Определить химический состав металла

Обновлено: 07.01.2025

Определение химсостава металлов нужно для подтверждения качества, марки по ГОСТ и сертификации. Спектральный метод – самый удобный и быстрый.

ГОСТы на металлопродукцию определяют в России стандарты качества сортового, листового, трубного проката, метизов и прочих изделий металлургической промышленности. Стандарты касаются в том числе химического состава.

Проверку химического состава металлов заказывают, например, промышленные предприятия, строительные организации. Иногда этого требуют производственные стандарты компании. В других ситуациях необходимость возникает из-за разногласий с поставщиками по поводу качества закупленных материалов.

Когда проверяют содержание металлов?

Определение химического состава металлов актуально в следующих случаях:

Эксперты-металловеды могут проводить исследования как в лабораторных условиях с образцами сырья, так и с выездом к заказчику процедуры. Все зависит от особенностей проверяемого объекта.

Методы определения химического состава металлов

Все способы проверки можно разделить на две группы: разрушающие и неразрушающие. В результате неразрушающих методик изделие или материал остаются в изначальном виде, не меняют физических свойств. Разрушающие методы приводят к потере ценных качеств материала, изменяют внешний вид поверхности. Для исследования заказчик процедуры предоставляет образцы.

Основные методы анализа:

Спектральный метод – самый распространенный в настоящее время. Проводят такие исследования с помощью спектрометра. Прибор воздействует на материал электрическим импульсом, лазерным или ИК-излучением. При этом частицы металла в ответ выделяют энергию, которую улавливает спектрометр. Разные примеси в составе дают излучение разного спектра. Компьютерное оборудование анализирует данные и выводит информацию о химическом составе исследуемого образца металла.
Химический метод используется реже. Таким способом работают, как правило, в лаборатории, потому что он требует применения реактивов и специального оборудования.

Существуют также портативные анализаторы хим. состава. В отличие от профессиональных лабораторных спектрометров, они могут давать достаточно большую погрешность при определении процентного состава сплавов. Поэтому лучше обращаться к экспертам, располагающим надежным оборудованием.

Процедура определения химического состава металлов

Порядок проведения экспертного анализа зависит от особенностей объекта исследования. В целом можно выделить следующие этапы:

Обращение в экспертную организацию.
Определение целей процедуры.
Выбор подходящего метода анализа.
Отбор образцов материала или выезд эксперта на место.
Проведение исследований.
Составление экспертного заключения и (или) прокола испытаний.

Современное оборудование позволяет проводить процедуру в сжатые сроки.

Протокол испытаний и заключение лаборатории

По результатам исследований эксперты составляют протокол испытаний и выносят заключение. В протокол включается информация о примененных методах, установленном химическом составе металла, процентном соотношении элементов, наличии примесей.

Содержание заключения зависит от целей проведения процедуры. Оно может определять или подтверждать марку стали, устанавливать сорт металлопроката в соответствии с ГОСТ, содержать вывод о соответствии (несоответствии) материала или давать рекомендации о сфере его применения.

Специалисты портала готовы оказать помощь в проведении экспертизы и получения необходимого заключения, разрешительных документов на товар.

Анализаторы металлов и сплавов: виды и принцип работы

Технологии позволяют уменьшить количество чистого металла в современных конструкциях. Но организациям, которые занимаются сбором и переработкой нужно точно учитывать не только количество, но и качество поступающего сырья, его химический состав. Получить эти данные можно с помощью анализатора химического состава металла.

Сразу нужно оговориться, что рассматриваемое устройство более доступно организациям из-за высокой стоимости. Частным лицам даже портативный анализатор металлов не по карману. Цены на эти устройства колеблются от 15-20 до 35 тысяч долларов и более.

Какие бывают анализаторы химического состава металла?

Принимаемый в пункт приема или на производство металл может включать загрязняющие вещества или опасные элементы. Соответственно, качество, безопасность и соответствие нормативным требованиям как конечной продукции, так и производства находятся под угрозой.

Чтобы не допустить нежелательные последствия, обеспечить целостность продукции, соответствие ее заявленным характеристикам, операции с металлоломом проводятся с использованием:

Рентгеновских флуоресцентных анализаторах (РФА);
Лазерных аналогичных приборов (лазерный анализатор металлов – ЛАМ).

Они представлены как ручными устройствами, так и мобильными, а также стационарными установками. Анализаторы могут проверять элементы, представляющие интерес практически во всех типах металлических сплавов, вплоть до коммерчески чистых металлов, и способны различать марки сплавов, которые по составу практически идентичны друг другу. Кроме того, эти устройства:

Положительно идентифицирует многочисленные сплавы в пунктах приема и передачи материала, гарантируют качество продукции;
Определяют состав металла для точной сортировки;
Выдают анализ за считанные секунды, практически без необходимости подготовки и разрушения образца;
Увеличивают скорость обработки металла.

Проверка или идентификация металлов на основе определенного химического состава (марки) в настоящее время является стандартом в процессе контроля качества для производства и переработки металлолома. Использование анализатора металла «в полевых условиях» является надежным способом предотвращения любого смешивания поступающих материалов для производства, отгрузки или сортировки металлов в процессе переработки. Они необходимы, если требуется высокая производительность, особенно когда требуется тщательный анализ, когда материалы трудно идентифицировать или когда тестируется большое количество образцов.

Промышленные анализаторы для быстрой идентификации и точного анализа металла устанавливаются на производственной линии. Надежен при контроле качества поставок и готовой продукции. Анализы, сделанные с помощью этого спектрометра, имеют высочайшее качество.

Принцип работы анализатора состава металла

Первым появился анализатор металлов и сплавов, который действовал на основе рентгеновской флуоресцентной спектрометрии. В дальнейшем появились устройства, которые использовали лазерно-индуцированную спектрометрию.

Несмотря на это до сих ежегодно по всему миру продается более 5000 рентгеновских анализаторов для сортировки металлолома и положительной идентификации материалов. Лазерные устройства могут применяться как отдельно, так и дополнять приборы РФА при анализе сплавов. Особенно эти анализаторы нужны при работе со сплавами с низким атомным номером или легкими элементами, такими как бериллий, литий, магний, алюминий и кремний.

Рентгенофлуоресцентный анализатор металлов

Принцип действия этих устройств основан на энергодисперсионном методе, при котором излучение, создаваемое миниатюрной рентгеновской трубкой, попадает на поверхность образца и вызывает ионизацию внутренней оболочки атомов, составляющих образец. Получающиеся пустоты во внутренней оболочке атома заполнены электронами из более высоких оболочек, и, таким образом, фотоны, специфичные для элемента, испускаются и обнаруживаются с помощью кремниевого детектора.

РФА может работать одновременно для определения элементов от титана до свинца в течение нескольких секунд. Когда необходимо, второе условие луча используется для определения легких элементов, что приводит к более длительным измерениям, обычно от 10 до 60 секунд.

Лазерные анализаторы металлов

ЛАМ используют метод оптической эмиссионной спектрометрии, но, в отличие от искровой оптической эмиссионной спектрометрии, это излучение следует за генерацией плазмы, индуцированной лазером. Лазерный импульс попадает на поверхность образца и удаляет количество материала в диапазоне 1 нанограмм, генерирует плазменный шлейф (частично ионизированный газ) в диапазоне температур от 5 до 20 тысяч Кельвин (К). Энергия лазера мала, но она фокусируется на микроскопической точке в образце для генерации плазмы.

В типичных портативных системах лазерных анализаторах дисперсионная мощность спектрометра часто ограничена его размером, поэтому их возможности требуется дополнить другими устройствами. Для охвата всего спектрального диапазона от 180 до 800 нанометров (нм) может потребоваться несколько спектрометров. Кроме того, длины волн менее 200 нм (например, углерод, 193,09 нм или сера, 180,73 нм) сильно поглощаются воздухом и требуют продувки аргоном оптического пути.

С помощью ЛАМ можно обнаружить практически любой элемент, обычно содержащийся в металлах. Особенности этих анализаторов:

Очень высокая чувствительность к щелочным (литий, натрий и т. Д.) и щелочноземельным металлам (бериллий, магний и т. д.);
Хорошая чувствительность к переходным металлам, за исключением огнеупорных элементов (таких как ниобий, молибден, вольфрам или тантал), их трудно определить;
Чувствительность к углероду, фосфору и сере обычно недостаточна для анализа этих элементов в сплавах.

Несмотря на внедрение передовых лазерных технологий, для более тяжелых сплавов, таких как супер сплавы, медные сплавы (кроме алюминия и бериллиевой бронзы), припои, свинцовые сплавы или сплавы драгоценных металлов, РФА обеспечивает лучшую чувствительность и точность анализа, чем лазерные устройства. Поэтому, как анализатор драгоценных металлов он подходит лучше.

Кроме того, измерение элементов в отходах может быть затруднено для ЛАМ. Например, обнаружение свинца и олова в сплавах из нержавеющей стали при невысокой концентрации будет затруднено при использовании лазерных анализаторов.

Спектральный анализ химического состава металлов

Как провести спектральный анализ химического состава металлов?

Самый эффективный способ определения химического состава металлов по оптическим спектрам излучения атомов и ионов анализируемой пробы, возбуждаемых в источнике света.

В качестве источника света для оптико-эмиссионного анализа используется плазма электрической искры или дуги, которую получают с помощью источника возбуждения (генератора). Принцип основан на том, что атомы каждого элемента могут испускать свет определенных длин волн - спектральные линии, причем эти длины волн разные для разных элементов.

Для того чтобы атомы начали испускать свет, их необходимо возбудить электрическим разрядом. Электрический разряд в виде искры в атмосфере аргона способен возбудить большое количество элементов. Достигается высокотемпературная (более 10000 К) плазма, способная возбудить даже такой элемент, как азот.

В искровом штативе между вольфрамовым электродом и исследуемым образцом возникают искры с частотой от 100 до 1000 Гц. Искровой стол имеет световой канал, по которому полученный световой сигнал попадает в оптическую систему. При этом световой канал и искровой штатив продуваются аргоном. Попадание воздуха из окружающей среды в искровой штатив ведет к ухудшению пятна обжига и соответственно к ухудшению качества химического анализа пробы.

Современная оптическая система выполнена по схеме Пашена-Рунге. Спектральное разрешение оптической системы зависит от фокального расстояния, количества штрихов используемой дифракционной решетки, параметра линейной дисперсии и квалифицированном выполнении юстировки всех оптических компонентов. Для покрытия всех необходимых эмиссионных линий достаточно охватывать спектральную область от 140 до 680 нм. Для хорошей видимости спектра оптическая камера должна быть заполнена инертным газом (аргоном высокой частоты) или вакуумирована.

Прибор для спектрального анализа металла - анализатор М5000, В качестве регистрирующих элементов современные анализаторы металлов, оснащаются CCD детекторами (или ФЭУ), которые преобразуют видимый свет в электрический сигнал, регистрируют его и передают на компьютер. На экране монитора мы наблюдаем концентрации элементов в процентах.

Интенсивность спектральной линии анализируемого элемента, помимо концентрации анализируемого элемента, зависит от большого числа различных факторов. По этой причине рассчитать теоретически связь между интенсивностью линии и концентрацией соответствующего элемента невозможно. Вот почему для проведения анализа необходимы стандартные образцы, близкие по составу к анализируемой пробе. Предварительно эти стандартные образцы экспонируются (прожигаются) на приборе. По результатам прожигов для каждого анализируемого элемента строится градуировочный график, зависимость интенсивности спектральной линии элемента от его концентрации. Впоследствии, при проведении анализа проб, по этим градуировочным графикам производится пересчет измеренных интенсивностей в концентрации.

Следует иметь виду, что реально анализу подвергается несколько миллиграммов пробы с ее поверхности. Поэтому для получения правильных результатов проба должна быть однородна по составу и структуре, при этом состав пробы должен быть идентичным составу анализируемого металла. При анализе металла в литейном производстве для отливки проб рекомендуется использовать специальные кокили. При этом форма пробы может быть произвольной. Необходимо лишь, чтобы анализируемый образец имел достаточную поверхность и мог быть зажат в штативе. Для анализа мелких образцов, например прутков или проволоки, используются специальные адаптеры.

Классификация цветных и черных металлов

Большое разнообразие цветных металлов и их сплавов, используемых в хозяйственной деятельности, вызывает необходимость систематизации и упорядочения процесса сбора металлического лома для его последующей металлургической или механической переработки. С этой целью для применения в некоторых странах СНГ разработан Межгосударственный стандарт, известный как ГОСТ 1639-2009, который в качестве национального применяется в Российской Федерации, начиная с 2011 года.

Обозначение продукции

Каждая партия металлолома должна маркироваться строго по ГОСТу. В обозначение включаются следующие сведения:

наименование продукции (в данном случае это металлолом);
указание ГОСТа, которому соответствует данная партия (по цветному лому это ГОСТ 1639);
указание вида лома, соответствующего по совокупности свойств одному из определенных ГОСТом видов;
указание марки металла, сплава.

Выполненная таким образом маркировка партии лома надежно закрепляется на грузе при его хранении, погрузке, перевозке и приемке в месте переработки.

Для чего нужна классификация металлолома

Разделение лома и отходов черных металлов является ответственным этапом переработки вторичного сырья. Правильное определение категории металла важно как для лиц, сдающих лом, так и для принимающих компаний. Основные причины для классификации:

Каждая из категорий лома подвергается индивидуальным способам переработки, что делает эти процессы экологичными и безопасными.
Правильная квалификация разновидностей лома и отходов позволяет оперативно определить вид металлолома и ускорить его сортировку.
Пункты приема устанавливают разную цену на изделия из металлов и сплавов. Зная категорию металла, вы сможете определить цену, которую получите за его сдачу. Например, цветные металлы ценятся выше, чем черные. За 1 кг меди вы можете получить 375 рублей.

Чтобы отнести металл к конкретной категории, достаточно знать, как отличить черный и цветной лом. Один из самых простых способов — приложить магнит. К чермету он будет прилипать, так как там присутствует сплавы железа, а к цветным нет, так как в их составе нет железа. Помимо этого, металлы, содержащие железо подвержены окислению и ржавчине, в отличие от цветных.

Определение видов лома цветных металлов

ГОСТом определяются основные показатели качества, которые позволяют отнести скрап к различным видам. К таким сведениям относятся:

источник образования лома;
физическое состояние;
габаритные размеры;
допустимый вес отдельных кусков и их размер;
химический состав;
степень засорения другими веществами.

По ГОСТу каждому металлу или его сплаву, который может приниматься в качестве вторичного сырья, соответствует несколько видов цветного металлолома. В частности, алюминиевый лом насчитывает 32 вида, никелевый – 26, латунный – 23, вольфрамовый – 17, бронзовый – 15, медный – 13, свинцовый – 11, оловянный – 10, молибденовый – 9, магниевый – 8, ртутный – 6, кобальтовый – 3, кадмиевый – 2.

Для каждого вида металлического лома и отходов, ГОСТом устанавливаются следующие правила:

порядок упаковки;
правила транспортировки;
порядок хранения;
методы контроля;
правила приемки.

Разделение лома черных металлов согласно ГОСТу

К черным металлам относят сталь, железо, чугун и сплавы, из которых производят множество всевозможных изделий (трубы, части автомобилей, строительные конструкции, радиаторы отопления и т.д.).

Согласно ГОСТу вторчермет разделяют по:

Химическому составу (категория):

Углеродистый (категория А) – чистый черный металл, не имеющий в составе посторонних примесей.
Легированный (категория Б) – в составе сырья присутствует примесь.

В зависимости от содержания и типа примесей легированный чермет распределяют на 67 групп.

Содержанию углерода (класс):

Стальной лом / отходы.
Чугунный лом / отходы.

Есть также третья группа, куда входит окалина, присады доменные, шлак сварочный, но их редко можно встретить в пунктах приема, т.к. сырье не представляет особую ценность.

Показателям качества отходов (вид)

Всего существует 28 видов чермета, за каждым из которых закреплен определенный номер:

Из данных букв и цифр складывается «Общее обозначение» вида вторчермета. К примеру, шифр «20А» – значит, что это чугун нелегированный, вторичное сырье.

Физические параметры лома

Цветной лом, предназначенный для последующей переработки и получения годного металла, принимается в следующих физических состояниях:

лом;
кусковые отходы;
стружка;
путаная проволока;
порошок (преимущественно редкие металлы – кобальт, титан, вольфрам, молибден);
паста;
прочие физические состояния.

Каждому виду лома ГОСТом установлены строго определенные физические состояния.

Помимо этого, вы можете сдать на лом ЦАМ (цинк, алюминий, магний), такие сплавы сдают в пункт ЛОМЦВЕТМЕТ.

От чего зависит категория металлолома

Помимо основного деления лома на цветной и черный, существуют еще и дополнительные, более узкие критерии. Можно выделить несколько основных из них, от которых зависит отнесение лома к определенной категории при приеме чермета и цветмета.

1. Вид основного металла. За основу деления на виды лома берется содержание преобладающего металла. Среди видов лома черных металлов принято выделять:

Железный лом. К данной категории черного лома могут быть отнесены как габаритный, так и негабаритный, а также стружка и мелкие отходы.
Чугунный, например, в виде стружки или литья, а также бытовых предметов: чугунные ванны, батареи, канализационные трубы и т.д.
Нержавейка. Это сплав, в котором присутствуют и железо, и цветные металлы. Особенность нержавеющей стали в том, что она может считаться как видом черного лома, так и к цветного. Нержавейку обычно сдают в виде труб, листов, стружки, деталей промышленных станков, автомобилей, приборов.

К цветным металлам относятся:

свинец: пластины, аккумуляторы;
медь: посуда, кабели, электродвигатели, многожильные тросы;
магний: детали самолетов;
алюминиевый лом: провода, стружка, алюминиевые банки, запчасти автомобилей;
медно-латунные радиаторы (о том, как отличить медь от латуни, читайте в нашем блоге);
стружка цветных металлов;
олово, бронза и многие другие.

В отдельную группу определяют драгоценные металлы: серебро, золото, платину.

2. Химический состав стали.

В зависимости от ее состава выделяют следующие категории этого лома:

Углеродистый. К такой марке лома относят сталь с содержанием углерода практически без примесей. Присутствие углерода делает материал твердым и прочным, уменьшая его пластичность и вязкость. При увеличении процента примесей получается уже легирующие металлы.
Легирующий. Эти марки металлолома имеют примеси в составе, которые изменяют свойства стали. Например, чтобы повысить пластичность стали и ее коррозионную стойкость добавляют цветной металл никель. Для придания стали прочности и плотности добавляют также разновидность цветмета — титан.

3. Физическое состояние:

стружка;
кусковые отходы;
паста.

4. Сфера применения:

бытовой лом, например, бытовые приборы, которые вышли из строя;
военный, то есть военная техника и оборудование, которые непригодны для дальнейшего использования;
амортизационный, который включает в себя детали автомобилей, металлических строительных конструкций, железных дорог.

Определение химического состава лома

Химический состав металлолома определяется лабораторным путем с применением специального оборудования для исследования проб, взятых из партии лома. Наиболее ценное вторичное сырье – нелегированные металлы с малым количеством примесей, хотя в количественном отношении концентрат чистых металлов встречается в ломе не часто.

Основную часть цветного металлолома обычно составляют сплавы. Соответствие партии скрапа определенному виду определяется во время приемки по тому элементу, удельный вес которого преобладает в сплаве.

Исследование химического состава позволяет точно определить марку металла (сплава) для отнесения к конкретному виду металлолома и выполнения маркировки в соответствии с ГОСТом 1639.

Черный лом: что это и откуда он берется?

К лому черных металлов относят лом железа и его сплавов с углеродом – чугуна, стали (в том числе и нержавеющей) и прочих ферросплавов.

От количества углерода и других примесей в сплаве зависит качество продукта. Лом черных металлов в основном представлен стальным ломом.

Основными составляющими железного лома, возникающего на производстве, являются стружка, окалина, отработавшие свое изделия, запчасти машин и механизмов, отходы металлообработки и прочий металлический мусор, пригодный для дальнейшей переработки. Переработка лома черных металлов относится к утилизации промышленных отходов.

В промышленности, как правило, лом черных металлов образуется в следующих отраслях:

металлургия,
металлопереработка,
машиностроение,
электротехническая промышленность,
приборостроение.

Однако лом черных металлов часто возникает в результате внепроизводственной деятельности:

на объектах железной дороги (различное оборудование, рельсы, вагоны);
на строительных площадках (выработавшие свой ресурс строительные металлоконструкции);
при демонтаже производственных, жилых или коммерческих зданий и сооружений;
в быту (вышедшая из строя бытовая техника, трубы, батареи, ванны и т. п.);
при утилизации транспортных средств.

Лом черного металла — ценное и необходимое сырье.

Параметры засоренности скрапа по ГОСТу

ГОСТом 1639 определяются характеристики и допустимое значение засоренности партии лома. К каждому виду предъявляются определенные требования по засоренности:

бумагой;
синтетическими материалами;
пластиком,
оплеткой;
маслами;
лакокрасочными покрытиями;
жирами;
железом;
другими материалами;
грязью.

Уровень засоренности определяется в процентном отношении к массе принимаемого скрапа. Превышение предельного уровня засоренности лома каждого вида, готового к отправке на переработку, не допускается.

Виды лома черных металлов

Металлические отходы делятся на категории, определенные государственным стандартом. Такое деление способствует более эффективной переработке лома. К переработке допускается только отсортированный лом. При покупке лома черных металлов цена нередко зависит от категории лома. Таким образом, умение ее определять – важный аспект деятельности фирмы-продавца металлолома. Все необходимые критерии можно найти в стандартизирующих документах (ГОСТ).

Соблюдение требований безопасности при обращении с цветным ломом

Любая партия лома без исключений проверяется на наличие вредных и опасных для жизни и здоровья человека, показателей:

уровень радиации;
наличие загрязнений вредными химическими веществами;
взрывоопасность.

Любой груз должен иметь соответствующее удостоверение установленной ГОСТом формы. Если скрап прошел дезактивацию для очистки от радиационного загрязнения, то партия лома должна сопровождаться соответствующими документами, выданными организациями, имеющими право заниматься данным видом деятельности.

ГОСТ 1639 содержит требования по обращению с отходами с учетом их вредного воздействия на организм человека. Здесь определены:

наименование металлов и вредных соединений;
описание воздействия вредных веществ на человеческий организм;
возможные пути попадания вещества в организм;
ПДК в воздухе и питьевой воде в зоне выполнения работ;
класс опасности (от I до IV).

Наивысший класс опасности имеет лом I класса, наименьший – лом IV класса.

ГОСТом определены содержащиеся в ломе цветных металлов:

виды веществ, известных своими пожаровзрывоопасными свойствами;
температура, при которой происходит самовоспламенение веществ;
нижний концентрационный уровень распространения огня;
средства тушения каждого вида пожаровзрывоопасного вещества.

Проверке на взрывобезопасность подвергают весь без исключения скрап цветных металлов при хранении, перевозке, разгрузке, сортировке, разделке и других операциях по переработке данного вида вторсырья.

ГОСТом установлены основные правила обеспечения безопасности при приемке и переработке отдельных, наиболее опасных видов лома.

Читайте также: