在線X 熒光分析儀在銅鎳礦選廠的應用

樊曉鵬，孟航曄，湛金

（青海黃河礦業有限責任公司，格爾木市 816000）

在線X 熒光分析儀是選礦生產過程中關鍵的自動化檢測裝置，可直接在線分析礦漿，快速給出分析結果，可參與、指導生產過程的自動化控制；可有效提高勞動生產率、改善選礦過程的技術經濟指標。自從1968 年芬蘭奧托昆普公司研發出第一臺載流式X 熒光分析儀之后，多年來各國結合選礦生產過程的需求研制了多種功能的在線品位檢測儀器，開發了濾光技術、自動校正技術等。目前，在線X 熒光分析儀在銅礦、鉛鋅礦、鉬礦、鐵礦等領域都得到了廣泛應用，但是在銅、鎳礦低品位元素檢測時波動較大，尤其是鎳礦選礦過程中選用在線X 熒光分析儀的成功案例較少。

1 在線X熒光分析儀的優勢

（1）檢測實時性

國內傳統的X 熒光分析儀絕大多數都是“離線"的實驗室分析儀，極個別的應用到現場的也是“旁線"式的儀表，須經過取樣、烘干、篩分、研磨、制樣等一系列繁雜的樣品前處理過程，幾個小時之后才能得到分析結果，數據結果有很大的滯后性。在線X 熒光分析儀1 ～3 分鐘即可完成品位檢測工作。

（2）檢測可靠性

部分儀器采用常溫半導體探測器(SDD)，在常溫下具有與液氮下硅鋰漂移半導體探測器相同的能量分辨率，避開了進口多元素分析儀中的硅鋰漂移半導體探測器必須的液氮制冷裝置，大大降低了現場的維護強度，保障了操作人員的安全性，增強了長期運行穩定性。

（3）數據代表性強

設計有合理的取樣裝置，如重力自流取樣器、壓力取樣器、縮分取樣站、配置取樣器等。取樣池內礦漿的流動性較好，測量結果較準確反映了礦漿的真實情況。

（4）不同元素之間互不干擾

研制了新穎的核電子技術、核能譜分析技術等，能夠對多種元素受激發后產生的復雜能譜進行全面分析處理，消除了不同元素之間的相互干擾。

（5）操作便捷

工作狀態穩定，分析準確度高，可靠性強，操作簡單，維護方便，軟件界面人性化。

2 在線X熒光分析儀在銅、鎳礦的應用

（1）金川高锍磨浮車間

金川集團2013 年選用的某X 熒光在線多元素分析儀，應用于金川高锍磨浮銅鎳分選工藝中。該分析儀是根據莫塞萊定律，利用能量色散的方法，并采用新型的核電子技術和多種核分析技術，通過分析物料中各種元素被激發出的特征x 射線的能量和強度，進而分析被測量物質中的元素種類和含量。分析儀對生產過程中的銅、鎳品位同時監測。經過1年的使用證明，設備穩定運行，浮選品位的測量精度誤差在0.5%～1.0%的范圍內。通過在線品位分析儀對品位變化的實時監測，起到了指導現場生產、及時穩定工藝的作用。

（2）某銅鎳礦選礦廠浮選車間

OSA100 在線X 熒光分析儀(XRF)是一種快速、無損、多元素同時測定的分析儀器，應用于某銅鎳礦選礦廠進行在線實時監測精礦和尾礦兩組流道中的銅、鎳品位，可實現對選礦廠工藝生產過程的實時監測控制。該分析儀采用集中取樣分析系統，對選廠礦漿過程流的監控分析由光譜儀系統來完成，監測流道樣由一次截留取樣器至多路切換流器進行切換供給，完整地實現了從一次取樣到礦漿品位數據信息的發布。

精礦中鎳品位絕對誤差小于0.233（偏差率2.8%），銅品位絕對誤差小于0.292（偏差率7.9%）；尾礦中鎳品位絕對誤差小于0.0141（偏差率4.2%），銅品位絕對誤差小于0.0135（偏差率5.4%）。OSA100 在線品位分析儀應用于鎳銅浮選流程，可明顯提高生產現場的實時監測水平，指導選礦廠控制和優化選礦指標，但隨著礦漿中元素品位的降低檢測偏差逐漸偏大。

（3）安慶某銅礦選礦廠浮選車間

ZPF 一Ⅲ型在線品位分析儀是針對低品位銅礦低含量元素的測定儀器，該分析儀主要由取樣裝置、探頭和主機三大部分組成。儀器在應用過程中，針對各種飄移采用總體自搜集校正技術，用建立數學模型時的穩定標樣計數值與儀器長期運行過程中當前的標樣計數值相比，再用此比例系數對原始的模型系數進行修正，用修正后的模型對當前的被測樣品進行最終的品位計算，從而大大減少了調試工作量，提高了測量分析精度。原礦Fe 含量在30%～45%之間，而Cu含量僅為0.6%，Fe 的Ku 峰后坡會覆蓋整個Cu 的Ka 峰，這樣取Cu 道極為困難，而且使Cu 道計數很不穩定，根據需要在x 熒光的接收光路上加上一塊特殊的濾光片，提高信號鑒別能力，使相鄰元素及低含量元素的測量分析得以實現，擴大了儀器的使用范圍。

新型儀器經反復研究和試驗后，在原礦檢測點連續運行3 個多月，對低含量銅的分析精度表現出良好的穩定性。銅品位絕對誤差小于0.051（偏差率5.7%）。儀器測量值與實際化驗值較吻合，儀器在線檢測的品位值對生產操作具有指導意義。

（4）德興銅礦泗洲選礦廠

國產BOXA 型在線品位分析系統主要由一次取樣器、礦漿多路分配器、測量主機探頭、操作盤、遠程監視等組成。2012 年德興銅礦泗洲選礦廠引進兩套載流X 熒光品位分析儀系統，該分析儀系統是國產化后首次應用性運行。

2013 年4 月27 日開始分別對一期原礦、一期粗精礦、一期一段尾礦、一期二段尾礦取樣，一期累計取樣524 個，二期累計取樣494 個。截止到2015 年8 月份，一期、二期熒光分析儀系統總體運行良好，平均合格率62.2%。分析儀班報表與化驗班報表數據兩者并不存在線性關系，熒光分析儀的功能是指導浮選生產操作，雖然在線檢測精度不太高，但可作為化驗班報表的定性非定量的參考數據。

（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 光管與半導體探測器相結合的測量結構，主控單元集成度較高。其技術架構與分析原理是:X 光管與半導體探測器組成測量單元，由X 光管激發的X 射線照射到需要測量的礦漿表面，同時半導體探測器接收礦漿中待測元素被激發出的X 特征熒光；主控單元接收處理半導體探測器上傳的數據信號，通過串口通訊將所測元素計數率發送給工控機上位軟件；最終上位軟件調用Matlab 數學分析工具同時采用BP 神經網絡進行數據的建模分析并得出品位數值。

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場工業試驗結果表明，儀器檢測精度與運行穩定性等均體現出較好的效果，各項參數均達到了設計要求。精礦銅品位測量精度控制在2 ～3%，達到了實時在線監測浮選效果的目的，為優化選礦全流程自動化控制提供了更可靠的技術支撐。

3 在線檢測偏差原因分析

雖然在線X 熒光分析儀在設計和技術方面做了大量的優化工作，但在不同礦石類型、浮選環境中，檢測精度和穩定性仍有很大變化。尤其是在線X 熒光分析儀長期應用于低品位銅、鎳礦浮選礦漿時仍會出現與化驗值偏差較大的問題，在黏性礦漿環境中尤為突出。主要歸集于以下影響因素：

（1）礦石性質、礦漿濃度、細度等因素發生變化；

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

（3）進入檢測區的待檢礦漿攪拌不均勻，出現礦漿品位分層現象，樣品代表性隨之有所差異；

（4）在線檢測儀器的探頭維護不及時；

（5）工作環境溫度影響測量能譜的長期穩定性；

（6）統計分析的偏差校正系數不精準；

（7）在線檢測樣品和化驗樣品取樣時間、時機不能完全吻合，這種非同步的取樣也會顯示出一定偏差；

（8）在線檢測是瞬時檢測值，而化驗值是針對混合一個班的樣品檢測值，這種情況下會受各個時間點的樣品差異導致兩種檢測值的偏差。

4 結論

礦漿中低品位元素的在線檢測一直是選礦行業的研究重點與技術難點，其測量精度的實時在線反饋直接影響了選礦工藝流程自動化控制的效果。目前，在線X 熒光分析儀在銅礦、鉛鋅礦、鉬礦、鐵礦等領域都得到了廣泛應用，但因各種因素影響，致使其在低品位銅、鎳礦領域應用的成功案例較少。即便有的銅、鎳礦浮選車間配有在線X 熒光分析儀，但檢測精度不穩定，有時偏差較大，如何解決低品位銅、鎳礦在線檢測精度將成為今后研究的重點方向。因此，開發出一套實用性強、精度高、安全性好、性價比高的在線品位分析系統是選礦行業迫切需要的。