X射線透射方法在礦產品檢測中的應用

包 銳

（吉林省有色金屬地質勘查局六0二隊，吉林 白山 134300）

引言

現如今礦石的需求量正在逐年上升，在對礦石進行開采的過程中，其貧化率也在進一步增長，這就體現出了礦產品檢測工作的重要性。隨著煤礦企業的生產，礦產品的檢測不僅能夠對采礦過程起到指導的作用，而且還能保障選礦工作的正常進行。近幾年，伴隨著傳感技術的不斷創新，其在礦產品中的應用也越來越廣泛，主要衍生出了3種檢測方式：X射線熒光光譜法、原子吸收光譜法以及激光誘導擊穿光譜法，這幾種方式都受到環境的制約。

1 傳統礦產品檢測方法概述

1.1 X射線熒光光譜法

該方法的具體原理主要是將具有放射性的同位素當作激發源，對被測的礦石樣品進行照射，進而衍生出X射線[1]。考慮到礦產品中每一種元素在經過激發躍遷后，產生的X射線能量是特定的，所以可以憑借這一點對檢測的X射線進行光電轉換，通過轉換的結果能夠得知礦產品各個元素種類的具體信息，從而對礦產品的所含元素以及品位進行測定。在礦山企業的生產過程中，該方法主要應用在礦漿品位的檢測工作中，而針對礦石的檢測僅限于表面，不能夠檢測出礦石內部的信息狀況，這也是它的缺陷。

1.2 原子吸收光譜法

這種檢測方法又被叫作原子吸收法，主要的原理是通過對礦產品中被測元素的基態原子蒸氣的譜線吸收程度進行檢測，從而判斷出相對應原子在礦產品中的含量大小。原子吸收光譜法與其它方法相比有著不錯的靈敏度及精確度，抗干擾能力也很出色，然而對于不同種元素的分析要采用不同的燈源，同時檢測的范圍也有一定限度，再加上昂貴的檢測設備，使其不能在礦山企業大范圍推廣使用。

1.3 激光誘導擊穿光譜法

事實上，激光誘導擊穿光譜通過強激光束分解被測材料，產生激光等離子體，然后進一步分析等離子體中的原子和離子譜線，從而獲得被測材料中各種元素的類型和具體含量信息[2]。這種方法的主要優點是，它可以通過使用少量被測材料樣本實現對各種元素的遠程檢測。同時它還有一定的缺點，比如在對物質進行檢測分析的過程中，對檢測的儀器以及周圍的環境都有一定的要求，例如檢測環境氣體的成分、被測物質的物理性質以及激光的功率密度大小等等，都會影響到最終的檢測結果。此外，該方法很難應用到實驗室以外的其他環境中，且相關儀器設備國內目前沒有，只能通過進口，這也導致其價格十分昂貴。

2 X射線透射法

根據上文的分析過程可以發現，對于傳統的礦產品檢測方法而言，考慮到自身的技術局限性以及檢測設備的價格問題，難以在礦山企業中得到很好的實際應用。此外，以上3種檢測方法無法在無損檢測的同時又要保障其精準性，而將X射線透射法應用到礦產品品位的檢測中，可以適用于大部分的工況，保證礦石完整性的前提下，完成高精度的檢測工作。

2.1 X射線透射法原理概述

X射線透射法主要是根據X射線照射后物質產生的不同類型的物理效應對物質進行分類的方法[3]。考慮到被測材料的X射線吸收效率可能會受到許多因素的干擾，如有效原子的數量和厚度，它可以用來區分不同種類的物質，然后檢測礦產品的等級。如下頁圖1所示，為X射線透射法的基本原理示意圖。

在下頁圖1中，隨著X射線在物體中穿過后，其自身具有的能量將會減弱，衰減的程度取決于物質本身具備的有效原子序數、厚度以及射入的X射線強度等。其具體的能量衰減規律可以通過下式進行表示：

圖1 X射線透射法的基本原理示意圖

式中：E為透射過程中X射線的能量值；I為透射的總X射線能量；α為透射的X射線能量最大值；N（E）為能量為E時的光子數；Pd（E）為能量為E時探測器的探測概率；T為被透射物質的厚度；μ為被透射物質能量的衰減系數。

用探測器μH（E，z）t和μL（E，z）t測量X射線透射前后的能量，比較兩個值，取消除t后的對數，得到的K值僅與被測物質的有效原子序數有關。本文研究的X射線透射法檢測礦產品品位正是基于K值來實現的。

2.2 閾值分割法提取礦石信息

隨著X射線透射法的檢測工作的進行，要提取被透射礦石的信息數據。考慮到礦石在檢測的過程中是在傳送帶上運動的，因此X射線不但能穿透礦石，還可以穿過輸送帶。在這之后探測器會對衰減后的能量進行記錄，這里面一部分來自礦石的能量吸收，另一部分來自輸送帶的能量吸收。由于受到環境及設備的影響，通過探測器來記錄的能量是相對不穩定的，如圖2所示，為原始信號曲線的示意圖。

圖2 原始信號曲線的示意圖

從圖2中可以看出，透射信號存在著尖峰、震蕩等不穩定現象，造成此現象的主要原因是由于探測器在檢測的過程中，X射線光束的強度會出現連續波動，主要通過噪聲的方式出現在信號中。因此，閾值分割方法主要用于降低噪聲和提取礦石信息。該方法主要根據邊緣數據信息的不同下降梯度建立相應的閾值邊界。最后，通過閾值邊界對值進行分類，并根據需要提取所需的數據類型。如圖3所示，這是主要流程圖。

圖3 閾值分割法流程示意圖

通過閾值分割法可以將大部分的背景以及噪聲過濾掉，同時把高能的K值區域較為完整的保留了下來。

3 X射線透射法的應用效果分析

為了進一步分析X射線透射法在礦產品檢測中的實際應用效果，本文選取了一個黑鎢礦進行了相關的檢測試驗。對20個黑鎢礦進行了排列和標記。試驗期間，對所選礦石進行了X射線透射試驗，獲得了高能和低能透射圖像。通過閾值分割法對提取的礦石信息進行去噪和背景去除后，隨機選取幾組礦石進行K值計算。本試驗選取9組礦石1、3、6、7、10、12、16、17和20進行相應的K值計算。計算結果如表1所示。如圖4所示，這是礦石品位和K值的散點圖。

表1 K值的計算結果分析

圖4 礦石的品位以及K值的散點圖

從圖4中可以看出，對鎢礦石采用X射線透射法獲得的K值，可以跟隨礦石的品位上升而逐步增加，而且上升的速度較為顯著，同時對于高品位的礦石其K值大小可以達到低品位礦石的好幾倍甚至十幾倍，有著十分明顯的區分度，且在準確率方面也超過了90%以上。此外，采用X射線透射技術去檢測礦產品的品位，可以很好地保留礦石的完整性，不會因為檢測的需要而對礦石造成破壞。綜合上述的試驗效果可以看出，本文將X射線透射技術應用到礦產品檢測領域體現出了很好的應用效果，在具備檢測能力的同時還有著較高的準確度。

4 結語

傳統的礦產品檢測手段，在其作業的環境或者設備的價格方面都有著一定的弊端。為此，本文提出將X射線透射技術應用到礦產品的檢查工作中。在分析了該技術的具體工作原理后，為了進一步提升其檢測的準確性，結合閾值分割法來提取礦石信息。最后，為了驗證該項技術的可行性，采用某黑鎢礦石進行了檢測試驗，其結果表明采用X射線透射法能夠準確檢測出礦產品的品位，同時在檢測的過程中可以保留礦石的完整性，有極高的應用價值。