1、 開(kāi)發(fā)應(yīng)用現(xiàn)代選礦過(guò)程在線品位分析儀的研究進(jìn)展曾云南( 中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院 選礦工程及自動(dòng)化所, 安徽 馬鞍山 243004) 摘 要 在線品位分析儀是礦物加工連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)裝置之一。本文重點(diǎn)介紹現(xiàn)代選礦過(guò)程中所采用的幾種不同類型品位在線分析儀之測(cè)量原理、儀器組成及其特點(diǎn), 特別對(duì)品位分析儀的應(yīng)用及其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行介紹。 關(guān)鍵詞 選礦自動(dòng)化; 測(cè)控儀表; 品位分析儀; 進(jìn)展 中圖分類號(hào) TD178 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1003- 8884( 2008) 05- 0012- 04ResearchAdvanceof OnlineGrade Analyzerfor

2、ModernMineral ProcessingZENG Yun nan( Mineral Processing and Automation Department, Institute of Maanshan Mining Research, SINOSTEEL Co. Maanshan 243004, China)Abstract: Online grade analyzer is one of the automatic detecting devices for key parameters during continuous production in mineral process

3、ing. The article focuses on the measurement principle, instrument composition and characteristics of several different kinds of online grade analyzer used in modern mineral proces ing, as well as special introduction to the application of grade analyzer and its economic benefits.Key words: mineral p

4、rocessing automation; measure and control instrument ; grade analyzer; advance位分析儀與在線粒度分析儀一樣被稱為選礦廠的 眼睛!, 在線品位分析儀可以實(shí)時(shí)連續(xù)地同時(shí)測(cè)量出礦漿中的金屬含量( 品位) 和礦漿濃度兩個(gè)參數(shù)。作為品位自動(dòng)在線檢測(cè)并參與工業(yè)流程自動(dòng)控制的有力工具, 它為研究工藝過(guò)程操作條件變化后對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、原材料消耗的影響, 以及通過(guò)對(duì)工藝過(guò)程的自動(dòng)控制, 并使過(guò)程最佳化, 從而達(dá)到提高回收率、降低原材料消耗等提供了有效手段。 目前, 國(guó)內(nèi)選礦生產(chǎn)過(guò)程中采用的在線( 載流) 品位分析儀主要有兩種不同的分

5、析方法: 一是以芬蘭奧托昆普( OUTOKUMPU) 的庫(kù)里厄系列( Courier 產(chǎn)品) 為代表的載流品位分析儀, 基本屬于波長(zhǎng)色散X 射線熒光分析( WDXRF) ; 另一種是以中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院的 WDPF 型( 早期產(chǎn)品是ZPF 型) 為代表的在線品位分析儀, 屬于能量色散X 射線熒光分析( EDXRF) 。其它類似的產(chǎn)品有西北礦冶研究院研制的 BYF100- 型載流X 射線熒光分析儀、成都理 0概述我國(guó)的選礦工業(yè)是傳統(tǒng)基礎(chǔ)工業(yè), 已具備相當(dāng)規(guī)模, 從業(yè)人員眾多。突出的問(wèn)題是能耗高, 效率低, 自動(dòng)化水平低, 勞動(dòng)強(qiáng)度大, 選礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)低, 而且隨礦石性質(zhì)及操作條件的變化很

6、不穩(wěn)定。選礦廠依靠人工操作很難使生產(chǎn)維持在最優(yōu)狀態(tài)。 解決這些問(wèn)題的重要途徑之一是開(kāi)發(fā)研究選礦工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)、裝備、儀器儀表, 實(shí)現(xiàn)選礦工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。 選礦產(chǎn)品的質(zhì)量與選礦生產(chǎn)工藝流程中的三大 參數(shù) 粒度、濃度、品位間有著直接關(guān)系。在線品 收稿日期 2008- 07- 20 作者簡(jiǎn)介 曾云南( 1952- ) , 男, 安徽宣城市人, 教授級(jí)高級(jí)工程師, 大學(xué)本科, 主要從事選礦自動(dòng)化及其測(cè)控儀器儀表的研發(fā)工作, 現(xiàn)任中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院選礦工程及自 動(dòng)化所主任工程師.12有色設(shè)備 2008( 5) 開(kāi)發(fā)應(yīng)用工大學(xué)皮帶式鐵精礦含量系統(tǒng)、丹東東方測(cè)控生產(chǎn) 的在線鐵元素分析儀等

7、。 1Courier 系列載流品位分析儀 1礦漿載流X 熒光分析系統(tǒng)是應(yīng)用X 射線熒光分析的原理, 使用X 射線管為激發(fā)源, X 射線照射到被測(cè)樣品時(shí)發(fā)射出X 熒光射線, 在元素周期表中每一種元素對(duì)應(yīng)一種特征的輻射能量即特征波長(zhǎng), 基于這一原理, 各種元素可相互分辨出來(lái), 通過(guò)確定每一元素的單獨(dú)熒光射線強(qiáng)度, 可獲得與礦樣中元素 含量成正比的信號(hào), 再將所測(cè)量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式, 并應(yīng)用于分析計(jì)算, 最終得出樣品所含元素及其品位。 1 1Courier 3SL 品位分析儀Courier 3SL 分析儀使用高分辨率波長(zhǎng)色散分析技術(shù), 探頭采用的分光晶體是分析儀的核心部件, 它是奧托昆普的專利產(chǎn)

8、品。 1 1 1 Courier 3SL 品位分析儀工作原理Courier 3SL 品位分析儀工作原理如圖 1 所示。礦流經(jīng)一次、二次取樣設(shè)備取樣縮分后, 形成的標(biāo)準(zhǔn)礦樣通過(guò)樣品室, 樣品室具有特定的幾何形狀, 能使礦漿在樣品室中形成湍流, 保證被X 射線照射的薄層礦漿具有代表性, X 射線照在礦漿樣品上產(chǎn)生的X 熒光經(jīng)晶體分光計(jì)后, 可分出所測(cè)元素的熒光, 探頭將射線能量轉(zhuǎn)換成電脈沖, 由前置放大器將信號(hào)放大后送脈沖處理器進(jìn)行整形、放大、計(jì)數(shù), 最后將數(shù)據(jù)交處理器處理, 結(jié)果由顯示器顯示出來(lái)。 圖 2 Courier 3SL 系統(tǒng)配置示意圖Fig. 2 Schematic of Courie

9、r 3SL System configuration( 3) 分析儀探頭PRS, 包括帶有電源的低功率X 射線管, 探測(cè)器和相關(guān)的信號(hào)處理電子設(shè)備, 用于控制和計(jì)算的處理器, 在參比樣和樣品測(cè)量位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭的機(jī)械機(jī)構(gòu), 安全和保護(hù)聯(lián)鎖傳感器及相關(guān)電子設(shè)備, 樣品盒, 冷卻裝置。 ( 4) 標(biāo)定/ 組合式取樣器 CSA, 用于收集標(biāo)定和合成的樣品。 ( 5) 探頭控制裝置PCS, 擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)組件的連接和外部連接的紐帶, 并作為分析儀當(dāng)?shù)赜脩舻慕涌? 包括用于控制的微處理器, 樣品處理設(shè)備和分析儀探頭的電源, 用于電纜連接系統(tǒng)組件的連接端子, 帶有控制開(kāi)關(guān)、指示燈和ASCII 顯示器的用戶接口

10、。 ( 6) 分析儀管理站。 1 1 3Courier 3SL 系統(tǒng)功能Courier 3SL 采用礦流多路輸入二次取樣器, 因此一臺(tái)分析儀探頭能夠檢測(cè)三個(gè)過(guò)程樣品礦流, 江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠渣選二期分別在原礦、 精礦及尾礦三個(gè)點(diǎn)安裝了一次取樣器, 生產(chǎn)時(shí)二次取樣器受主機(jī)控制, 按預(yù)定測(cè)量順序在不同時(shí)間分別將以上三個(gè)點(diǎn)一次取樣器中送來(lái)的礦樣分別送人取樣槽進(jìn)入樣品室進(jìn)行測(cè)量。每次測(cè)量按放礦、測(cè)量、排 空、沖洗幾個(gè)步驟, 保證不同礦樣互不干擾。二次取樣在SSM 中完成, SSM 的用途是取一種一次樣品進(jìn)行測(cè)量, 盡可能排除來(lái)自樣品的空氣, 并使穩(wěn)定的礦流通過(guò)測(cè)量盒。當(dāng) SSM 給礦槽注滿、礦

11、流穩(wěn)定地通過(guò)測(cè)量盒時(shí)測(cè)量準(zhǔn)備開(kāi)始, 液位由液位傳感器監(jiān)視。測(cè)定完成后, 給礦槽排礦并自動(dòng)噴水沖洗, 給礦槽注入、排礦和沖洗可用參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)榭啥嗦份斎? 一臺(tái)分析儀可對(duì)三個(gè)礦流進(jìn)行品位監(jiān)測(cè), 這樣可大大減少投資。 13圖 1 Courier 3SL 原理框圖Fig. 1 Block diagram of Courier 3SL principle1 1 2 Courier 3SL 系統(tǒng)配置Courier 3SL 系統(tǒng)組成如圖 2 所示。Courier 3SL 系統(tǒng)主要由以下部件組成。( 1) 一次取樣設(shè)備。 ( 2) 二次取樣、樣品縮分組件 SSM。 有色設(shè)備 2008( 5) 開(kāi)發(fā)應(yīng)用該

12、分析儀檢測(cè)元素從鈣到鈾( 原子序數(shù) 20 92) ?？赏瑫r(shí)檢測(cè)來(lái)自樣品中高達(dá) 12 種元素, 并根據(jù)不同礦物類型的數(shù)學(xué)模型計(jì)算分析值。對(duì)于礦漿樣品中的主要元素使用WDXRF( 波長(zhǎng)色散) 測(cè)量道, 檢測(cè)下限為30 60( ppm) , 對(duì)于次要元素使用 EDXF( 能量色散) 測(cè)量道, 檢測(cè)下限為 30 500( ppm) 。Courier 3SL 可對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行打印或顯示屏顯示, 可對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 打印瞬時(shí)報(bào)表、班報(bào)及月報(bào)等。1 2新型 Courier 6SL 品位分析儀奧托昆普公司在Courier 30 的基礎(chǔ)上, 研制開(kāi)發(fā)出測(cè)量 24 個(gè)樣品的Courier 6SL 型載流X 熒

13、光分析儀( 見(jiàn)圖 3) 。它是以 6 個(gè)分析樣品為基本單元的二次取樣器, 稱為取樣多路器。Courier 6SL 最多可配制4 個(gè)多路器。Courier 6SL 不但具有波長(zhǎng)色散X 射線熒光分析功能, 還具有能量色散X 射線熒光分析的功能, 而且在X 射線熒光的激發(fā)強(qiáng)度上有較大的提高。 結(jié)構(gòu)上較 Courier 30XP 分析儀有較多改進(jìn), 而取樣多路器的取樣可控性是其一大特色。 1 3 應(yīng)用情況 2凡口鉛鋅礦在 20 世紀(jì) 90 年代中期使用了 2 臺(tái)引進(jìn)的Courier 30 型分析儀, 椐應(yīng)用資料報(bào)道, 鉛的回收率分別提高了 0 40% 、0 03% 、0 42% , 多回收金屬鉛 28

14、0 88 t; 鋅的回收率分別提高了 0 48% 、0 57% 、0 51% , 多回收金屬鋅 1330 44 t。 德興銅礦大山選廠使用 4 臺(tái)Courier 30 型分析儀, 通過(guò)應(yīng)用分析, 找到了在熒光強(qiáng)度各區(qū)間分別建立數(shù)學(xué)模型的好辦法, 完善了Courier 30 載流X 熒光分析儀的數(shù)學(xué)模型, 成功實(shí)現(xiàn)根據(jù)原礦品位的變化、多模型自動(dòng)切換功能。特別是探尋了測(cè)量低品位尾礦( 含量在 0 007% 以內(nèi)) 的回歸方程, 從而提高了分析儀的測(cè)量精度, 為浮選系統(tǒng)的優(yōu)化控制提供了較準(zhǔn)確的作業(yè)指標(biāo)數(shù)據(jù); 并取得了浮選回收率提高1 54% 、精礦品位提高 1 1% 的好成績(jī)。 永平銅礦引進(jìn)的分析儀

15、只有探頭部分, 自行開(kāi)發(fā)了優(yōu)于進(jìn)口AOP 分析儀系統(tǒng)的YPF2000 軟件包, 并解決了用 1 臺(tái)引進(jìn)分析儀探頭承擔(dān) 2 臺(tái)同類儀器分析任務(wù)的技術(shù)難題, 將分析儀流道由 5 個(gè)擴(kuò)充至10 個(gè), 實(shí)現(xiàn)了分析儀的部分國(guó)產(chǎn)化。該系統(tǒng)在永平銅礦選礦廠投運(yùn)后, 其銅精礦回收率提高 2% 3%, 節(jié)省藥劑消耗 5% 左右。 20 多年來(lái), 我國(guó)先后有十多家礦山引進(jìn)使用了 20 多臺(tái)( 套) 庫(kù)里厄 !分析儀, 為提高我國(guó)的選礦自動(dòng)化水平發(fā)揮了重要作用, 也為消化、吸收、研究、開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)化的同類儀器提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。表 1匯總了國(guó)內(nèi)使用 Courier !分析儀的情況。 圖 3 Courier 6SL 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

16、圖Fig. 3 Diagram of Courier 6SL system structureCourier 6SL 分析儀樣品盒膜片更換工作全部自動(dòng)進(jìn)行, 不必人工干預(yù)。Courier 6SL 分析儀在探頭表 1 國(guó)內(nèi) Courier! 分析儀使用情況匯總Table 1Collecting ofCourier family! analyzer# s service condition in domestic用 戶 年份型號(hào)數(shù)量礦流數(shù)分析元素 鳳凰山銅礦凡口鉛鋅礦 德興銅礦泗洲選廠德興銅礦大山選廠凡口鉛鋅礦 德興銅礦大山選廠永平銅礦 株洲冶煉廠 鞍鋼調(diào)軍臺(tái)選廠 黃梅嶺磷肥集團(tuán) 19801985

17、19861989199019911992199319941995Courier300 Courier30 Courier30 Courier30 Courier30 Courier30 Courier30 Courier30 Courier30APCourier40AP113113116128( 15)5155515553612( 8)Cu, Fe, Mo, Zn Fe, Pb, ZnCu, Mo, Fe Cu, Mo, Fe Fe, Pb, Zn, Ag Cu, Mo, Fe Cu, FeZn, Cu, Cd Fe磷灰石、黃鐵礦等14有色設(shè)備 2008( 5) 開(kāi)發(fā)應(yīng)用( 續(xù)表)用 戶 年份

18、型號(hào)數(shù)量礦流數(shù)分析元素 貴溪冶煉廠選廠贊比希銅礦 金川有色金屬公司冬瓜山銅礦 會(huì)澤鉛鋅礦鞍山大弧山 200020012002200320042004Courier3SL Courier30AP Courier6SL Courier6SL Courier6SLCourier6SL11111131212241812Cu 等Cu 等 Fe, Pb, Zn Fe( 未完待續(xù))新型鐵基超導(dǎo)體線材研制成功 月 15 日張貼在 arXiv. org 網(wǎng)站( arXiv : 0806. 2451) , 即將由 Su percond. Sci. Technol.%雜志以 Rapid Communication!

19、 形式發(fā)表。2008 年 2 月, 日本東京工業(yè)大學(xué)細(xì)野秀雄教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組報(bào)道了鐵基材料 La( O1 xFx) FeAs 超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)26 K。這一發(fā)現(xiàn)立刻引發(fā)了人們對(duì)這一超導(dǎo)體系的強(qiáng)烈關(guān)注。美國(guó) 科學(xué)% 雜志認(rèn)為, 新的鐵基超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)是高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)域的一個(gè)重大進(jìn)展, 新型鐵基超導(dǎo)材料必將激發(fā)物理和材料學(xué)界新一輪的高溫超導(dǎo)研究熱潮。很快我國(guó)科學(xué)家在這一領(lǐng)域取得了國(guó)際同行矚目的一系列重要貢獻(xiàn)。 新型鐵基超導(dǎo)體線材研制成功后, 于 2008 年 4 月 23 日張貼在 arXiv. org 網(wǎng)站( arXiv: 0804. 3738) 上, 受到國(guó)際同行的廣泛關(guān)注。研制工作得到了國(guó)

20、家科技部 863 和 973 項(xiàng)目、國(guó) 家自然科學(xué)基金委和中科院的大力支持。 中科院電工所應(yīng)用超導(dǎo)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馬衍偉研究小組采用傳統(tǒng)的粉末裝管方法( Powder in tube) , 首次成功研制出轉(zhuǎn)變溫度達(dá) 25K 的鐵基鑭氧鐵砷( La( O1 xFx ) FeAs) 線材。這是世界上第一個(gè)將鐵基新超導(dǎo)材料加工成超導(dǎo)線材的工作, 對(duì)于強(qiáng)電應(yīng)用具有重要意義。該項(xiàng)工作在申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利之后, 最近已發(fā)表在國(guó)際超導(dǎo)研究領(lǐng)域的主流雜志 超導(dǎo)科技% 上( Supercond. Sci. T echnol. 21, 105024 ( 2008) ) 。 新型鐵基超導(dǎo)體線材的研制成功, 為新型鐵基超導(dǎo)材

21、料的應(yīng)用發(fā)展開(kāi)辟了新道路。在此基礎(chǔ)上, 通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化工藝條件, 馬衍偉研究小組與物理所聞?；⑿〗M合作, 又制備出轉(zhuǎn)變溫度高達(dá) 52 K 的釤氧鐵砷( Sm( O1 xFx) FeAs) 線材, 其上臨界場(chǎng)Hc2(T = 0) 高達(dá)120T , 進(jìn)一步顯示出鐵基新超導(dǎo)材 料在高場(chǎng)磁體中具有廣闊的應(yīng)用前景。該工作于 2008 年 615有色設(shè)備 2008( 5)歡迎訂閱 2009 年現(xiàn)代礦業(yè)%雜志 經(jīng)國(guó)家新聞出版 和科技部批準(zhǔn), 礦業(yè)快報(bào)% 雜志獲準(zhǔn)更名為 現(xiàn)代礦業(yè)%, 從 2009 年第 1 期起正式以新刊名發(fā)刊。更名后的現(xiàn)代礦業(yè)% 仍為 , 主管單位和主辦單位是中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院。 現(xiàn)代礦業(yè)% 的辦刊宗