СПОСОБ ОЦЕНКИ КОЭФФИЦИЕНТА СВЕТОПРОПУСКАНИЯ СИЛИКАТНОГО СЫРЬЯ
METHOD OF ESTIMATING OPTICAL TRANSMISSION COEFFICIENT OF SILICATE MATERIAL

Изобретение относится к области геологии, разработки и использования месторождений полезных ископаемых и может быть использовано на ранних этапах геолого-разведочных работ для предварительной оценки качества силикатного сырья и для предварительной оценки коэффициента светопропускания. Природное силикатное сырье и получаемые из него особо чистые кварцевые концентраты находят широкое применение в различных отраслях промышленности высоких технологий - радиоэлектронной, полупроводниковой, светотехнической, оптической и др. Вопросы оценки качества сырья на ранних этапах геолого-разведочных работ остаются одними из самых актуальных. Важнейшими качественными показателями силикатного сырья, пригодного для получения высокочистых кварцевых концентратов, являются содержание элементов-примесей и коэффициент светопропускания (КСП). Известен способ определения коэффициента светопропускания кварцевой крупки (Методика ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80. Методические рекомендации по оценке качества кварцевого сырья для плавки и оптического стекловарения. Приложения 2 стр.59-60) - аналог. Метод предназначен для относительной оценки количества газово-жидких включений в кварце определением коэффициента светопропускания кварцевой крупки в видимой области спектра. Сущность метода состоит в сравнении интенсивности световых потоков, проходящих через испытуемый и сравниваемый образцы. Определение коэффициента светопропускания осуществляется на визуально-фотоэлектрическом фотометре ФМ-58. Для замеров используется иммерсионная жидкость с показателем преломления 1.543±0,002, которую готовят путем смешивания бромбензола и диметилфталата примерно в равных соотношениях. В качестве испытуемого образца служит кварцевая крупка, толщиной слоя I мм, помещенная в кювету с иммерсионной жидкостью. Образцом для сравнения является аналогичная кювета, заполненная только иммерсионной жидкостью. Замеры коэффициента светопропускания на фотометре Ф№-58 осуществляются со светофильтром №3. По каждому образцу - кювете с кварцевой крупкой, после ее перемешивания, производится три отсчета, среднее арифметическое из которых принимается за окончательный результат. Недостатком способа является продолжительность его выполнения и необходимость работы с химичекими веществами, вредными для здоровья. Известен люминесцентный способ исследования структурного несовершенства кварца, заключающийся в том, что отбирают монофракции кварца, снимают для них спектры рентгенолюминесценции в оптическом диапазоне длин волн, определяют интенсивность излучения центров рентгенолюминесценции и по ним оценивают качество кварцевого сырья (Вотяков С.Л., Крохалев В.Я., Пуртов В.К., Краснобаев А.А. Люминесцентный анализ структурного несовершенства кварца // Екатеринбург: УИФ "Наука", 1993. - С.30-32). Недостатком в известном способе является то, что недоучтена роль собственных дефектов в кварце и их связь с коэффициентом светопропускания. Наиболее близким по технической сущности является Способ оценки качества кварцевого сырья (Борозновская Н.Н., Быдтаева Н.Н. Способ оценки качества кварцевого сырья. - ПАТЕНТ №2400736. Заявка №2009129894) (прототип), включающий отбор монофракций кварца, предварительное прокаливание до температуры 350-450°С, получение спектра рентгенолюминесценции прокаленного кварца в спектральном диапазоне длин волн 350-550 нм с последующей оценкой дефектности структуры и качества кварцевого сырья по соотношению высвечивания примесных и собственных дефектов.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа оценки коэффициента светопропускания силикатного сырья с целью повышения экспрессности и надежности предварительной оценки качества кварцевого сырья. Поставленная задача решается тем, что, согласно прототипу, осуществляется отбор монофракций кварца, прокаливание до температуры 350-450°С с последующим возбуждением рентгенолюминесценции, но, в отличие от прототипа, рентгенолюминесценцию возбуждают только в УФ-полосе с максимумом 370 нм и оценивают коэффициент светопропускания, используя график соответствия между интенсивностью рентгенолюминесценции в полосе 370 нм и значениями коэффициентов светопропускания, определенных по стандартной методике.
Авторами предлагаемого изобретения экспериментально установлена прямая зависимость между интенсивностью рентгенолюминесценции на длине волны 370 нм и коэффициентом светопропускания (КСП). На рисунке 1 представлен график соответствия между интенсивностью рентгенолюминесценции в полосе 370 нм и значениями коэффициентов светопропускания, определенных по методике ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80, что отражает зависимость рентгенолюминесцентных характеристик (интенсивности РЛ ) от коэффициента светопропускания. За 100 относительных единиц по шкале интенсивностей рентгенолюминесценции принято самое интенсивное свечение кварца из Кузнечихинского месторождения, имеющего коэффициент светопропускания, близкий к 100 ед. Данная полоса излучения появляется в кварце после предварительного прокаливания на воздухе. Ранее отмечалось, что за эту полосу могут быть ответственны дырочные центры на слабо связанном междоузельном кислороде (Матросов И.И., Погорелов Ю.Л. Влияние прокаливания на спектры рентгенолюминесценции // Изв АН СССР. Сер. геол. - 1977. - №9. - С.89-94), т.е. собственные дефекты. Связь данной полосы излучения с величиной светопропускания объясняется наличием в структуре кварца примесных дефектов и концентрацией газово-жидких включений, которые поглощают и рассеивают свет. Ряд компонентов газово-жидких включений может выступать в качестве гасителей люминесценции. Чем меньше газово-жидких включений и других примесей, тем интенсивнее полоса РЛ на 370 нм. Это свечение характеризуется обратной корреляцией с концентрацией примесных дефектов и газово-жидких включений и будет иметь прямую корреляцию с величиной светопропускания. На рисунке 2 представлена диаграмма соотношений относительных величин люминесцентных характеристик (рентгенолюминесценция ) и газовой составляющей из газово-жидких включений в кварце различных месторождений. Из рисунка 2 видно, что самое интенсивное свечение центров  у Кузнечихинского кварца, для которого характерны низкие величины газовой составляющей и высокие коэффициенты светопропускания. Для кварца Гарганского блока - наоборот, низким значениям интенсивности свечения центров  соответствуют самые высокие величины газовой составляющей из газово-жидких включений, а значит, и низкие величины коэффициента светопропускания, поскольку с интенсивностью рентгенолюминесценции центров  коррелирует величина светопропускания, что видно из рисунка 1. Ниже приведены примеры конкретного осуществления изобретения (10 примеров). Спектры рентгенолюминесценции снимались с помощью аппарата УРС-55, рентгеновской трубки БСВ-2 и монохроматора МДР-12 в лаборатории экспериментальной и прикладной минералогии Томского Государственного Университета. Анализы по определению коэффициентов светопропускания выполнены в ГЕОХИ РАН.
Пример 1.
Готовилась монофракция кварца весом 10 мг образца №1, взятого из Кузнечихинского месторождения особо чистого кварца (Урал). После предварительного прокаливания до 400°С возбуждали рентгенолюминесценцию в спектральной полосе излучения с максимумом при λ=370 нм, замеряли ее интенсивность в относительных единицах, которая равнялась 91 относительной единице, что на графике зависимости интенсивности рентгенолюминесценции от величины коэффициента светопропускания, изображенном на рисунке 1, соответствует коэффициенту светопропускания, равному 88 относительным единицам. Таким образом, определяли величину коэффициента светопропускания (КСП) для образца №1 как 88 единиц. Достоверность такого определения подтверждена данными, полученными при определении коэффициента светопропускания по известной методике ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80, что отражено в таблице 1 - пример 1.
Пример 2.
Готовилась монофракция кварца весом 10 мг образца №2, взятого из Кузнечихинского месторождения особо чистого кварца (Урал). После предварительного прокаливания до 400°С возбуждали рентгенолюминесценцию в спектральной полосе излучения с максимумом при λ=360-370 нм, замеряли ее интенсивность в относительных единицах, которая равнялась 80 относительным единицам, что на графике зависимости интенсивности рентгенолюминесценции от величины коэффициента светопропускания, изображенном на рисунке 1, соответствует коэффициенту светопропускания, равному 85 относительным единицам. Таким образом, определяли величину коэффициента светопропускания (КСП) для образца №2 как 85 единиц. Достоверность такого определения подтверждена данными, полученными при определении коэффициента светопропускания по известной методике ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80, что отражено в таблице 1 - пример 2.
Пример 3.
Готовилась монофракция кварца весом 10 мг образца №3, взятого из Ларинского месторождения гранулированного кварца (Урал). После предварительного прокаливания до 400°С возбуждали рентгенолюминесценцию в спектральной полосе излучения с максимумом при λ=360-370 нм, замеряли ее интенсивность в относительных единицах, которая равнялась 94 относительным единицам, что на графике зависимости интенсивности рентгенолюминесценции от величины коэффициента светопропускания, изображенном на рисунке 1, соответствует коэффициенту светопропускания, равному 91 относительной единице. Таким образом, определяли величину коэффициента светопропускания (КСП) для образца №3 как 91 единицу. Достоверность такого определения подтверждена данными, полученными при определении коэффициента светопропускания по известной методике ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80, что отражено в таблице 1 - пример 3.
Пример 4.
Готовилась монофракция кварца весом 10 мг образца №4, взятого из Ларинского месторождения гранулированного кварца (Урал). После предварительного прокаливания до 400°С возбуждали рентгенолюминесценцию в спектральной полосе излучения с максимумом при λ=360-370 нм, замеряли ее интенсивность в относительных единицах, которая равнялась 91 единице, что на графике зависимости интенсивности рентгенолюминесценции от величины коэффициента светопропускания, изображенном на рисунке 1, соответствует коэффициенту светопропускания, равному 88 относительным единицам. Таким образом, определяли величину коэффициента светопропускания (КСП) для образца №4 как 88 единиц. Достоверность такого определения подтверждена данными, полученными при определении коэффициента светопропускания по известной методике ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80, что отражено в таблице 1 - пример 4.
Пример 5.
Готовилась монофракция кварца весом 10 мг образца №5, взятого из Кыштымского месторождения кварца (Урал). После предварительного прокаливания до 400°С возбуждали рентгенолюминесценцию в спектральной полосе излучения с максимумом при λ=360-370 нм, замеряли ее интенсивность в относительных единицах, которая равнялась 70 относительным единицам, что на графике зависимости интенсивности рентгенолюминесценции от величины коэффициента светопропускания, изображенном на рисунке 1, соответствует коэффициенту светопропускания, равному 81 относительной единице. Таким образом, определяли величину коэффициента светопропускания (КСП) для образца №5 как 81 единицу. Достоверность такого определения подтверждена данными, полученными при определении коэффициента светопропускания по известной методике ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80, что отражено в таблице 1 - пример 5.
Пример 6.
Готовилась монофракция кварца весом 10 мг образца №6, взятого из Кыштымского месторождения кварца (Урал). После предварительного прокаливания до 400°С возбуждали рентгенолюминесценцию в спектральной полосе излучения с максимумом при λ=360-370 нм, замеряли ее интенсивность в относительных единицах, которая равнялась 53 относительным единицам, что на графике зависимости интенсивности рентгенолюминесценции от величины коэффициента светопропускания, изображенном на рисунке 1, соответствует коэффициенту светопропускания, равному 77 относительным единицам. Таким образом, определяли величину коэффициента светопропускания (КСП) для образца №6 как 77 единиц. Достоверность такого определения подтверждена данными, полученными при определении коэффициента светопропускания по известной методике ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80, что отражено в таблице 1 - пример 6.
Пример 7.
Готовилась монофракция кварца весом 10 мг образца №7, взятого из Сакмарского кварценосного района (Урал). После предварительного прокаливания до 400°С возбуждали рентгенолюминесценцию в спектральной полосе излучения с максимумом при λ=360-370 нм, замеряли ее интенсивность в относительных единицах, которая равнялась 27 относительным единицам, что на графике зависимости интенсивности рентгенолюминесценции от величины коэффициента светопропускания, изображенном на рисунке 1, соответствует коэффициенту светопропускания, равному 69 относительным единицам. Таким образом, определяли величину коэффициента светопропускания (КСП) для образца №7 как 69 единиц. Достоверность такого определения подтверждена данными, полученными при определении коэффициента светопропускания по известной методике ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80, что отражено в таблице 1 - пример 7.
Пример 8.
Готовилась монофракция кварца весом 10 мг образца №8, взятого из Сакмарского кварценосного района (Урал). После предварительного прокаливания до 400°С возбуждали рентгенолюминесценцию в спектральной полосе излучения с максимумом при λ=360-370 нм, замеряли ее интенсивность в относительных единицах, которая равнялась 18 относительным единицам, что на графике зависимости интенсивности рентгенолюминесценции от величины коэффициента светопропускания, изображенном на рисунке 1, соответствует коэффициенту светопропускания, равному 66 относительным единицам. Таким образом, определяли величину коэффициента светопропускания (КСП) для образца №8 как 66 единиц. Достоверность такого определения подтверждена данными, полученными при определении коэффициента светопропускания по известной методике ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80, что отражено в таблице 1 - пример 8.
Пример 9.
Готовилась монофракция кварца весом 10 мг образца №9, взятого из Джабык-Карагайского кварценосного района (Урал). После предварительного прокаливания до 400°С возбуждали рентгенолюминесценцию в спектральной полосе излучения с максимумом при λ=360-370 нм, замеряли ее интенсивность в относительных единицах, которая равнялась 6 относительным единицам, что на графике зависимости интенсивности рентгенолюминесценции от величины коэффициента светопропускания, изображенном на рисунке 1, соответствует коэффициенту светопропускания, равному 60 относительным единицам. Таким образом, определяли величину коэффициента светопропускания (КСП) для образца №9 как 60 единиц. Достоверность такого определения подтверждена данными, полученными при определении коэффициента светопропускания по известной методике ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80, что отражено в таблице 1 - пример 9.
Пример 10.
Готовилась монофракция кварца весом 10 мг образца №10, взятого из Джабык-Карагайского кварценосного района (Урал). После предварительного прокаливания до 400°С возбуждали рентгенолюминесценцию в спектральной полосе излучения с максимумом при λ=360-370 нм, замеряли ее интенсивность в относительных единицах, которая равнялась 4,5 относительных единиц, что на графике зависимости интенсивности рентгенолюминесценции от величины коэффициента светопропускания, изображенном на рисунке 1, соответствует коэффициенту светопропускания, равному 27 относительным единицам. Таким образом, определяли величину коэффициента светопропускания (КСП) для образца №10 как 27 единиц. Достоверность такого определения подтверждена данными, полученными при определении коэффициента светопропускания по известной методике ГосНИИКС ТУ 21-РСФСР-790-80, что отражено в таблице 1 - пример 10.
Предложенный способ позволяет быстро с помощью рентгенолюминесцентного анализа на малом количестве материала на полуколичественном уровне определять коэффициенты светопропускания кварца, что делает возможным предварительную оценку качества силикатного сырья.
Таблица 1
Данные по определению коэффициентов светопропускания кварцевого сырья для месторождений Урала (Примеры осуществления изобретения)
Пример №
№ образца
Интенсивность рентгенолюминесценции в спектральной полосе с максимумом 370 нм (отн. ед.)
Коэффициент светопропускания, определенный по графику зависимости рентгенолюминесценции от КСП (отн. ед.)
Коэффициент светопропускания по данным фотоэлектрического фотометра ФМ-58
1
1
91
88
87
2
2
80
85
84
3
3
94
91
90-91
4
4
91
88
88
5
5
70
81
81
6
6
53
77
75
7
7
27
60
61
8
8
18
66
66
9
9
6
60
59
10
10
4,5
27
28