца. Основное преимущество метода – оперативность, достоверность и наглядность результатов.
Более сложным представляется определение динасовых камней и кристаллических фаз кремнезема при кристаллизации его в стекле, так как Si имеется в стекле в большом количестве. Однако и в этом случае часто можно выявить качественное изменение спектров.
Контроль сырьевых материалов
Была опробована методика анализа состава сырья для производства стекол. Полученные значения ОСКО и другие параметры проведения измерений свидетельствуют о возможности успешного использования прибора для анализа такого сырья, как пески кварцевые, мука доломитовая, полевошпатовый материал, кальцинированная сода и другие порошковые вещества и материалы. Контролируется содержание основного вещества и всех значимых примесей.
Так, для песков кварцевых, технического Na2SO4 и соды технической Na2CO3 погрешность измерения массовой доли основного вещества, составляющей около 99% (соответственно SiO2, Na2SO4 и Na2CO3), — не более 0,1%.
Основные преимущества представленных методов:
* подготовка проб для анализа не связана с изменением агрегатных состояний веществ и материалов и либо минимальна, либо ограничена получением плоской поверхности (для однородных проб) или измельчением и прессованием (для неоднородных и сыпучих проб);
* для проведения анализа практически не требуются расходные материалы и оборудование для подготовки проб;
* анализ химического состава проводится за минуты;
* возможна оперативная дефектоскопия;
* высокая точность.
Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности использования анализатора LEA S500 в процессе производства стекла.
Литература
1. Копачевский В., Кривошеева М., Клемято Д. – Фотоника, 2007, №3, с.12.
2. ГОСТ Р52022-2003. Тара стеклянная для пищевой и парфюмерно-косметической продукции. Марки стекла.
Отзывы читателей
