Устройство для селективной сорбции микроамальгам Советский патент 1983 года по МПК G01V9/00 

:о :л Изобретение относится к геохими ческим методам поисков рудных месторождений и может быть использова но при разработке аппаратуры для выполнения комплексной газортутной съемки с использованием микроамаль гам, а также для контроля загрязне ния окружающей среды ртутью и ее амальгамными соединениями. Известно устройство для сорбиро вания паров ртути из газовых проб, содержащее газоприемный блок с камерой, имеющей входное и выходное отверстия, между которыми расположен пористый поглотитель из покры трй золотом стекловаты, блок п-итания и измерительный блок. При прок чивании газовой пробы через камеру ртуть накапливается на поглотителе затем десорбируется термическим путем и определяется в измерительном блоке фотометрически ij . Недостатком устройства является то, что с его помощью можно опреде лить лишь общее содержание паров ртути, находящихся в элементарном и амальгамном состояниях. Информац о формах нахождения микроамальгам с помощью этого устройства получить невозможно. Сорбент в этом устрой стве работает ненадежно - при прод жительной работе поглотитель спека ется, что приводит к уменьшению сорбирующей поверхности и, следова тельно, к неудовлетворительной пов торяемости результатов. Наиболее близким по технической сущности к данному является устройство для селективной сорбции микроамальгам, состоящее из газоприемно го блока (включающего газоотборный колпак с пылеулавливающим фильтром и золотым сорбентом) , ротаметра, вакуумного насоса, измерительного блока - фотометра, блока питания, фильтра-поглотителя ртути и трехходовых кранов в газопроводном трак те. Газоотборный колпак устанавливают на точке опробования. Прокачивают 1газовую пробу через золотой сорбент с различной, контролируемой ротаметром, скоростью. Накопившиеся при этом на сорбенте микроамальгамы при отжиге сорбента посту пают в измерительный блок - фотометр где определяют их концентрацию 2 . Недостатком устройства является то, что оно не позволяет вьвделить из одной пробы несколько ра: новидностей форм нахождения микроамальгам, а также не дает высокий процент осаждения на сорбенте слабосорбиругощихся микрочастиц ртути и некоторых ее амальгамных соединений, особенно при пониженных темпер турах. Цель изобретения - расширение возмо -юстей разделения концентраций ртути на составляющие- ее амальгамные формы. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем газоприемный блок с сорбентом, измерительную систему и вакуумный насос, соединенные последовательно между собой газопроводным трактом, между газоприемным блоком и измери-тельной системой устанавливают дополнительную камеру с закрепленными в ней распределителем, имеющим сквоз ные радиальные каналы, соединенные С газопроводным трактом и полусферой, а газоприемный блок снабжен редукторами, приводом и последовательно соединенными посредством газопроводного тракта двумя или более камерами, в .каждой из которых расположен вращающийся диск на валу, причем сорбент нанесен на поверхности дисков и внутренней поверхности полусферы, а валы связаны между собой и с приводом через редукторы таким образом, чтобы угловая скорость, вращения дисков последовательно г уменьшалась или увеличивалась по мере удаления от привода. В дополнительной камере на входе газопроводного тракта установлен распределитель в виде полусферы с радиальными каналами, выпуклая поверхность которого размещена внутри, полусферы с сорбентом.. устройство реализует способ разделения микроамальгам по смачиваемости (сорбции) поверхности золотого сорбента. Известно, что в зависимости от наличия того или иного элемента в соединении со ртутью амальгамирующие свойства последней меняются. Известно также, что золото растворяется в ртути незначительно и ртуть фактически не растворяет, а лишь смачивает поверхность золота Уменьшение поверхностного натяжения амальгамы улучшает смачиваемость золота ртутью. ПРИ накоплении ртути на золотом сорбенте в процессе прокачки газовой пробы на микрочастицы ртути влияют силы сцепления (смачиваемости) с сорбентом и кинетическая энергия их движения в газопроводном тракте. Если кйнетичес- кая энергия больше сил сцепления сорбента с некоторыми микроамальгамами, по последние не накапливаются на сорбенте. Это позволяет накапливать различные микроамальгамы на сорбенте поочередно. Выполнить это можно изменением скорости прокачки газовой пробы либо вращением сорбента с различными скоростями, что приводит к изменению центробежной силы, стремящейся сбросить микрочастицы ртути с сорбирующей поверхности. Для того, чтобы од повременно накапливать микроамальгамы из одной газовой пробы, необАходимо иметь несколько камер с сор.рентами, соединённых последовауельно.

В предложенном устройстве использован второй путь решения задачи - вращение cqpdeHTOB. Для этого применяются вращающиеся диски, на поверхность которых нанесен сорбент Диски установлены в последовательно соединенных с помощью газопроводного тракта камерах. Проба поступает в первую камеру, затем во вторую и т.д. Диски закреплены на валах, которые соединены последовательно между собой и приводом через редукторы, которые позволяют вращать диски с сорбентом с различной угловой скоростью. В результате на кажт .дом диске с сорбентом накапливается одна амальгамная форма ртути.

Для более полного извлечения рту)ти из газовой пробы после камер с йращающимися дисками установлена дополнительная камера. В основном в фотометрах используют струнные сорбенты. Поток газовой пробы лишь частично касается поверхности сорбента что не позволяет накопить всю ртуть содержащуюся в газовой пробе. Для повышения эффективности накопления ртути предложено поток пробы направлять на сорбент, нанесенный на внутренней поверхности полусферы. Для того, чтобы микрочастицы ударялись о поверхность сорбента под прямым углом, газовую пробу направляют в радиальные каналы распределителя выполнейного в виде полусферы.

На фиг. 1 и 2 показан пример реализации устройства.

Устройство содержит газоприемный блок 1 (газоотборный колпак не показан), измерительную систему 2, вакуумный насос 3 с ротаметром (не показан), дополнительную цилиндрическую камеру 4, краны 5-7 и газопроводный тракт 8, соединяющий все перечисленные узлы, а также узлы, входящие в газоприемный блок 1.

Газоприемный блок 1 включает цилиндрические камеры 9 и 10, соединенные газопроводным трактом 8 послдовательно, редуктор li с датчиком угловой скорости (не показан), привод 12, фильтр-поглотитель 13 и краны 14-16. В камерах 9 и 10 ус.тановлены диски 17 и 18 с золотым сорбентом 19. Диски 17 и 18 жестко закреплены на валах 20, которые спя заны между собой с помощью редуктора 11, а также с приводом 12.

В дополнительной цилиндрической камере 4 установлены полусфера 21 с нанесенным на ее внутренней по верхности золотым сорбентом 22 и распределитель 23 в виде полусферы.

имеющей радиальные каналы 24. Распределитель 23 закреплен таким образом, чтобы выпуклая поверхность его была обращена к внутренней поверхности полусферы 21. Валы 20 установлены во втулках 25, исключающих влияние внешней среды. Входные и выходные отверстия каждой ка,меры 9 и 10 расположены таким образом, чтобы ось входной части газопроводного тракта 8 была перпенднкулярна оси вала 20 и направлена по радиусу; а ось выходной части газо;проводного тракта 8 - по касательной соответствующего диска17 или 18. Это позволяет повысить эффектив;ность накопления микроамальгам и выхода десорбированных частиц-ртути из камер 9 и 10.

В качестве измерительной системы 2 может использоваться многокана:ный атомно-абсорбционный спектро;фотометр.

Устройство работает следующим образом. .

Включают привод 12 газрприемного блока 1 с максимальной угловой скоростью. Вращение передается через валы 20 и редуктор И -дяскам 17 и, 1 |При этом диск 18 вращается с угло;вой скоростью большей (или меньшей) Гчем у диска 17. Втулки 25 обеспечи}вают изоляцию камер 9 и 10 от внеш|ней среды. .Краны устанавливают в слдующем положении: 5-АД, 6-АД, 7-АД, ;14-АБД, 15-АД, 16-АД. Включают насо 3. Так как ось входной части газопроводного тракта 8 перпендикуляр.на оси вала 20 и направлена по радиусу диска 17, тог частицы микро;амальгамы.ударяются о сорбент 19 под наиболее выгодным углом падения. При этом на сорбенте 19 накап ливаются частицы ртути с тем элементом, у которого силы сцепления превышают кинетическую энергию частиц. Далее проба по газопроводному тракту 8 через кран 15 поступает в камеру 10, где, ударяясь о сорбент 19 на диске 18, накапливаются частицы ртути с другим элементом, обладающие более высокой (или меньшей) силой сцепления с золотым сорбентом, чем у частиц, которые накопились в камере 9. Далее газовая проба по тракту 8 через краны 16 и 6 поступает в дополнительную камеру 4 через каналы 24 распределителя 23, Частицы ртути, которые прошли через камеры 9 и 10, вылетая из кансшов 24 под наиболее выгодным углом к внутренней поверхности полусферы 21, осаждаются на сорбенте 22. Затем проба по тракту 8 через краны 7 и 5 поступает в иасос 3 и выходит в атмосферу.

После прокачки требуемого объема I газовой пробы насос 3 и привод 12 I выключают. Устанавливают краны в

положения: 5-ДБ, б-БД, 7-БД, 14-БДС 15-АБ, 16-АД. Производят отжиг сорбента 19 на диске 17 и включают насос 3 и привод 12. При этом десорбировэнные микpoaмaльгa ы из выходного отверстия камеры 9 поступают по тракту через краны 15, 16, 5, 6 и 7 в измерительную систему 2, где осуществляется измерение концентрации паров ртути с одним элементом, а затем через насос 3 десорбированкые частицы ртути выбрасываются в атмосферу. Транспортировка микрогилальгам по тракту 8 осуществляется очшценним от ртути и механических примесей в фильтрепоглотителе 13 атмосферным воздухом Насос 3 и привод 12 выключают.

Затем, поставив краны в положения: 5-ДБ, 6-БД,; 7-БД, 14-БДС, 15-АД, 16-АД, производят отжиг сорбента 19 на диске 18, включают насос и привод 12 и измеряют концентрацию ртути с друЬим амаль гирующим злементом.

После этого выключают насос 3 и привод 12. Устанавливают краны в положения: 5-ДБ, 6-АД, 7-АД, 14-БДС,,15-БД, 16-ДБ, включают насос 3 и привод 12 и производят отжиг сорбента 22. Поступающий через фильтр-поглотитель 13 и кран 14 по тракту 8 атмосферный воздух очищается от ртути и механи еских примесей и транспортирует десорбированные частицы ртути из камеры 4 через краны 7 и 5 в измерительную

систему 2. Измеряется суммарное содержание остаточной слабосорбирую-, {щейся ртути. Затем частицы ртути через насос 3 выходят в атмосферу. Насос 3 и привод 12 выключают.

Далее повторяют операции с новыми пробами, снижая каждый. цИкл угловую скорость вращения привода 12. Это позволит получить информацию о концентрации в почвенном воздухе паров ртути в различных амальгамных формах. Если необходимо накопить только сумму всех микроамальгам, краны устанавливают в положения 5-АД, 6-АД, 7-АД,.14-АБД, 15-БД, 16-БД.

Б приведенном примере применены две камеры с вращающимися дисками. Количество камер зависит от требуемой детальности разделения микроамальгамных форм ртути и производительности работ.

Устройство имеет следующие преимущества , обес1 ечивающие достижение положительного эффекта: расйзиренные функциональные возможности за счет разделения амальгамирующих элементов/ лучшие условия, осаждения паров ртути при определении суммарного содержания различных ее форм; повышенную точность определения содержаний ртути за счет повышения Качества осаждения ее на полусферическом сорбенте, что в конечном итоге позволит повысить надежность выявления месторождений полезных ископаемых.

1. УСТРОЙСТЮ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ СОРБЦИИ МИКРОАМАЛЬГАМ, содержащее газоприёмный блок с сорбентом, измерительную систему и вакуумный насос, соединенные последовательно между собой газопроводным трактом, о т ли ч a ю щ е е с я тем, что, с целью расширения возможностей разделения концентргщий ртути на составляющие ее амальгамные формы, в нем между газоприем- . ным блоком и измерительной системой установлена дополнительная камера с закрепленным в ней распределителем, имеющим сквозные радиальные каналы, соединенные с газопроводным трактом и полусферой, a газоприемный блок снабжен редукторами, приводом и последовательно соединенными посредством газопроводного трйкта двумя или более KeiMepaмй, в каждой из которых расположен вращакхцийся диск на валу, причем сорбент нанесен на поверхности дисков и внутренней поверхности полусферы, a валы связаны между собой и с приводом через редукторы таким образом, чтобы угловая скорость вращения дисков последовательно уменьшалась или увеличивалась по мере удаления от привода. 2. Устройство по п. 1, обличающееся тем, что в дополнительной камере на входе газопроводного тракта установлен распределитель, -выполненный в виде полу сферы с радиальными каналами, вы| уклая поверхность которого размеiщенa внутриполусферы с сорбентом.