يتكون التركيب الكيميائي لمركزات النحاس بشكل أساسي من النحاس والحديد والكبريت والسيليكون وعناصر أخرى، بالإضافة إلى شوائب مثل الزرنيخ والزئبق والرصاص والفلور والألومنيوم. تتراوح نسبة الكبريت في مركزات النحاس عادةً بين 10% و40%. أثناء صهر النحاس، يتفاعل الكبريت الموجود في مركزات النحاس لإنتاج ثاني أكسيد الكبريت، والذي يُستخدم بدوره لإنتاج حمض الكبريتيك الصناعي من خلال معالجة غازات المداخن. لذلك، يُساعد التحديد السريع والدقيق لنسبة الكبريت في مركزات النحاس أثناء عملية الصهر على توجيه الإنتاج العملي، ويوفر بيانات داعمة لعملية صهر النحاس، والحفاظ على الموارد، وحماية البيئة، وتحسين معدلات استخلاص مركزات النحاس.
يُعدّ محتوى الكبريت مؤشرًا تقنيًا لمركزات النحاس. حاليًا، تُعتبر الطريقة الوزنية وطريقة المعايرة بالاحتراق من الطرق الكلاسيكية لتحديد محتوى الكبريت في مركزات النحاس، إلا أنهما تعانيان من مشاكل مثل تعقيد عملية التحليل وطول مدة التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، تشمل طرق تحديد محتوى الكبريت في الخام مطيافية التألق بالأشعة السينية، ومطيافية انبعاث البلازما المقترنة حثيًا، وطريقة امتصاص الكربون والكبريت بالأشعة تحت الحمراء عالية التردد. تتطلب مطيافية التألق بالأشعة السينية خصائص دقيقة لمصفوفة العينة وشكلها ومحتواها، كما يصعب رسم منحنى المعايرة القياسي. أما مطيافية انبعاث البلازما المقترنة حثيًا فتتطلب معالجة مسبقة للعينة، وإزالة تداخل المصفوفة، وغيرها من الخطوات، مما يزيد من تعقيد عملية التشغيل. يعتمد محلل الكربون والكبريت بالأشعة تحت الحمراء عالية التردد على أخذ عينات صلبة مباشرة، وتحليل العينة من خلال الاحتراق بدرجة حرارة عالية، ثم الكشف عن محتوى الكبريت المحدد في العينة من خلال امتصاص الأشعة تحت الحمراء. تتميز هذه الطريقة بسهولة التشغيل والدقة والسرعة والحساسية العالية، وقد تم تطبيقها على نطاق واسع في تحديد محتوى الكبريت في مختلف المنتجات المعدنية.
القسم التجريبي
1. الأجهزة والكواشف
تشمل الأدوات المستخدمة في التجربة: محلل الكربون والكبريت بالأشعة تحت الحمراء عالي التردد (مجهز بخلية كشف الكبريت العالي وخلية كشف الكبريت المنخفض)، وميزان تحليلي (0.1 ملغ)، وبوتقة مخصصة للكربون والكبريت.
تشمل الكواشف المستخدمة في التجربة: الأكسجين (نقاء 99.9٪)، والحديد النقي (حجم الجسيمات < 1.25 مم، ومحتوى الكربون < 0.0005٪، ومحتوى الكبريت < 0.0005٪)، وتدفق التنجستن (حجم الجسيمات 0.42 مم (40 مش)، ومحتوى الكربون < 0.0005٪، ومحتوى الكبريت < 0.0005٪).
2. الأساليب التجريبية
بعد المعالجة، يتم تجفيف العينة عند درجة حرارة 105 درجة مئوية ثم يتم إغلاقها.
اختر عينة قياسية من مركز النحاس وقم بوزنها بدقة 0.050 إلى 0.70 غرام. ضع 0.70 غرام من العينة في البوتقة، وأدخل كتلة العينة بدقة، ثم غطِّ سطح العينة بالتساوي بحوالي 0.4 غرام من مسحوق الحديد، ثم أضف 1.5 إلى 2.0 غرام من صهر التنجستن. ضع البوتقة في محلل الكربون والكبريت بالأشعة تحت الحمراء عالي التردد، وحدد قناة التحليل المناسبة، ثم تابع القياس. عاير الجهاز بناءً على القيم المقاسة للعينات القياسية والقيم القياسية. بمجرد أن تفي القيم المقاسة بمتطلبات عدم اليقين، كرر هذه العملية لقياس العينة.
| حدود | وقت/أوقات التحليل | معدل التدفق التحليلي/لتر·دقيقة- 1 | معدل تدفق الأكسجين | ضغط التحليل/ميجا باسكال | الضغط الكلي للأكسجين/ميجا باسكال |
| قيمة | 40 | 3.5 | 2 | 0.08 | 0.18 |
معايير تشغيل الجهاز
يُعدّ الحديد النقيّ عاملَ صهرٍ ممتازًا. فالحرارة المنبعثة من احتراق غرام واحد من الحديد النقيّ بالكامل كفيلة برفع درجة حرارة الخبث إلى 5505 درجة مئوية. إضافةً إلى ذلك، يُحسّن إضافة مسحوق الحديد قدرة العينة على الحثّ الكهرومغناطيسي، ممّا يُسهّل الاحتراق بالحثّ عالي التردد. وبما أن كمية مسحوق الحديد المُضافة تتراوح بين 6 و10 أضعاف وزن العينة، فإن تأثير مصفوفة معظم العينات يُصبح مُوحّدًا مع خلفية الحديد، ممّا يُزيل تأثير اختلاف مصفوفات العينات على نتائج القياس.
لإجراء تجربة على كمية الحديد النقي المضافة، تم اختيار مادة قياسية من مركزات النحاس. ثُبِّتت كمية تدفق التنجستن المضافة عند 1.7 غرام، وكان وزن العينة 0.07 غرام. أُضيفت كتل مختلفة من تدفق الحديد النقي للتجربة، ورُصد التغير في محتوى الكبريت في العينة.
