DE3036381A1 - Verfahren zur bestimmung des feststoff-gewichtsanteils einer aufschlaemmung - Google Patents
Verfahren zur bestimmung des feststoff-gewichtsanteils einer aufschlaemmungInfo
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Description
Verfahren zur Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils einer Aufschlämmung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils (W ) von Kohlebrei und zur Be-
Stimmung des Aschegehalts von Kohle in Kohlebrei, auf der Grundlage der Bestimmung des Wasserstoffgehalts (Gewicht/
Gewicht) des Kohlebreis und durch ein mit der Konzentration der Bestandteile mit höherer Atomordnungszahl (d.h. der Hauptbestandteile
der Asche) des Kohlebreis zusammenhängendes Maß. Die Erfindung ist auch auf die Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils
von Aufschlämmungen mit anderen Feststoffen als Kohle anwendbar, wie solchen, die aus Waschzinn-Abbauvorgängen
stammen. Wenngleich die Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf ihre Anwendung auf Kohlebrei beschrieben
wird, sollte somit klar sein, daß das erfindungsgemäße Verfahren
breiter anwendbar ist, was nachfolgend, wo geeignet, erörtert wird.
Eine genaue Kenntnis der Massenflußrate und des Aschegehalts
von Kohle in Kohlebrei ist bei zahlreichen Aspekten der Produktion oder Veredelung von Kohle und beim Transport von Kohlebrei
durch Rohrleitungen sehr wichtig. Diese Kenntnis ermöglicht eine bessere Steuerung dieser Prozesse.
Kohle besteht aus Kohlematerial (Sauerstoff und verbrennbare Materialien, Kohlenstoff, Wasserstoff und etwas Stickstoff
und Schwefel) und mineralischem Material (hauptsächlich aus unbrennbaren Aluminium- und anderen Silikaten und etwas Eisensulfid,
das teilweise verbrennbar ist). Kohleasche ist der
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_ 5 —
oxidierte unverbrennbare Rückstand der Kohleverbrennung und steht in enger Beziehung zum Gehalt an mineralischem Material.
Ein Maß des mineralischen Materials ist somit auch ein Maß für den Aschegehalt. Indirekt ist es auch ein Maß
für das Kohlematerial und damit für den Heizwert.
Wenn Kohle mit Wasser zu einem Kohlebrei gemischt wird, ist der Feststoff-Gewichtsanteil eines gegebenen Breivolumens
das Kohlegewicht, dividiert durch das Gewicht von Kohle und Wasser.
Kohle in einem Brei erfährt zahlreiche Behandlungsstufen in einer Kohlewäscherei zur Senkung des Gehalts mineralischen
Materials und damit zur Erzielung eines verbesserten Kohleprodukts. Sie wird als Kohlebrei auch durch Rohrleitungen
transportiert. Von Vorteil ist die kontinuierliche Erfassung des Mineralstoffgehalts von Kohle und des Feststoff-Gewichtsanteils
des Kohlebreis, so daß wirksamere Steuerung der Wäschereien und des Rohrleitungstransports erreicht werden kann.
Der übliche Weg der Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils
eines Breis durch kontinuierliche Maßnahmen ist die Messung des Durchgangs von γ-Strahlen durch den Brei. Ein solches Verfahren
ist von K.G. Carr-Brion, "Performance of an on-stream radio-isotope X-ray fluorescence analyser" in Trans/Section C
of Inst. Min. Metall. 16.' C94-100 (1967) beschrieben worden,
worauf hiermit ausdrücklich Bezug genommen sei. Dieses Verfahren liefert ein genaues Maß für den Feststoff-Gewichtsanteil
von Kohlebrei nur, wenn der Hohlraumanteil (aufgrund von im Brei mitgerissener Luft) sehr niedrig ist, d.h. unter
etwa 0,001 cm Hohlräume pro cm Brei liegt.
In vielen Kohleaufschlämmungen, insbesondere Kohleflotationsauf
schlämmungen, verursacht mitgerissene Luft erhebliche Hohlraumbildung
und stört die Genauigkeit der Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils und des Mineralstoffgehalts. Dieses Pro-
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bleiri wird von G. J. Lyman "On line ash sensing in coal
flotation slurries", North Queensland Conference 1978 des Australasian Institute of Mining and Metallurgy, S. 245-255,
erörtert, worauf hiermit ausdrücklich Bezug genommen sei. Bei diesem Verfahren wird der Kohlebrei auf etwa 21 bar
(300 psi) in einer Proben-Nebenleitung mit Druck beaufschlagt,
womit die mitgerissene Luft zusammenfällt. Die γ- und Röntgen-Durchgangsmessungen
erfolgen an der Proben-Nebenleitung. Diese Technik zum Zusammenfallenlassen von Hohlräumen trägt jedoch
erheblich zur Kompliziertheit der Messung des Feststoff-Gewichtsanteils und des Mineralstoffgehalts bei.
Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt den Feststoff-Gewichtsanteil
und den Mineralstoffgehalt von Kohlebrei, wenn mitgerissene Luft und damit Hohlraum vorliegt oder auch nicht,
und kann auf Messungen durch direkt in die Breiströme der Anlage eingetauchte oder direkt an den Breirohrleitungen angebrachte
Sonden gestützt werden, womit die Notwendigkeit für Breiproben-Nebenleitungen entfällt. Auch der Hohlraum
des Kohlebreis kann nach dieser Methode bestimmt werden.
Die Erfindung führt so zu einem Verfahren zur Bestimmung des
Feststoff-Gewichtsanteils einer Aufschlämmung oder eines Breis, wobei die Konzentration (Gewicht/Gewicht) von Wasserstoff in
dem Brei durch Messung der Neutronenstreuung oder des Neutronendurchgangs bestimmt wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Konzentration durch eine Kombination der Messung der Neutronenstreuung oder
des Neutronendurchgangs und wenigstens einer Messung der γ-Strahlenstreuung oder des γ-Strahlendurchgangs bestimmt.
Es kann gezeigt werden, daß der Feststoff-Gewichtsanteil W
eines Kohlebreis mit dem Wasserstoffgehalt (Gewicht/Gewicht)
des Kohlebreis, H Λ, und der Kohle, H , wie folgt zusammen-
SI . C
hängt:
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(i - H)
9Sl
9Sl
wobei -Q der Wasserstoffgehalt (Gewicht/Gewicht) des Wassers
ist. H 1 kann genau gemessen werden, wie nachfolgend erörtert.
Somit kann, wenn H etwa konstant ist, W aus einer Messung
O S
von H 1 alleine bestimmt werden. Wenn jedoch H aufgrund von
Änderungen der Mineralstoffkonzentration in der Kohle erheblich schwankt, muß bzw. müssen weitere Messung(en) hinsichtlich
der Konzentration von Bestandteilen mit hoher Atomordnungszahl erfolgen, so daß W genau ermittelt werden kann. Diese weitere(n)
Messung (en) muß bzw. müssen stets erfolgen, wenn die Bestimmung des Mineralstoffgehalts gefordert wird. Für Aufschlämmungen mit.
anderen Feststoffen als Kohle wird H in der Gleichung (1)
durch den Wasserstoffgehalt (Gewicht/Gewicht) der Feststoffe ersetzt.
durch den Wasserstoffgehalt (Gewicht/Gewicht) der Feststoffe ersetzt.
Der Einfluß der Konzentrationsänderung des mineralischen Materials
auf die Genauigkeit der W -Bestimmung (d.h. ohne die
obige(n) weitere(n) Messung(en)) kann berechnet werden. Wenn
die Mineralstoffkonzentration (Gewicht/Gewicht in Kohle) C
mm
sich zu C' ändert, ist der entsprechende neue Wert der Wasserstoff
konzentration in der Kohle, H1, gegeben durch:
(1 - IC« )
Η· = H ™S_ (2)
Η· = H ™S_ (2)
Der durch diese Änderung in C verursachte Fehler der W Bestimmung
kann aus den Gleichungen (1) und (2) ermittelt werden. Beispielsweise ist, wenn W = 0,20, C =.0,118 und
s min
Cmm = °'"!38' der Fehler bei der Ws-Bestimmung 0,003188 (Gewicht/Gewicht).
Wenn eine Unsicherheit von + 0,01 bei einem
Ws-Wert von 0,20 hingenommen werden kann, ist eine Schwankung der Konzentration des Mineralstoffs im Bereich von etwa
Ws-Wert von 0,20 hingenommen werden kann, ist eine Schwankung der Konzentration des Mineralstoffs im Bereich von etwa
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0,06 bis 0,18 akzeptabel. Dieser Bereich ist recht weit, und
somit ist bzw. sind weitere Messung(en) für die Wg-Bestimmung
in vielen Flotationsströmen von Kohleaufbereitungsanlagen nicht
nötig.
Eine weitere Ursache für die Unsicherheit bei Hc ist die Wasserstoff-Schwankung
im Kohlematerial. Beispielsweise ist, wenn H sich von 0,04586 zu 0,05 ändert, der entsprechende Fehler
bei der Bestimmung von W aus Gleichung (1) - 0,01268 bei
W =0,2. Diese Schwankung kann durch die oben erläuterte(n) weitere(n) Messung(en) nicht korrigiert werden. Glücklicherweise
sind Schwankungen bei H gewöhnlich wesentlich geringer als von 0,04586 zu 0,05 für Kohle aus dem gleichen Flöz, und
damit ist in der Praxis der Fehler bei W_. zwar merklich, kann
aber hingenommen werden.
Die Genauigkeit, bis zu der H Λ gemessen werden muß, um W
s ι s
innerhalb des angegebenen Fehlers zu bestimmen, kann auch mit Gleichung (1) errechnet werden. H soll 0,045 86 sein, der
Mittelwert für alle Kohlesorten, deren Zusammensetzung im Joint Coal Board and Queensland Coal Board pamphlet 'Eastern
Australian Coals of Coking Potential1, 1974, aufgeführt, ist.
Die Berechnung zeigt ζ.B.,daß zur Bestimmung von W = 0,20 auf
+ 0,01 der relative Fehler (ΔΗ 1/H 1) bei der Bestimmung von
H . nicht größer als 0,00665 sein darf, d.h. 0,665 % von H ...
Wo der Wasserstoffgehalt durch eine einfache Messung der Neutronenstreuung
oder des Neutronendurchgangs bestimmt wird, sollte der Abstand zwischen der Neutronenquelle und dem Neutronendetektor
sorgfältig gewählt werden, so daß die Neutronenmessung unempfindlich ist gegenüber WasserstoffVeränderungen pro
Volumeneinheit, aber empfindlich gegenüber WasserstoffVeränderungen
pro Gewichtseinheit.
Wo der Wasserstoffgehalt durch Kombination einer Messung der
Neutronenstreuung oder des Neutronendurchgangs und einer Messung der γ-Strahlenstreuung oder des γ-Strahlendurchgangs be-
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stimmt wird, bleibt die Genauigkeit der Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils
über einen breiteren Bereich von W erhalten, verglichen mit dem Fall der Anwendung einer einzelnen
Neutronenmessung. Der Abstand zwischen der Neutronenquelle und dem Detektor ist innerhalb normaler Grenzen unkritisch,
wo die Empfindlichkeit für die Messung ausreicht.
In Fällen, wo die Genauigkeit der Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils
durch Schwankung des Mineralstoffgehalts der Kohle im Brei beeinträchtigt wird, kann eine Kompensation erfolgen,
indem bei der Bestimmung eine Messung der Röntgenstrahlenstreuung oder des Röntgenstrahlendurchgangs einbezogen
wird. In diesem Falle kann der Mineralstoffgehalt der Kohle auch aus einer Kombination der Messung des Feststoff-Gewichtsanteils
des Breis und der Röntgenstrahlenmessung bestimmt werden.
Der Begriff "Röntgenstrahlen" soll im vorliegenden Fall im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren γ-Strahlen
geringer Energie, d.h. solche mit einer Energie, bei der die Absorption von der Atomzahl abhängt, einschließen. Der Begriff
der γ-Strahlen wird hier zur Beschreibung von γ-Strahlen
solcher Energie verwendet, bei der die Absorption von der Atomzahl der Analysenprobe im wesentlichen unabhängig ist.
Wenn die Bestandteile höherer Atomzahl des mineralischen Materials
in der Kohle (z.B. Eisen) in erheblicher Konzentration vorliegen oder die Konzentration solcher Bestandteile
erheblich schwankt, ist die Genauigkeit der Bestimmungen des Feststoff-Gewichtsanteils und des mineralischen Materials geringer
als für die Bestimmungen, bei denen die Konzentration solcher Bestandteile niedrig und gleichförmig'ist. Eine Kompensation
kann in solchen Fällen erfolgen, indem eine weitere Messung des Röntgenstrahlendurchgangs oder der Röntgenstrahlenstreuung
verschiedener Energie einbezogen oder indem die Eisen-
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konzentration, z.B. durch Röntgenstrahlenfluoreszenz, bestimmt
wird.
Eine vielversprechende Methode zur Bestimmung von Wasserstoff (Gewicht/Gewicht) des Kohlebreis liegt in folgender Anwendung
bekannter Techniken:
1) Neutronen-Moderation zur Bestimmung des Wasserstoffs pro
Einheitsvolumen Brei nach der Methode, beschrieben in International Atomic Energy Agency, "Neutron Moisture
Gauges", Technical Report Series No. 112, IAEA, Wien, 1970; A.W. Hall, J. L. Konchesky und R.F. Stewart,
"Continuous Monitoring of Coal by a Neutron Moisture Meter", U.S. Bureau of Mines Report of Investigations No. 7807
(1973) und "Nuclear Assay of Coal, Band 3: Determination of Total Hydrogen Content of Coal by Nuclear Techniques",
Electric Power Research Institute (California, U.S.A.), Report EPRI FP-989 (1979), worauf hiermit ausdrücklich Bezug
genommen wird. Diese Techniken beruhen auf der Verwendung einer Radioisotopenquelle schneller Neutronen, wie
? 4 1 poo 0^0
Am/Be, Pu/Be, Cf usw., und eines Detektors für langsame Neutronen, wie BF3- oder He^Proportionaldetektoren,
oder eines Szintillationsdetektor. Die oben erwähnte Literatur bezieht sich auf die Bestimmung von Feuchtigkeit
in Boden und Kohle, nicht aber auf Brei oder Aufschlämmungen.
2) γ-Strahlendurchgang oder -streuung zur Bestimmung der Dichte
des Kohlebreis (d.h. Breimasse pro Einheitsvolumen) (IAEA
Technical Report Series Nr. 112, s.o.). γ-Strahlen aus Radioisotopenquellen, wie Cs, Ba oder Co, werden
durch Szintillationszähler oder Ionisationskammern nachgewiesen.
Vielversprechende Methoden zur Messung der Konzentration der
Bestandteile mit höherer Atomzahl beruhen auf der Röntgenstrahlenstreuung
oder auf dem Röntgenstrahlendurchgang· Bevor-
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zugte Verfahren sind:
3(a) Für Kohle mit einem Eisengehalt des mineralischen Anteils,
der gering ist oder innerhalb eines begrenzten Bereichs schwankt, eine Einzelmessung des Röntgenstrahlendurchgangs
oder der Röntgenstrahlenstreuung, die eine mit der Konzentration der Bestandteile höherer Atomzahl
(d.h. der Aschebestandteile) in der Kohle in Zusammenhang stehende Messung liefert. Diese Messung ist in
der australischen Patentschrift 501 427 beschrieben, auf deren Offenbarung hiermit ausdrücklich Bezug genommen
wird.
(b) Für Kohle mit höherem und variablem Eisengehalt
entweder
Messungen des Durchgangs oder der Streuung von Röntgenstrahlen zweier verschiedener Energien oder getrennter
Gruppen von Energien durch den Kohlebrei, nach dem Verfahren der australischen Patentschrift 501 427 oder der
australischen Patentanmeldung PE 3079
oder
Messung der Streuung von Röntgenstrahlen, kombiniert mit einer Messung der Intensität der in der Kohle erregten
Eisen-K-Röntgenstrahlen nach dem Verfahren von I.S. Boyce,
CG. Clayton und D. Page, "Some Considerations Relating
to the Accuracy of Measuring the Ash Content of Coal by X-ray Backscattering", Nuclear Techniques and Mineral
Resources 1977, IAEA, Wien 1977, S.135-164, worauf hiermit
ausdrücklich Bezug genommen wird.
Ein einfacher Fall zur Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils des mitgerissene Luft (Hohlraum) enthaltenden Kohlebreis liegt
für Brei mit Kohle vor, deren Mineralstoffgehalt in einem begrenzten
Bereich, wie oben erörtert, schwankt. In diesem Falle liefert die Kombination von (1) und (2) W . In einem speziellen
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Beispiel dieses Falles reicht eine Neutronenmessung alleine zur Bestimmung des Wasserstoffs pro Einheitsgewicht Kohlebrei
und somit des Feststoff-Gewichtsanteils aus. In diesem Beispiel haben die Neutronenquelle und der Detektor einen solchen
Abstand, bei dem die Neutronenzählgeschwindigkeit praktisch unabhängig ist vom Wasserstoff pro Einheitsvolumen Brei über
einen begrenzten Bereich von Breidichten (siehe die Diskussion im Zusammenhang mit Fig. 3 in der zuvor genannten Literatur
von Hall et al).
Wenn der Mineralstoffgehalt über einen breiten Bereich variiert,
müssen (1) und (2) mit 3(a) oder 3(b) kombiniert werden, um
den Feststoff-Gewichtsanteil mit größerer Genauigkeit zu ergeben.
In allen obigen Fällen wird der Feststoff-Gewichtsanteil unabhängig
vom Hohlraum in dem Brei bestimmt, unter der Annahme, daß die Hohlräume verhältnismäßig gleichförmig über den Brei
verteilt sind. Im letzten Fall (1, 2 und 3(a) oder 3(b) kombiniert)
, wird auch der Mineralstoffgehalt unabhängig vom Hohlraum im Brei bestimmt. Wo die Neutronenmessung alleine zur
Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils des Breis herangezogen wird, kann sie mit der Streuung von Röntgenstrahlen mit oder
ohne Eisen-K-Röntgenstrahlenintensität (in Abhängigkeit davon, ob der Bereich der Eisenkonzentrationen in der Asche groß oder
begrenzt ist) kombiniert werden, um den Feststoff-Gewichtsanteil
und den Mineralstoffgehalt unabhängig vom Hohlraum zu ergeben.
Die Kombination von Neutronen-, γ- und Röntgenstrahlenmessungen
zur Bestimmung des Mineralstoffgehalts und des Feststoff-Gewichtsanteils
ist im folgenden Beispiel veranschaulicht. Betrachtet sei die Neutronenmessung unter Bestimmung von Wasserstoff
pro Einheitsvolumen Brei und eine γ-Strahlen-Durchgangsmessung
unter Bestimmung des Produkts ρ·χ, wobei ρ die Dichte
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des Hohlraum enthaltenden Breis und χ die von den γ-Strahlen
im Brei zurückgelegte Weglänge ist. Angenommen, ein Richtstrahl niederenergetischer γ-Strahlen durchläuft den gleichen
Weg wie die höherenergetischen γ-Strahlen. Die Intensität erfaßter niederenergetischer γ-Strahlen I, erfaßt mit dem
vorhandenen Brei, hängt mit der Intensität erfaßter γ-Strahlen ohne vorhandenen Brei, I , durch folgende Gleichung (3) zusammen:
worin
γ = βχρ(-μ3ΐρχ)
ο
(3)
die indizierten Werte von u die Masseabsorptionskoeffizienten
des engen Bündels der niederenergetischen y-Strahlen
und die Indizes cm, mm, si und H3O sich jeweils auf Kohlematerial,
mineralisches Material, Brei und Wasser beziehen. Da px durch die Messung der (höherenergetischen) γ-Strahlen
erfolgt, wird μ 1 durch die Messung der niederenergetischen
γ-Strahlen bestimmt, u ,μ und μ_ _ werden aus tabellari-
cm mm H-O
sehen Masseabsorptionskoeffizienten und typischer Elementarzusammensetzung
von Kohle für die besondere Anwendung bestimmt. Gleichungen (1) und (4) werden nun kombiniert, wobei H in
Gleichung (1) durch H
ersetzt wird, wobei H der
Wasserstoffgehalt (Gewicht/Gewicht) im Kohlematerial ist Aus den Gleichungen (1) und (4) ergibt sich:
rom
'τ - 1W - lv~ " 1V
<t - Hsl'
und W
(y
sl
— - H
si
cm
<7 * Hsi>
(6)
130015/0988
Somit können sowohl der Feststoff-Gewichtsanteil als auch
der Mineralstoffgehalt aus Messungen von H 1 und dem Durchgang
von hoch- und niederenergetischen γ-Strahlen bestimmt werden. Die Genauigkeit der Bestimmung von W3 und C kann
aus den obigen Gleichungen und der Kenntnis typischer Schwankungen der chemischen Zusammensetzung der Kohle ermittelt
werden. Wenn die Eisenkonzentration des mineralischen Anteils beträchtlich schwankt, dann kann μ nicht als im wesentlichen
mm
konstant angenommen werden, und die Messungen 3(b) müssen anstelle
der einzelnen Streuung oder des Durchgangs niederenergetischer gamma-Strahlen herangezogen werden.
Der Feststoff-Gewichtsanteil wird vom Wasserstoff (Gewicht/
Gewicht) hergeleitet, wozu eine Neutronenmessung gehört. Wenn Kohle schwankende Konzentrationen an Elementen mit hohem Neutronenquerschnitt
enthält, würde dies den Neutronenfluß im Brei unterdrücken oder senken und damit Fehler bei der Bestimmung
des Feststoff-Gewichtsanteils herbeiführen. Berechnungen auf der Grundlage von Querschnitten thermischer Neutronen und
Konzentrationen von Elementen in Kohle zeigen, daß für Kohleauf schlämmungen die Absorption durch Elemente (andere als
Wasserstoff) in der Kohle sehr gering ist, verglichen mit der Absorption durch Wasserstoff (in Wasser und in Kohle). Somit
ist der bei der Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils eingeschleppte
Fehler vernachlässigbar. Für Aufschlämmungen mit anderen Feststoffen als Kohle hängt die Genauigkeit der Bestimmung
des Feststoff-Gewichtsanteils auch von der Neutronenflußsenkung
aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Feststoffe ab. Die Bestimmung ist genau, wenn die Änderung im Querschnitt
thermischer Neutronen von Feststoffen (aufgrund von Änderungen der chemischen Zusammensetzung) sehr gering ist, verglichen mit
dem Gesamt-Neutronenquerschnitt des Breis oder' der Aufschlämmung.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt entweder
eine Neutronenmessung .alleine mit sorgfältiger Wahl des
130015/0988
Abstands der Quelle zum Detektor oder eine Kombination einer Neutronenrückstreu- oder -durchgangsmessung durch den Brei
und eine γ-Strahlen-Rückstreu- oder -Durchgangsmessung durch den Brei. Diese Form bestimmt den Feststoff-Gewichtsanteil
des Breis, wo die zu analysierende Kohle einen Mineralstoffgehalt aufweist, der in begrenztem- Bereich schwankt.
Eine zweite bevorzugte Form der Erfindung führt zu einem Verfahren
zur Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils eines Kohlebreis und des Mineralstoffgehalts der Kohle in dem Brei
durch eine Kombination einer ersten Messung mit einer Kombination von Neutronenrückstreuung oder -durchgang des Breis
und γ-Strahlenstreuung oder -durchgang des Breis und einer zweiten
Messung, die entweder (a) Röntgenstrahlenstreuung oder -durchgang oder (b) entweder eine Messung der Streuung von
Röntgenstrahlen in Kombination mit einer Messung der Intensität von Eisen-K-Röntgenstrahlen oder Messungen des Durchgangs
oder der Streuung durch den Kohlebrei von niederenergetischen γ- oder Röntgenstrahlen bei zwei verschiedenen Energien oder
getrennten Gruppen von Energien, ist. Diese zweite Form der Erfindung bestimmt den Feststoff-Gewichtsanteil selbst dann,
wenn der Mineralstoffgehalt der Kohle über einen sehr breiten Bereich schwankt. Sie bestimmt auch den Mineralstoffgehalt.
Eine dritte bevorzugte Form der Erfindung ist eine Neutronenmessung
mit sorgfältiger Wahl der Trennung der Quelle zum Detektor kombiniert mit Röntgenstrahlenstreuung und, wenn nötig,
der Eisen-K-Röntgenstrahlenintensität. Diese Form der Erfindung bestimmt sowohl den Feststoff-Gewichtsanteil als auch den Mineralstoff
gehalt des Kohlebreis.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme
auf die Figuren beschrieben; von diesen zeigt:
130015/0983
Fig. 1 in einen Kohlebreistrom eingetauchte Sonden,
Fig. 2 eine andere Art einer Neutronensonde als die in Fig. 1 dargestellte, und
Fig. 3 auf einer Rohrleitung angebrachte Sonden.
Betont sei, daß Röntgenstrahlenstreuung und -durchgang jeweils eine Bestimmung der Röntgenstrahlenabsorptxon im Kohlebrei
liefern und damit gewöhnlich untereinander austauschbar sind. Der Röntgenstrahlendurchgang umfaßt nicht nur den direkten
Durchgang, sondern auch Streuung/Durchgang.
In den Kohlebrei eingetauchte Sonden a) Beispiel 1
Direkt in Kohlebreiströme eingetauchte Sonden sind in Fig. 1 dargestellt. Der Kohlebrei in der Leitung 1 fließt in einen
Behälter 2, der Prallplatten 3, eine Dichtesonde 4, eine Neutronenrückstreusonde 5 und ein Rührwerk 6 aufweist, bevor
er in einen Abstichbehälter 7 überfließt. Die Prallplatten tragen dazu bei, den Gehalt der im Brei mitgerissenen Luft vor
dem Eintritt in die "Analysenzone" mit den eingetauchten Sonden zu reduzieren, und das Rührwerk hilft bei der Erzielung
eines gleichförmigen Kohlebreis über die ganze Analysenzone hinweg.
Die Dichtesonde 4 besteht aus zwei Teilen 8 und 9, die mit
Stäben 10 so zusammengehalten werden, daß Kohlebrei zwischen
die Teile 8 und 9 fließt. Der untere Teil 8 besteht aus einem Schirm und Kollimator 11 und einer Radioisotopen-y-Strahlenquelle
12. Der obere Teil 9 enthält einen Szintillationsdetektor 13 und einen Kollimator 14. Die Abschirmungen, Radioisotopenquelle,
Kollimatoren und Detektor werden so angeordnet,
130015/0988
daß ein enges γ-Strahlenbündel durch den Kohlebrei hindurch
zum Detektor gerichtet wird. Die mit der Sonde verbundene Elektronik ist herkömmlich, sie umfaßt einen Verstärker, Verstärkungsstabilisierschaltung,
Einkanalanalysator, Interface und Digitalcomputer oder Mikroprozessor.
Die Röntgenstrahlen- oder Niederenergie-Y-Strahlen-Sonde 15
besteht aus zwei Teilen 16 und 17, die durch Stäbe 18 so zusammengehalten werden, daß Kohlebrei zwischen die Teile 16
und 17 fließt. Der untere Teil 16 besteht aus Abschirmung und Kollimator 19 und einer Radioisotopen-Röntgenstrahlen- oder
-Niederenergie-y-Strahlen-Quelle 20. Der obere Teil 17 enthält
einen Szintillationsdetektor 21 und einen Kollimator 22. Die Abschirmungen, Radioisotopenquelle, Kollimatoren und Detektor
werden so angeordnet, daß ein enges Bündel von Röntgenstrahlen oder niederenergetischen γ-Strahlen durch den Kohlebrei hindurch
zum Detektor geführt wird. Die mit der Sonde verbundene Elektronik ist ähnlich der bei der Dichtesonde verwendeten.
Diese Röntgenstrahlensonde ist für die Bestimmung des Feststoffs-Gewichtsanteils
nicht nötig, wenn der Mineralstoffgehalt der Kohle über nur einen engen Bereich schwankt. Sie ist jedoch
nötig, wenn der Mineralstoffgehalt zu bestimmen ist.
Die Neutronen-Rückstreusonde 5 enthält eine Radioisotopen-Neutronenquelle
16 und einen Detektor 17 für langsame Neutronen. Elektrische Pulse aus diesem Detektor werden zu einem Verstärker,
einem Verstärkungsstabilisierer, einem Einkanalanalysator, Interface und Digitalcomputer oder Mikroprozessor geleitet.
Eine andere Art der Neutronensonde 25, in Fig„ 2 dargestellt,
weist eine von dem Detektor 24 für langsame Neutronen gut getrennte Neutronen-quelle 23 auf. Diese Geometrie
gewährleistet, daß Neutronen vor ihrer Erfassung eine erhebliche Strecke im Brei durchquert haben. Der Detektor für langsame
Neutronen in beiden Neutronensonden ist ein gut eingeführter Detektor, wie ein Proportionalzähler mit He- oder BF3-GaS
130015/0988
oder ein Szintillationsdetektor, wie ein LiJ oder Lithiumglas.
Der Computer oder Mikroprozessor wirft den Feststoff-Gewichtsanteil und den Mineralstoffgehalt des Kohlebreis aus. Diese
Messung ist unabhängig vom Hohlraum des Breis unter der Annahme, daß der Hohlraum im wesentlichen konstant ist über die
Analysenvolumina der Dichte-, Röntgenstrahlen- und Neutronensonden.
Wenn der Eisengehalt der Kohle im Brei erheblich variiert, würde die Röntgenstrahlensonde (Fig. 1) durch eine andere Art der
Röntgenstrahlensonde ersetzt. Letztere würde ein dünnes Fenster haben, das die Radioisotopen-Röntgenstrahlenquelle und
den Detektor vom Brei isoliert, das aber die vom Brei gestreuten Röntgenstrahlen und die im Brei erregten Eisen-K-Röntgenstrahlen
durchläßt. Die erfaßten gestreuten Röntgenstrahlen und Eisen-K-Röntgenstrahlen
würden durch Pulshöhenselektion mit Hilfe herkömmlicher Elektronik getrennt und mit den γ-Strahlen- und
Neutronenmessungen der anderen Sonden kombiniert, um den Feststoff-Gewichtsanteil
zu liefern. Der Detektor wäre in diesem Falle ein Szintillationsdetektor (insbesondere für Aufschlämmungen
mit einem hohen Feststoff-Gewichtsanteil) oder ein Proportionaldetektor oder ein Festkörperdetektor (entweder bei
Raumtemperatur oder durch flüssigen Stickstoff oder thermoelektrisch gekühlt).
Bei dieser bevorzugten Ausfuhrungsform können die Sonden für
γ-Strahlen hoher und niedriger Energie zuweilen durch eine einzige Sonde ersetzt und eine Energieanalyse zur Trennung
der Intensitäten der hochenergetischen und niederenergetischen V-Strahlen angewandt werden.
b) Beispiel 2
Zwei Sonden wurden in den Kohlebrei eingetaucht:
130015/0988
i) Eine Neutronensonde wie in Fig. 2, wobei der Abstand zwischen Quelle und Detektor so sorgfältig gewählt wird,
daß die Neutronenmessung gegenüber Wasserstoffänderungen
pro Einheitsvolumen unempfindlich, aber gegenüber Wasserstoff änderungen pro Gewichtseinheit empfindlich ist.
ii) Die im zweitletzten Absatz des Beispiels 1 beschriebene Röntgenstrahlenstreusonde.
Signale der Sonden werden verstärkt und mit herkömmlicher Elektronik mit einem Digitalcomputer oder Mikroprozessor verarbeitet,
um den Feststoff-Gewichtsanteil und den Mineralstoffgehalt auszuwerfen.
Um Rohrleitungen herum angebrachte Sonden Beispiel 3
Um eine Rohrleitung herum angebrachte Sonden sind in Fig. 3
dargestellt.
Ein Kohlebrei 26 fließt durch eine Rohrleitung 27, um die die Radioisotopen-Meßeinrichtungen angebracht sind. Röntgenstrahlen
aus einer Röntgenstrahlenquelle 28 werden durch Abschirmungen 29 gesammelt, um sicherzustellen, daß ein enges
Bündel von Röntgenstrahlen vom Detektor 28 erfaßt wird. Fenster 31 aus einem Material mit niedriger Atomordnungszahl sind
an der Rohrleitung angebracht, um den Durchgang von Röntgenstrahlen zum Detektor 28 sicherzustellen.
Y-Strahlen aus einer γ-Strahlenquelle 32 werden durch Abschirmungen
29 gesammelt bzw. gebündelt, um ein enges Bündel von γ-Strahlen vom Detektor 33 erfassen zu lassen. Für eine γ-Strahlenmeßeinrichtung
sind normalerweise keine Fenster erforderlich.
130015/0988
Bei manchen Anwendungen können die Röntgenstrahlen- und die
γ-Strahlen-Meßeinrichtung so kombiniert werden, daß die Quelle
sowohl Röntgen- als auch γ-Strahlung emittiert, und nach ihrer Erfassung werden die Röntgen- und γ-Strahlen durch Pulshöhenanalyse
getrennt.
Die Neutronenrückstreu-Meßeinrichtung ist auf einer Seite der
Rohrleitung mit einer Radioisotopen-Neutronenquelle 34 und
einem Detektor 35 für langsame Neutronen, wie dargestellt, angebracht. Auch eine Neutronen-Durchgangs-Meßeinrichtung kann
verwendet werden. Die Elektronik für a^Ie drei Meßeinrichtungen
ist ähnlich der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen.
130015/0988
Lee «2/f·.
r s e 11 e
Claims (10)
1.} Verfahren zur Bestimmung des Feststoff-Gewichtsanteils
einer Aufschlämmung, dadurch gekennzeichnet, daß die
Konzentration (Gew./Gew.) von Wasserstoff in der Aufschlämmung durch Messung der Neutronenstreuung oder
des Neutronendurchgangs bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Konzentration durch eine Kombination der Messung der Neutronenstreuung oder des Neutronendurchgangs und
der Messung einer γ-Strahlenstreuung oder eines γ-Strahlendurchgangs
bestimmt wird.
130015/0988
3. Verfahren nach Anspruch T oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufschlämmung ein Kohlebrei eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration durch eine Kombination einer Messung
der Neutronenstreuung oder des Neutronendurchgangs und wenigstens einer Messung der γ-Strahlenstreuung oder des
γ-Strahlendurchgangs bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration durch eine Kombination einer Messung der
Neutronenstreuung oder des Neutronendurchgangs, einer Messung der γ-Strahlenstreuung oder des γ-Strahlendurchgangs
und einer Messung der Röntgenstrahlenstreuung oder des
Röntgenstrahlendurchgangs bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Messungen der Röntgenstrahlenstreuung
oder des Röntgenstrahlendurchgangs oder Messungen für wenigstens zwei getrennte Energien oder Gruppen von Energien
durchgeführt werden oder daß eine weitere Messung der Eisen konzentration durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenkonzentration durch Röntgenstrahlenfluoreszenz gemessen
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mineralstoffgehalt der Kohle in dem Brei bestimmt wird, wobei der Mineralstoffgehalt aus der Konzentration
(Gew./Gew.) des Wasserstoffs und
a) wenigstens einer Messung der Röntgenstrahlenstreuung oder des Röntgenstrahlendurchgangs,
b) wenigstens zweier Messungen der Röntgenstrahlenstreuung
oder des Röntgenstrahlendurchgangs oder
130015/098 8
c) wenigstens einer Messung der Röntgenstrahlenstreuung oder des Röntgenstrahlendurchgangs kombiniert mit der
Messung der Eisenkonzentration, errechnet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Feststoff-Gewichtsanteil oder dieser und der Mineralstoffgehalt durch eine in den Kohlebrei
eingetauchte Sonde oder Sonden bestimmt wird bzw. werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Feststoff-Gewichtsanteil oder dieser
und der Mineralstoffgehalt durch eine um eine den Brei führende Rohrleitung angebrachte Sonde oder Sonden bestimmt
wird bzw. werden.
130015/0988
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Owner name: AUSTRALIAN ATOMIC ENERGY COMMISSION, LUCAS HEIGHTS |
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