Na-22濃度計(jì)在冬瓜山銅礦地表充填系統(tǒng)中的應(yīng)用

李煜輝 蔣 威

（銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司冬瓜山銅礦）

冬瓜山銅礦屬于現(xiàn)代化大型礦山，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力429 萬(wàn)t/a，年產(chǎn)銅3.4 萬(wàn)t，日產(chǎn)尾砂量7 800 t，采礦方法為階段空?qǐng)鏊煤笠淮纬涮畈傻V法，日需充填采空區(qū)4 062 m3，其中尾砂（含尾砂膠結(jié)）充填量3 912 m3/d，廢石充填量150 m3/d，日需全尾砂砂漿 4 752 m3/d［1］。在地表充填站配套建設(shè)有6 套井下膠凝材料充填系統(tǒng)，對(duì)尾砂濃度進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量的需求較大。礦山尾砂礦漿具有粒級(jí)細(xì)、黏度大、含硫量高等特點(diǎn)，且對(duì)環(huán)保要求較高，冬瓜山選礦車間難以使用傳統(tǒng)的濃度測(cè)量?jī)x表對(duì)礦漿濃度進(jìn)行測(cè)量。

在2022 年3 月份之前，冬瓜山選礦車間使用的是以Cs-137 為輻射源的檢測(cè)設(shè)備，雖然Cs-137 同位素檢測(cè)儀表的測(cè)量值可以滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝的使用要求，但其存在一些問(wèn)題：①Cs-137 屬于Ⅴ類危險(xiǎn)源，現(xiàn)場(chǎng)使用的輻射源活度為7.4×107Bq，對(duì)環(huán)境和人體具有一定的危害性；②使用Cs-137之前，需要到環(huán)保部門(mén)辦理輻射安全許可證書(shū)，并且在使用過(guò)程中，還需要受到環(huán)保局、公安局相關(guān)部門(mén)的嚴(yán)格監(jiān)管；③Cs-137 對(duì)維護(hù)人員要求比較高，人員必須取得相應(yīng)的輻射安全與防護(hù)培訓(xùn)合格證書(shū)，維護(hù)時(shí)必須穿戴防護(hù)服、輻射檢測(cè)儀等防護(hù)設(shè)備；④針對(duì)相關(guān)報(bào)廢儀器及材料的處理難度較大。經(jīng)過(guò)多方調(diào)研和論證，冬瓜山銅礦選礦車間計(jì)劃將設(shè)備改造為以Na-22為輻射源的檢測(cè)儀表。

1 Na-22同位素濃度計(jì)概述

1.1 檢測(cè)原理

Na-22 濃度計(jì)是由Na-22 放射源產(chǎn)生的γ 射線穿過(guò)被測(cè)介質(zhì)，其中一部分γ 射線被介質(zhì)阻擋吸收，剩余的部分射線被探測(cè)器接收，探測(cè)器接收的γ射線量越多，則表明被測(cè)介質(zhì)的濃度越小，反之亦然。根據(jù)探測(cè)器接收γ射線的衰減程度，智能測(cè)控儀計(jì)算電離輻射通量的變化情況，并以標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA電流信號(hào)輸出至智能儀表或DCS 控制系統(tǒng)，然后智能儀表或DCS 控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出濃度值并做出顯示和信號(hào)輸出［2］。

Na-22濃度計(jì)為非接觸式測(cè)量，對(duì)管道中的漿體和流體密度進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)并以信號(hào)形式輸出，可以有效應(yīng)用于礦山、冶金等行業(yè)的在線濃度檢測(cè)。

1.2 安裝要求

首先在安裝方面，要選擇與儀表所配套的管徑相符的管道。其次管道內(nèi)的被測(cè)介質(zhì)必須始終充滿管道，否則測(cè)量結(jié)果會(huì)有一定的誤差，所以安裝最好是直立或者傾斜管道；如果安裝位置只能是水平管道，那么探測(cè)器一定要安裝固定螺栓來(lái)保持水平，防止水平管道底部有沉積對(duì)密度計(jì)讀數(shù)產(chǎn)生影響；另外，沉積厚度對(duì)測(cè)量結(jié)果存在影響［3］。安裝點(diǎn)應(yīng)該盡量靠近人工取樣點(diǎn)，這樣可以避免在線檢測(cè)的結(jié)果和人工取樣的結(jié)果出現(xiàn)較大誤差，并且安裝點(diǎn)最好選取沒(méi)有震動(dòng)或者震動(dòng)較小的位置，防止因?yàn)檎饎?dòng)導(dǎo)致儀器松動(dòng)無(wú)法測(cè)量。存在多個(gè)濃度計(jì)時(shí)，注意安裝位置應(yīng)當(dāng)有一定的距離，防止互相干擾。

1.3 設(shè)備調(diào)試

濃度計(jì)在安裝完成后，投入使用前需要對(duì)濃度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。同位素濃度計(jì)標(biāo)定的辦法有3種：?jiǎn)我簶?biāo)定法、雙液標(biāo)定法及隨機(jī)標(biāo)定法。其中單液標(biāo)定法和隨機(jī)標(biāo)定法的操作較為方便，但標(biāo)定結(jié)果一般不如雙液標(biāo)定法準(zhǔn)確。雙液標(biāo)定法需要前后使用“零度標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)樣”和“滿度標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)樣”，也就是對(duì)管道內(nèi)充滿水和充滿礦漿的2種情況進(jìn)行分別標(biāo)定，雖然雙液標(biāo)定法操作過(guò)程較為麻煩，但其結(jié)果是最準(zhǔn)確的［4］。因此，冬瓜山銅礦選礦車間優(yōu)先選用雙液標(biāo)定法。

2 Na-22濃度計(jì)應(yīng)用效果

2.1 使用情況

在本次改造中，將冬瓜山選礦車間充填站的所有Cs-137 同位素檢測(cè)濃度儀表全部改造為Na-22 同位素濃度檢測(cè)儀表，投入運(yùn)行一段時(shí)間后，所有Na-22 同位素檢測(cè)濃度儀表都運(yùn)行穩(wěn)定，檢測(cè)數(shù)值也較為準(zhǔn)確。其中在11 月份對(duì)2#倉(cāng)Na-22 同位素檢測(cè)濃度儀表顯示數(shù)據(jù)與化驗(yàn)室實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如圖1所示。

可以看出，2#倉(cāng)Na-22 同位素檢測(cè)濃度儀表檢測(cè)結(jié)果在11月份的檢測(cè)結(jié)果和化驗(yàn)室實(shí)際測(cè)量結(jié)果之間相差不大，與化驗(yàn)室實(shí)際測(cè)量結(jié)果之間的誤差在1個(gè)百分點(diǎn)之內(nèi)，完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝的需求。而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不只是2#倉(cāng)Na-22同位素檢測(cè)濃度儀表使用效果顯著，所有Na-22同位素檢測(cè)濃度儀表都運(yùn)行穩(wěn)定，檢測(cè)數(shù)值也較為準(zhǔn)確。通過(guò)Na-22同位素檢測(cè)濃度儀表檢測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下充填礦漿濃度的實(shí)時(shí)把控，為生產(chǎn)連續(xù)性運(yùn)行提供了可靠的依據(jù)，這對(duì)冬瓜山銅礦的井下充填工作提供了很大的幫助。

2.2 Na-22濃度計(jì)的優(yōu)勢(shì)

相較于Cs-137 檢測(cè)儀表，Na-22 檢測(cè)儀表有著明顯的優(yōu)勢(shì)。首先Na-22 屬于Ⅴ類以下可豁免控制的放射源，現(xiàn)場(chǎng)使用的輻射源活度為9×105Bq，對(duì)人體無(wú)傷害，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，滿足國(guó)標(biāo)《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)—電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》；其次，中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部2018年《放射性同位素與射線裝置豁免備案證明文件（第四批）的公告》中公告的活動(dòng)或活動(dòng)中的射線裝置、放射源或者非密封放射性物質(zhì)，其豁免備案證明文書(shū)在全國(guó)有效，可不再逐一辦理豁免備案證明文件［5］。所以使用Na-22 同位素儀表不需要取得環(huán)保部門(mén)的環(huán)評(píng)許可證書(shū)，無(wú)需辦理輻射安全許可證書(shū)，而且在后期的使用過(guò)程中無(wú)需受到環(huán)保局、公安局相關(guān)部門(mén)的嚴(yán)格監(jiān)管，也不需要安裝強(qiáng)制性的與公安監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)。并且Na-22對(duì)維護(hù)人員要求較低，使用單位無(wú)需設(shè)置專門(mén)的維護(hù)組織，相關(guān)維護(hù)人員也無(wú)需取得相應(yīng)的輻射安全與防護(hù)培訓(xùn)合格證書(shū)。此外Na-22同位素儀表按普通儀表處理，不會(huì)上升到法律層面。

2.3 經(jīng)濟(jì)成本

相較于之前的Cs-137 同位素檢測(cè)儀表，Na-22同位素儀表在單價(jià)上要貴一些，但Na-22同位素儀表屬于國(guó)家豁免管理的儀器儀表，使用該儀表，無(wú)需辦理相關(guān)的輻射合格證書(shū)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控防丟系統(tǒng)，也無(wú)需建立專門(mén)的庫(kù)房來(lái)放置輻射源；并且使用單位在使用Cs-137 同位素檢測(cè)儀表時(shí)，需要建立相應(yīng)的人員維護(hù)班子，維護(hù)人員在上崗前需要進(jìn)行培訓(xùn)，在取得相應(yīng)的安全資格證書(shū)后才可上崗工作，另外使用單位還需組織維護(hù)人員定期進(jìn)行體檢，而使用Na-22同位素儀表就可以避免這些方面的花費(fèi)。綜上所述，雖然Na-22 同位素儀表在單價(jià)上要貴于Cs-137同位素檢測(cè)儀表，但是其后續(xù)的綜合開(kāi)銷明顯要小于前者，可以為企業(yè)節(jié)約成本。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）Na-22濃度計(jì)在冬瓜山銅礦選礦車間已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行將近1 a，精度能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝的需求，對(duì)優(yōu)化充填效果、提高效率、降低生產(chǎn)成本起到了重要作用。

（2）Na-22 濃度計(jì)在投入使用后，工人們的身體健康得到了更進(jìn)一步的保護(hù)，也進(jìn)一步降低了對(duì)周圍環(huán)境的污染，為將冬瓜山銅礦打造為綠色礦山做出一份貢獻(xiàn)。

（3）隨著礦山智能化的逐漸推廣和生產(chǎn)安全要求的提高，Na-22在線檢測(cè)濃度計(jì)的使用可以有效解決生產(chǎn)中礦漿難以在線檢測(cè)的難題，更好地實(shí)現(xiàn)礦山智能化建設(shè)。