Пристрій для реєстрації намагніченості магнітних матеріалів та руд в залежності від температури при їх хімічному перетворенні при окисно-відновних умовах

Реферат: Пристрій для реєстрації намагніченості магнітних матеріалів та руд в залежності від температури при їх хімічному перетворенні при окисно-відновних умовах має блок вимірювання намагніченості, нагрівальний блок з програматором температури, що програмується за допомогою комп'ютера, мікрореактор зі зразком, в якому здійснюється хімічне перетворення при відновленні або окисленні зразка зі зміною вмісту магнітної фази та систему збору та обробки даних. Зразок руди або іншого магнітного матеріалу в реакторі нерухомо фіксується над магнітом в зоні найбільшого градієнта магнітного поля за допомогою фіксатора зразка з немагнітного матеріалу. Кварцовий мікрореактор з'єднаний з системою збору та обробки даних (комп'ютером), яка одночасно фіксує температуру та намагніченість зразка та дозволяє отримувати криві залежності намагніченості від температури та криву для першої похідної намагніченості від температури в залежності від хімічної природи використаних реагентів. UA 94795 U (12) UA 94795 U UA 94795 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пристроїв, що призначені для неперервної реєстрації намагніченості магнітних матеріалів та руд в залежності від температури при їх хімічному перетворенні при окисно-відновних умовах. Такий пристрій може бути використаний в науководослідних лабораторіях при дослідженні перетворень структури та магнітних характеристик залізних руд за впливу окисників чи відновників та температури. Пристрій може бути використаний на виробництві, в наукових дослідженнях та у навчальних закладах. Відоме використання пристрою для визначення намагніченості за допомогою магнітних ваг [1], який вимірює силу, яка діє на зразок в неоднорідному магнітному полі. Сила, що діє на зразок, пропорційна намагніченості та градієнту магнітного поля. В пристрої сила магнітного поля була 5210 Ε (0,521 Тл). Відоме використання пристрою [2], конструкція якого наведена в [1] для дослідження впливу органічного вуглецю, а саме глюкози, на термомагнітні залежності мінералів заліза. В даному пристрої недостатня ізоляція зразків, що досліджуються, від атмосфери кисню, що приводить до появи продуктів окислення в зразку (утворюється смужка червоного гематиту в зоні окислення магнетиту). Наприклад, з опису видно, що на термомагнітних кривих гетиту з органічним вуглецем після охолодження намагніченість зразка суттєво зменшується. Таким чином, конструкція пристрою затрудняє визначення намагніченості зразків після переведення слабомагнітної фази в сильномагнітну фазу внаслідок окислення. Прототипом (найближчим аналогом) корисної моделі є пристрій для реєстрації термомагнітних кривих [3], що включає автоматичні ваги з блоком запису на діаграмний папір (самописець), за допомогою яких реєструється намагніченість зразка, піч, що управляється блоком програмування температур, лінійна швидкість нагріву складає від 0,5°/хв… до 30°/хв… та максимумом температур 800° та систему для вакуумування зразка. Проте, цей пристрій потребує стаціонарного великого електромагніта, прецизійних реєструючих автоматичних ваг, контролюючих та програмуючих приладів, при цьому температура і намагніченість реєструються в залежності від часу і знаходження кривих намагніченості в залежності від температури потребує окремої обробки цих даних. В даному пристрої не передбачений контроль окисно-відновних умов шляхом зміни складу газової фази чи твердих відновників або окисників. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення пристрою, що реєструє намагніченість зразка в залежності від температури в процесі його хімічного перетворенні при окисно-відновних умовах шляхом зміни складу газової фази чи твердих відновників або окисників. Поставлена задача вирішується тим, що для вимірювання намагніченості зразка використовується пристрій, принцип дії якого базується на вимірюванні сили взаємодії зразка з магнітним полем постійного магніту. Для цього постійний магніт NdFeB нерухомо закріплюється на силовимірювальному датчику блока зі стандартним цифровим виходом на комп'ютер для реєстрації сили взаємодії зразка з магнітним полем постійного магніту. Нагрів та охолодження зразка програмується блоком регуляції температури за допомогою програмного забезпечення комп'ютера. Обробка даних намагніченості від температури та побудова графіку залежності намагніченості від температури також здійснюється за допомогою комп'ютера. Хімічні перетворення відбуваються в кварцовому мікрореакторі, конструкція якого передбачає можливість підведення та відведення окисників та відновників в газоподібному стані. Добавка твердих окисників та відновників в необхідній кількості проводиться при підготовці зразка для дослідження. Відомості, які підтверджують можливість здійснення корисної моделі. Приклад 1. Пристрій збирають згідно зі схемою на Фіг. 1 з використанням наступних компонентів: як силовимірювальний блок використали лабораторні електронні ваги з границею зважування 210 г з відліком 0,001 г та з цифровим виходом для комунікації з комп'ютером (1, Фіг. 1) з постійним магнітом NdFeB циліндричної форми діаметром 25 мм та висотою 10 мм, намагніченим вздовж осі циліндра, що нерухомо закріплюють на платформі ваг та фіксатором зразка, товщиною 1 мм, виготовленого з алюмінію, нерухомо закріпленим на корпусі ваг на відстані 1 мм від магніту. Магнітне поле в місці встановлення зразка, виміряне тесламетром, становить 0,3 Тл. Блок терморегуляції та програмування (2, Фіг. 1), з'єднаний з комп'ютером (3, Фіг. 1), вимірює температуру за допомогою термопари (4, Фіг. 1). Нагрів та охолодження зразка програмують за допомогою програмного забезпечення. Нагріваючий елемент (6, Фіг. 1) забезпечує нагрів зразка зі швидкістю 70°/хв… в діапазоні до 650 °C. Для відводу або підводу газу з метою контролю складу окисно-відновного середовища використовують трубопровід (5, Фіг. 1). Мікрореактор ставлять в пристрій, як показано на Фіг. 1 (7, Фіг. 1). 1 UA 94795 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Приклад 2. Зразок гетиту з додаванням 4 % крохмалю, масою 0,2 г, поміщають в мікрореактор. Мікрореактор ставлять в пристрій та включають пристрій. Отримані залежності намагніченості та температури від часу наведені на Фіг. 2. З цих залежностей за допомогою блока збору та обробки інформації отримують криву залежності намагніченості від температури (Фіг. 3). Відповідна їй крива першої похідної наведена на Фіг. 4. Як видно з Фіг. 2, 3, 4, отримані дані дають можливість визначити температуру початку хімічного перетворення слабомагнітної фази гетиту в сильномагнітну фазу, а також намагніченість зразка після охолодження до кімнатної температури та температуру Кюрі отриманої сильномагнітної фази. Приклад 3. Для визначення можливості переведення слабомагнітного мінералу гематиту в сильномагнітну фазу використовують зразок гематитової руди з додаванням відновника (4 % крохмалю), масою 0,5 г, який завантажують в мікрореактор та проводять реєстрацію термомагнітних кривих (Фіг. 5, 6), як описано в прикладі 2. З наведених кривих видно, що, на відміну від гетиту, відновлення гематиту починається за вищих температур. Приклад 4. Для визначення можливості переведення слабомагнітного мінералу сидериту в сильномагнітну фазу без відновника та при обмеженому доступі кисню зразок природної сидеритової руди, масою 0,7 г, поміщають в мікрореактор та проводять реєстрацію термомагнітних кривих (Фіг. 7, 8), як описано в прикладі 2. З наведених кривих видно, що, відбувається перехід слабомагнітної фази в сильномагнітну. Приклад 5. Для ідентифікації зразка зі свердловини для добування сланцевого газу, зразок без відновника, масою 0,3 г, та при обмеженому доступі кисню поміщають в мікрореактор, та проводили реєстрацію термомагнітних кривих (Фіг. 9, 10), як описано в Прикладі 2. З наведених даних видно, що відбувається перехід слабомагнітної фази в сильномагнітну. Як видно, температура Кюрі утвореної сильномагнітної фази близька до значення температури Кюрі сильномагнітної фази, отриманої з сидеритової руди (біля 500 °C). Отримані результати показують можливу наявність сидеритової руди в зразку або органічного вуглецю, який відновлює слабомагнітні оксиди заліза до сильномагнітних. Перелік фігур креслення. Фіг. 1. Схематичне зображення пристрою для реєстрації намагніченості магнітних матеріалів та руд в залежності від температури при їх хімічному перетворенні при окисно-відновних умовах, де 1 - магнітні цифрові ваги, 2 - терморегулятор та програматор, 3 - персональний комп'ютер, 4 - термопара, 5 - трубопровід для відводу або підводу газоподібних реагентів з метою контролю складу окисно-відновного середовища, 7 - зразок в мікрореакторі. Фіг. 2. Приклад термомагнітної кривої для гетиту з додаванням 4 % крохмалю (залежності намагніченості та температури від часу). Фіг. 3. Приклад термомагнітної кривої для гетиту з додаванням 4 % крохмалю (криву залежності намагніченості від температури). Фіг. 4. Диференційна термомагнітна крива для гетиту з додаванням 4 % крохмалю. Фіг. 5. Приклад термомагнітної кривої для гематитової руди з додаванням 4 % крохмалю. Фіг. 6. Диференційна термомагнітна крива для гематитової руди з додаванням 4 % крохмалю. Фіг. 7. Приклад термомагнітної кривої для сидеритової руди. Фіг. 8. Диференційна термомагнітна крива для сидеритової руди. Фіг. 9. Приклад термомагнітної кривої для зразку з свердловини для добування сланцевого газу. Фіг. 10. Диференційна термомагнітна крива для зразку з свердловини для добування сланцевого газу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Пристрій для реєстрації намагніченості магнітних матеріалів та руд в залежності від температури при їх хімічному перетворенні при окисно-відновних умовах, що має блок вимірювання намагніченості, нагрівальний блок з програматором температури, що програмується за допомогою комп'ютера, мікрореактор зі зразком, в якому здійснюється хімічне перетворення при відновленні або окисленні зразка зі зміною вмісту магнітної фази та систему збору та обробки даних, який відрізняється тим, що зразок руди або іншого магнітного матеріалу в реакторі нерухомо фіксується над магнітом в зоні найбільшого градієнта магнітного поля за допомогою фіксатора зразка з немагнітного матеріалу, кварцовий мікрореактор з'єднаний з системою збору та обробки даних (комп'ютером), яка одночасно фіксує температуру та намагніченість зразка та дозволяє отримувати криві залежності намагніченості від 2 UA 94795 U температури та криву для першої похідної намагніченості від температури в залежності від хімічної природи використаних реагентів. 3 UA 94795 U 4 UA 94795 U 5 UA 94795 U 6 UA 94795 U 7 UA 94795 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8