在線X 熒光分析儀在銅鎳礦選廠的應(yīng)用

樊曉鵬，孟航曄，湛金

（青海黃河礦業(yè)有限責(zé)任公司，格爾木市 816000）

在線X 熒光分析儀是選礦生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵的自動(dòng)化檢測(cè)裝置，可直接在線分析礦漿，快速給出分析結(jié)果，可參與、指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制；可有效提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善選礦過(guò)程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。自從1968 年芬蘭奧托昆普公司研發(fā)出第一臺(tái)載流式X 熒光分析儀之后，多年來(lái)各國(guó)結(jié)合選礦生產(chǎn)過(guò)程的需求研制了多種功能的在線品位檢測(cè)儀器，開(kāi)發(fā)了濾光技術(shù)、自動(dòng)校正技術(shù)等。目前，在線X 熒光分析儀在銅礦、鉛鋅礦、鉬礦、鐵礦等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，但是在銅、鎳礦低品位元素檢測(cè)時(shí)波動(dòng)較大，尤其是鎳礦選礦過(guò)程中選用在線X 熒光分析儀的成功案例較少。

1 在線X熒光分析儀的優(yōu)勢(shì)

（1）檢測(cè)實(shí)時(shí)性

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的X 熒光分析儀絕大多數(shù)都是“離線"的實(shí)驗(yàn)室分析儀，極個(gè)別的應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)的也是“旁線"式的儀表，須經(jīng)過(guò)取樣、烘干、篩分、研磨、制樣等一系列繁雜的樣品前處理過(guò)程，幾個(gè)小時(shí)之后才能得到分析結(jié)果，數(shù)據(jù)結(jié)果有很大的滯后性。在線X 熒光分析儀1 ～3 分鐘即可完成品位檢測(cè)工作。

（2）檢測(cè)可靠性

部分儀器采用常溫半導(dǎo)體探測(cè)器(SDD)，在常溫下具有與液氮下硅鋰漂移半導(dǎo)體探測(cè)器相同的能量分辨率，避開(kāi)了進(jìn)口多元素分析儀中的硅鋰漂移半導(dǎo)體探測(cè)器必須的液氮制冷裝置，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)強(qiáng)度，保障了操作人員的安全性，增強(qiáng)了長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性。

（3）數(shù)據(jù)代表性強(qiáng)

設(shè)計(jì)有合理的取樣裝置，如重力自流取樣器、壓力取樣器、縮分取樣站、配置取樣器等。取樣池內(nèi)礦漿的流動(dòng)性較好，測(cè)量結(jié)果較準(zhǔn)確反映了礦漿的真實(shí)情況。

（4）不同元素之間互不干擾

研制了新穎的核電子技術(shù)、核能譜分析技術(shù)等，能夠?qū)Χ喾N元素受激發(fā)后產(chǎn)生的復(fù)雜能譜進(jìn)行全面分析處理，消除了不同元素之間的相互干擾。

（5）操作便捷

工作狀態(tài)穩(wěn)定，分析準(zhǔn)確度高，可靠性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，軟件界面人性化。

2 在線X熒光分析儀在銅、鎳礦的應(yīng)用

（1）金川高锍磨浮車(chē)間

金川集團(tuán)2013 年選用的某X 熒光在線多元素分析儀，應(yīng)用于金川高锍磨浮銅鎳分選工藝中。該分析儀是根據(jù)莫塞萊定律，利用能量色散的方法，并采用新型的核電子技術(shù)和多種核分析技術(shù)，通過(guò)分析物料中各種元素被激發(fā)出的特征x 射線的能量和強(qiáng)度，進(jìn)而分析被測(cè)量物質(zhì)中的元素種類(lèi)和含量。分析儀對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的銅、鎳品位同時(shí)監(jiān)測(cè)。經(jīng)過(guò)1年的使用證明，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，浮選品位的測(cè)量精度誤差在0.5%～1.0%的范圍內(nèi)。通過(guò)在線品位分析儀對(duì)品位變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，起到了指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、及時(shí)穩(wěn)定工藝的作用。

（2）某銅鎳礦選礦廠浮選車(chē)間

OSA100 在線X 熒光分析儀(XRF)是一種快速、無(wú)損、多元素同時(shí)測(cè)定的分析儀器，應(yīng)用于某銅鎳礦選礦廠進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)精礦和尾礦兩組流道中的銅、鎳品位，可實(shí)現(xiàn)對(duì)選礦廠工藝生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制。該分析儀采用集中取樣分析系統(tǒng)，對(duì)選廠礦漿過(guò)程流的監(jiān)控分析由光譜儀系統(tǒng)來(lái)完成，監(jiān)測(cè)流道樣由一次截留取樣器至多路切換流器進(jìn)行切換供給，完整地實(shí)現(xiàn)了從一次取樣到礦漿品位數(shù)據(jù)信息的發(fā)布。

精礦中鎳品位絕對(duì)誤差小于0.233（偏差率2.8%），銅品位絕對(duì)誤差小于0.292（偏差率7.9%）；尾礦中鎳品位絕對(duì)誤差小于0.0141（偏差率4.2%），銅品位絕對(duì)誤差小于0.0135（偏差率5.4%）。OSA100 在線品位分析儀應(yīng)用于鎳銅浮選流程，可明顯提高生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水平，指導(dǎo)選礦廠控制和優(yōu)化選礦指標(biāo)，但隨著礦漿中元素品位的降低檢測(cè)偏差逐漸偏大。

（3）安慶某銅礦選礦廠浮選車(chē)間

ZPF 一Ⅲ型在線品位分析儀是針對(duì)低品位銅礦低含量元素的測(cè)定儀器，該分析儀主要由取樣裝置、探頭和主機(jī)三大部分組成。儀器在應(yīng)用過(guò)程中，針對(duì)各種飄移采用總體自搜集校正技術(shù)，用建立數(shù)學(xué)模型時(shí)的穩(wěn)定標(biāo)樣計(jì)數(shù)值與儀器長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)前的標(biāo)樣計(jì)數(shù)值相比，再用此比例系數(shù)對(duì)原始的模型系數(shù)進(jìn)行修正，用修正后的模型對(duì)當(dāng)前的被測(cè)樣品進(jìn)行最終的品位計(jì)算，從而大大減少了調(diào)試工作量，提高了測(cè)量分析精度。原礦Fe 含量在30%～45%之間，而Cu含量?jī)H為0.6%，F(xiàn)e 的Ku 峰后坡會(huì)覆蓋整個(gè)Cu 的Ka 峰，這樣取Cu 道極為困難，而且使Cu 道計(jì)數(shù)很不穩(wěn)定，根據(jù)需要在x 熒光的接收光路上加上一塊特殊的濾光片，提高信號(hào)鑒別能力，使相鄰元素及低含量元素的測(cè)量分析得以實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)大了儀器的使用范圍。

新型儀器經(jīng)反復(fù)研究和試驗(yàn)后，在原礦檢測(cè)點(diǎn)連續(xù)運(yùn)行3 個(gè)多月，對(duì)低含量銅的分析精度表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。銅品位絕對(duì)誤差小于0.051（偏差率5.7%）。儀器測(cè)量值與實(shí)際化驗(yàn)值較吻合，儀器在線檢測(cè)的品位值對(duì)生產(chǎn)操作具有指導(dǎo)意義。

（4）德興銅礦泗洲選礦廠

國(guó)產(chǎn)BOXA 型在線品位分析系統(tǒng)主要由一次取樣器、礦漿多路分配器、測(cè)量主機(jī)探頭、操作盤(pán)、遠(yuǎn)程監(jiān)視等組成。2012 年德興銅礦泗洲選礦廠引進(jìn)兩套載流X 熒光品位分析儀系統(tǒng)，該分析儀系統(tǒng)是國(guó)產(chǎn)化后首次應(yīng)用性運(yùn)行。

2013 年4 月27 日開(kāi)始分別對(duì)一期原礦、一期粗精礦、一期一段尾礦、一期二段尾礦取樣，一期累計(jì)取樣524 個(gè)，二期累計(jì)取樣494 個(gè)。截止到2015 年8 月份，一期、二期熒光分析儀系統(tǒng)總體運(yùn)行良好，平均合格率62.2%。分析儀班報(bào)表與化驗(yàn)班報(bào)表數(shù)據(jù)兩者并不存在線性關(guān)系，熒光分析儀的功能是指導(dǎo)浮選生產(chǎn)操作，雖然在線檢測(cè)精度不太高，但可作為化驗(yàn)班報(bào)表的定性非定量的參考數(shù)據(jù)。

（5）紹興某銅選礦廠

該新型X 熒光在線品位分析儀基于STM32F407 控制芯片，采用X 光管與半導(dǎo)體探測(cè)器相結(jié)合的測(cè)量結(jié)構(gòu)，主控單元集成度較高。其技術(shù)架構(gòu)與分析原理是:X 光管與半導(dǎo)體探測(cè)器組成測(cè)量單元，由X 光管激發(fā)的X 射線照射到需要測(cè)量的礦漿表面，同時(shí)半導(dǎo)體探測(cè)器接收礦漿中待測(cè)元素被激發(fā)出的X 特征熒光；主控單元接收處理半導(dǎo)體探測(cè)器上傳的數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)串口通訊將所測(cè)元素計(jì)數(shù)率發(fā)送給工控機(jī)上位軟件；最終上位軟件調(diào)用Matlab 數(shù)學(xué)分析工具同時(shí)采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的建模分析并得出品位數(shù)值。

2019 年3 月，該新型X 熒光在線品位分析儀在紹興某銅選礦廠現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明，儀器檢測(cè)精度與運(yùn)行穩(wěn)定性等均體現(xiàn)出較好的效果，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。精礦銅品位測(cè)量精度控制在2 ～3%，達(dá)到了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)浮選效果的目的，為優(yōu)化選礦全流程自動(dòng)化控制提供了更可靠的技術(shù)支撐。

3 在線檢測(cè)偏差原因分析

雖然在線X 熒光分析儀在設(shè)計(jì)和技術(shù)方面做了大量的優(yōu)化工作，但在不同礦石類(lèi)型、浮選環(huán)境中，檢測(cè)精度和穩(wěn)定性仍有很大變化。尤其是在線X 熒光分析儀長(zhǎng)期應(yīng)用于低品位銅、鎳礦浮選礦漿時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)與化驗(yàn)值偏差較大的問(wèn)題，在黏性礦漿環(huán)境中尤為突出。主要?dú)w集于以下影響因素：

（1）礦石性質(zhì)、礦漿濃度、細(xì)度等因素發(fā)生變化；

（2）鎳礦浮選時(shí)因綠泥石、滑石等脈石礦物泥化現(xiàn)象，導(dǎo)致礦漿黏度較大，礦粒分散性差；

（3）進(jìn)入檢測(cè)區(qū)的待檢礦漿攪拌不均勻，出現(xiàn)礦漿品位分層現(xiàn)象，樣品代表性隨之有所差異；

（4）在線檢測(cè)儀器的探頭維護(hù)不及時(shí)；

（5）工作環(huán)境溫度影響測(cè)量能譜的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；

（6）統(tǒng)計(jì)分析的偏差校正系數(shù)不精準(zhǔn)；

（7）在線檢測(cè)樣品和化驗(yàn)樣品取樣時(shí)間、時(shí)機(jī)不能完全吻合，這種非同步的取樣也會(huì)顯示出一定偏差；

（8）在線檢測(cè)是瞬時(shí)檢測(cè)值，而化驗(yàn)值是針對(duì)混合一個(gè)班的樣品檢測(cè)值，這種情況下會(huì)受各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的樣品差異導(dǎo)致兩種檢測(cè)值的偏差。

4 結(jié)論

礦漿中低品位元素的在線檢測(cè)一直是選礦行業(yè)的研究重點(diǎn)與技術(shù)難點(diǎn)，其測(cè)量精度的實(shí)時(shí)在線反饋直接影響了選礦工藝流程自動(dòng)化控制的效果。目前，在線X 熒光分析儀在銅礦、鉛鋅礦、鉬礦、鐵礦等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，但因各種因素影響，致使其在低品位銅、鎳礦領(lǐng)域應(yīng)用的成功案例較少。即便有的銅、鎳礦浮選車(chē)間配有在線X 熒光分析儀，但檢測(cè)精度不穩(wěn)定，有時(shí)偏差較大，如何解決低品位銅、鎳礦在線檢測(cè)精度將成為今后研究的重點(diǎn)方向。因此，開(kāi)發(fā)出一套實(shí)用性強(qiáng)、精度高、安全性好、性價(jià)比高的在線品位分析系統(tǒng)是選礦行業(yè)迫切需要的。