Courier 5i SL在线分析仪在选矿生产中的应用

2018-05-04沈现磊

中国矿山工程 2018年2期

沈现磊，张栋

(云锡大屯锡矿，云南个旧 661018)

1 前言

目前，选矿工艺不断改进，从而促使选矿生产迈向自动化和现代化，为了实现选矿生产过程中的计算机控制，云锡大屯选矿分公司硫化矿车间一期技改工程(以下简称4 000t/d)从国外引进了X荧光Courier 5i SL在线品位分析仪。在线品位分析仪应用于4 000t/d铜的浮选作业，对浮选作业进行在线分析，从而指导生产。该分析仪在实际应用中效果明显。以下介绍Courier 5i SL在线分析仪的原理、系统结构、功能、取样标定以及应用等。

2 Courier 5i SL在线分析仪原理

2.1 基本原理

Courier 5i SL在线分析仪是根据X射线荧光分析的原理进行分析计算[1]。每种元素都有自己的特征X射线强度即特征波长，基于这个特征，各个元素可以相互分辨出来，并且可以获得各个元素的含量信息，当把X射线管(原级X射线)或放射性同位素作为激发源照射到被测样品上时，X射线使样品中的原子在极短时间内处于激发状态，当原子返回到常规状态时发射出X荧光射线(次级X射线)，通过确定每一种元素的特征X射线强度，可获得与被测样品元素含量成正比的信号，把此信号转换为可计算的数字信号进行分析处理，最终可以得出样品中所测元素及其品位。

2.2 工作原理

Courier 5i SL分析仪探头的核心部件是分光晶体，使用的是高分辨率波长色散X射线荧光光谱(WDXRF)技术[2]。分析仪原理如图1所示，矿样流到分析仪探头的测量盒内，X射线直接照射到矿浆上，矿浆中的金属元素原子产生X荧光，该光谱通过分光晶体进入探测器，探测器接收X荧光并转换为电脉冲，每个脉冲代表检测到的一个荧光分子，电脉冲通过前置放大器将信号放大至脉冲处理单元(PPU)，PPU统计在测量时间内的脉冲数，处理器读取脉冲数后转换为测量元素的强度，通过强度计算分析后，结果显示在CLI显示器上。

图1 Courier 5i SL分析仪探头配置示意图

3 系统结构

Courier 5i SL的系统结构如图2所示。库里厄系统由若干部件组成，包括所有的设备和部分控制装置。系统结构如下。

图2 Courier 5i SL系统结构示意图

(1)一次取样系统。包括输送管道，来自生产矿流的一次取样器与相应的控制阀门。

(2)二次取样系统即多路器(MXA)。一个多路器有6个取样流道，每个流道通过气动阀进行二次取样。

(3)分析仪探头(PRS)和冷却系统(CCA)。分析仪探头是Courier 5i SL的核心部件，包括带有电源的低功率和高效率的X射线管，高压发生器，分光晶体、探测器和相关的信号电子处理设备，用于控制和计算的处理器，其他机械机构等。

(4)标定取样器(CSA)。包括取样刀口和取样管线。CSA用于收集标定和合成的样品。

(5)探头控制柜(PCS)。PCS担当系统组件的连接和外部连接的纽带，并作为分析仪用户的接口。

(6)库里厄本地接口(CLI)和PC用户接口(CPI)。CLI和CPI都可以对分析仪进行参数处理和校准，可演示化验、分析器操作状态和数据显示，以及报警信息，报表制作，也可更改操作员权限内的参数设置等。

(7)自动化系统(DCS)。DCS可以读取报警信息和分析结果，显示在组态画面上。

4 分析仪功能

一台Courier 5i SL分析仪的测量探头可以依次检测多个过程样品矿样，云锡大屯选厂4 000t/d安装一台Courier 5i SL分析仪，配有2个多路器，分别在原矿、铜精矿、硫精矿等12个取样点处安装一次取样器。图3是分析仪功能图，探头测量按放矿、测量、排空、冲洗的顺序进行。

图3 Courier 5i SL二次取样处理两个多路器流程图

分析仪有完善的防护系统，并且可以把测量结果显示在操作屏上，可以根据需要生成班报表、天报表、周报表、月报表等；可以记录各个分析数据的历史曲线和报警历史；分析仪能对矿样中元素品位高低根据预定的范围值进行预报和报警。

5 标定

Courier 5i SL分析仪的核心步骤是数学模型的标定。分析仪测出的是各个元素的X荧光强度，需要通过数学模型计算出金属品位，标定质量的好坏，直接关系到系统分析的精度。云锡大屯选厂4 000t/d所选矿石主要为锡铜硫化矿，分析仪测量矿浆中的铜、锡、砷、铁等元素，因此，要对矿浆中的这4种元素进行标定，步骤如下。

(1)确定变量。要确定哪些参数参与数学模型的计算。

(2)确定标定范围及样品数。首先，根据生产工艺流程确定矿流中各种金属元素品位的变化范围；其次，要有足够的标定样品才能建立合理的模型，表1给出样品数量的下限值，它取决于变量的数目。在生产为了得到合理的样品分布，提高测量精度，样品数目可以超过下限值[3]。

表1 标定所需样品数

(3)建立数学模型。奥托昆普标定软件是利用回归分析法分析，在标定软件中建立流道，输入标定取样的化验值和分析仪强度值，根据标定说明就可以建立数学模型[4]。

(4)修正模型。分析仪数学模型是根据被测元素的化验值和荧光强度值建立，影响模型的除了矿浆，还有分析仪本身的部分部件，如X射线管、分光晶体、探测器、前置放大器等。

6 分析仪应用

6.1 分析仪的精确度

通过在云锡大屯选矿厂4 000t/d连续4个多月的应用，分析仪的功能可以稳定实现，并成为指导浮选操作人员的重要设备。如表2所示是铜精矿中铜品位值，分析仪所测值与化验值的绝对差(绝对差=|化验值-分析值|)小于0.2%，说明精确度很高，可以指导生产。

6.2 应用效果

6.2.1 分析仪使用前后对比

4 000t/d浮选作业在2015年6月达到公司技术要求，9月中旬开始对分析仪进行标定建模，10月上旬开始使用分析仪对各作业的各元素进行测量，并应用于生产。在未使用分析仪前，操作工凭工作经验通过观察浮选泡沫层控制铜精矿，使用分析仪后，操作工通过分析仪数据进行作业。同一种矿种下，未使用分析仪采集了2015年7月1日至10日数据，使用后采集2015年11月5日至14日数据，进行铜精矿品位和回收率的对比，如表3所示。

表2 铜精矿中铜品位化验值及分析值 %

表3 使用分析仪前后铜品位及回收率对比 %

通过表3可知，凭经验观察泡沫层操作导致铜品位波动较大，不稳定，并且部分品位达不到要求的13%，铜的回收率达不到75%的标准。但是通过参考分析仪铜品位值，不但保证了铜品位和回收率稳定达标，而且铜品位和回收率有所提高(生产车间要求铜品位不小于13%，回收率不小于75%)，经济效益也随之增加。

6.2.2 使用前后加药量对比

在流程中混合粗选和铜精一对铜精矿的选别特别重要，两个点的药耗量比较大，取7d的平均加药量进行使用分析仪前后的对比，其中药剂浓度为10%，每天原矿处理量4 000t，如表4所示。

表4 加药量对比

通过表4可知，在未使用分析仪前，操作工通过观察浮选泡沫层和泡沫浓度进行加药操作，导致加药周期长，滞后于实际生产，加药量波动大，耗药量大，回收率低，造成选矿成本增加，使用分析仪后，缩短了分析周期，节约药剂单耗，粗选药剂耗量由原来145.2g/t降低至95.4g/t，降低了选矿成本。

6.3 存在问题及解决办法

(1)分析仪对数据的更新周期在20～30min，DCS系统只能读取分析仪寄存器的瞬时值，这就导致DCS读取数据只能瞬时显示，不能保持到下一个更新周期。可以通过DCS系统进行数据保持程序，使DCS保持有效数据，直到出现下一个周期数据。

(2)一次取样点取不到稳定的矿流。工艺流程不同，存在不同的问题。①原矿取样流道容易堵塞，原因是棒磨机和半自磨磨矿粒度粗。解决办法是取样点处加装一个有200目隔筛的集矿池；②铜精矿取样管道经常堵塞，原因是铜精矿泡沫多，矿样少，容易附着在管道壁上。解决办法是在取样管道上加装水阀，适当的补加清水；③分析仪多路器取样箱经常报液位高，设备堵塞，无法测量，原因是铜精矿泡沫多，液位计被堵死。解决办法是在取样槽的液位开关处安装冲洗水。