DF—5700型在線品位分析儀在浮選控制中應用

摘要：介紹了DF-5700型X熒光分析儀系統的原理、結構、功能、取樣標定等，結合某礦山選礦生產實際應用，分析了使用在線品位分析儀能實時監測生產過程各工藝點銅品位及雜質含量，優化控制浮選流程各作業點加藥量和設備過程控制參數，提高了銅精礦品位和回收率，并降低了生產成本。

關鍵詞：浮選；X熒光；品位分析儀；取樣器

Application of DF-5700 Online Grade Analyzer in Flotation Control

Summary：The principle，structure，function and sampling calibration of the DF-5700 X-ray Fluorescence Analyzer System were introduced. Combined with the actual application of a mine's beneficiation production，the use of an online grade analyzer to monitor the copper grade and impurity content of various process points in the production process in real time was introduced.，Optimize the control of the dosing amount and equipment process control parameters at each operation point of the flotation process，improve the copper concentrate grade and recovery rate，and reduce the production cost.

Key words：Flotation，X-fluorescence，grade analyzer，sampler

1、概述：

該礦山選礦在線品位分析系統采用一臺十流道的X熒光在線品位分析儀完成對兩個系列的一段旋流器溢流、粗選尾礦、精礦、二段旋流器溢流、精掃尾礦共10個檢測點的銅、鐵品位分析和濃度的分析，從而控制浮選流程各作業點加藥量和設備過程控制參數。品位分析儀設置在浮選工藝粗選尾末端預留位置，進行集中檢測分析。分析系統具有班樣取樣功能，完成班樣取樣工作。

檢測樣品的返回采取兩種形式，對滿足自流對高差需求的檢測樣品，將以自流的形式返回或者排放；對不能滿足自流對高差需求的檢測樣品，將通過渣漿泵泵送的形式輸送返回。取樣設備、渣漿泵與泵池液位控制系統連鎖控制，根據泵池液位變化控制取樣器實現開關、啟停、沖洗功能。

2、品位分析儀基本原理：

根據莫塞萊定律，利用能量色散的方法，并采用新型的核電子技術和多種核分析技術，通過分析物料中各種元素所被激發出的特征 X 射線的能量和強度，進而分析被測量物質中的元素種類和含量。分析儀的物理激發原理是用適合能量的射線管發出的射線照射礦漿，使礦漿中的原子電離，處于激發態。內殼層電子被電離激發，形成空位。這些空位立即由外層各個高能級的電子填充（不到10-15s），產生能級躍遷。各個能級之間的能量差以特征X射線的形式釋放出來。當礦漿中含有多種元素時，每種元素都放出幾種不同能量的特征X射線，這些X射線撞擊探測器，產生已被定形和放大的小電子脈沖。這些脈沖的峰值振幅與入射的X射線的能量成比例關系。X射線的數量與礦漿中元素的含量成比例關系。散射的X射線還可用于礦漿濃度計算。

3、分析儀系統構成及控制

整套X熒光在線品位分析儀系統主要由分析儀：包括載流系統、PLC控制系統、探測系統、信號處理系統等，工控機，取樣器，集礦箱，渣漿泵等組成。

系統構成示意圖一

利用取樣器從現場工藝點進行取樣，通過礦漿管道將具有代表性的礦漿引入分析儀的載流系統中，采用PLC控制系統控制的載有探測系統的移動車架，以最少的時間在每一個分析槽之間移動，完成對各個分析槽中礦漿的在線實時測量，信號處理系統對探測系統的信號進行采集、放大、整形、處理，并將測量信息通過工業以太網數據通訊方式發送給位于控制室的工控機，分析儀的X熒光軟件記錄輸入數據，并使用預設的校準公式計算測量信息，并以表格和趨勢圖的形式顯示測量結果。測量結果能被保存和打印。X熒光在線品位分析儀在進行實時測量以前，通過安裝在分析槽溢流口處的取樣器取出各種具有代表性的礦漿樣本，由工作人員對礦漿樣本進行烘干、制樣、化驗，完成分析儀的標定工作。

載流系統用于除去礦漿中氣泡、進行同質礦漿混合的槽體（分析槽），它能將具有代表性的礦漿樣品呈送給探測器。每個分析槽包括一個攪拌電機和一個用于消除泡沫的噴水器。在每個分析槽的溢流口處，都安裝了一個取樣器。

標定取樣器位于分析槽的溢流口處，用于取得樣品進行化驗分析。取樣器主要用于保證測量樣品與化學樣品的一致性，保證取樣代表性。取樣器的取樣間隔和取樣頻率可以通過觸摸屏來設定。取樣器有手動取樣和自動取樣兩種模式，通過操作盒上的選擇開關來確定選用哪種取樣模式。在自動模式下，能夠保證測量過程中的取樣樣品和測量樣品一致，減少因樣品不一致帶來的誤差。

X熒光在線品位分析儀采用工業PLC對儀表的運行進行智能化、人性化自動控制和保護。PLC控制系統實現了分析儀各個流道的循環測量，具有故障自行診斷和保護功能，可以通過觸摸屏人機界面實現基本運行參數設定和故障查詢功能。操作簡單、方便，穩定性好，可靠性高，大大降低了操作和維護的工作量。

分析儀運行操作均采用按鈕的方式，操作簡單易用，運行、報警等采用現場指示燈、電腦提示的方式，直觀，易于操作。

PLC控制系統采用西門子S7-300系列，系統具有完備的報警、保護功能，如壓力保護、門禁保護、探測器窗口保護、電機過流過熱保護等。

探測系統由X射線探測器、X射線管、安全屏蔽防護裝置等組成。探測器是品位分析儀的分析部件，是一種X射線熒光接收設備，具有高度靈敏性和選擇性，可同時測量多種元素。探測器采用SDD半導體探測器，具有高計數率、高分辨率的特點，探測器使用新的帕爾帖電制冷技術，無需液氮冷卻。

X射線激發源采用X射線管，與放射源相比，射線管射線強度更大，更加安全，激發效率更高，斷電后不會再產生射線。射線管性能達到國際先進水平。

同時即要保證對礦漿的探測效果，又要對射線管進行防護和對探測器進行保護，特別設計了高效透射防護系統，使得儀表外部的環境輻射程度符合國家非放射性工作場所輻射劑量標準。

探測系統安裝在探測器車架上，由氣動升降機控制探測系統的升降，由行走電機控制探測系統的水平移動。分析儀采用移動探測系統的方式對10個流道分別進行測量，不需要切換流道。

10流道移動檢測示意圖二

信號處理主機采用先進的數字多道技術，處理探測系統探測到的特征X射線信號，并運用先進的能譜分析算法進行分析處理，從而分析出被測物料中的元素和含量。在數字多道中，采用了先進的FPGA（現場可編程邏輯器件）作為數字信號處理器，采用數字信號處理算法，完成傳統模擬電路系統的功能，具有體積小、穩定性高、抗干擾能力強、不受溫度影響等特點。充分考慮工業現場的各種干擾情況，運用了最優化的算法和完備的檢測控制電路，保證了測量精度和穩定度。

4.品位分析儀應用

4.1品位儀工藝參數：

4.2品位分析儀性能指標

1、穩定性：特定條件下短期穩定性小于0.3%（多次測量相同成分的被測對象），長期穩定性可通過標準樣自動校正。

2、靈敏度：對于大多數元素，在元素品位含量為1%的情況下，能夠檢測出0.01%的變化，可信度為95%。

3、分辨率：130eV@5.9KeV。

4、分析精度：精度是建立在測量流動礦漿樣品基礎上的，是樣品參數的復雜函數，受礦物性質、機體組成、粒度等因素影響。較高含量1-4%，較低含量3-6%，相對誤差。

精度的定義：檢測一批足夠數量的過程礦流樣品，在線分析和通過標定樣品化學分析之間的統計偏差定義為一個標準偏差。

當用足夠覆蓋實際生產過程的樣品完成分析儀標定時，分析儀測量值和化驗值之間的標準偏差為該分析儀的精度。

有效標定樣品數量不少于30個，品位值要覆蓋給出的品位范圍，樣品要滿足正態分布要求。給出的最高品位減最低品位三等分為低中高三個部分。15%樣品在低部分，15%樣品在高部分，40%樣品在中間部分，30%樣品隨機。

1、檢測下限：對于礦漿中的大多數元素，檢測下限可達到10-50PPM；

2、測量周期：30—60s，測量時間可根據需要進行調整，10流道測量周期不超過14分鐘。

3、測量范圍：對于礦漿，典型測量范圍為質量百分比0.001%-100%。

5.3品位分析儀功能

分析儀利用在線取樣器在主管道進行取樣，將代表性樣品引流至分析儀，經過穩流、過濾、除氣泡，保證測量穩定可靠。分析儀進行實時在線分析，分析后的樣品通過回流設施返回到工藝流程中。主要功能：

1、校準取樣器：分析儀自帶校準取樣器，取得的復合樣品送往化驗室，用于分析儀的校準和精度維護；也可用于班組樣自動取樣。

2、十個流道，每流道采用獨立的分析槽，不需礦漿多路器，料流無交叉污染。

3、分析儀具有班組生產樣自動取樣功能，大大減輕取樣繁瑣工作，取樣代表性強。

4、測量數據顯示與儲存：顯示測量結果、班平均指標，具備數據存儲、歷史數據查詢及輸出功能。

5、儀表設置有標準片，可進行射線強度校正，具有衰減補償功能。

通訊方式上采用工業以太網、OPC通訊、4-20mA模擬量輸出，Profibus-DP等方式，依據權限可實現遠程操作、顯示、遠程協助功能。

5、結束語：

DF-5700X熒光在線品位分析儀是一種在線多流道、多元素檢測分析儀表。X熒光在線品位分析儀對選礦生產過程中礦漿的各種元素含量進行實時分析，檢測數據實時傳給自控系統，可完成數據、存儲、查詢、班組統計等功能。儀表省去了復雜煩瑣的樣品處理過程，直接對礦漿分析檢測，快速給出分析結果。與傳統選礦工藝相比，分析儀的使用不但減少了選礦成本，縮短分析周期，而且能夠快速的把分析結果作為生產參考值指導生產，及時反映出生產中存在的問題，找到合適的加藥量和操作參數，避免造成不必要的藥劑浪費。分析儀還能對礦漿濃度測量的準確度高達98%以上。通過分析儀測量濃度，可以快速調節補加水和固體物質的量。該礦浮選作業流程復雜，在線品位分析儀較好運滿足生產過程自動化實時控制要求。

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作者簡介：

譚澤林，1964年出生，安徵省銅陵市人，1988年7月畢業于中南工業大學，工業自動化專業，高級工程師，銅陵有色集團股份公司中鐵建銅冠投資有限公司從事電氣技術相關工作。