بررسی عناصر خاکستر زغال سنگ با XRF

 

بررسی و تعیین ترکیب عنصری مواد در بسیاری از صنایع یکی از مهمترین مسائلی است که به طور معمول با دستگاه های طیف سنج پلاسمای جفت القائی ICP، اسپکتروسکوپی جذب اتمی و فلوئورسانس اشعه ایکس XRF انجام می گیرد. دستگاه آزمایشگاهی اسپکترومتر X-Ray Fluorescence یکی از تجهیزات آنالیتیکال آزمایشگاهی است که امکان آنالیز کمی و کیفی تمام عناصر از بریلیم ₄Be تا اورانیم ₉₂U را با یک عملیات ساده فراهم می آورد. دستگاه XRF با آنالیز و شناسایی فوق سریع عناصر نمونه، مدت زمان انجام آزمایش را به طور قابل توجهی کاهش می دهد. یکی دیگر از مزیت های این تکنیک، آنالیز نمونه بودن تخریب آن است.

از دستگاه فلورسانس X-ray در زمینه های مختلف صنعت، محیط زیست، کشاورزی، مواد غذایی، مراکز پژوهشی و … استفاده می شود. از جمله مهمترین بخش های کاربرد دستگاه فلوئورسانس پرتو ایکس، بررسی آلاینده های محیط زیست می باشد که امروزه به یکی از بزرگترین بحران های زیست محیطی تبدیل شده است. نیروگاه های حرارتی با سوخت زغال سنگ از جمله منابع تولید کننده آلودگی هوا هستند و از جمله مواد خروجی از کانال دودکش آنها خاکستر زغال سنگ یا fly ash می باشد.

تعیین عناصر موجود در ترکیب خاکستر زغال سنگ (خاکستر بادی)

ذرات خاکستر یا fly ash از عوامل آلودگی هوا هستند که از طریق سوخت زغال سنگ در نیروگاه های حرارتی و به طور عمده از نیروگاه های برق با سوخت زغال سنگ تولید می شوند. خاکستر زغال سنگ به طور معمول شامل اکسید فلزات سنگین از جمله سیلسیم Si، آلومینیم Al، کلسیم Ca، آهن Fe و منگنز Mn به عنوان اجزای اصلی هستند. خاکستر بادی تولید شده در نیروگاه های حرارتی را می توان توسط رسوب دهنده الکترواستاتیکی یا فیلتر کیسه‌ ای و یا به هر دو روش جمع‌ آوری کرد. پس از جمع‌ آوری خاکسترها آنها را به صورت فشرده در انبار و تا زمانی که به محل دیگری منتقل و یا دفن کنند، نگه می‌ دارند. امروزه از خاکستر بادی به منظور ارتقاء مقاومت ترکیب خاک و چسبندگی آن استفاده می شود و از مواد افزودنی به بتن است. به این ترتیب با کاهش مصرف سیمان باعث جلوگیری از آلودگی‌ های ناشی از فرآیند تولید سیمان می‌شود.

خوردن و استنشاق موادی که حاوی اکسید عناصر سنگین هستند موجب بروز سرطان، اختلالات در سیستم عصبی، آسیب های قلبی، بیماری های تنفسی و ریوی، مشکلات گوارشی و همچنین اختلال در رشد استخوان کودکان می شود. آژانس حفاظت محیط زیست به این نتیجه رسیده است که زندگی در نزدیکی محل دفن خاکستر زغال سنگ می تواند خطر ابتلا به این بیماری ها را افزایش دهد. از این رو بررسی ترکیب خاکستر زغال سنگ اهمیت فراوانی دارد.

اندازه گیری فلزات خاکستر بادی یا Fly ash با دستگاه طیف سنج فلورسانس X-ray

در این تحقیق 4 نمونه C ،B ،A و D از خاکستر های بادی را به منظور تجزیه و تحلیل با دستگاه طیف سنج X-Ray Fluorescence انتخاب کردیم. اندازه گیری های کمی و کیفی نمونه ها بعد از فرآیند آماده سازی آنها با دستگاه آنالیتیکال فلورسانس اشعه ایکس سری LAB CENTER XRF-1800 محصول کمپانی شیمادزو انجام شد. آنالیز تحت شرایطی با دستگاه XRF دارای لوله اشعه ایکس با هدف رودیم Rh و پنجره بریلیمی، کریستال های آنالیز کننده LiF ،Ge ،PET ،TAP ،SX و آشکارساز های شمارگر سوسوزن (SC) و شمارگر تناسبی (FPC) انجام گرفت. عناصر شناسایی شده شامل C ،O ،Na ،Mg ،Al ،Si ،P ،S ،K ،Ca ،Ti ،Cr ،Mn Co ،Ni ،Cu ،Zn ،Ga ،Ge ،Rb ،Sr ،Y ،Zr ،Ba ،Pb و Fe بودند.

با وجود اینکه عناصر شناسایی شده ی 4 نوع نمونه تقریبا یکسان بودند، تفاوت هایی در شدت پیک آنها مشاهده شد که نشان از تفاوت در مقدار کمی آنها در 4 نمونه ی مختلف از خاکستر زغال سنگ دارد. آنالیز کمی نیز توسط متد FP فلوئورسانس اشعه ایکس انجام گرفت و نتایج نشان داد در هر 4 نمونه خاکستر زغال سنگ مقدار اکسید سیلسیم و اکسید آلومینیم از دیگر اکسید فلزات بیشتر است اما درصد آنها در نمونه ها متفاوت بوده به عنوان مثال برای اکسید سیلسیم D 60.78 ،C 63.61 ،B 60.74 ،A 55.92 می باشد. کمترین مقادیر نیز مربوط به اکسید ژرمانیم با درصدهای D 0.005 ،C 0.003 ،B 0.004 ،A 0.003 می باشد. نتایج آنالیز نشان می دهد اندازه گیری کمی و کیفی تمام عناصر از عناصر تریس (کم مقدار) تا اجزای اصلی می توانند با دقتی بسیار عالی انجام گیرند.

کاربرد های دیگر دستگاه فلوئورسانس اشعه ایکس XRF

• تعیین میزان آهن در شیر خشک با دستگاه X-Ray Fluorescence
• بررسی ترکیب سمی بی فنیل پلی کلر (PCB) در خاک با دستگاه فلورسانس ایکس ری
• اندازه گیری میزان تیتانیوم Ti و روی Zn در کرم های ضد آفتاب با استفاده از دستگاه آنالیتیکال XRF
• آنالیز بیسموت Bi در داروهای ضد اسهال با استفاده از فلوئورسانس اشعه ایکس
• تعیین میزان سلنیم Se در شامپو با دستگاه آزمایشگاهی فلورسانس X-ray
• آنالیز کاتالیزور های فلزی توسط تکنیک فلورسانس پرتو ایکس XRF