多流道 X 熒光分析儀在選礦廠的應用

張亞萍，常玉春

金徽礦業(yè)股份有限公司 甘肅隴南 742300

選 礦的復雜性導致金屬回收率和精礦品位控制 難度大，如何實時顯示選礦過程中金屬品位的過程數(shù)據(jù)，為操作人員配置選礦藥劑提供依據(jù)，提高選礦回收率，逐漸建立和完善藥劑添加量和金屬回收率的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)選礦過程自動化控制，降低人為操作的主觀性影響，減少化驗室采樣制樣化驗工序，降低勞動強度和藥劑成本。

自 20 世紀 60 年代以來，國內外對于在線 X 熒光分析儀在金屬品位實時分析應用中的不斷研究和實踐，制造出 X 熒光分析儀并應用于生產(chǎn)。國外的先進代表是芬蘭奧圖泰的 Courier 系列產(chǎn)品，北京礦冶研究總院 (以下簡稱“北礦院”) 在 863 科技計劃期間生產(chǎn)出了中國第一臺 X 熒光分析儀。

X 熒光分析儀在技術改進中不斷地升級換代，從單機單流道到單機多流道，實現(xiàn)了設備能耗和成本最優(yōu)化。單機多流道 X 熒光分析儀通過一套 X 熒光探測裝置，對多個金屬品位進行分時流水測量，最多可以同時測量 20 多種金屬元素，且誤差在 10% 之內，實現(xiàn)了對選礦生產(chǎn)指標數(shù)據(jù)的實時采集判斷。

1 X 熒光分析儀的工作原理

X 熒光分析儀是基于 X 熒光能量色散分析法制造出來的實時過程分析儀器，工作原理示意如圖 1 所示。

圖1 能量色散型 X 熒光分析儀原理示意

利用電壓 (30～50 kV) 激發(fā)出的 X 熒光射線照射被測礦漿樣品，因不同金屬元素的原子具有不同的電子分布層，金屬原子被 X 熒光射線激發(fā)后，光子的能量轉移給接觸的電子，電子被擊飛，原子處于不穩(wěn)定的狀態(tài) (10～12 s)，其外層電子補充內層電子空穴，使原子恢復穩(wěn)態(tài)。電子在層間躍遷恢復原子穩(wěn)定狀態(tài)的過程中會發(fā)射 X 特征譜線，元素周期表中的每一種元素對應一種特征的輻射能量，即特征波長，基于這一原理，各種元素可相互分辨出來。通過測定每一種元素的獨特 X 熒光射線特征譜線強度，獲得與礦樣中元素含量成正比的 X 特征譜線，將測量的 X 特征譜線轉換成數(shù)字形式進行分析計算，得出該樣品所含元素及其品位。

X 特征譜線是由布拉格發(fā)現(xiàn)并經(jīng)由莫塞萊系統(tǒng)化，特征譜線頻率與原子序數(shù)之間存在線性關系，根據(jù)該原理研究出了不同的 X 熒光分析儀。

2 結構組成及工作原理

單機多流道 X 熒光分析儀主要由 3 個部分組成：一次取樣器、多路采樣器系統(tǒng)、PLC 電氣控制系統(tǒng)。

(1) 一次取樣器把不同工藝流程的礦樣傳送給單機多流道 X 熒光分析儀。一次取樣器工作過程：主箱體串聯(lián)接入工藝管道，取樣管側口插入管中順流完成取樣，可以通過遠程控制氣動閥門開關控制取樣。北礦院配置的一次采樣器結構如圖 2 所示。

圖2 一次采樣器結構示意

(2) 多路采樣器系統(tǒng)是單機多流道 X 熒光分析儀實現(xiàn)多流道測量的核心部分，有 2 種方式。第一種是固定 X 熒光探測裝置，以芬蘭奧圖泰和北礦院的 X 熒光分析儀為代表，固定 X 熒光探測裝置，把不同流道的礦漿分時送入專一測量室。以原精尾三流道結構為例說明，如圖 3 所示。一次取樣器把原精尾礦漿送到測量位置，這些礦漿流入一次取樣礦漿匯集箱，氣動驅動裝置將每根礦漿管的待測礦漿推入一次取樣礦漿匯集箱內，然后進入專用的測量室進行測量。測量完成后，氣動驅動裝置釋放氣壓，礦漿退回測量礦漿收集箱，同時沖洗測量室，不同品位礦漿按照時間順序循環(huán)測量，實現(xiàn)多流道金屬元素品位測量。

圖3 固定測量探頭原精尾三流道測量結構

固定 X 熒光探測裝置的特點是：X 熒光探頭固定安裝；測量室共用；多流道 X 熒光分析儀核心檢測部分體積較??；與單流道 X 熒光分析儀比較，總體體積不需要增加太多。

第二種是移動 X 熒光探測裝置，以東方測控 X 熒光分析儀為代表。移動 X 熒光探測裝置分別設立獨立礦漿管與測量槽，測量探頭定時定點送入不同的礦漿槽進行檢測，移動測量探頭三流道測量結構如圖 4 所示。測量探頭在水平軌道上移動，限位開關定位不同礦漿檢測流槽位置，通過壓縮空氣升降機控制探測器升降進入礦漿測量，水平移動、上下升降，按照時間控制順序循環(huán)工作，實現(xiàn)多流道測量。

圖4 移動測量探頭原精尾三流道測量結構示意

移動 X 熒光探測裝置的特點是礦漿流道穩(wěn)定而不互相干擾。缺點是探頭需要配置水平和上下移動驅動裝置和定位系統(tǒng)，電氣控制復雜，多個不同流道的測量槽體積龐大，移動探頭容易產(chǎn)生振動。

(3) PLC 電氣控制系統(tǒng)包括 X 熒光探頭檢測、管路沖洗閥門、流道切換控制、數(shù)據(jù)顯示和上傳系統(tǒng)，完成檢測過程的整體運行控制。X 熒光分析儀通電后，X 熒光檢測系統(tǒng)通過高電壓激發(fā)處于待檢測狀態(tài)，一次取樣器進行多流道礦漿采集，X 熒光探頭通過時序控制程序完成流道定時測量、延時檢測和不同流道之間的順序轉換，由 RS485/232 串口通信上傳，實現(xiàn)就地顯示和遠程主控室顯示。

3 分析儀標定

X 熒光分析儀通過測量不同元素的 X 特征譜線來分析元素的成分，根據(jù) X 特征譜線射線的強度測量對應元素的含量，用質量分數(shù)、粒度、礦石品位、氧化程度等進行標定，建立強度和品位對應關系公式。

標定常用的方法是最小二乘法的系數(shù)待定回歸計算法，通過實際化驗不同礦樣數(shù)據(jù)，按照真值對待，最少采樣 30 個，盡可能散開較大的數(shù)值跨度。由分析儀按照程序內設的計算過程對數(shù)據(jù)進行回歸統(tǒng)計分析，確定相應的公式系數(shù)和經(jīng)驗公式，得到對應的曲線；在實際使用中操作人員要根據(jù)礦石性質的變化進行標定和公式修正，盡可能減小誤差。

筆者以某鉛鋅選礦廠六流道 X 熒光分析儀為例，對鉛精礦分析標定結果進行分析，實時記錄分析儀測量顯示值和相應滴定化驗值，并進行數(shù)據(jù)對比分析，如表 1 所列。化驗值與測量值對比如圖 5 所示，化驗值、測量值與標定公式曲線嚙合如圖 6 所示，數(shù)據(jù)誤差控制在允許范圍內，可作為實時指導生產(chǎn)的依據(jù)。

圖5 金徵礦業(yè) A 班鉛精礦分析儀測量值與化驗值對比

圖6 化驗值、測量值與標定公式曲線嚙合

表1 某班鉛精礦分析儀測量值和化驗值對比 %

4 X 熒光分析儀誤差原因分析

(1) 礦石性質、質量分數(shù)、粒度等參數(shù)的波動變化，使得每一個分析儀檢測瞬時礦樣與化驗數(shù)據(jù)不完全相符，在線是瞬時檢測，化驗室是混合平均樣數(shù)值，瞬時值和平均值存在誤差。

(2) 檢測槽內礦漿不均勻，有分層和黏結現(xiàn)象，代表性存在差異。

(3) 回歸分析法公式的待定系數(shù)存在偏差，趨勢線是一個經(jīng)驗公式的推理結論，不是完全的計算公式。

(4) 標定過程中的礦樣小于測量過程的礦樣范圍，在趨勢線左右外側的數(shù)是根據(jù)公式計算得來，并沒有參與標定，所以在標定數(shù)值外側范圍的數(shù)據(jù)需要小于 30% 的標定礦樣最大值和最小值，才有統(tǒng)計意義和相對準確性。

5 結語

多流道 X 熒光分析儀的使用可以提供選礦工藝實時數(shù)據(jù)，能夠按照趨勢指導生產(chǎn)，是選礦指標穩(wěn)定控制和提高的“眼睛”，是現(xiàn)代選礦企業(yè)生產(chǎn)中重要的檢測儀器。□