1、 金屬礦山Ser ies N o. 403 January 2010總 第 403期2010年第 1期METAL M INE 機電與自動化#WDPF- 微機多點多道品位在線分析系統(tǒng)的研究與應用馮祿平1陳勇亮1曾云南1趙本琪2王衛(wèi)明2坤1張( 11 中鋼集團馬鞍山礦山研究院; 21 蘇州市小茅山銅鉛鋅礦 )摘 要 介紹了一套獨立自主研制的, 基于能量色散 X 射線熒光分析方法 ( EDXRF ) 的礦漿品位在線分析系統(tǒng), 該分析系統(tǒng)能對礦漿品位進行實時快速在線檢測。經(jīng)過蘇州小茅山銅鉛鋅礦的現(xiàn)場實際應用, 取得了較好效果。該系統(tǒng)目前能夠較好滿足實際選礦生產(chǎn)需要, 完成選礦過程的連續(xù)在線檢測, 及時

2、指導生產(chǎn)。本系統(tǒng)采取了自創(chuàng)的雙探頭加濾光片技術, 有效克服了相鄰元素的相互干擾, 使檢測精度和儀器整體性能得到了較大提升, 為更高性能品位在線分析系統(tǒng)的研制奠定了基礎。 關鍵詞X 射線熒光分析 礦漿品位 在線分析系統(tǒng)R esearch and Application ofW DPF- XRF Pu lp Grade On-line A na lysis System111122Feng LupingChen YongliangZhang KunZeng YunnanZhao BenqiW angW eiming( 1. S inosteelM aanshan Institute of M in

3、 ing R esearch Co. , L td. ; 2. Suzhou X iaom aoshan C opper-Lead-ZincM ine)Abstrac t A set o f pu lp grade on- line ana lysis system, w hich was based on energy dispersive X-ray fluorescence ana-l ys is ( EDXRF ) techno logy and produced independently by ou r institute is introduced. T he analysis

4、system can realize on- line detection on pu lp grade in rea-l tmi e. A fter on- site practical app lication at Suzhou X iaom ao shan Copper-L ead-Z inc M ine, good results have been ach ieved. A t presen,t the system can perfectly mee t the needs o f the actual production in m in- e ra l processing,

5、 and can prov ide gu idance in production. The dual-sensor and filter techno logy is adopted in the system and the inte rference betw een adjacent e lem en ts can be effective ly overcome. In th is w ay, the overa ll detection accu racy and e- qu ipm ent perform ance is much enhanced, thus lay ing t

6、he foundation fo r dev elop ing h igher perform ance on- line ana lys is sys- tem o f pulp g rade.K eywords X- ray fluorescence ana ly sis, Pulp g rade, O n- line ana lysis system隨著電子技術的日新月異以及新型激發(fā)源與探測器的問世, 使得基于 EDXRF的礦漿品位在線分析系統(tǒng)的應用越來越廣。WDPF- 新型品位分析系統(tǒng)正是在這樣的背景下研制出的。本檢測系統(tǒng)可 以及時而準確地得到礦漿中各種待測金屬元素品 位, 對礦漿品位

7、這一選礦過程的重要工藝指標進行實時監(jiān)控, 為提高產(chǎn)品質量穩(wěn)定性提供了一個重要手段。1 儀器發(fā)展現(xiàn)狀國外對礦漿品位在線分析系統(tǒng)的研究開展得較早,芬蘭奧托昆普公司于 1968年出售了第 1 臺庫里厄載流( On- stream ) 式分析儀。但是早期的分析儀器大都不理想, 曾經(jīng)有廠家直接對工業(yè)礦漿流進行實時測量, 結果表明, 當?shù)V漿的濃度、粒度、礦石性質 等發(fā)生變化時, 品位分析誤差大, 不能作為工藝指標被采納。經(jīng)過幾十年的努力, 國外礦漿在線分析技術已經(jīng)趨于成熟。例如芬蘭奧托昆普公司的庫里厄 在線 X熒光分析儀和澳大利亞阿姆德公司的產(chǎn)品, 都已經(jīng)得到了廣泛的應用, 并取得了很好的效果。 但不容忽

8、視的是, 國外儀器在中國的推廣, 存在成本高、系統(tǒng)復雜、維護難, 一般中小礦山難以承受的諸多問題。而國內中小礦山眾多, 對品位在線檢測的需求之大之急, 如何抓緊研制出成本相對較低, 安裝維護簡單, 操作方便快捷, 適合我國國情的礦漿品位在線分析儀器, 顯得尤為重要和迫切。 馮祿平 ( 1983) ) , 男, 中鋼集團馬鞍山礦山研究院選礦及自動化研究所, 助理工程師, 243004 安徽省馬鞍山市湖北路 9號。 116# 馮祿平等: WDPF- 微機多點多道品位在線分析系統(tǒng)的研究與應用2010年第1期2 EDXRF分析原理能量色散 X 射線熒光分析儀所用激發(fā)源一般有 X射線管、放射性核素源、同

9、步輻射光源和質子等。W DPF- 型品位分析儀采用了半衰期長的低能放射性核素源作為激發(fā)源。核素源發(fā)射出的 X 射線與待測礦漿中各元素原子作用時, 當入射光子能量大于元素原子內層電子的束縛能時, 使該層電子逸出而產(chǎn)生空穴, 外層電子將發(fā)生能級躍遷補充該空穴, 同時發(fā)出一定能量的特征 X 射線 。通過檢測此特征 X 射線的能量大小, 就可以對元素進行定性分析。同時, 特征 X 射線的強度又正比于該元素的含量, 據(jù)此可對元素進行定量分析。 本方法檢測時間短, 礦漿直接引流到測量探頭后, 經(jīng)過 EDXRF 分析, 得到礦漿能譜數(shù)據(jù), 通過上位機智能監(jiān)控軟件和模型計算得出礦漿品位, 可以及時地反映選礦生

10、產(chǎn)線工作情況, 起到及時指導生產(chǎn)的作用。 3 分析系統(tǒng)組成本分析系統(tǒng)主要由取樣裝置、嵌入式智能多道檢測探頭、上位機等部分組成, 如圖 1 所示, 為一個主機帶 N 個探頭的系統(tǒng)。工作人員通過上位機監(jiān)控軟件來控制協(xié)調各部分的工作。 信等部分構成, 如圖 2和圖 3所示。圖 2 取樣裝置及探頭圖 3 探頭內部組成結構框圖3. 3 上位機控制站 上位機控制站由通信控制模塊、計算機、顯示器、打印機、室內大屏幕、數(shù)據(jù)處理軟件及其它應用軟件組成。各檢測探頭設有不同地址號, 上位機通過掃描端口地址, 識別不同的檢測點, 并通過 RS - 485總線, 接收現(xiàn)場快速測量的能譜數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析處理, 同時發(fā)布相

11、關控制命令給探頭, 協(xié)調各部分的工作。室內大屏幕顯示系統(tǒng)主要用于對在線分析數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場顯示, 并對異常情況進行提示報警等, 便于工作人員及時觀察和了解現(xiàn)場的工作情況。 4 現(xiàn)場應用4. 1 設計方案的優(yōu)化 蘇州市小茅山銅鉛鋅礦屬地下開采銅鉛鋅等有色金屬的采選聯(lián)合企業(yè), 年處理礦石 7. 5 萬 ,t 礦石主要生產(chǎn)工序為破碎) 磨礦) 浮選) 脫水。主要產(chǎn)品為銅鉛鋅精礦粉。儀器應用于浮選工藝流程中。 檢測點包括原礦, 尾礦, 鉛精礦, 鋅精礦和銅精礦等5種樣流; 檢測元素包括鉛、鋅、銅 3種元素。在測量中, 銅鋅原子序數(shù)相鄰, 由于探測器 ( 正比計數(shù)管) 分辨率所限, 導致譜峰重疊, 相互干擾

12、。所以常規(guī)的檢測方法在這里不能很好地滿足精度要求。為 此, 采取了雙探測器加濾光片技術 4-5 以及相關剝譜軟件的應用, 使銅和鋅能很好地分離, 特別是銅精礦中測鋅, 鋅精礦中測銅時, 測量精度取得了較理想的效果, 達到了預圖 1 系統(tǒng)組成3. 1 取樣裝置 根據(jù)現(xiàn)場情況, 一般從浮選槽出來的礦漿直接進入根據(jù)需要而安裝的攪拌桶中, 礦漿被攪拌均勻后, 自動取樣裝置通過虹吸產(chǎn)生負壓從攪拌桶吸取礦漿進入樣盒進行檢測。這種取樣方式是獨創(chuàng)的, 稱之為/ 近流式取樣分析0, 如圖 2所示。 3. 2 嵌入式智能檢測探頭 本部分是整個系統(tǒng)的核心部分, 其性能直接影響整個系統(tǒng)的測量精度。該部分采用能量色散

13、X 熒光分析技術, 結合當今高新電子、計算機、嵌入式系統(tǒng)設計及探測技術, 快速準確地完成測量。主要是由高壓模塊、探測器 (正比計數(shù)器 )、放大器、多道脈沖峰值幅度分析器 (MCA )、處理器、存儲器及通 期的目標。 4.2 儀器的現(xiàn)場安裝及系統(tǒng)工作流程 現(xiàn)場安裝包括攪拌桶、取樣裝置、檢測探頭、電 117# 金屬礦山總第 403期2010年第 1期纜鋪設、控制站建設及室內大屏幕安裝。系統(tǒng)整體架構如圖 4所示。 器測量值進行誤差統(tǒng)計分析 ( 分析中根據(jù)仔細分析篩選, 剔除了個別人為因素導致的誤差樣), 最后得出精度分析對比結果, 如表 1所示。 表 1 分析對比結果%化驗品位均 值 相對標準偏 差

14、 檢測點分析元素PbZn Cu2. 481. 570. 755410原 礦 PbZn Cu2. 5852. 511. 85152. 27. 5鋅精礦圖 4 系統(tǒng)整體架構該系統(tǒng)的工作流程: 取樣系統(tǒng)將礦漿從攪拌桶中取出送到樣品盒。同位素源以一定的角度照射被分析樣品, 激發(fā)出樣品中的多種元素產(chǎn)生各自的特征X熒光。高壓電源模塊產(chǎn)生的高壓作為探測器工作電壓, 探測器進行 X 射線的收集工作。信號預處理和主放大電路將不同能量的電離脈沖信號轉換為不同電壓幅值的電壓信號, 送到 1024道脈沖幅度分析器( DMCA ), 由 DM CA 根據(jù)信號的峰值幅度進行甄別、分類、存儲。通信電路是聯(lián)絡各分布式探頭和上

15、位機的通道。經(jīng)過探頭進行分析處理后的能譜數(shù)據(jù), 最后傳到上位機, 由軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析處理, 得到能譜曲線, 依據(jù)數(shù)學模型, 計算出被測礦漿中各元素的種類和相應品位。最終打印報表, 并通過室內顯示屏進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)布, 用于指導生產(chǎn)。 4.3 3 數(shù)學建模和精度分析 由于各種礦物的物質組成各異, 同時不同探測器件的探測效率也不盡相同, 故 X 熒光分析儀一般都采用相對分析方法, 這就需要/ 標定 0。為提高測量精度, 通常采用在線標定方法, 根據(jù)測量元素的多少, 每個測量點選取一定數(shù)量的試樣參與建立數(shù)學模型。標定的過程即是數(shù)學模型的建立和調整過程。標定中主要考慮了 3方面因素: 品位范圍;

16、濃度范圍; 粒度條件。在選取試樣參與建模時, 試樣中各元素的品位范圍和濃度范圍要與實際生產(chǎn)流程中的基本保持一致, 以便建立的模型具有普遍的適用性。 在現(xiàn)場條件充分具備, 整個儀器系統(tǒng)運行穩(wěn)定的前提下, 在蘇州小茅山銅鉛鋅礦選礦廠對儀器的5個點分別進行取樣標定, 每個檢測點的取樣個數(shù)在 40個左右。建立模型后, 對儀器進行了為期 1周的精度考核。具體方法: 通過現(xiàn)場隨機選取一定數(shù)量的礦樣送化驗室化驗, 然后把這一批化驗值與儀 118#Pb ZnCu68. 302. 663. 76289鉛精礦PbZn Cu10. 353. 2525. 04593銅精礦尾 礦 Zn0. 23174. 4 儀器的穩(wěn)定

17、性考核 儀表的探頭部分的高壓電路模塊由于儀表箱封閉不嚴, 安裝位置振動過大等因素有時會出現(xiàn)暫時的干擾, 即/ 噪聲0, 這會嚴重影響儀表的測量精度。為避免此類現(xiàn)象, 在實驗室老化、穩(wěn)定性考核的基礎上, 在現(xiàn)場又進行為期 1周的穩(wěn)定性考核, 以保證整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信、測譜、建立模型、采樣、動態(tài)校正等各項功能能夠更好地適應工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境, 儀表測出的譜形處于正常范圍。安裝時通過一些有效的保護措施來避免出現(xiàn)過大的干擾信號影響高壓電源, 通過觀察, 目前運行穩(wěn)定、可靠。 考核儀器的穩(wěn)定性, 最直觀和便捷的方法就是通過上位監(jiān)控軟件觀察各檢測點儀器的標樣中各元 素特征 X 射線熒光峰的峰位 ( 與能力大小對

18、應 ) 和計數(shù)率變化, 為一個星期內連續(xù)觀察各監(jiān)測點峰位和相應計數(shù)率的變化情況, 如表 2所示。通過一段時間的運行考察, 儀器運行可靠、穩(wěn)定。選定特定元素的峰位和計數(shù)率基本保持在誤差允許范圍內的。 除了觀察熒光能量的大小外, 有經(jīng)驗的技術人員還可以對熒光譜形進行分析, 通過觀察得出各元素的特征峰的半高寬和峰值來評價探測器的分辨率 好壞, 可以據(jù)此推斷儀器是否處于正常工作狀態(tài)。 5 結論( 1)礦漿在線品位分析儀是我院推廣應用幾十年的礦山專用檢測儀表之一, 經(jīng)過多年的研發(fā)投入和不斷的更新?lián)Q代, 性能不斷得以提升。 ( 下轉第 121頁) 鄒彩虹等: GYJ系列冶金選礦用輥壓機的開發(fā)應用2010年

19、第 1期N = 2K d rQF /KD B,式中, N 為電機功率, kW; K d 為電機功率儲備系數(shù), 一般取 1. 2; r 為物料受壓區(qū)弧度, rad, 與輥壓機直徑、輥縫寬度、物料顆粒大小等有關, 一般取0. 017 5 0. 052 4; F 為粉碎力, 液壓系統(tǒng)提供作用于軸承座的總推力, kN; K 為系數(shù), 與物料性況、邊界、密度有關, 要根據(jù)物料的特性確定其大小。 也可用經(jīng)驗公式概算:N = WQ,式中, N 為傳動功率, kW; W 為單位產(chǎn)量功率消耗, kW# h / t。 3 輥壓機的應用舉例南京吉山鐵礦選礦廠 2007年購買了 1臺 GY J- 50輥壓機, 入料粒

20、度 55 mm, 要求成品粒度 7mm, 電機功率 110 kW, 用于貧鐵礦破碎, 取代原來 的破碎機。實踐證明, 可提高磨機產(chǎn)量 50% 80% ,礦石細碎拋尾, 可提高原礦品位 10% 左右。 2009年又采購了 1臺 GY J- 100輥壓機, 入料粒度 65 mm, 成品粒度 7 mm, 同樣用于貧鐵礦破碎,取得了良好的經(jīng)濟效益。 參考 文 獻 1 U nland G, W ang G. M odell fur H ochdru ck-Rollenm uh len-eien phunomenologisch-mathematische Nuherung, Tell 1 J 1 Int

21、erna- t ional cem en -t lmi e-G yp sum, 1998 ( 7) : 140-143.吳建明 1 粉碎節(jié)能理論與輥壓機 J 1 國外金屬礦選礦, 1993( 10): 36-421左字軍, 徐小荷. 料床粉碎規(guī)律與高壓輥磨的數(shù)學模型 C / / 2 3中國有色金屬學會 1 第五屆全國粉碎工程學術會議論北京: 中國選礦科技情報網(wǎng), 19901.2009-10-30)(收稿日期( 上接第 118頁)表 2峰值峰位統(tǒng)計結果1#5# 尾 礦 2#原礦鋅精 礦 日期A ( Fe 峰 )B( Fe 峰 )A ( Fe 峰 )A ( Zn 峰 )B ( Zn 峰 )( 20

22、09 年 )道位峰值道位峰值道位峰值道位峰值道位峰值02- 1602- 1702- 1802- 1902- 2003- 2103- 222993023002993012952981 5461 5201 5481 5341 5091 5741 5542952982932942932912968938898738758608918693003023033053032993012 5702 6112 5722 5602 6062 6342 58740740640740740740540616 91816 65416 99216 92116 43116 48816 6643903943883903803903893 3773 3283 4123 3653 2413 3513 3433#4#鉛精礦銅精礦日期A ( Pb 峰 )B ( Pb 峰)A ( Cu 峰 )B ( Cu 峰)說明( 2009 年 )道位峰值道位峰值道位峰值道位峰值02- 1602- 1702- 1802- 1902- 2003- 2103- 2