Thiết kế chế tạo hệ phổ kế huỳnh quang tia X để phân tích thành phần của vật liệu ứng dụng trong khai thác và chế biến khoáng sản.

Chủ nhiệm đề tài TS. Lê Quang Huy
Đơn vị thực hiện Viện Khoa học Vật liệu
Thời gian thực hiện 2008 - 2009
Tổng kinh phí 550 triệu đồng
Mục tiêu đề tài
  • Thiết kế chế tạo hệ máy Phổ kế huỳnh quang tia X có đầu thu làm lạnh bằng pin nhiệt điện, nguồn kích thích mẫu là đèn phát tia X công suất nhỏ kèm theo chương trình phân tích định lượng thành phần nguyên tố bằng phương pháp tham số cơ bản (Fundamental Parameters-FP). Hệ máy có cấu hình tương đối đơn giản, gọn, dễ sử dụng và có chất lượng tương đương với loại trung bình của các hệ máy thương mại do nước ngoài chế tạo, phù hợp với điều kiện sử dụng trong nước.
  • Hệ máy sẽ được thử nghiệm ứng dụng để phân tích thành phần vật liệu cho các doanh nghiệp thăm dò, khai thác, chế biến khoáng sản ổn định chất lượng và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Nội dung đề tài
  • Lựa chọn và nhập các linh kiện chính từ nước ngoài để lắp ráp, chế tạo hệ máy phù hợp với môi trường và trình độ cũng như yêu cầu sử dụng trong nước.
  • Thiết kế, chế tạo một số phần còn lại của hệ máy để lắp ráp thành hệ máy hoàn chỉnh, bao gồm:
    + Thiết kế, chế tạo nguồn nuôi một chiều cho nguồn nuôi đèn phát tia X, chế tạo và viết chương trình cho phần điều khiển số và bộ chỉ thị cho thế và dòng của đèn tia X (phần này cải tiến để đặt thế và dòng nuôi đèn tia X bằng phần mềm).
    + Thiết kế chế tạo buồng đặt mẫu, mâm chứa mẫu phân tích (thay đổi kích thước buồng đo để có thể đo được mẫu kích thước lớn hơn).
    + Nghiên cứu tối ưu và chế tạo bộ phận lắp ghép đetectơ với đèn tia X và buồng chứa mẫu (tối ưu hóa để giảm phông tán xạ và có thể sử dụng phin lọc sơ cấp).
    + Thiết kế chế tạo các bộ phận bảo vệ an toàn cho hệ máy và người sử dụng.
    + Nghiên cứu sử dụng chương trình phân tích định lượng và xây dựng chương trình phân tích cho một số đối tượng cụ thể.
  • Lắp ráp, chạy thử, đo đạc các thông số quan trọng của hệ máy và thử nghiệm một vài qui trình phân tích định lượng thành phần hóa học của một số vật liệu như: quặng, Ilmenít, Zircon, ...
  • Biên soạn hướng dẫn tài liệu sử dụng.
Kết quả đạt được

Về khoa học, công nghệ:

  • Nghiên cứu tìm ra qui trình chế tạo máy phổ kế huỳnh quang tia X sử dụng đầu thu tia X chỉ cần làm lạnh bằng pin Peltier, nguồn kích mẫu là đèn phát tia X công suất nhỏ và chất lượng tương đương loại trung bình khá của thế giới.
  • Đã chế tạo thành công bộ điều khiển, dòng anode và bảo vệ an toàn cho đèn tia X bằng kỹ thuật số và chương trình.
  • Khảo sát, đo đạc các thông số chính của hệ máy XRF5006-HQ02 đã chế tạo và đưa ra chế độ hoạt động tối ưu.
  • Đã xây dựng được qui trình phân tích định lượng thành phần của Rutil.

Về ứng dụng:

  • Hệ máy đã ứng dụng để phân tích các mẫu Rutil của một số doanh nghiệp chế biến khoáng sản trên qui trình phân tích nghiên cứu.

Kết quả đào tạo:
01 học viên cao học đã bảo vệ thành công luận văn có liên quan đến đề tài.

Những đóng góp mới
  • Đã đưa ra qui trình chế tạo máy phổ kế huỳnh quang tia X có thể ứng dụng cho công nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản trong nước, góp phần chủ động tự chế tạo thiết bị phân tích hiện đại trong nước.
  • Đưa ra qui trình phân tích định lượng nhanh thành phần của vật liệu Rutil ở Việt Nam.
Sản phẩm
  • Một hệ máy phổ kế huỳnh quang tia X có đầu thu tia X làm lạnh bằng pin nhiệt điện, nguồn kích thích mẫu là đèn phát tia X và chương trình phân tích định lượng thành phần nguyên tố theo phương pháp tham số cơ bản. Các thông số kỹ thuật chính của hệ máy này như sau:
    + Đầu thu tia X: đêtectơ Si-PIN có độ dày 500m, diện tích tích cực 6mm2, cửa sổ Berilium mỏng 12,5m làm lạnh bằng pin Peltier 2 tầng.
    + Nguồn kích thích mẫu là đèn phát tia X có anode bằng Rh, điện thế gia tốc cực đại 50kV, công suất cực đại 50W (liên tục), cả thế dòng anode của đèn được điều khiển kỹ thuật số bằng chương trình, độ ổn định 0,2%/4 giờ và làm mát bằng quạt gió.
    + Bộ xử lý xung kỹ thuật số với nhiều hằng số tạo dạng xung, hệ số khuếch đại được điều khiển bằng chương trình và nhiều chức năng khác.
    + Bộ phân tích biên độ đa kênh, có thể thay đổi từ 256 đến 8192 kênh.
    + Độ phân giải năng lượng của hệ máy: cỡ 160eV đo tại vạch Mn-K.
    + Buồng đo có đường kính 116 mm, chiều cao 70 mm, có thể phân tích được mẫu lớn.
    + Môi trường phân tích có thể là không khí hoặc chân không.
    + Nguyên tố có thể phân tích được: từ A1 đến U (13 Z 92).
    + Vùng hàm lượng có thể đo được: từ vài chục pp đến cỡ 100%.
    + Chương trình phân tích định lượng thành phần nguyên tố bằng phương pháp tham số cơ bản (XRF-FP).
    + Kích thước (cao x rộng x sâu): 29 x 54 x 56 cm.
    + Khối lượng: 40kg.
    + Tiêu thụ điện: 200W.
  • Quy trình chế tạo thiết bị.
  • Tham gia Hội nghị Khoa học Địa chất - Khoáng sản Việt Nam tháng 10 năm 2010: “ Ứng dụng phổ kế huỳnh quang tia X để phân tích thành phần vật liệu trong khai thác và chế biến khoáng sản”.
  • Đang chỉnh sửa để gửi bài đăng trên tạp chí Phân tích hóa, lý và sinh học: “Phân tích nhanh thành phần Rutil nhân tạo bằng phương pháp huỳnh quang tia X.”
Địa chỉ ứng dụng
  • Công ty Cổ phần công nghệ Tứ Hổ.
  • Công ty Cổ phần Titan Thái Nguyên, Tập đoàn Ban Tích.
  • Tổng công ty Cổ phần luyện kim Thanh Hóa.

Kiến Nghị:

  • Tiếp tục hoàn thiện qui trình phân tích định lượng cho vật liệu Rutil.
  • Xây dựng qui trình phân tích quặng sắt để làm dịch vụ cho Tổng công ty Cổ phần luyện kim Thanh Hóa.

Bản quyền thuộc về Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Khi phát hành lại thông tin trên Website cần ghi rõ nguồn: "Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam".