PGNAA技術檢測鐵礦漿品位試驗*

龔亞林 趙 龍,2 宋青鋒 張 偉 尚慶敏 王立東

(1.丹東東方測控技術股份有限公司；2.吉林大學物理學院)

瞬發伽瑪中子活化分析技術(PGNAA)是一種快速、無接觸的多元素分析技術。PGNAA技術從上世紀70年代開始應用于工業在線檢測領域，經過40多年不斷革新，技術日趨完善，目前已經廣泛應用于水泥、冶金、煤炭等在線檢測領域[1-3]。

目前礦漿品位在線檢測技術主要有透射式與反射式檢測技術兩類。反射檢測主要利用紅外線、激光、X熒光等檢測技術，屬于表面測量技術；透射式檢測主要利用雙能量礦漿檢測技術和中子活化檢測技術。紅外線、激光反射檢測技術受環境因素干擾較大，目前在礦漿工業現場尚未得到廣泛應用。X熒光反射檢測技術憑借較高的檢測精度，在有色金屬領域應用較多[4-6]，但無法檢測輕質元素，在一定程度上限制了其應用。雙能量礦漿檢測技術采用Cs-137和Am-241兩種不同能量的伽瑪射線源檢測礦漿的平均原子序數[7-9]，對于內含單一重質元素的礦漿品位具有較高的檢測精度，但容易受礦漿中其他重質元素的干擾。

PGNAA技術采用透射測量方式，由于中子和伽瑪射線具有極強的穿透特性， PGNAA技術不僅可以檢測鐵、Ti、 Cu、Ni等重質元素，也可同時檢測Ca、Si、Al、K、Na、Mg、S、Cl、P等輕質元素，應用范圍更廣。PGNAA技術可對礦漿進行全元素檢測，不會受礦漿中其他元素的干擾[10-15]。采用PGNAA技術對鐵礦漿進行鐵品位檢測試驗，以期得到較理想的檢測效果。

1 蒙特卡洛模擬仿真

蒙特卡洛模擬仿真試驗采用Cf-252自發裂變中子源和5英寸NaI閃爍體探測器，裝置示意見圖1。

1—半徑2.5 cm的聚乙烯圓柱；2—被測礦漿；3—厚1 cm的聚乙烯圓桶；4—中子源；5—伽瑪探測器

鐵礦漿主要成分為水、鐵氧化物、二氧化硅，而水對中子具有非常強的吸收作用，水本身就是常用的中子屏蔽材料，因此鐵礦漿中含水量要控制在一定范圍內，否則將會嚴重降低礦漿中的熱中子通量，大大降低系統檢測精度。

通過蒙特卡羅仿真軟件可以仿真計算出聚乙烯圓筒的最佳半徑。在鐵礦漿濃度20%、品位65%的條件下，改變聚乙烯圓桶半徑仿真礦漿的特征伽瑪能譜，統計鐵峰計數隨圓桶半徑變化數據，結果見圖2。

從圖2可以看到，當聚乙烯圓桶半徑為8 cm時，鐵峰計數達到最大。

2 檢測試驗

2.1 標準試驗

采用圖3所示系統結構的PGNAA分析儀對鐵礦漿進行品位檢測。通過循環泵、礦漿緩沖槽實現動態循環檢測，避免鐵礦漿沉淀，保證檢測精度。

圖3 試驗系統組成示意

標定鐵礦漿樣品采用工業鐵氧化物粉末配制，共配制了8種不同品位的鐵礦漿樣品，Fe、Ti、SiO2品位標定曲線分別見圖4、圖6和圖8。改變每種試驗樣品的濃度，檢驗礦漿濃度變化對檢測結果的影響程度，Fe、Ti、SiO2檢測品位與理論品位值對照曲線分別見圖5、圖7和圖9。

圖4 Fe品位標定曲線

從圖4～圖9中可以看出，Fe、Ti、SiO2的品位標定曲線線性擬合度R2均超過了0.99，說明應用PGNAA分析儀對標準鐵礦漿樣品中的Fe、Ti、SiO2品位檢測具有較高的檢測精度；當標準樣品濃度變化后，PGNAA分析儀的檢測結果未發生較大偏差，檢測結果依舊在理論值附近波動，說明PGNAA分析儀的檢測結果不受標準礦漿濃度變化影響。

圖5 Fe品位對照趨勢曲線■—檢測品位;●—理論品位

圖6 Ti品位標定曲線

圖7 Ti品位對照趨勢曲線■—檢測品位;●—理論品位

圖8 SiO2品位標定曲線

2.2 驗證試驗

以國內某選礦廠鐵精礦和鐵尾礦為基樣配制了5種品位的鐵礦漿樣品，每種樣品設置3種不同濃度進行PGNAA分析儀鐵品位檢測試驗。試驗鐵品位標定曲線見圖10，趨勢對照曲線見圖11。

圖9 SiO2品位對照趨勢曲線■—檢測品位;●—理論品位

圖10 Fe品位標定曲線

圖11 Fe品位對照趨勢曲線■—檢測品位;●—理論品位

從圖10、圖11可以看出，鐵品位的標定曲線線性擬合度R2達到了0.993，說明PGNAA分析儀檢測實際鐵礦漿的鐵品位具有極高的檢測精度；鐵礦漿濃度變化后，PGNAA分析儀的檢測值與理論值依舊吻合，說明PGNAA分析儀檢測實際鐵礦漿時不受礦漿濃度變化影響。

3 結 論

PGNAA分析儀不僅對鐵氧化物配制的標準鐵礦漿樣品品位的檢測具有較高的精度，對實際選廠鐵礦漿鐵品位檢測的效果較為理想，因此可將PGNAA技術應用于鐵礦漿品位檢測，且能同時檢測輕、重元素含量，不受其他元素干擾。