礦石品位自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊萬(wàn)柱

[摘要]邊界品位是單個(gè)試樣有益組分含量的最低指標(biāo)，據(jù)此劃分礦石和廢石的界限。因此對(duì)礦石品位的檢測(cè)是采礦生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。本文即分析了礦石品位自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

[關(guān)鍵詞]礦石品位 自動(dòng)檢測(cè) 系統(tǒng) 取樣 礦石品位儀

[中圖分類號(hào)] F407.1 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-9-393-1

1系統(tǒng)需要滿足的條件

1.1礦石的組成成分要相對(duì)穩(wěn)定

由于礦石一般由多種成分構(gòu)成，該系統(tǒng)將礦石看作一種特定物質(zhì)進(jìn)行處理，故要求礦石的組成成分要相對(duì)穩(wěn)定。只有這樣，才可以保證重量、體積、品位的數(shù)學(xué)公式的穩(wěn)定。

1.2裝礦車輛

裝礦車輛是軌道車輛且相對(duì)固定，最好為單一車種。為便于該系統(tǒng)的實(shí)施， 礦石體積的有效簡(jiǎn)易測(cè)量，裝礦車輛不要過(guò)于復(fù)雜，否則，系統(tǒng)的建立較為繁瑣。

1.3礦石裝載松散程度

礦石裝載松散程度 （也稱松散系數(shù)）相對(duì)穩(wěn)定。

2礦床中的礦床取樣

2.1鉆探取樣

第一，嚴(yán)格按照標(biāo)巖心取樣規(guī)則，在礦體及其頂?shù)装宓臉悠凡扇÷室哂?0% ，當(dāng)厚礦體巖心采取率低于標(biāo)準(zhǔn)取樣率時(shí)，立即停止取樣；

第二，分段取樣方式是針對(duì)礦體的不同特性取樣困難而言，當(dāng)取樣礦體較厚，礦化均勻，巖心取樣率差異小，可將周圍礦石一起采樣作為樣品，反之如果礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖心取樣率差異大，必須采取連續(xù)分段取樣方式進(jìn)樣品采集。

2.2自然露頭與坑探工程中取樣

自然露頭與坑探工程中取樣的常用取樣方式有：刻槽取樣法、巖體剝層取樣法、巖心打眼取樣法、礦床方格取樣法、礦床揀塊取樣法以及全面取樣法。

3礦石的化學(xué)分析

3.1全分析法

全分析法就是對(duì)礦石中所含的所有成分進(jìn)行全面測(cè)量分析法，全分析法對(duì)于分析結(jié)果要求高，成分比例圖要求達(dá)到完整，樣品在進(jìn)行全分析之前，先進(jìn)行光譜全分析，通過(guò)光譜全分析確定樣品成分組成而后對(duì)其所有元素（除痕跡元素外）進(jìn)行全分析，為此全分析法成本比較高，每一種類型或品級(jí)礦石只能一兩個(gè)，全分析其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在礦床勘察的初期進(jìn)行，對(duì)勘察礦床后期工作有著指導(dǎo)作用。

3.2普通分析

普通分析只是針對(duì)礦石的有用成分或者開發(fā)成分的進(jìn)行分析，其他成分則是忽略，如果其他成分的工業(yè)價(jià)值高，則應(yīng)列入基本分析項(xiàng)目，不同分析是針對(duì)有用元素的分方法，所以運(yùn)用普通分析法必須對(duì)每個(gè)樣品都進(jìn)行系統(tǒng)分析，以確定的有用成分含量、比例。

3.3組合分析

組合分析法是系統(tǒng)分析礦石中有用成、和雜質(zhì)的含量、分布狀況，以便計(jì)算出有用成分的儲(chǔ)量以及雜質(zhì)的比例，組合分析法適用于多元素的礦石分析，其分析可以參照全分析結(jié)果進(jìn)行，組合樣品需要依據(jù)各個(gè)樣品的某一種特性，例如樣品的原始長(zhǎng)度、質(zhì)量等等，但是必須要是礦石類型、品礦石級(jí)以及樣品的原始取樣方法都是一樣的樣品，這樣才能保證組合分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4礦石品位自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1礦石品位儀測(cè)量原理

礦石品位儀主要利用電子對(duì)湮滅效應(yīng)。用高能伽馬射線照射礦石，當(dāng)伽馬射線的能量大于2個(gè)電子的靜止質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量時(shí)，即Eγ>1.022MeV，將會(huì)產(chǎn)生電子對(duì)效應(yīng)，生成正、負(fù)電子對(duì)。電子對(duì)效應(yīng)生成的正電子很不穩(wěn)定，它很快和周圍的其他負(fù)電子產(chǎn)生湮沒(méi)輻射，生成一對(duì)方向相反、能量相等（Eγ=0.511MeV）的伽馬光子。測(cè)定湮沒(méi)輻射的強(qiáng)度就可得到電子對(duì)的產(chǎn)生幾率，其幾率又和礦石中的金屬含量有關(guān)。在礦石厚度足夠厚，礦石密度、粒度基本不變時(shí)，品位計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為：PW=A·X2+B·X+C，式中。PW為礦石品位；A、B、C為系數(shù)；X為電子對(duì)峰計(jì)數(shù)。

4.2MCNP 軟件構(gòu)建幾何模型

首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究目標(biāo)和需要分析的問(wèn)題建立起合理的結(jié)構(gòu)模型，這樣能夠摒棄不必要的外界因素的影響，有針對(duì)性地對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)行優(yōu)化，提高裝置的性能。所謂合理的結(jié)構(gòu)模型，是指既能反映實(shí)驗(yàn)裝置的主要特性，又能避免對(duì)要分析問(wèn)題構(gòu)成干擾的不確定因素的影響。例如，礦石品位儀在測(cè)量過(guò)程中主要的不確定因素影響有：裝置外殼對(duì)伽馬射線的散射作用、皮帶支架對(duì)伽馬射線的散射作用、皮帶運(yùn)行過(guò)程中的震動(dòng)影響，以及溫度引起伽馬探測(cè)器的探測(cè)效率變化和增益改變等。如果建立起簡(jiǎn)易、合理的礦石品位儀模擬裝置，在模擬計(jì)算的過(guò)程中，這些干擾因素都可以排除。在此前提下，利用MCNP軟件，建立了礦石品位儀模擬實(shí)驗(yàn)裝置，如圖所示。

此礦石品位儀簡(jiǎn)易模擬裝置主要由放射源、鉛屏蔽體、物料和伽馬探測(cè)器幾部分組成。伽馬放射源為60Co 和226Ra 兩種，伽馬探測(cè)器為100 mm×100 mm NaI 探測(cè)器。伽馬放射源與探測(cè)器之間用鉛屏蔽體隔開。為了研究伽馬探測(cè)器安裝位置對(duì)電子對(duì)峰的測(cè)量效果影響，本工作選取了 4 個(gè)不同安裝位置比較它們的測(cè)量效果，圖中 1、2、3、4為標(biāo)記的位置。

蒙特卡羅模擬的大致過(guò)程為：MCNP軟件生成隨機(jī)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)已知分布的抽樣，模擬跟蹤伽馬射線在測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)的輸運(yùn)過(guò)程，最后在探測(cè)器區(qū)域記錄模擬的探測(cè)結(jié)果。伽馬輸運(yùn)的路徑大致是：放射源按60Co或226Ra能量分布譜各向同性發(fā)射，其發(fā)射的高能伽馬射線（大于1.02MeV）與物料中的原子發(fā)生電子對(duì)湮滅效應(yīng)，產(chǎn)生0.511MeV的伽馬射線，這種能量的伽馬射線被處于位置1、2、3或4的伽馬探測(cè)器接收，形成電子對(duì)峰。為了避免放射源放射的伽馬射線直接入射到探測(cè)器，被探測(cè)器記錄而對(duì)電子對(duì)峰計(jì)數(shù)形成干擾，放射源右側(cè)放置鉛屏蔽體，用以屏蔽直射入伽馬探測(cè)器的伽馬射線。

參考文獻(xiàn)

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