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(shù)的X射線礦石分選機已研發(fā)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(fā)X射線礦石預(yù)選設(shè)備，X射線定量分析設(shè)備具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：正交試驗;X射線礦石分選;XRF技術(shù);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(yù)選，將無用脈石及低品位礦石篩除，此設(shè)備對與提高資源利用率，減少環(huán)境污染，減少尾礦危害，降低企業(yè)綜合成本有著重要的意義。

但X射線礦石預(yù)選設(shè)備目前在國內(nèi)無成熟的應(yīng)用案例，尚處在試驗、研發(fā)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(shè)備一些關(guān)鍵參數(shù)，以提高試驗效率，減少試驗成本。

正交試驗法是以統(tǒng)計數(shù)學(xué)和概率論為基礎(chǔ)，科學(xué)安排試驗方案，得到可靠試驗結(jié)果的方法，它利用規(guī)格化的正交表格進行試驗，以經(jīng)濟效益為出發(fā)點進行數(shù)據(jù)分析，得到科學(xué)可靠的試驗數(shù)據(jù)。由于礦石分選試驗中所需的礦石數(shù)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(shè)計試驗，可實現(xiàn)最少的試驗次數(shù)、最佳的試驗效果。

2 試驗因素分析

影響X射線預(yù)選設(shè)備分選效果的因素很多，包括設(shè)備的機械常數(shù)、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(shè)備自身控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，部分非調(diào)節(jié)關(guān)鍵的參數(shù)需要由試驗確定最佳區(qū)間。

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

采用正交法安排模擬試驗，以銅（Cu）元素礦石作為目標(biāo)分析元素，根據(jù)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(huán)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(chǎn)生的小于20mm礦石標(biāo)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(jié)果及分析

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

由統(tǒng)計學(xué)分析方法可知，極差越大，對指標(biāo)數(shù)據(jù)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(yōu)的控制方案為：管壓45KV，檢測距離4cm，礦石粒度40-60mm。

實際設(shè)備應(yīng)用中，若考慮到檢測樣品的區(qū)別，應(yīng)將檢測距離，管壓、粒度等因素進行可調(diào)的設(shè)計，如改變進篩分設(shè)備，將探測器做微調(diào)結(jié)構(gòu)的機械設(shè)計，將管流參數(shù)作為高壓發(fā)生器的控制參數(shù)等。

不同元素對應(yīng)的檢測因素各不相同，進行不同元素的設(shè)備設(shè)計，需從應(yīng)用場合實際出發(fā)，調(diào)節(jié)最優(yōu)的工藝參數(shù)及設(shè)備參數(shù)。

5 結(jié)語

本文應(yīng)用正交試驗方法設(shè)計了正交試驗，在試驗室內(nèi)搭建簡易的試驗環(huán)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(shù)據(jù)輸出。

試驗分析設(shè)備設(shè)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(shù)為：管壓45KV，檢測距離4cm，礦石粒度40-60mm。

參考文獻：

[1]楊明太.X射線熒光光譜儀的現(xiàn)狀[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2006（06）：1025-1029.

[2]徐巍.X熒光能譜分析儀中譜線處理方法的研究[D].吉林大學(xué)，2010.

[3]童曉民，王楠.熔片X射線熒光光譜法測定錫礦石中八種重金屬元素[J].分析實驗室，2016，35（01）：97-101.

[4]Mikael Thyrel，Robert Aulin，Torbj?rn A.Lestander.A method for differentiating between exogenous and naturally embedded ash in bio-based feedstock by combining ED-XRF and NIR spectroscopy[J].Biomass and Bioenergy，2019：122.

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(chǎn)制造系統(tǒng)建模、優(yōu)化與調(diào)度。