Na-22濃度計在冬瓜山銅礦地表充填系統中的應用

李煜輝 蔣 威

（銅陵有色金屬集團股份有限公司冬瓜山銅礦）

冬瓜山銅礦屬于現代化大型礦山，設計生產能力429 萬t/a，年產銅3.4 萬t，日產尾砂量7 800 t，采礦方法為階段空場嗣后一次充填采礦法，日需充填采空區4 062 m3，其中尾砂（含尾砂膠結）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有6 套井下膠凝材料充填系統，對尾砂濃度進行精準測量的需求較大。礦山尾砂礦漿具有粒級細、黏度大、含硫量高等特點，且對環保要求較高，冬瓜山選礦車間難以使用傳統的濃度測量儀表對礦漿濃度進行測量。

在2022 年3 月份之前，冬瓜山選礦車間使用的是以Cs-137 為輻射源的檢測設備，雖然Cs-137 同位素檢測儀表的測量值可以滿足現場生產工藝的使用要求，但其存在一些問題：①Cs-137 屬于Ⅴ類危險源，現場使用的輻射源活度為7.4×107Bq，對環境和人體具有一定的危害性；②使用Cs-137之前，需要到環保部門辦理輻射安全許可證書，并且在使用過程中，還需要受到環保局、公安局相關部門的嚴格監管；③Cs-137 對維護人員要求比較高，人員必須取得相應的輻射安全與防護培訓合格證書，維護時必須穿戴防護服、輻射檢測儀等防護設備；④針對相關報廢儀器及材料的處理難度較大。經過多方調研和論證，冬瓜山銅礦選礦車間計劃將設備改造為以Na-22為輻射源的檢測儀表。

1 Na-22同位素濃度計概述

1.1 檢測原理

Na-22 濃度計是由Na-22 放射源產生的γ 射線穿過被測介質，其中一部分γ 射線被介質阻擋吸收，剩余的部分射線被探測器接收，探測器接收的γ射線量越多，則表明被測介質的濃度越小，反之亦然。根據探測器接收γ射線的衰減程度，智能測控儀計算電離輻射通量的變化情況，并以標準的4～20 mA電流信號輸出至智能儀表或DCS 控制系統，然后智能儀表或DCS 控制系統會根據相應的數學模型計算出濃度值并做出顯示和信號輸出［2］。

Na-22濃度計為非接觸式測量，對管道中的漿體和流體密度進行連續檢測并以信號形式輸出，可以有效應用于礦山、冶金等行業的在線濃度檢測。

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。其次管道內的被測介質必須始終充滿管道，否則測量結果會有一定的誤差，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，那么探測器一定要安裝固定螺栓來保持水平，防止水平管道底部有沉積對密度計讀數產生影響；另外，沉積厚度對測量結果存在影響［3］。安裝點應該盡量靠近人工取樣點，這樣可以避免在線檢測的結果和人工取樣的結果出現較大誤差，并且安裝點最好選取沒有震動或者震動較小的位置，防止因為震動導致儀器松動無法測量。存在多個濃度計時，注意安裝位置應當有一定的距離，防止互相干擾。

1.3 設備調試

濃度計在安裝完成后，投入使用前需要對濃度計進行標定。同位素濃度計標定的辦法有3種：單液標定法、雙液標定法及隨機標定法。其中單液標定法和隨機標定法的操作較為方便，但標定結果一般不如雙液標定法準確。雙液標定法需要前后使用“零度標準標樣”和“滿度標準標樣”，也就是對管道內充滿水和充滿礦漿的2種情況進行分別標定，雖然雙液標定法操作過程較為麻煩，但其結果是最準確的［4］。因此，冬瓜山銅礦選礦車間優先選用雙液標定法。

2 Na-22濃度計應用效果

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 同位素檢測濃度儀表全部改造為Na-22 同位素濃度檢測儀表，投入運行一段時間后，所有Na-22 同位素檢測濃度儀表都運行穩定，檢測數值也較為準確。其中在11 月份對2#倉Na-22 同位素檢測濃度儀表顯示數據與化驗室實際測量數據進行對比，其結果如圖1所示。

可以看出，2#倉Na-22 同位素檢測濃度儀表檢測結果在11月份的檢測結果和化驗室實際測量結果之間相差不大，與化驗室實際測量結果之間的誤差在1個百分點之內，完全可以滿足現場生產工藝的需求。而在實際生產過程中，不只是2#倉Na-22同位素檢測濃度儀表使用效果顯著，所有Na-22同位素檢測濃度儀表都運行穩定，檢測數值也較為準確。通過Na-22同位素檢測濃度儀表檢測的實時數據，可以實現對井下充填礦漿濃度的實時把控，為生產連續性運行提供了可靠的依據，這對冬瓜山銅礦的井下充填工作提供了很大的幫助。

2.2 Na-22濃度計的優勢

相較于Cs-137 檢測儀表，Na-22 檢測儀表有著明顯的優勢。首先Na-22 屬于Ⅴ類以下可豁免控制的放射源，現場使用的輻射源活度為9×105Bq，對人體無傷害，對環境無污染，滿足國標《中華人民共和國國家標準—電離輻射防護與輻射源安全基本標準》；其次，中華人民共和國生態環境部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》中公告的活動或活動中的射線裝置、放射源或者非密封放射性物質，其豁免備案證明文書在全國有效，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保部門的環評許可證書，無需辦理輻射安全許可證書，而且在后期的使用過程中無需受到環保局、公安局相關部門的嚴格監管，也不需要安裝強制性的與公安監控網絡聯網的監控系統。并且Na-22對維護人員要求較低，使用單位無需設置專門的維護組織，相關維護人員也無需取得相應的輻射安全與防護培訓合格證書。此外Na-22同位素儀表按普通儀表處理，不會上升到法律層面。

2.3 經濟成本

相較于之前的Cs-137 同位素檢測儀表，Na-22同位素儀表在單價上要貴一些，但Na-22同位素儀表屬于國家豁免管理的儀器儀表，使用該儀表，無需辦理相關的輻射合格證書和現場監控防丟系統，也無需建立專門的庫房來放置輻射源；并且使用單位在使用Cs-137 同位素檢測儀表時，需要建立相應的人員維護班子，維護人員在上崗前需要進行培訓，在取得相應的安全資格證書后才可上崗工作，另外使用單位還需組織維護人員定期進行體檢，而使用Na-22同位素儀表就可以避免這些方面的花費。綜上所述，雖然Na-22 同位素儀表在單價上要貴于Cs-137同位素檢測儀表，但是其后續的綜合開銷明顯要小于前者，可以為企業節約成本。

3 結語

（1）Na-22濃度計在冬瓜山銅礦選礦車間已經連續運行將近1 a，精度能夠滿足現場工藝的需求，對優化充填效果、提高效率、降低生產成本起到了重要作用。

（2）Na-22 濃度計在投入使用后，工人們的身體健康得到了更進一步的保護，也進一步降低了對周圍環境的污染，為將冬瓜山銅礦打造為綠色礦山做出一份貢獻。

（3）隨著礦山智能化的逐漸推廣和生產安全要求的提高，Na-22在線檢測濃度計的使用可以有效解決生產中礦漿難以在線檢測的難題，更好地實現礦山智能化建設。