Определение хлора в пылеобразных отходах при производстве ферроникеля: анализ и оценивание неопределенности

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(X_Cl – ) = ±9,4 % (k_p = 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.

1. Юдин 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.

2. 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.

3. 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.2021.117593

4. Lectard 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:2004142

5. Wang 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-z

6. Yu 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-x

7. Муравьева 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/10.17073/0368-0797-2017-5-342-347

8. Савинова 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/S0044450215030196

9. Österlund 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.2008.07.017

10. Bogomolova 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-j53sv2

11. Богомолова 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/ 10.32446/0132-4713.2021-3-48-61

12. Shao 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/c9cs00587k

13. Lyu 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/membranes10060128

14. Симонян 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/10.17073/0368-0797-2019-7-557-563

15. Cox 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/s00769-021-01485-5

16. Rostron 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/s00769-022-01501-2

17. Ishikawa K. Guide to Quality Control (Industrial engineering & technology). Tokyo: Asian Productivity Organization, 1976. 226 p.

18. Боровиков В.П. Популярное введение в современный анализ данных в системе STATISTICA. Москва: Горячая линия – Телеком, 2016. 288 с.

19. Потенциометрия: Рекомендации по выбору электродов. URL: http://anchem.ru/literature/books/01.asp (дата обращения: 31.08.2022).

20. 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.pdf