多流道 X 熒光分析儀在選礦廠的應(yīng)用

張亞萍，常玉春

金徽礦業(yè)股份有限公司 甘肅隴南 742300

選 礦的復(fù)雜性導(dǎo)致金屬回收率和精礦品位控制 難度大，如何實(shí)時(shí)顯示選礦過程中金屬品位的過程數(shù)據(jù)，為操作人員配置選礦藥劑提供依據(jù)，提高選礦回收率，逐漸建立和完善藥劑添加量和金屬回收率的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)選礦過程自動(dòng)化控制，降低人為操作的主觀性影響，減少化驗(yàn)室采樣制樣化驗(yàn)工序，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和藥劑成本。

自 20 世紀(jì) 60 年代以來，國內(nèi)外對(duì)于在線 X 熒光分析儀在金屬品位實(shí)時(shí)分析應(yīng)用中的不斷研究和實(shí)踐，制造出 X 熒光分析儀并應(yīng)用于生產(chǎn)。國外的先進(jìn)代表是芬蘭奧圖泰的 Courier 系列產(chǎn)品，北京礦冶研究總院 (以下簡稱“北礦院”) 在 863 科技計(jì)劃期間生產(chǎn)出了中國第一臺(tái) X 熒光分析儀。

X 熒光分析儀在技術(shù)改進(jìn)中不斷地升級(jí)換代，從單機(jī)單流道到單機(jī)多流道，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備能耗和成本最優(yōu)化。單機(jī)多流道 X 熒光分析儀通過一套 X 熒光探測裝置，對(duì)多個(gè)金屬品位進(jìn)行分時(shí)流水測量，最多可以同時(shí)測量 20 多種金屬元素，且誤差在 10% 之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)選礦生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集判斷。

1 X 熒光分析儀的工作原理

X 熒光分析儀是基于 X 熒光能量色散分析法制造出來的實(shí)時(shí)過程分析儀器，工作原理示意如圖 1 所示。

圖1 能量色散型 X 熒光分析儀原理示意

利用電壓 (30～50 kV) 激發(fā)出的 X 熒光射線照射被測礦漿樣品，因不同金屬元素的原子具有不同的電子分布層，金屬原子被 X 熒光射線激發(fā)后，光子的能量轉(zhuǎn)移給接觸的電子，電子被擊飛，原子處于不穩(wěn)定的狀態(tài) (10～12 s)，其外層電子補(bǔ)充內(nèi)層電子空穴，使原子恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。電子在層間躍遷恢復(fù)原子穩(wěn)定狀態(tài)的過程中會(huì)發(fā)射 X 特征譜線，元素周期表中的每一種元素對(duì)應(yīng)一種特征的輻射能量，即特征波長，基于這一原理，各種元素可相互分辨出來。通過測定每一種元素的獨(dú)特 X 熒光射線特征譜線強(qiáng)度，獲得與礦樣中元素含量成正比的 X 特征譜線，將測量的 X 特征譜線轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式進(jìn)行分析計(jì)算，得出該樣品所含元素及其品位。

X 特征譜線是由布拉格發(fā)現(xiàn)并經(jīng)由莫塞萊系統(tǒng)化，特征譜線頻率與原子序數(shù)之間存在線性關(guān)系，根據(jù)該原理研究出了不同的 X 熒光分析儀。

2 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

單機(jī)多流道 X 熒光分析儀主要由 3 個(gè)部分組成：一次取樣器、多路采樣器系統(tǒng)、PLC 電氣控制系統(tǒng)。

(1) 一次取樣器把不同工藝流程的礦樣傳送給單機(jī)多流道 X 熒光分析儀。一次取樣器工作過程：主箱體串聯(lián)接入工藝管道，取樣管側(cè)口插入管中順流完成取樣，可以通過遠(yuǎn)程控制氣動(dòng)閥門開關(guān)控制取樣。北礦院配置的一次采樣器結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖2 一次采樣器結(jié)構(gòu)示意

(2) 多路采樣器系統(tǒng)是單機(jī)多流道 X 熒光分析儀實(shí)現(xiàn)多流道測量的核心部分，有 2 種方式。第一種是固定 X 熒光探測裝置，以芬蘭奧圖泰和北礦院的 X 熒光分析儀為代表，固定 X 熒光探測裝置，把不同流道的礦漿分時(shí)送入專一測量室。以原精尾三流道結(jié)構(gòu)為例說明，如圖 3 所示。一次取樣器把原精尾礦漿送到測量位置，這些礦漿流入一次取樣礦漿匯集箱，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置將每根礦漿管的待測礦漿推入一次取樣礦漿匯集箱內(nèi)，然后進(jìn)入專用的測量室進(jìn)行測量。測量完成后，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置釋放氣壓，礦漿退回測量礦漿收集箱，同時(shí)沖洗測量室，不同品位礦漿按照時(shí)間順序循環(huán)測量，實(shí)現(xiàn)多流道金屬元素品位測量。

圖3 固定測量探頭原精尾三流道測量結(jié)構(gòu)

固定 X 熒光探測裝置的特點(diǎn)是：X 熒光探頭固定安裝；測量室共用；多流道 X 熒光分析儀核心檢測部分體積較??；與單流道 X 熒光分析儀比較，總體體積不需要增加太多。

第二種是移動(dòng) X 熒光探測裝置，以東方測控 X 熒光分析儀為代表。移動(dòng) X 熒光探測裝置分別設(shè)立獨(dú)立礦漿管與測量槽，測量探頭定時(shí)定點(diǎn)送入不同的礦漿槽進(jìn)行檢測，移動(dòng)測量探頭三流道測量結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。測量探頭在水平軌道上移動(dòng)，限位開關(guān)定位不同礦漿檢測流槽位置，通過壓縮空氣升降機(jī)控制探測器升降進(jìn)入礦漿測量，水平移動(dòng)、上下升降，按照時(shí)間控制順序循環(huán)工作，實(shí)現(xiàn)多流道測量。

圖4 移動(dòng)測量探頭原精尾三流道測量結(jié)構(gòu)示意

移動(dòng) X 熒光探測裝置的特點(diǎn)是礦漿流道穩(wěn)定而不互相干擾。缺點(diǎn)是探頭需要配置水平和上下移動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和定位系統(tǒng)，電氣控制復(fù)雜，多個(gè)不同流道的測量槽體積龐大，移動(dòng)探頭容易產(chǎn)生振動(dòng)。

(3) PLC 電氣控制系統(tǒng)包括 X 熒光探頭檢測、管路沖洗閥門、流道切換控制、數(shù)據(jù)顯示和上傳系統(tǒng)，完成檢測過程的整體運(yùn)行控制。X 熒光分析儀通電后，X 熒光檢測系統(tǒng)通過高電壓激發(fā)處于待檢測狀態(tài)，一次取樣器進(jìn)行多流道礦漿采集，X 熒光探頭通過時(shí)序控制程序完成流道定時(shí)測量、延時(shí)檢測和不同流道之間的順序轉(zhuǎn)換，由 RS485/232 串口通信上傳，實(shí)現(xiàn)就地顯示和遠(yuǎn)程主控室顯示。

3 分析儀標(biāo)定

X 熒光分析儀通過測量不同元素的 X 特征譜線來分析元素的成分，根據(jù) X 特征譜線射線的強(qiáng)度測量對(duì)應(yīng)元素的含量，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粒度、礦石品位、氧化程度等進(jìn)行標(biāo)定，建立強(qiáng)度和品位對(duì)應(yīng)關(guān)系公式。

標(biāo)定常用的方法是最小二乘法的系數(shù)待定回歸計(jì)算法，通過實(shí)際化驗(yàn)不同礦樣數(shù)據(jù)，按照真值對(duì)待，最少采樣 30 個(gè)，盡可能散開較大的數(shù)值跨度。由分析儀按照程序內(nèi)設(shè)的計(jì)算過程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)分析，確定相應(yīng)的公式系數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式，得到對(duì)應(yīng)的曲線；在實(shí)際使用中操作人員要根據(jù)礦石性質(zhì)的變化進(jìn)行標(biāo)定和公式修正，盡可能減小誤差。

筆者以某鉛鋅選礦廠六流道 X 熒光分析儀為例，對(duì)鉛精礦分析標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)記錄分析儀測量顯示值和相應(yīng)滴定化驗(yàn)值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，如表 1 所列?；?yàn)值與測量值對(duì)比如圖 5 所示，化驗(yàn)值、測量值與標(biāo)定公式曲線嚙合如圖 6 所示，數(shù)據(jù)誤差控制在允許范圍內(nèi)，可作為實(shí)時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)的依據(jù)。

圖5 金徵礦業(yè) A 班鉛精礦分析儀測量值與化驗(yàn)值對(duì)比

圖6 化驗(yàn)值、測量值與標(biāo)定公式曲線嚙合

表1 某班鉛精礦分析儀測量值和化驗(yàn)值對(duì)比 %

4 X 熒光分析儀誤差原因分析

(1) 礦石性質(zhì)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粒度等參數(shù)的波動(dòng)變化，使得每一個(gè)分析儀檢測瞬時(shí)礦樣與化驗(yàn)數(shù)據(jù)不完全相符，在線是瞬時(shí)檢測，化驗(yàn)室是混合平均樣數(shù)值，瞬時(shí)值和平均值存在誤差。

(2) 檢測槽內(nèi)礦漿不均勻，有分層和黏結(jié)現(xiàn)象，代表性存在差異。

(3) 回歸分析法公式的待定系數(shù)存在偏差，趨勢線是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式的推理結(jié)論，不是完全的計(jì)算公式。

(4) 標(biāo)定過程中的礦樣小于測量過程的礦樣范圍，在趨勢線左右外側(cè)的數(shù)是根據(jù)公式計(jì)算得來，并沒有參與標(biāo)定，所以在標(biāo)定數(shù)值外側(cè)范圍的數(shù)據(jù)需要小于 30% 的標(biāo)定礦樣最大值和最小值，才有統(tǒng)計(jì)意義和相對(duì)準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

多流道 X 熒光分析儀的使用可以提供選礦工藝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，能夠按照趨勢指導(dǎo)生產(chǎn)，是選礦指標(biāo)穩(wěn)定控制和提高的“眼睛”，是現(xiàn)代選礦企業(yè)生產(chǎn)中重要的檢測儀器?！?/p>