正交試驗法確定X射線分選銅礦石的最佳條件

杜惠娜

摘 要：基于X射線熒光能量檢測技術的X射線礦石分選機已研發成功，但目前對于分選銅礦石的最佳工藝條件需要大量的實際試驗分析，本文利用正交試驗方法，獲取了銅礦石的試驗光譜，試驗表明，銅元素的X射線分選的最佳工藝條件是：X射線管管壓45KV，樣品檢測距離4cm，銅礦石粒度40-60mm，銅礦石的最佳工藝條件研究，對于研發X射線礦石預選設備，X射線定量分析設備具有重要的意義。

關鍵詞：正交試驗;X射線礦石分選;XRF技術;光譜分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.042

1 引言

利用X射線礦石分選機，可在礦石開采后，進入浮選工序前對原礦進行預選，將無用脈石及低品位礦石篩除，此設備對與提高資源利用率，減少環境污染，減少尾礦危害，降低企業綜合成本有著重要的意義。

但X射線礦石預選設備目前在國內無成熟的應用案例，尚處在試驗、研發階段。針對不同的礦床、不同礦物元素，其工藝條件千差萬別，需要一種試驗方法，提前確定設備一些關鍵參數，以提高試驗效率，減少試驗成本。

正交試驗法是以統計數學和概率論為基礎，科學安排試驗方案，得到可靠試驗結果的方法，它利用規格化的正交表格進行試驗，以經濟效益為出發點進行數據分析，得到科學可靠的試驗數據。由于礦石分選試驗中所需的礦石數量多，試驗成本較高，分選試驗為單次不可逆的情況，采用正交法設計試驗，可實現最少的試驗次數、最佳的試驗效果。

2 試驗因素分析

影響X射線預選設備分選效果的因素很多，包括設備的機械常數、入選礦石粒度、振動給礦速度、X射線光管的管壓、管流、礦石輻射距離、探測器距離等，其中部分因素可由設備自身控制系統調節，部分非調節關鍵的參數需要由試驗確定最佳區間。

根據光譜學知識可知，峰背比越高，檢測精度越高，檢測結果越可靠，試驗效果以礦石分選時得到的峰背比作為指標。

采用正交法安排模擬試驗，以銅（Cu）元素礦石作為目標分析元素，根據3個因素的影響，對每個因素取4個水平，采用3因素4水平的正交表格，命名為L20（43）。

3 試驗環境及試驗過程

在試驗室搭建簡易的小型試驗裝置，對正交試驗表格中的因素進行模擬試驗，選用低品位銅礦石作為試驗樣品，樣品來源為某銅礦，礦石物相分析表明，該礦石中銅Cu以氧化銅（CuO）、硫化銅（CuS或Cu2Cu（S2）S）形式存在，原礦樣品總量為2噸，粒度小于20mm及破碎產生的小于20mm礦石標記粉末精礦，提前篩分不進行試驗。以最大粒度礦石20～120mm為原礦，采用篩分、破碎的方式制取100～120mm粒度礦石樣本，其中小于100～120mm粒度礦石制取后均分為5份，由試驗21～25條件進行試驗，獲取光譜，篩分完成小于100mm粒度礦石，作為下級80～100粒度的原礦，依次類推進行試驗。

4 試驗結果及分析

將正交試驗表中的試驗取得結果填入表格，以峰背比作為指標填入表1中，設定變量Q，Q為每個影響因素的峰背比之和，根據Q判斷因素的影響程度。

由統計學分析方法可知，極差越大，對指標數據的影響越大，因此本次正交試驗三個因素對峰背比的影響次序為：管壓>檢測距離>礦石粒度。

所以對于銅元素的XRF檢測，最優的控制方案為：管壓45KV，檢測距離4cm，礦石粒度40-60mm。

實際設備應用中，若考慮到檢測樣品的區別，應將檢測距離，管壓、粒度等因素進行可調的設計，如改變進篩分設備，將探測器做微調結構的機械設計，將管流參數作為高壓發生器的控制參數等。

不同元素對應的檢測因素各不相同，進行不同元素的設備設計，需從應用場合實際出發，調節最優的工藝參數及設備參數。

5 結語

本文應用正交試驗方法設計了正交試驗，在試驗室內搭建簡易的試驗環境，通過編寫完成的上位機軟件對原始光譜進行采集，通過峰背比計算方法進行峰背比數據輸出。

試驗分析設備設計過程中的三個重要因素的影響作用，三個因素對峰背比的影響次序為：管壓>檢測距離>礦石粒度，運用正交試驗的極差分析方法，分析出本次銅元素檢測試驗中，最佳的工藝參數為：管壓45KV，檢測距離4cm，礦石粒度40-60mm。

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作者簡介：杜惠娜（1989-），女，河南滑縣人，研究生，講師，研究方向：生產制造系統建模、優化與調度。