blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2022-9-629-636blackmet-2395Research ArticleЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕECOLOGY AND RATIONAL USE OF NATURAL RESOURCESОпределение хлора в пылеобразных отходах при производстве ферроникеля: анализ и оценивание неопределенностиDetermination of chlorine in dusty waste in ferronickel production: Analysis and estimation of uncertaintyhttps://orcid.org/0000-0002-6545-6119МитрофановаС. А.MitrofanovaS. A.

Светлана Анатольевна Митрофанова, к.т.н, руководитель органа по сертификации, Научно-исследовательский институт транспортно-строительного комплекса; доцент, Академия стандартизации, метрологии и сертификации (учебная)

Россия, 111024, Москва, ул. Авиамоторная, 73А, стр. 16

Россия, 109443, Москва, Волгоградский пр., 90 к. 1

Svetlana A. Mitrofanova, Cand. Sci. (Eng.), Head of the Certification Department, Scientific Research Institute of Transport and Construction Complex; Assist. Prof., Academy of Standardization, Metrology and Certification

bld. 16, 73A Aviamotornaya Str., Moscow 111024, Russian Federation

90/1 Volgogradskii Ave., Moscow 109443, Russian Federation

s_bogomolova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7870-2043МуравьеваИ. В.Murav’evaI. V.

Ирина Валентиновна Муравьева, к.т.н., доцент кафедры сертификации и аналитического контроля

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Irina V. Murav’eva, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair of Certification and Analytical Control

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

iravm@bk.ruНаучно-исследовательский институт транспортно-строительного комплекса; Академия стандартизации, метрологии и сертификации (учебная)РоссияScientific Research Institute of Transport and Construction Complex; Academy of Standardization, Metrology and Certification (educational)Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”Russian Federation202202102022659629636Copyright © Митрофанова С.А., Муравьева И.В., 20222022Митрофанова С.А., Муравьева И.В.Mitrofanova S.A., Murav’eva I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2395

При производстве ферроникеля ключевым этапом является сульфатно-хлорирующий обжиг, после которого и на последующих стадиях (вплоть до получения конечного продукта) в системе образуются отходящие газы, вместе с которыми из обжиговой печи выходят пыль и пары хлоридов металлов. Обогащение отходов при их выносе конденсированными хлоридами указывает на уменьшение эффективности сульфатно-хлорирующего обжига, поэтому контроль минерального хлора в осадках на фильтрах важен как с позиции экологического мониторинга, так и оценки эффективности технологического процесса. В целях определения минерального хлора в пылеобразных отходах при производстве ферроникеля в испытательной лаборатории Южно-Уральского никелевого комбината была разработана методика количественного химического анализа на основе ионометрического метода. Предложена процедура оценивания неопределенности результатов определения хлора в пробе, которая состоит из следующих этапов: составление математической модели для определения массовой доли хлорид-иона; оценивание входных величин в математической модели и их неопределенностей; оценивание выходных величин в математической модели и их неопределенностей; составление бюджета неопределенности; определение расширенной неопределенности и представление результатов. Показаны результаты расчета суммарной расширенной неопределенности массовой доли хлорид-иона U(XCl – ) = ±9,4 % (kp = 2, P = 95 %) при массовой доли хлора в пробе от 0,4 до 0,8 %. Применение предложенной методологии расчета неопределенности обеспечивает получение достоверных результатов при определении хлора в пылеобразных отходах ферроникелевого производства, что положительно влияет на показатели эффективности производственного процесса и экологического мониторинга.

A key stage in ferronickel production is sulfate-chlorination roasting, after which and at subsequent stages (up to the final product) exhaust gases are formed in the system accompanied by dust and metal chloride vapors outlet in roasting furnace. Enrichment of wastes during their removal with condensed chlorides indicates a decrease in the efficiency of sulfate-chlorination roasting. Therefore, the control of mineral chlorine in filter sediments is important both from the standpoint of environmental monitoring and evaluation of the technological process efficiency. In order to determine mineral chlorine in dusty waste during the ferronickel production, a quantitative chemical analysis procedure based on the ionometric method was developed in the testing laboratory of the South Ural Nickel Plant. This paper proposes a procedure for estimating the results uncertainty in determining chlorine in the sample. It consists of the following steps: compiling a mathematical model to determine the chloride-ion mass fraction, estimating the input quantities in the mathematical model and their uncertainties, estimating the output quantities in the mathematical model and their uncertainties, budgeting for uncertainty, determining the expanded uncertainty and presenting the results. The paper considers the results of calculating the total expanded uncertainty in determining the chloride-ion mass fraction – U(XCl – ) = ±9.4 % (kp = 2, P = 95 %) – for the samples with chlorine mass fraction from 0.4 to 0.8 %. Application of the proposed methodology in calculating uncertainty ensures reliable results in determining chlorine in dusty wastes of ferronickel production, which has a positive effect on the technological process and environmental monitoring efficiency.

производство ферроникеляметодика количественного химического анализаионометрический методионоселективный электродмассовая доля хлорапогрешность измеренийнеопределенность результатаferronickel productionquantitative chemical analysisionometric methodion-selective electrodechlorine mass fractionmeasurement erroruncertainty of resultReferencesЮдин А.Г., Шульц Л.А. Условия образования и полной деструкции диоксинов и фуранов при сжигании галогеносодержащих отходов // Экология и промышленность России. 2009. № 9. С. 50–53.Yudin A.G., Shul’ts L.A. Conditions for formation and complete destruction of dioxins and furans during incineration of halogen-containing wastes. Ekologiya i promyshlennost' Rossii. 2009, no. 9, pp. 50–53. (In Russ.)Бебешко Г.И., Муравьева И.В., Чемлева Т.А., Филичкина В.А. Контроль содержания хлора в пылеобразных отходах при производстве ферроникеля // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. Т. 80. № 2. С. 21–25.Bebeshko G.I., Murav’eva I.V., Chemleva T.A., Filichkina V.A. Control of chlorine in dusty waste of ferronickel production. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov. 2014, vol. 80, no. 2, pp. 21–25 (In Russ.)Fry K., Gillings M.M., Isley C., Gunkel-Grillon P., Taylor M.P. Trace element contamination of soil and dust by a New Caledonian ferronickel smelter: Dispersal, enrichment, and human health risk // Environmental Pollution. 2021. Vol. 288. Article 117593. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117593Fry K., Gillings M.M., Isley C., Gunkel-Grillon P., Taylor M.P. Trace element contamination of soil and dust by a New Caledonian ferronickel smelter: Dispersal, enrichment, and human health risk. Environmental Pollution. 2021, vol. 288, article 117593. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117593Lectard E., Hess E., Lin R. Behaviour of chlorine and alkalis in the blast furnace and effect on sinter properties during reduction // Revue de Metallurgie. Cahiers D’Informations Techniques. 2004. Vol.101. No. 1. P. 31–38. https://doi.org/10.1051/metal:2004142Lectard E., Hess E., Lin R. Behaviour of chlorine and alkalis in the blast furnace and effect on sinter properties during reduction. Revue de Metallurgie. Cahiers D’Informations Techniques. 2004, vol. 101, no. 1, pp. 31–38. https://doi.org/10.1051/metal:2004142Wang C., Zheng J., Liu Z., Jiao K., Wang G., Yang J., Chou K. Effect of chlorine on the viscosities and structures of CaO-SiO2-CaCl2 slags // Metallurgical and Materials Transactions B. 2016. Vol. 48. P. 328–334. https://doi.org/10.1007/s11663-016-0846-zWang C., Zheng J., Liu Z., Jiao K., Wang G., Yang J., Chou K. Effect of chlorine on the viscosities and structures of CaO-SiO2-CaCl2 slags. Metallurgical and Materials Transactions B. 2016, vol. 48, pp. 328–334. https://doi.org/10.1007/s11663-016-0846-zYu Y., Zhang Q., Zhang Z., Xu N., Li Y., Jin M., Feng G., Qian H., Lu T. Assessment of residual chlorine in soil microbial community using metagenomics // Soil Ecology Letters. 2022. P. 1–13. https://doi.org/10.1007/s42832-022-0130-xYu Y., Zhang Q., Zhang Z., Xu N., Li Y., Jin M., Feng G., Qian H., Lu T. Assessment of residual chlorine in soil microbial community using metagenomics. Soil Ecology Letters. 2022, pp. 1–13. https://doi.org/10.1007/s42832-022-0130-xМуравьева И.В., Бебешко Г.И. Определение хлора в объектах доменного производства // Известия вузов. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 5. С. 342–347. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-5-342-347Murav’eva I.V., Bebeshko G.I. Determination of chlorine in features of blast furnace. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017, vol. 60, no. 5, pp. 342–347. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-5-342-347Савинова Е.Н., Сукач Ю.С., Колесов Г.М., Тюрин Д.А. Новые возможности атомно-эмиссионной спектрометрии для определения трудновозбудимых элементов // Журнал аналитической химии. 2015. Т. 70. № 5. С. 502–509. https://doi.org/10.7868/S0044450215030196Savinova E.N., Sukach Yu.S., Kolosov G.М., Tyurin D.А. New possibilities of atomic emission spectrometry for the determination of elements with high excitation energies // Journal of Analytical Chemistry. 2015. Vol. 70. No 5. P. 578–585. https://doi.org/ 10.1134/S106193481503018Österlund H., Rodushkin I., Ylinenjärvi K., Baxter D.C. Determination of total chlorine and bromine in solid wastes by sintering and inductively coupled plasma-sector field mass spectrometry // Waste Management. 2009. Vol. 29. No 4. P. 1258–1264. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2008.07.017Österlund H., Rodushkin I., Ylinenjärvi K., Baxter D.C. Determination of total chlorine and bromine in solid wastes by sintering and inductively coupled plasma-sector field mass spectrometry. Waste Management. 2009, vol. 29, no. 4, pp. 1258–1264. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2008.07.017Bogomolova S.A., Muravyeva I.V. Methods for the determination of chloride-ion in soils from the territory of nearby metallurgical enterprises: Guidelines for selection // Materials Science Forum. 2022. Vol.1052. P. 429–435. https://doi.org/10.4028/p-j53sv2Bogomolova S.A., Muravyeva I.V. Methods for the determination of chloride-ion in soils from the territory of nearby metallurgical enterprises: Guidelines for selection. Materials Science Forum. 2022, vol. 1052, pp. 429–435. https://doi.org/10.4028/p-j53sv2Богомолова С.А., Муравьева И.В. Применение робастного параметрического проектирования при разработке методики количественного химического анализа в металлургическом производстве // Метрология. 2021. № 3. С. 48–61. https://doi.org/ 10.32446/0132-4713.2021-3-48-61Bogomolova S.A., Muravyeva I.V. Application of robust parametric design in the development of a quantitative chemical analysis methodology in metallurgical production. Measurement Techniques. 2021, vol. 64, no. 9, pp. 772–777. https://doi.org/10.1007/s11018-022-02002-xShao Y., Ying Y., Ping J. Recent advances in solid-contact ion-selective electrodes: Functional materials, transduction mechanisms, and development trends // Chemical Society Reviews. 2020. Vol. 49. No. 13. P. 4405–4465. https://doi.org/10.1039/c9cs00587kShao Y., Ying Y., Ping J. Recent advances in solid-contact ion-selective electrodes: Functional materials, transduction mechanisms, and development trends. Chemical Society Reviews. 2020, vol. 49, no. 13, pp. 4405–4465. https://doi.org/10.1039/c9cs00587kLyu Y., Gan S., Bao Y., Zhong L., Xu J., Wang W., Liu Z., Ma Y., Yang G., Niu L. Solid-contact ion-selective electrodes: Response mechanisms, transducer materials and wearable sensors // Membranes. 2020. Vol. 10. No. 6. Article 128. https://doi.org/10.3390/membranes10060128Lyu Y., Gan S., Bao Y., Zhong L., Xu J., Wang W., Liu Z., Ma Y., Yang G., Niu L. Solid- contact ion-selective electrodes: Response mechanisms, transducer materials and wearable sensors. Membra­nes. 2020, vol. 10, no. 6, article 128. https://doi.org/10.3390/membranes10060128Симонян Л.М., Демидова Н.В. Диоксины и фураны в цинксодержащей металлургической пыли: процессы формирования и поведение // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 7. С. 557–563. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-7-557-563Simonyan L.M., Demidova N.V. Dioxins and furans in zinc-containing metallurgical dust: Behavior and formation processes. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019, vol. 62, no. 7, pp. 557–563. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-7-557-563Cox M., O’Hagan A. Meaningful expression of uncertainty in measurement // Accreditation and Quality Assurance. 2022. Vol. 27. P. 19–37. https://doi.org/10.1007/s00769-021-01485-5Cox M., O’Hagan A. Meaningful expression of uncertainty in measurement. Accreditation and Quality Assurance. 2022, vol. 27, no. 1, pp. 19–37. https://doi.org/10.1007/s00769-021-01485-5Rostron P.D., Fearn T., Ramsey M. Comparing uncertainties – Are they really different? // Accreditation and Quality Assurance. 2022. Vol. 27. P. 133–142. https://doi.org/10.1007/s00769-022-01501-2Rostron P.D., Fearn T., Ramsey M. Comparing uncertainties – Are they really different? Accreditation and Quality Assurance. 2022, no. 27, pp. 133–142. https://doi.org/10.1007/s00769-022-01501-2Ishikawa K. Guide to Quality Control (Industrial engineering & technology). Tokyo: Asian Productivity Organization, 1976. 226 p.Ishikawa K. Guide to Quality Control (Industrial engineering & technology). Tokyo: Asian Productivity Organization, 1976, 226 p.Боровиков В.П. Популярное введение в современный анализ данных в системе STATISTICA. Москва: Горячая линия – Телеком, 2016. 288 с.Borovikov V.P. Popular Introduction to Modern Data Analysis in STATISTICA. Moscow: Goryachaya liniya – Telekom, 2016, 288 p. (In Russ.).Потенциометрия: Рекомендации по выбору электродов. URL: http://anchem.ru/literature/books/01.asp (дата обращения: 31.08.2022).Potentiometry: Recommendations on the choice of electrodes. Available at URL: http://anchem.ru/literature/books/01.asp (Accessed 31.08.2022). (In Russ.).Eurachem/CITAC guide: Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement, 3rd ed. Ellison S., Williams A. eds. 2012. URL: https://www.eurachem.org/images/stories/Guides/pdf/QUAM2012_P1.pdfEurachem/CITAC guide: Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement. 3rd ed. Ellison S., Williams A. eds. 2012. Available at URL: https://www.eurachem.org/images/stories/Guides/pdf/QUAM2012_P1.pdf (Accessed 31.08.2022).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.