選礦在線礦漿濃度檢測技術研究進展

摘 要 介紹了礦漿濃度檢測方法與檢測儀表，包括礦漿濃度檢測的重要性、傳統礦漿濃度檢測方法和自動在線檢測技術。隨后給出礦漿濃度檢測儀表的選擇建議。詳細介紹了射線檢測技術的應用與優化，因其穩定性、高精度和高效率的特點，成為現代選礦廠廣泛使用的測量工具。最后，結合現場反饋，指出了在線礦漿濃度檢測技術的未來發展趨勢。

關鍵詞 檢測儀表 礦漿濃度 選礦 應用建議

中圖分類號 TH816；TD921.4" "文獻標志碼 A" "文章編號 10003932（2025）02015508

隨著市場競爭的日益加劇，各國對礦產資源的需求持續增長。礦產作為一種不可再生的珍貴資源，在我國經濟發展和國防建設中扮演著至關重要的角色。然而，我國的礦產資源普遍呈現出“貧、細、雜”的特點，高品位、易富集的礦產資源日益稀缺。提高選礦產品質量，提升選礦過程的自動化程度，對經濟發展有著至關重要的意義［1，2］。

礦漿是礦物顆粒與水組成的非均相固液懸浮液，其濃度反映了礦漿中固體顆粒的含量，常用3種方法表示：

a. 液固比，即礦漿中液體與固體的質量（或體積）比率，亦稱稀釋度；

b. 固體含量百分數，表示礦漿中固體質量（或體積）所占的百分數；

c. 固體含量，表示每升礦漿中所含固體的克數。

礦漿濃度在磨礦、分級、選別、固液分離等選礦作業流程中都具有重要作用。通過監測和調節礦漿的濃度指標，可以優化后續生產工藝，直接影響產品的質量。然而，礦漿濃度的檢測一直是選礦工藝的一大挑戰。隨著科技的進步，多種新型測量技術和儀器被開發用于礦漿濃度測量，推動了智能選礦的發展。在實際工業應用中，礦漿濃度的測量方法主要有離線和自動在線兩種。離線檢測通常由人工進行采集測量，然而由于其缺乏客觀性且過度依賴操作人員的技術水平，常導致檢測效率低、無法連續測量等問題，最終結果往往難以令人滿意。如今，越來越多的選礦廠選擇自動化在線測量裝置取代離線檢測，以提高礦漿濃度檢測的準確性和效率［3，4］。

1 礦漿濃度檢測方法與檢測儀表

1.1 礦漿濃度在選礦中的重要性

礦漿濃度在各選礦流程中都具有重要意義，通過合理調節礦漿濃度，不僅可以顯著提升選礦效率還能有效降低生產成本，進而增強選礦廠的經濟效益。下面將從各選礦過程分別闡述礦漿濃度的重要性。

磨礦作業中，礦漿濃度是影響磨礦機工作效率的重要因素，礦漿濃度的高低決定了磨礦介質與被磨物料之間的摩擦力、礦漿的流動性以及磨礦介質的有效密度（即介質與礦漿的密度差）。通常情況下，操作人員會選擇較高的礦漿濃度，更有助于提高磨礦效率。

在分級作業中，礦漿濃度的大小直接影響其黏度。較小的礦漿濃度會導致黏度降低，進而加快礦粒的沉降速度，最終產生的溢流產品粒度也會更細，但極低的礦漿濃度會增加礦漿體積，分級機中的礦漿流速也會增加，可能導致較粗的礦粒被沖入溢流產品中；反之，礦漿濃度越大，溢流產品粒度就越粗。

在選別作業流程中，礦漿濃度扮演著至關重要的角色。浮選技術是礦石處理中應用最廣泛的選礦技術之一，其中礦漿濃度顯著影響浮選效率。礦漿濃度的變化會影響多個關鍵參數，包括漿體在浮選槽中的停留時間、漿體的充氣程度、氣泡與礦粒的粘附過程及藥劑的體積濃度等。在實際生產中，選擇適宜的浮選濃度不僅需要考慮上述技術因素，還應綜合原料性質和具體的浮選條件。

從經濟和藥劑作用的角度看，在不影響礦物分離選擇性的前提下，盡可能在較高濃度的礦漿中進行。礦漿濃度較高時，對浮選過程有利。然而，如果濃度過高，可能導致礦漿與氣泡無法自由流動，從而影響充氣效果，降低產品質量和回收率。因此，在浮選不同類型的礦石時，必須根據其特性和相關技術要求，確定合適的礦漿濃度。

在磁選作業中，根據操作需求調整礦漿濃度是至關重要的，主要是靠給礦吹散水的大小來調整。過高的礦漿濃度會嚴重影響精礦質量，因為精礦顆粒容易被較細的脈石顆粒覆蓋，導致分選不清，結果就是一同被選上來，降低品位；相反，礦漿濃度過低會增加流速，縮短分選時間，使得一些細小磁性顆粒不能被有效捕獲，落入尾礦，提高尾礦品位，造成損失。因此，調整礦漿濃度至適當水平，對于保證磁選作業的效率和產品質量至關重要［5］。

在固液分離階段，浸出后和化學沉淀后的料漿均需通過固相和液相的分離，以適應后續處理步驟的要求。如果濃密池底部的礦漿濃度太低，可能導致后續的過濾機無法有效地將水分與固體顆粒分離，從而降低過濾效率；反之，若濃度過高，則可能出現管道堵塞的問題［6］。

選礦工藝過程中，礦漿濃度是主要控制因素之一。定期測量礦漿濃度，可以有效監督生產過程并確保礦漿濃度始終維持在預設標準范圍內。這種監督對于指導生產工人操作，確保生產流程順暢進行至關重要。

接下來將從傳統檢測與自動在線測量兩個方面詳細介紹檢測方法及相關儀表，并特別聚焦于射線式檢測儀表。然后，提供一些選擇適合檢測儀表的建議。

1.2 傳統檢測方法

選礦廠通常采用人工取樣的方式來測量礦漿濃度，主要依賴于烘干測重法和濃度壺法。這兩種方法直接、準確，因此被廣泛采用。

1.2.1 烘干測重法

烘干測重法的基本原理是，取得礦樣后進行烘干處理，然后稱量烘干后的固體質量，再通過相應的公式計算出礦漿濃度。

烘干法具有操作簡單、結果精度高等優點，缺點是烘干所需時間較長、需要耗費大量人力，并且無法實現在線實時測量。

1.2.2 濃度壺法

利用濃度壺進行礦漿濃度測量的方法稱之為濃度壺法，如圖1所示［7］。濃度壺是選礦廠使用廣泛且精度較高的一種人工間接測定礦漿濃度的簡易工具。

1.3 自動在線式測量

人工采樣頻率通常每小時進行一次，但這種間隔對于生產實時控制來說過長，導致生產數據的及時性不足，同時也易受人為誤差的影響。隨著科技的發展，高效自動在線式礦漿濃度測量儀表逐漸取代了人工測量的方法［11］。

1.3.1 射線法

射線法最初開發被用于醫學診斷和治療，后來被應用于礦漿濃度的在線測量。如圖2所示，其工作原理是放射源釋放射線，在穿過礦漿的過程中，射線強度會有所衰減，通過測量射線強度的變化即可計算出礦漿濃度d：

射線式礦漿濃度測量法具有諸多優點，包括無接觸測量、放射性同位素的原子核半衰期長、維護量較小、精確耐用、能夠進行連續測量而無需中斷礦漿流動。缺點是測量過程需要確保礦漿管道內無氣泡和結垢，否則會導致測量誤差較大；此外，一些射線具有一定的放射性，可能對工人和環境造成危害［12～14］。

1.3.2 超聲波式礦漿濃度檢測法

超聲波式礦漿濃度檢測法是一種基于超聲波特性的檢測方法。如圖3所示，這種檢測方法主要根據超聲波本身具有良好的固體和液體穿透性，測量其在介質中傳播后的聲速、聲衰減或聲阻抗變化，通過精確測量衰減量，即可直接確定礦漿濃度。

超聲波法的優點包括可以無接觸測量礦漿濃度，安裝方便；超聲波對工人健康無害，并且對環境沒有污染。然而，它也存在一些缺點，如對待測礦漿濃度的要求較高，檢測范圍有限，易受內部氣泡和噪聲的影響；此外，超聲波探頭的校準需針對具體礦物類別調整，維護過程較為繁瑣［15，16］。

超聲波式礦漿濃度檢測儀表有插入式和外夾式兩種安裝方式，其中插入式安裝會破壞管道的完整性，外夾式安裝測量精度較低。超聲波濃度計的主機內部預先配置了多種介質的聲速特征參數曲線，這些參數曲線涵蓋不同的溫度條件，設備通過這些曲線來精確計算所需的過程控制參數，從而優化操作效果。超聲波傳感器維護很麻煩，需要定期進行清洗，以防礦物顆粒、沉淀物或油脂等附著在傳感器表面；需定期進行校準和調試，以確保其測量精度和準確性；關鍵零部件（如傳感器、電池等）需定期更換，以確保其正常工作和長期穩定性；需定期記錄和監測使用情況，以便及時發現問題并進行維護保養。

1.3.3 壓差法

壓差法是一種廣泛應用于測量液體濃度的技術。如圖4所示，壓差法通過測量礦漿在固定高度差上的壓差Δp，先計算出礦漿的密度ρ：

壓差法具有一些優點，包括對人體無害、適用于連續測量、操作簡單，同時還可用于測量固液混合物的濃度。然而，它也存在一些缺點：要求所測液體必須均勻混合且不易產生沉淀；由于壓力傳感器直接接觸礦漿，其測量準確性易受流動沖擊干擾，且傳感器易遭受磨損與腐蝕，從而增加了維護的難度和成本［17，18］。

壓差式檢測儀表是基于已知液位的壓力與密度成正比的原理設計而成。目前市場上的壓差式密度計多采用電容式壓力傳感器，這種儀表能夠實現數字化輸出和控制，并支持在線遠程重新校準，適用于流動液體和靜止液體。

1.3.4 光電式檢測法

光電式檢測法的基本原理是由光源發出光，光透過礦漿，一部分被礦漿顆粒吸收而衰減，另一部分被光電探測器接收。通過測量光衰減量，即可通過相應的公式計算出礦漿的濃度［19，20］。光電式檢測法原理［21］如圖5所示。

光電式礦漿濃度檢測法的優點是非接觸的連續測量；結構簡單、節能環保、操作容易。然而，這種方法也存在一些局限性，主要是其透射率高度依賴于顆粒大小，導致光電式傳感器的測量范圍較窄且精度較低，這些限制因素使得光電式檢測法在實際應用中的普及率不高。

光電式礦漿濃度檢測儀表采用臨界角全反射的測量原理，根據介質的不同濃度具有不同的折射率來計算濃度值。該儀表具備自動溫度補償功能，安裝和使用簡便，同時儀表具備自檢功能，保證了高精度、良好的穩定性和重復性。需要注意的是，被測液體必須具有一定的透明度。

2 礦漿濃度檢測儀表的應用建議

以上介紹了自動在線式測量礦漿濃度的方法及儀表設備，每種方法都有其適用的條件和特點，因此選擇時可能會面臨一定困難。基于實際應用經驗，現給出一系列實用的應用建議：

a. 推薦使用基于核子射線檢測法的儀表。該方法是一種非接觸性測量方法，無需接觸礦漿，一般裝夾在礦漿管道兩側就能實現測量，避免了可能造成污染或者干擾的問題。又因其安裝方便、精度高，基于核子射線檢測法的檢測儀表已經非常成熟，在選礦廠已得到廣泛應用。然而，射線式礦漿濃度檢測法也面臨著一些技術、安全和經濟上的挑戰。射線檢測法采用的放射性同位素需要向相關部門申請并獲得批準后方可購買和使用。使用該技術的過程中，必須定期接受監管機構的審查和檢查，以確保安全性和合法性。此外，核子射線檢測使用放射源，在使用過程中需要嚴格遵守輻射安全措施，確保操作人員和環境的安全。

b. 在礦漿特性（如成分）變化顯著、濃度較大、具有腐蝕性、無氣泡夾帶以及承受較高壓力的情況下，推薦使用基于超聲波技術的檢測儀表。這類儀表采用非接觸式測量方式，能夠提供高精度的結果和實時的數據更新。超聲波式礦漿濃度檢測法不適合在密度低、受氣泡影響大的情況下使用，因為它對介質中的氣泡、振動或流動情況非常敏感，無法長時間穩定可靠地測量。

c. 對于測量靜態液體和均勻流體的場合，選用壓差式檢測儀表可以獲得很好的精度。但是該方法測量某些特殊流體時，如黏稠液體或高溫高壓流體，可能會受到流體特性的影響，導致測量結果不穩定。

d. 若礦漿透明度較好，如選礦廠濃縮池溢流等，光電式礦漿濃度檢測法是一種合適的選擇。該技術是非接觸式的，具有高精度、快速響應等優點。但是，該方法受環境光線和溫度的影響較大；在濃度較高或液體渾濁的情況下，光電式檢測儀表的測量結果可能會受顆粒散射和吸收的影響，降低測量精度。

3 射線式礦漿濃度檢測技術

基于以上分析可知，各種礦漿濃度檢測方法都有其獨特的應用場景和優勢，特別是射線式礦漿濃度檢測儀表，因其高精度和非接觸性特點，在實際應用中表現出色。接下來，將詳細介紹基于核子射線檢測法儀表的結構圖、技術特點以及在選礦過程中的具體應用。

3.1 基于射線法的檢測儀表

射線法相比光電法、超聲波法和壓差法更具有現場實用性的優勢，因此許多選礦廠選擇射線式檢測儀表來檢測礦漿濃度。射線式礦漿濃度檢測儀表的量程達到了±（0.1%～1%）的精度。下面將詳細地從放射源、穩定性、環保型等方面介紹射線式礦漿濃度檢測儀表。

射線式檢測儀表根據測量方式分為接觸式與非接觸式。接觸式儀表通常是通過探頭傳感器直接與礦漿接觸來測量其密度、濃度或其他相關參數。相反，非接觸式儀表則不需與礦漿直接接觸，減少了儀器的磨損和腐蝕。

在現有的射線式礦漿濃度檢測儀表中，

銫-137、鈉-22、鈷-60、銥-192等放射源被廣泛應用。這些放射源選擇主要基于它們的穿透能力、半衰期以及是否容易獲得和使用。銫-137的半衰期多達幾十年，使得其在長期使用中非常穩定，不需要頻繁更換放射源。鈉-22能夠發射1.2 MeV的高能γ射線，有良好的穿透能力，鈉-22屬國家豁免級的環保型放射性同位素，對環保的貢獻也是其一大優勢。鈷-60的能量較高，具有優秀的穿透能力，能夠測量非常厚的材料或者大直徑的管道，使得鈷-60在重工業和高密度材料的測量中非常有效。銥-192的主要優勢在于其廣泛的能量范圍，能夠提供高精度的測量結果，雖然其半衰期只有短短幾十天，但這也使其在短期高精度應用中廣泛采用，尤其是在需要頻繁校準和維護的專業測量領域。基于這些放射源的射線式礦漿濃度檢測儀表已經在選礦廠投入使用，每種放射源的選擇都基于具體應用的需求，如測量環境、所需測量精度、經濟成本和環境安全要求。

為了保護生態環境并獲得更持久的穩定性，下面將具體介紹以銫-137和鈉-22為放射源的射線式礦漿濃度檢測儀表。

銫-137非接觸式濃度計是一種非接觸式儀表，能以極高的準確率測量管道里礦漿或者液體的密度、固體百分比濃度。銫-137非接觸式濃度計使用銫-137作為放射源，通過校準穿透待測物的γ射線，精確測量礦漿濃度。優點：以銫-137為放射源，能量大，適用于大管徑的礦漿通道，其半衰期有30年，安裝之后很少需要維護；銫-137非接觸式濃度計屬非接觸式測量，整個儀表不與礦漿接觸，避免了儀表腐蝕。缺點：銫-137非接觸式濃度計使用的放射源需要環保備案，向相關部門申請使用資格，并且每年進行環保檢測，申辦手續麻煩。

鈉-22非接觸式濃度計是銫-137非接觸式濃度計的升級版本，如圖6所示，由一個國家豁免級的環保型鈉-22放射性同位素源、一個高靈敏度的閃爍探測器和儀表主機控制箱組成。主機集成電路采用表面封裝工藝、液晶顯示屏，抗電磁干擾能力增強。與銫-137非接觸式濃度計的安裝方式和大小都不一樣，探測器不能互換。優點：管夾式安裝，采用非接觸式測量，無需改動管道；標定調試過程方便簡單，僅需對液體計數率和液體密度進行校正標定；性能可靠，測量精度高；采用豁免放射源，更加環保。缺點：與銫-137非接觸式濃度計相比，放射源的能量較小，其半衰期只有2～6年［22］。

投入式濃度計由一個環保型同位素源、一個高靈敏度的閃爍探測器和儀表主機控制箱組成，如圖7所示。其原理與鈉-22非接觸式濃度計相同，通過校準穿透待約測物體的γ射線，能夠準確測量待測物體的密度和固體百分比濃度。投入式濃度計測量時需要將探頭投入至礦漿中，進行接觸式測量，采用耐腐蝕、耐磨材料制作，該產品還沒有出現傳統接觸式測量儀表容易被腐蝕的問題。當需要測量礦漿濃度的儀表不具備管道安裝條件時，投入式濃度計是一個很好的方式。

以上3種礦漿濃度檢測儀表應用廣泛、受高壓影響小，工作溫度在-40～75 ℃，安裝方便。結合工人的安裝經驗，該檢測儀表最好是安裝在從下往上的豎直管上，保證檢測時礦漿滿管、沒有氣泡和多余空氣，以保證測量精度。

3.2 現場對比試驗

為了驗證射線式在線測量儀表的優勢，采用鈉-22射線式礦漿濃度檢測儀表與傳統人工測量進行對比試驗，測量對象為選煤的重介質，結果如圖8所示。

考慮到濃度和密度間可通過數學公式轉換，試驗中以密度值代表濃度變化。由圖8所示的檢測對比結果可以看出，射線式儀表測量的數據穩定性顯著高于人工測量，后者的數據波動較大，可能受到操作人員技術水平差異、疲勞和其他主觀因素的影響，從而導致數據的不一致性；其次，射線式測量儀表平均值和人工測量平均值相近，也就是說，盡管在單次測量中射線式檢測儀表和人工測量的結果可能會有所不同，但當數據積累到一定量時，兩種方法的平均結果表現出相似的趨勢。然而，射線設備的數據更接近其平均值，表明其測量結果的精確度和重復性更優。因此，射線式礦漿濃度檢測儀表在數據穩定性和減少人為誤差方面具有明顯優勢，適用于現場持續、自動化的濃度監測。這樣的技術進步對于提高選礦效率和精確度具有重要意義。

為了驗證射線式在線測量儀表的有效性，筆者在廠一采集了射線式濃度計在現場實際運行的數據，并與取樣得到的實際礦漿濃度做了對比，本次試驗共進行了48組，試驗結果如圖9所示，可以看出，真實濃度與測量濃度兩條線數據變化比較接近，整體趨勢基本一致，說明射線式礦漿濃度測量儀表在持續測量狀態下表現出了高穩定性和高精度特性，該儀表已經符合在線自動化測量的要求。

為了進一步說明射線式礦漿濃度測量儀表在不同時間、不同地方及不同礦漿等環境條件下都具有良好的性能，在廠二進行對比試驗。如圖10所示，分4個不同的時間、二區和四區兩個不同地區取樣和測量數據。為了排除測量儀表個體的差異，使用4臺儀表進行檢測，標號為0號、1號、

2號、3號。可以看出，大多數情況下，表顯值和取樣值較為接近，儀表測量結果與實際樣本之間具有良好的一致性。二區整體測量的精確度和穩定性比四區要好，但四區測量結果也很好。4次測量過程雖然有時間間隔，但儀表依然表現出了優秀的穩定性。

4 結束語

礦漿濃度檢測是礦業生產中的關鍵環節之一，對于確保選礦過程的有效性和高效性至關重要。隨著科學技術的不斷發展，礦漿濃度檢測技術也在不斷演進。每種礦漿濃度檢測方法都有其優、缺點和適用范圍，企業需根據應用條件選擇不同的礦漿濃度檢測儀表。目前使用最多的是射線式礦漿濃度檢測儀表，具有非接觸式、精度高等優點。

未來檢測儀表的發展將更多地受到選礦廠現場需求的影響，特別是在采用耐腐蝕和耐高溫的高性能材料以及推動環保技術方面。此外，隨著物聯網和大數據技術的應用，集成這些技術的礦漿濃度測量系統將實現更智能的數據分析和處理，以適應復雜多變的生產條件，提高選礦儀表的適應性和企業經濟效益。

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（收稿日期：2024-08-27，修回日期：2024-10-22）