شبکه خدمات نوآوری بومرنگ به‌عنوان کارگزار تبادل فناوری یک شرکت متقاضی، در نظر دارد در زمینه رفع نیاز فناورانه " شناسایی و تعیین درصد وزنی عناصر معدنی" با کلیه افراد و شرکت‌های توانمند برای رفع این مسئله، تعامل و همکاری نماید.

ارسال پاسخ

شماره درخواست : REQ968252364
تاریخ اعلام : 96/08/07
تاریخ انقضا : 96/09/30


عنوان نیاز فناورانه :

شناسایی و تعیین درصد وزنی عناصر معدنی

پیشینه موضوع :

 

قطعات سنگ استخراج‌شده از معادن، توسط سنگ‎شکن‏ ها خرد و به صورت پودر به سمت کوره‏ ها هدایت می‎شوند. تغییر نوع سنگ باعث عدم یکنواختی ترکیب ‏درصد پودر و نهایتاً تغییرات شیمیایی محصول تولیدی می‌گردد؛ بنابراین از دستگاه‏ های آنالیز سطحی در مسیر عبور پودر از خرد‌کن‏ ها به کوره‏ ها استفاده می ‏شود.شکل 1 تصویر شماتیک موقعیت نصب این دستگاه‎های تشخیصی در مراحل مختلف تولید سیمان را نشان می ‏دهد.

شکل 1- شماتیک موقعیت نصب دستگاه‎های تشخیصی در مراحل مختلف تولید سیمان.

یکی از پرکاربردترین این دستگاه‎ها، ژئواسن نام دارد که توسط یک شرکت استرالیایی به نام SCANTECH تولید و عرضه شده است. مدل‏ های مختلفی از این دستگاه در کشور وجود دارند که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از مدل آن MKIV و مدل UGC-1400. شکل 2 تصویر شماتیک این دستگاه و محل عبور نوار نقاله از آن را نشان می‌دهد.

شکل 2- تصویر شماتیک دستگاه ژئواسکن و محل عبور نوار نقاله از داخل آن.

 

این دستگاه از سیستم آنالیز گامای آنی در فعال‌سازی نوترونی یا (Prompt Gamma Neutron Activation Analysis (PGNAA استفاده می‌کند و یازده عنصر مختلف را اندازه‏ گیری می‌نماید. PGNAA یک روش هسته‌ای پایدار است که کاربردهای مهمی در زمینه‌ شناسایی مواد معدنی، شناسایی مواد منفجره، شناسایی عناصر موجود در بدن و غیره دارد. شکل 3 تصویر خروجی دستگاه ژئواسکن و عناصر آنالیزی سیمان را نشان می‌دهد.

شکل 3- تصویر خروجی دستگاه ژئواسکن و عناصر آنالیزی.

این دستگاه روی نوار نقاله نصب می‌شود و به صورت Online (برخط) ترکیب درصد پودر و عناصر موجود در آن را نمایش می‌دهد. اشعه نوترون این دستگاه از شکافت هسته‎ای منبع کالیفرنیوم 252 در بخش چشمه این دستگاه ساطع می‏ شود. طول عمر این چشمه محدود بوده و حداکثر زمان بهره‎برداری از آن حدود 2/5 سال برآورد شده است. با توجه به عدم امکان تأمین این چشمه از خارج از کشور و طول عمر محدود آن، هدف از ارائه این پروژه، طراحی و ساخت این منبع، یا منبع جایگزین، یا روش آنالیز جایگزین یا هر روش دیگر برای حل مسئله است.

شرح نیاز فناورانه :

 

در روش NAA از نوترون به‌عنوان پرتابه استفاده می‎شود. وقتي يك نوترون با هسته هدف برخورد كند، به دلیل درگیر نشدن در سد کولمبی می‌تواند به‌راحتی تا حد برد نیروهای هسته‌ای به هدف نزدیک شود. درنتیجه، انرژی جنبشی نوترون به‌شدت کاهش می‌یابد و ممكن است توسط هسته جذب شود. این فرآیند گیراندازی نوترون (Neutron Capture) می‌باشد و نتیجه این واکنش یک هسته برانگیخته است. هسته برانگیخته به روش‎های مختلفی واکنش می ‏دهد که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از: 1) پراکندگی کشسان، 2) پراکندگی غیرکشسان، 3) گسیل ذره، 4) تابش فوتون و 5) شکافت. شکل 4 این روش‌ها را به‌صورت گرافیکی نشان می‌دهد.

 

شکل 4- روش‎های مختلفی واکنش هسته برانگیخته.

پیروی هسته برانگیخته از هرکدام از این واکنش‌ها، علاوه بر اینکه به انرژي برانگيختگي هسته مركب وابسته است، وابستگی مستقیمی نیز به سطح مقطع واکنش بین هسته هدف و نوترون فرودی دارد. روش NAA از لحاظ طيف انرژي نوترون‌هاي بمباران كننده به سه بخش تقسيم بندي می‎شوند.

 

الف) نوترون‌هاي حرارتي(Thermal neutron)

این دسته شامل نوترون‎هاي كم انرژي (کمتراز  0/5eV) است. طيف نوترون‌هاي حرارتي در دماي اتاق با انرژی  0/025eV و سرعتي در حدود 2200m/s، براساس توزيع ماكسول- بولتزمن توصيف می‌شود. در بيشتر نقاط پرتو دهنده يك راكتور، در حدود 90 تا 95 درصد كل نوترون‌ها را نوترون‌های حرارتي تشکیل می‌دهند.

 

ب) نوترون‌هاي فوق حرارتي (Epithermal neutron)

نوترون‌هایی با انرژي بين 0/5eV تا 0/5MeV  در این دسته قرار می گیرند. این نوترون‎ها دارای انرژی متوسط هستند و به‌طورمعمول در یک راكتور، در حدود 2% كل نوترون‌ها را شامل می‌شوند.

 

ج) نوترون‌هاي سريع (Fast neutron)

این دسته از نوترون‌ها داراي انرژي بيش از 0/5MeV مي باشند. متوسط انرژی نوترونهای سریع  2MeV  است. نوترون‌های سريع در واكنش‌هاي به‌ندرت شركت می‌کنند، اما در واکنش‌هایی که در آن‌ها یک ذره هسته‌ای گسیل می‌شود، به‌خوبی شركت می‌کنند. ممکن است دريك نقطه پرتودهنده از يك راكتور، حدود 5% شار شامل نوترون‌های سريع باشد.

 

مهم‌ترین ویژگی‌های هر دستگاه PGNAA داشتن شار نوترون حرارتی بیشینه در محل نمونه و زمینه گامای ضعیف (گامای غیرضروری) است. بنابراین، قسمت‌های اصلی یک دستگاه PGNAA مورد استفاده در شناسایی مواد خام سیمان عبارت است از: چشمه‌ نوترونی، کندکننده، حفاظ حذف گامای چشمه، حفاظ‌های آشکارساز، آشکارساز پرتوهای گاما و بازتابنده‌ نوترون. با توجه به اهمیت چشمه‌ نوترونی در این طرح، این بخش از دستگاه PGNAA به صورت ویژه توضیح داده می‌شود.

 

چشمه‌های نوترونی

نوترون به‌عنوان پرتابه، نقش کلیدی در آنالیز فعال‌سازی نوترونی ایفا می‌کند؛ بنابراین یکی از موارد بسیار مهم در روش NAA، منبع تولید نوترون است. چشمه‌های نوترون را می‌توان به سه دسته کلی زیر تقسیم کرد.

1) رادیوایزوتوپ    2) دستگاه مولد نوترون    3) راکتور هسته‌ای

 

الف) چشمه رادیوایزوتوپی

می‌توان با بمباران کردن یک عنصر مناسب، رادیوایزوتوپی ساخت که از خود نوترون گسیل می‌کند. واکنش‌های تولید نوترون را می‌توان به‌صورت زیر دسته‌بندی کرد. شکل 5 شماتيك روش فعال‌سازی نوتروني را نشان می‏ دهد.

شکل 5- نمودار شماتيك روش فعال‌سازی نوتروني

ب: دستگاه مولد نوترون

واکنش همجوشی اساس کار دستگاه‌های مولد نوترون است. معمولاً در این روش دوتریم را یونیزه می‌کنند و آن را در یک میدان الکتریکی شتاب می‌دهند. سپس آن را با یک تریتیم یا دوتریم دیگر برخورد داده تا واکنش همجوشی رخ دهد.

ج: راکتورهای هسته‌ای

راکتورهای هسته‌ای را می‌توان به‌عنوان مناسب‌ترین چشمه نوترونی، نام برد. شار نوترونی در یک راکتور علاوه بر پایداری، بسیار زیادتر از بقیه چشمه‌های نوترونی است. معمولاً در یک راکتور، شار نوترونی با حرکت از نوترون‌های حرارتی به سمت نوترون‌های پرانرژی، به‌سرعت کاهش می‌یابد؛ اما این توزیع از یک راکتور به راکتور دیگر متفاوت است.

فازهای پروژه و یا برنامه اجرایی :

 

  • فاز اول - دریافت پروپوزال‌ها (حداکثر 30 آبان ماه 96)
  • فاز دوم- داوری پروپوزال‌ها و تعیین پروپوزال منتخب (حداکثر 20 آذرماه 96)

حوزه های کلیدی موفقیت :

 

راه‌حل‌ها و پیشنهادها باید الزامات زیر را رعایت نمایند

  • آنالیز عناصر یازده‌گانه (Fe2O3، Cl، SO3 ،Na2O، K2O، MgO، CaO، Al2O3 ، SiO2 ، H2O، Ba)

جدول زیر عناصر و محدوده غلظتی آنها (اصطلاحاً اِسپِک خوراک) را نشان می‌دهد:

 

  • دقت اندازه گیری مطلوب (حداقل انحراف استاندارد 3%)
  • ابعاد مناسب و قابلیت نصب در مسیر عبور پودر بر روی نوار نقاله
  • عدم نیاز به تأمین تمام تجهیزات و متعلقات تا محدوده زمانی حداقل 10 سال

رویکردهای قابل بررسی :

 

راه‌حل‌های پیشنهادی برای حل مسئله

(راه‌حل‌های پیشنهادی لزوماً محدود به پیشنهادهای زیر نخواهد بود)

  • تولید چشمه‎های فعلی  PGNAA (کالیفرنیوم 252)
  • تولید چشمه‎های جدید با مزایای بیشتر ( امرسیوم بریلیوم (241Am-9Be) با نیمه عمر 432 سال)
  • استفاده از دستگاه‏های دیگر ( دستگاه XRF (فلوئورسانس اشعه ایکس، شکل 6))

شکل 6- دستگاه XRF

شکل 7 مقایسه‏ ای از عناصر قابل آشکارسازی با دو روش PGNAA و XRF را نشان می‎دهد. بر اساس این داده‎ها، هیچ محدودیتی در جایگزینی PGNAA با XRF وجود ندارد.

 

شکل 7- مقایسه ‏ای از عناصر قابل آشکارسازی با دو روش PGNAA و XRF

  • استفاده از روش‏ های غیر اسکنی (مانند تجهیزات نمونه‏ برداری Online و آنالیز غیر تابشی)

رویکردهای غیر قابل قبول :

  • روش ‏های آنالیز مرحله‎ای (غیر Online )
  • دستگاه‏ هایی که در محیط صنعتی کارخانجات سیمان و بخش سنگ‎شکن از مقاومت و عملکرد مناسب برخوردار نباشد.
  • دستگاه ‏هایی که طول عمر کارکرد یا تأمین تجهیزات و منابع کوتاه‌مدتی داشته باشند.
  • روشی که نیازمند حضور و دخالت نیروی انسانی باشد.
  • ایجاد مشکلات زیست‎محیطی و آلودگی اشعه و مواد خطرناک
  • دستگاه ‏هایی که عرض نوار نقاله را پوشش ندهند (یک متر) و آنالیز نقطه‏ ای انجام شود. شکل 8 تصویر موقعیت نصب دستگاه آنالیزی بر روی نوار نقاله را نشان می ‏دهد.

شکل 8- تصویر موقعیت نصب دستگاه آنالیزی بر روی نوار نقاله.

نوع همکاری مطلوب :

بر اساس پیشنهادها قابل مذاکره خواهد بود.

موارد مورد نیاز در پیشنهادات :

کلیه موارد زیر در طرح ارائه‌شده باید مشخص شوند:

  • تشریح کلیه مراحل فنی.
  • تشریح خروجی ­های حاصل از فرایند.
  • جدول زمان‌بندی و مراحل اجرای روش موردنظر.
  • هزینه­ های موردنیاز برای اجرای طرح.
  • توصیف تیم/ سازمان (رزومه علمی و اجرایی تیم یا فرد)

کلیه فناوران، شرکت های دانش بنیان، دانشگاه ها، پژوهشگاه ها و سایر شخصیت های حقیقی و حقوقی فعال در این زمینه می توانند پیشنهادهای خود را از طریق سایت(روی لینک ارسال پاسخ در انتهای این صفحه کلیک کنید) یا پست الکترونیک Proposal@boomerangtt.com ارسال نمایند.

همچنین به منظور کسب اطلاعات بیشتر با شماره های  02188398563 - 02188398543 تماس حاصل فرمائید.

تاریخ عنوان فایل عملیات
96/08/07 RFP دانلود فایل
96/08/07 Proposal Template دانلود فایل
ارسال پاسخ