OXEA - Alat Analisis Unsur Online

Transkripsi

1

2 OXEA - Alat Analisis Unsur Online OXEA ( Online X-ray Elemental Analyzer) didasarkan pada teknologi fluoresens sinar X (XRF) yang terkenal di bidang laboratorium. Dengan bantuan dari sebuah prosedur yang telah dipatenkan, metode ini dapat dilakukan secara online. Instrumen ini tersedia dalam berbagai versi dan berhasil digunakan pada semua jenis material, misalnya batu bara, bijih mineral, dan semen, dan juga dalam industri makanan. Instrumen-instrumen OXEA mencakup paket perangkat lunak yang sangat kuat untuk mendeteksi dan menganalisis dengan tepat spektrum fluoresens sinar X. Konsentrasi yang diukur ditunjukkan secara grafis, disimpan ke sebuah database dan tersedia bagi permintaan dari pengguna sebagai data telegram. Sebagai pilihan, penganalisis XRF dapat dikombinasikan dengan pengukur kelembaban microwave PMD Data dari kedua instrumen tersebut dievaluasi oleh perangkat lunak. Sebagai hasil dari permintaan akan geometri pengukuran, lebih disukai apabila pengukuran tersebut dilakukan pada perwakilan bypass, di mana aliran parsial yang diambil dipasok ke alat pengukur pada sebuah sabuk konveyor kecil. Sebuah pemasangan di atas sabuk konveyor berjalan yang menggunakan sebuah kereta luncur (sledge) khusus juga dapat dilakukan. Gambar 1: OXEA 3000 pada sebuah kereta luncur (sledge) 2

3 Prinsip Pengukuran Zat yang diradiasi diionisasi oleh radiasi sinar X. Jika tersedia energi eksitasi yang mencukupi, elektron bagian dalam akan diekstraksikan dari senyawa atomnya. Jarak yang tercipta dalam kulit elektron bagian dalam diisi oleh elektron-elektron dari kulit luar. Energi yang dilepaskan dalam proses ini akan dipancarkan sebagai foton, yaitu sebagai radiasi sinar X. Energi dari radiasi ini merupakan karakteristik bagi unsur yang diciptakan oleh foton tersebut. Detektor-detektor yang digunakan mengkonversikan radiasi sinar X ke dalam denyut elektrik, dengan denyut tinggi sebanding dengan energi dari foton. Spektroskopi sinar X energi tersebar berarti bahwa denyut tinggi dari tiap foton kini ditentukan dan ditetapkan sebagai peristiwa bagi masing-masing saluran. Perangkat ini disebut sebagai alat analisis multisaluran. Jika ada pembacaan setelah waktu pengukuran yang cukup tentang data yang disimpan dalam alat analisis multisaluran dan memetakan jumlah peristiwa versus nomor saluran, maka Anda akan mendapatkan spektrumnya. Spektrum tersebut dapat dibagi menjadi garis-garis latar belakang dan karakteristik. Intensitas garis tersebut adalah ukuran konsentrasi dari unsur masing-masing. Ketika menentukan konsentrasi, bagaimanapun, kita harus mempertimbangkan bahwa foton karakteristik dapat diserap oleh unsur-unsur lain dalam perjalanan dari unsur yang memancarkan ke detektor. Karenanya, garis dari elemen yang dianalisis akan berkurang dan garis-garis dari unsur energi yang rendah akan digambarkan meningkat. Aksi timbal balik ini disebut efek matriks. Efek matriks dapat dikompensasikan melalui metode matematika. Faktor koreksi masing-masing dapat ditentukan untuk produk tertentu selama pengkalibrasian instrumen. Jika geometri pengukuran dan data yang dibutuhkan dari tabung sinar X dan detektor diketahui dengan tepat, maka akan dapat dihitung faktor-faktor koreksi atas dasar parameter yang disebut-sebut sebagai fundamental yang dapat diambil dari tabel tersebut. OXEA memanfaatkan metode energi tersebar dari fluoresensi sinar X dengan menggunakan detektor berresolusi tinggi dan dengan demikian memungkinkan adanya kompensasi matriks produk khusus serta penggunaan parameter fundamental. 3

4 Perbandingan dengan Metode Pengukuran Lain-lainnya Keakuratan pengukuran instrumen OXEA dapat dibandingkan dengan instrumeninstrumen PGNAA yang jauh lebih mahal dan kompleks dan memerlukan radiasi neutron energi tinggi untuk eksitasi tersebut. Tabel di bawah ini menunjukkan variabel-variabel atau elemen-elemen yang relevan untuk batu bara. Seperti yang Anda lihat, hanya beberapa elemen di awal sistem periodik yang tidak dapat diukur dengan sistem XRF OXEA. Semua elemen lainnya dideteksi dengan akurasi yang mirip oleh kedua metode. Untuk menentukan nilai kalor, diperlukan adanya penentuan kadar air online untuk kedua metode. Instrumen-instrumen yang bekerja sesuai dengan metode dual-energi hanya dapat menentukan kadar abu. Prinsip pengukuran ini didasarkan pada penyerapan sinar Am dan Cs oleh unsur-unsur kimia penghasil abu. Karena penyerapan umum yang diukur, pengukuran tersebut secara signifikan tergantung pada variasi dalam komposisi abu. Variasi-variasi tersebut hanya dapat dikompensasi sebagian, bahkan jika terdapat sumber energi ketiga yang digunakan. Dalam kasus apapun, perangkat pengukuran XRF lebih disukai untuk penentuan kadar abu karena menawarkan lebih banyak peluang dan akurasi pengukuran yang lebih tinggi. 4

5 Contoh-Contoh Aplikasi 1 Batu Bara 1.1 Kadar Sulfur Metode "ujung pipa - end of the pipe ", yaitu deteksi kadar SO 2 dari gas buang, tidak memungkinkan adanya pemanfaatan desulfurisasi gas buang secara optimal karena kadar sulfur pada bahan bakar yang sudah disimpan dalam bunker tidak dapat dipengaruhi lagi dan ketentuan untuk mengurangi SO 2 dapat diambil hanya apabila dilakukan penundaan yang signifikan. Melalui pemantauan terus menerus pada campuran batu bara dengan OXEA di depan bunker, ketentuan ini dapat dilakukan tepat waktu dan variasi kandungan sulfur dalam gas buang dapat dikoreksi dengan jauh lebih baik. Sistem pengukuran OXEA dapat dipasang di belakang perangkat pengambilan sampel utama yang mengambil sampel standar untuk jaminan kualitas. Hal ini juga dapat digunakan untuk kalibrasi instrumen online. Zat-zat berbahaya lainnya dari batu bara, seperti klorin atau arsenik dapat ditentukan, dan dengan demikian dapat dikontrol, pada saat yang sama. Di bawah ini Anda dapat melihat pengukuran kandungan sulfur dalam batu bara. Sulfur dalam batu bara pengukuran online (RMSE = 0,14 wt.-%, korelasi = 0,97) Nilai XRF, wt.-% Nilai lab, wt.-% (RMSE = 0,14 wt.-%, korelasi = 0,97) wt.-% Sampel 5

6 1.2 Kadar Abu dan Kompensasi Unsur Batu Bara Gambar 2: Antarmuka pengguna perangkat lunak Analyse OXEA OXEA meliputi seluruh komposisi abu. Biasanya, batu bara yang telah diproses diperiksa secara online. Sebuah nilai empiris untuk akurasi yang dapat dicapai adalah 0,3-0,7 %. Dalam beberapa kasus, mungkin lebih baik untuk melakukan pendekatan dengan memeriksa sampah ( tailing) untuk mengetahui kerugian. Gambar 2 menunjukkan spektrum sampah ( tailing) yang khas. Kadar abu ditentukan dengan menggunakan algoritma khusus. Sebagai pilihan, kita juga dapat memantau unsur yang dikehendaki, misalnya klorin, secara online. Gambar 3 menunjukkan kalibrasi pada pengukuran tailing yang dilakukan dengan OXEA labor. Kurva kalibrasi tersebut juga ditampilkan sebagai garis kecenderungan. 6

7 Gambar3: Perangkat lunak OXEA Labor dengan kalibrasi abu 2. Material Daur Ulang dan Kandungan Zat Berbahaya dalam Bahan Baku Mineral OXEA dapat digunakan untuk menentukan unsur-unsur kimia dengan nomor atom >10. Dengan demikian, OXEA cocok digunakan untuk memeriksa kandungan material daur ulang pada bahan baku mineral di pabrik pengolahan. Unsur-unsur penting yang membantu dalam menilai kualitas juga dapat ditentukan. Mengetahui tentang zat berbahaya seperti silicium dalam magnesit, merkuri dalam bijih besi, atau timbal dalam kapur merupakan hal yang penting. 7

8 2.1 Kadar Kalium Metode yang umum untuk penentuan kandungan kalium adalah pengukuran radiasi Gamma alami dari isotop K-40. Namun, jika konsentrasinya tinggi, metode ini tidak akurat. Khusus untuk konsentrat, kami merekomendasikan penggunaan OXEA. Di bawah ini Anda melihat pengukuran OXEA di kisaran 8-60 % K 2 O. Kalibrasi kalium (potassium) dalam garam KCI RMSE = 0.87 wt.-%, korelasi = 0.99 Nilai Pengukuran (XRF) Nilai Lab Kalibrasi kalium (potassium) dalam garam KCI RMSE = 0.87 wt.-%, korelasi = 0.99 wt.-% Sampel 8

9 3. Bijih Mineral Gambar 4: OXEA 3000 pada pengukur sabuk konveyor bypass OXEA cocok untuk menentukan kandungan material daur ulang atau konsentrasi yang menyertai bijih mineral. Di bawah ini kami akan menyajikan konten silicium dalam bijih magnesit sebagai contoh. Pengukuran dilakukan secara online pada sabuk pengukuran, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Satu-satunya persiapan material yang dilakukan adalah pengeringan dan pengurangan aliran parsial hingga <3 mm. Kurva kalibrasi digambarkan sebagai grafik x-y dan garis kecenderungan. Akurasi yang diperoleh dengan unsur Si berenergi rendah sangat baik. Di samping itu, terdapat tabel yang menunjukkan akurasi yang diperoleh untuk penerapan tersebut untuk elemen utama yang menyertainya. 9

10 Penentuan Silikon dalam bijih magnesit (kalibrasi) (RMSE = wt.-%, korelasi = 0.984) Nilai Pengukuran, XRF Nilai Lab Penentuan Silikon dalam bijih magnesit (garis kecenderungan) (RMSE = 0.1 wt.-%, correlation = 0.968) wt.-% Sampel Tabel 1 : Akurasi yang didapatkan dengan OXEA pada bijih magnesit 10

11 4. Analisis Unsur pada Semen OXEA dengan teknologi XRF online-nya cocok untuk menentukan unsur-unsur yang berbeda dalam semen. Hal ini digambarkan di bawah ini menggunakan pengukuran SO 3 sebagai contoh; unsur-unsur lainnya dirangkum dalam tabel. Pengukuran dilakukan di bawah kondisi yang mirip dengan kondisi online menggunakan OXEA Atline, yaitu pengukuran dilakukan tanpa persiapan sampel (penekanan pellet, pelelehan). Hanya permukaan pengukuran yang dihaluskan dengan menggunakan fasilitas mekanik khusus. Pengukuran SO3 dalam semen (kalibrasi) RMSE = 0.16 wt.-%, korelasi = 98.7% Nilai pengukuran (XRF), wt.-% Nilai Lab, wt.-% Pengukuran SO3 dalam semen (garis kecenderungan) wt.-% Sampel Tabel 2: Akurasi yang didapatkan pada semen dengan OXEA Atline tanpa persiapan sampel 11

12 5. Analisis Unsur Jejak Bahkan jumlah terkecil dari berbagai elemen, misalnya, arsenik atau merkuri, dapat ditentukan secara online dalam berbagai material. Gambar 5: Bagian pada spektrum batu bara XRF dengan garis arsenik (20 ppm) Contoh lainnya adalah pengukuran seng dalam kisaran antara 0,04-0,14 %. Pengukuran Zn pada katalis (RMSE = 0,01 wt.-%, korelasi = 0,97) Nilai pengukuran (XRF), wt.-% Nilai Lab 12

13 6. Penentuan Ketebalan Lapisan Ketebalan lapisan yang mengandung unsur kimia tertentu dalam konsentrasi yang konstan dapat ditentukan dengan sangat terpercaya dengan menggunakan OXEA. Sebagai contoh, diagram grafik di bawah ini menunjukkan pengukuran lapisan silicium di atas kertas. Dikombinasikan dengan bingkai melintas opsional, sensornya dapat mencakup ketebalan lapisan pada keseluruhan lebar jalur kertas. Kalibrasi lapisan silikon pada selembar kertas (RMSE = wt.- 0,16%, korelasi 0,96) wt.-% Nilai Pengukuran (XRF) Nilai Lab Kalibrasi lapisan silikon pada selembar kertas (RMSE = wt.- 0,16%, korelasi 0,96) Sampel 13

14 7. Penerapan dalam Industri Makanan OXEA dapat sukses digunakan untuk pengendalian kualitas dalam industri makanan. Diagram di bawah menunjukkan bahwa kandungan Zinc dapat ditentukan dengan sangat akurat dalam kisaran ppm. Unsur-unsur lain seperti K, Ca, Fe juga dapat ditentukan secara online tanpa masalah. Pengukuran Zn dalam makanan (RMSE = 3 ppm, korelasi = 0,997) Nilai Pengukuran (XRF), [ppm] Nilai Lab, (ppm) Pengukuran Zn dalam makanan (RMSE = 3 ppm, korelasi = 0,997) (ppm) Sampel 14

15 8. OXEA Atline Kadang-kadang, pengukuran sampel individual yang telah diambil pada titik-titik operasi yang berbeda lebih disukai daripada sebuah pengukuran online yang tidak bergerak. Untuk aplikasi ini, kami telah mengembangkan OXEA-Atline yang bekerja sesuai dengan prinsip yang sama seperti perangkat online. Dalam hal ini, sensor dilengkapi dengan substruktur yang berisi piring putar di mana sampel dapat dipindahkan. Ukuran partikel maksimum harus <10 mm, seperti pada pengukuran online. Jumlah sampel mungkin dalam kisaran antara 100 sampai 1000 cm3. Dengan bantuan evaluasi rutin khusus, perangkat lunak dapat sebagian mengkompensasi perubahan dalam distribusi ukuran partikel, yang biasanya memiliki pengaruh yang sangat kuat pada intensitas spektrum. Instrumen pengukuran dapat terhubung ke jaringan dalam rumah. Dengan demikian, data mutu pada sistem manajemen mutu menjadi dapat diakses. Data mutu dicatat dalam program database. Modul perangkat lunak yang ada didalam (built -in) memungkinkan pengguna untuk membuat laporan mutu harian atau yang terkait dengan putaran (shift). Gambar 6: OXEA Atline 15

16 Data Teknis untuk Perangkat Online OXEA 16