zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-2018Research ArticleЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯLASER SPECTROSCOPYПолосы монооксида алюминия для определения глинозема в криолитах с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопииBands of Aluminum Monoxide for Alumina Determination in Cryolites by Means of Laser-Induced Breakdown SpectroscopyПоповА. М.PopovA. M.

Москва

Moscow

popov@laser.chem.msu.ruЧиликинБ. С.ChilikinB. S.

Москва

Moscow

КузнецовА. И.KuznetsovA. I.

Москва

Moscow

КунгурцевЕ. В.KungurtsevE. V.

Москва

Moscow

ПроценкоП. В.ProtsenkoP. V.

Москва

Moscow

МГУ имени М. В. ЛомоносоваLomonosov Moscow State University202526112025926732739Copyright © Попов А.М., Чиликин Б.С., Кузнецов А.И., Кунгурцев Е.В., Проценко П.В., 20252025Попов А.М., Чиликин Б.С., Кузнецов А.И., Кунгурцев Е.В., Проценко П.В.Popov A.M., Chilikin B.S., Kuznetsov A.I., Kungurtsev E.V., Protsenko P.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2018

Для электролитического получения металлического алюминия глинозем (Al2O3) добавляют к расплаву криолита (Na3AlF6) в электролизерах. Часть глинозема может остаться в расплаве и привести к увеличению энергозатрат по выпуску алюминия, поэтому контроль содержания оксида алюминия в криолите — важная аналитическая задача в алюминиевом производстве. Предложено использовать полосы зеленой системы монооксида алюминия AlO для оценки содержания глинозема в криолитах с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии. Использована серия образцов системы NaF-Na3AlF6-Al2O3 с постоянным криолитовым отношением (1.7). Обнаружено, что фокусировка излучения под поверхностью образца на глубину 3—6 мм обеспечивает минимальные значения относительного стандартного отклонения (4—8 % для полосы 0–0 и 6—10 % для полосы 1–1) и максимальное отношение сигнал/фон (80—120 для полосы 0–0 и 40—75 для полосы 1–1) во временном окне 4—16 мкс после лазерного импульса. Выбранные условия фокусировки и временного окна позволили обнаружить зависимость между интенсивностью полос 0–0 и 1–1 AlO и содержанием глинозема, особенностью которой служит высокий фон и относительно низкая чувствительность. Нормирование на фон позволяет использовать эту зависимость для качественного разделения систем криолитов с высоким и низким содержанием глинозема.

Alumina (Al2O3), added to melt of the cryolite (Na3AlF6) in an electrolysis bath to produce metallic aluminum, remains often in the melt and leads to an increase in energy inputs. Therefore, monitoring the aluminum oxide content in cryolite is an important analytical task in aluminum production. In this paper, it is proposed to use the bands of the green system of aluminum monoxide AlO to estimate the alumina content in cryolites using laser-induced breakdown spectroscopy. For this purpose, a series of samples of NaF-Na3AlF6-Al2O3 system with a constant cryolite ratio (1.7) were used. It was found that focusing the radiation below the sample surface to a depth of 3–6 mm provides the minimum RSD values (4-8% for the 0-0 band and 6–10% for the 1–1 band) and the maximum signal-to-background ratio (80–120 for the 0-0 band and 40–75 for the 1–1 band) in the time window of 4–16 μs after the laser pulse. The selected focusing and time window conditions made it possible to detect a dependence between the intensity of the 0–0 and 1–1 bands of AlO and the alumina content, which is characterized by a high background and relatively low sensitivity. Normalization to the background makes it possible to use this dependence for qualitative separation of cryolite systems with high and low alumina content.

лазерно-искровая эмиссионная спектроскопиякриолиталюминийзеленая система монооксида алюминияlaser-induced breakdown spectroscopycryolitealuminagreen band of AlOРабота выполнена в рамках государственных заданий МГУ имени М. В. Ломоносова (№ 121031300084-1 и 121031300173-2).ReferencesA. T. Tabereaux, R. D. Peterson. Chapter 2.5 Aluminum Production, in Treatise on Process Metallurgy, Elsevier (2014) 839—917A. T. Tabereaux, R. D. Peterson. Chapter 2.5 Aluminum Production, in Treatise on Process Metallurgy, Elsevier (2014) 839—917H. Kvande. J. Miner. Met. Mat. Soc. (JOM), 46, N 11 (1994) 22—28H. Kvande. J. Miner. Met. Mat. Soc. (JOM), 46, N 11 (1994) 22—28A. Apisarov, A. Dedyukhin, E. Nikolaeva, P. Tinghaev, O. Tkacheva, A. Redkin, Y. Zaikov. Metallurg. Mater. Trans. B, 42 (2011) 236—242A. Apisarov, A. Dedyukhin, E. Nikolaeva, P. Tinghaev, O. Tkacheva, A. Redkin, Y. Zaikov. Metallurg. Mater. Trans. B, 42 (2011) 236—242M. Kucharík, M. Korenko, D. Janičkovič, M. Kadlečíková, M. Boča, J. V. Oboňa. Monatsh. Chem., 141 (2010) 7—13M. Kucharík, M. Korenko, D. Janičkovič, M. Kadlečíková, M. Boča, J. V. Oboňa. Monatsh. Chem., 141 (2010) 7—13E. Robert, J. E. Olsen, V. Danek, E. Tixhon, T. Østvold, B. Gilbert. J. Phys. Chem. B, 101, N 46 (1997) 9447—9457E. Robert, J. E. Olsen, V. Danek, E. Tixhon, T. Østvold, B. Gilbert. J. Phys. Chem. B, 101, N 46 (1997) 9447—9457O. E. Bezrukova, S. D. Kirik, S. G. Ruzhnikov, I. S. Yakimov, P. S. Dubinin. Spectrochim. Acta, B, 152 (2019) 52—58O. E. Bezrukova, S. D. Kirik, S. G. Ruzhnikov, I. S. Yakimov, P. S. Dubinin. Spectrochim. Acta, B, 152 (2019) 52—58V. Danek, Ø. T. Gustavsen, T. Ostvold. Can. Metall. Q, 39, N 2 (2000) 153—162.V. Danek, Ø. T. Gustavsen, T. Ostvold. Can. Metall. Q, 39, N 2 (2000) 153—162.V. Sturm, R. Fleige, M. de Kanter, R. Leitner, K. Pilz, D. Fischer, G. Hubmer, R. Noll. Anal. Chem., 86, N 19 (2014) 9687—9692V. Sturm, R. Fleige, M. de Kanter, R. Leitner, K. Pilz, D. Fischer, G. Hubmer, R. Noll. Anal. Chem., 86, N 19 (2014) 9687—9692S. H. Gudmundsson, J. Matthiasson, B. M. Björnsson, H. Gudmundsson, K. Leosson. Spectrochim. Acta, B, 158 (2019) 105646S. H. Gudmundsson, J. Matthiasson, B. M. Björnsson, H. Gudmundsson, K. Leosson. Spectrochim. Acta, B, 158 (2019) 105646L. Sun, H. Yu, Z. Cong, H. Lu, B. Cao, P. Zeng, W. Dong, Y. Li. Spectrochim. Acta, B, 142 (2018) 29—36L. Sun, H. Yu, Z. Cong, H. Lu, B. Cao, P. Zeng, W. Dong, Y. Li. Spectrochim. Acta, B, 142 (2018) 29—36H. Lu, X. Hu, L. Ma, M. Li, B. Cao. Spectrochim. Acta, B, 164 (2020) 105753H. Lu, X. Hu, L. Ma, M. Li, B. Cao. Spectrochim. Acta, B, 164 (2020) 105753T. F. Akhmetzhanov, T. A. Labutin, D. M. Korshunov, A. A. Samsonov, A. M. Popov. J. Anal. At. Spectrom., 38 (2023) 2134—2143T. F. Akhmetzhanov, T. A. Labutin, D. M. Korshunov, A. A. Samsonov, A. M. Popov. J. Anal. At. Spectrom., 38 (2023) 2134—2143D. M. Surmick, C. G. Parigger. Appl. Spectrosc., 68, N 9 (2014) 992—996D. M. Surmick, C. G. Parigger. Appl. Spectrosc., 68, N 9 (2014) 992—996S. M. Zaytsev, A. M. Popov, N. B. Zorov, T. A. Labutin. J. Instrument, 9 (2014) P06010S. M. Zaytsev, A. M. Popov, N. B. Zorov, T. A. Labutin. J. Instrument, 9 (2014) P06010A. Kramida, Yu. Ralchenko, J. Reader. NIST Atomic Spectra Database, ver. 5.12 (2024), https://physics.nist.gov/asd [2025, May 5]A. Kramida, Yu. Ralchenko, J. Reader. NIST Atomic Spectra Database, ver. 5.12 (2024), https://physics.nist.gov/asd [2025, May 5]http://libs.chem.msu.ru/http://libs.chem.msu.ru/S. M. Zaytsev, A. M. Popov, T. A. Labutin. Spectrochim. Acta, B, 158 (2019) 105632S. M. Zaytsev, A. M. Popov, T. A. Labutin. Spectrochim. Acta, B, 158 (2019) 105632N. B. Zorov, A. A. Gorbatenko, T. A. Labutin, A. M. Popov. Spectrochim. Acta, B, 65, N 8 (2010) 642—657N. B. Zorov, A. A. Gorbatenko, T. A. Labutin, A. M. Popov. Spectrochim. Acta, B, 65, N 8 (2010) 642—657M. Saksena, M. Deo, K. Sunanda, S. H. Behere, C. T. Londhe. J. Mol. Spectrosc., 247, N 1 (2008) 47—56M. Saksena, M. Deo, K. Sunanda, S. H. Behere, C. T. Londhe. J. Mol. Spectrosc., 247, N 1 (2008) 47—56S. Rosenwaks, R. E. Steele, H. P. Broida. J. Chem. Phys., 63, N 5 (1975) 1963—1965S. Rosenwaks, R. E. Steele, H. P. Broida. J. Chem. Phys., 63, N 5 (1975) 1963—1965C. Blondel, C. Delsart, F. Goldfarb. J. Phys. B, 34, N 9 (2001) L281C. Blondel, C. Delsart, F. Goldfarb. J. Phys. B, 34, N 9 (2001) L281T. Andersen. Phys. Rep., 394 (2004) 157—313T. Andersen. Phys. Rep., 394 (2004) 157—313Y. Zeiri, G. G. Balint-Kurti. J. Mol. Spectrosc., 99, N 1 (1983) 1—24Y. Zeiri, G. G. Balint-Kurti. J. Mol. Spectrosc., 99, N 1 (1983) 1—24R. Ritchie, H. Lew. Can. J. Phys., 42, N 1 (1964) 43—52R. Ritchie, H. Lew. Can. J. Phys., 42, N 1 (1964) 43—52I. Kopp, R. Barrow. J. Phys. B, 3, N 10 (1970) L118I. Kopp, R. Barrow. J. Phys. B, 3, N 10 (1970) L118Н. Б. Зоров, А. М. Попов, С. М. Зайцев, Т. А. Лабутин. Успехи химии, 84, № 10 (2015) 1021—1050 [N. B. Zorov, A. M. Popov, S. M. Zaytsev, T. A. Labutin. Russ. Chem. Rev., 84, N 10 (2015) 1021—1050]Н. Б. Зоров, А. М. Попов, С. М. Зайцев, Т. А. Лабутин. Успехи химии, 84, № 10 (2015) 1021—1050 [N. B. Zorov, A. M. Popov, S. M. Zaytsev, T. A. Labutin. Russ. Chem. Rev., 84, N 10 (2015) 1021—1050]В. П. Глушко, Л. В. Гурвич, Г. А. Бергман, И. В. Вейц, В. А. Медведев, Г. А. Хачкурузов, В. С. Юнгман. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное изд-е., т. 3. кн. 2, Москва, Наука (1981)В. П. Глушко, Л. В. Гурвич, Г. А. Бергман, И. В. Вейц, В. А. Медведев, Г. А. Хачкурузов, В. С. Юнгман. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное изд-е., т. 3. кн. 2, Москва, Наука (1981)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.