正交试验法确定X射线分选铜矿石的最佳条件

杜惠娜

摘 要：基于X射线荧光能量检测技术的X射线矿石分选机已研发成功，但目前对于分选铜矿石的最佳工艺条件需要大量的实际试验分析，本文利用正交试验方法，获取了铜矿石的试验光谱，试验表明，铜元素的X射线分选的最佳工艺条件是：X射线管管压45KV，样品检测距离4cm，铜矿石粒度40-60mm，铜矿石的最佳工艺条件研究，对于研发X射线矿石预选设备，X射线定量分析设备具有重要的意义。

关键词：正交试验;X射线矿石分选;XRF技术;光谱分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.042

1 引言

利用X射线矿石分选机，可在矿石开采后，进入浮选工序前对原矿进行预选，将无用脉石及低品位矿石筛除，此设备对与提高资源利用率，减少环境污染，减少尾矿危害，降低企业综合成本有着重要的意义。

但X射线矿石预选设备目前在国内无成熟的应用案例，尚处在试验、研发阶段。针对不同的矿床、不同矿物元素，其工艺条件千差万别，需要一种试验方法，提前确定设备一些关键参数，以提高试验效率，减少试验成本。

正交试验法是以统计数学和概率论为基础，科学安排试验方案，得到可靠试验结果的方法，它利用规格化的正交表格进行试验，以经济效益为出发点进行数据分析，得到科学可靠的试验数据。由于矿石分选试验中所需的矿石数量多，试验成本较高，分选试验为单次不可逆的情况，采用正交法设计试验，可实现最少的试验次数、最佳的试验效果。

2 试验因素分析

影响X射线预选设备分选效果的因素很多，包括设备的机械常数、入选矿石粒度、振动给矿速度、X射线光管的管压、管流、矿石辐射距离、探测器距离等，其中部分因素可由设备自身控制系统调节，部分非调节关键的参数需要由试验确定最佳区间。

根据光谱学知识可知，峰背比越高，检测精度越高，检测结果越可靠，试验效果以矿石分选时得到的峰背比作为指标。

采用正交法安排模拟试验，以铜（Cu）元素矿石作为目标分析元素，根据3个因素的影响，对每个因素取4个水平，采用3因素4水平的正交表格，命名为L20（43）。

3 试验环境及试验过程

在试验室搭建简易的小型试验装置，对正交试验表格中的因素进行模拟试验，选用低品位铜矿石作为试验样品，样品来源为某铜矿，矿石物相分析表明，该矿石中铜Cu以氧化铜（CuO）、硫化铜（CuS或Cu2Cu（S2）S）形式存在，原矿样品总量为2吨，粒度小于20mm及破碎产生的小于20mm矿石标记粉末精矿，提前筛分不进行试验。以最大粒度矿石20～120mm为原矿，采用筛分、破碎的方式制取100～120mm粒度矿石样本，其中小于100～120mm粒度矿石制取后均分為5份，由试验21～25条件进行试验，获取光谱，筛分完成小于100mm粒度矿石，作为下级80～100粒度的原矿，依次类推进行试验。

4 试验结果及分析

将正交试验表中的试验取得结果填入表格，以峰背比作为指标填入表1中，设定变量Q，Q为每个影响因素的峰背比之和，根据Q判断因素的影响程度。

由统计学分析方法可知，极差越大，对指标数据的影响越大，因此本次正交试验三个因素对峰背比的影响次序为：管压>检测距离>矿石粒度。

所以对于铜元素的XRF检测，最优的控制方案为：管压45KV，检测距离4cm，矿石粒度40-60mm。

实际设备应用中，若考虑到检测样品的区别，应将检测距离，管压、粒度等因素进行可调的设计，如改变进筛分设备，将探测器做微调结构的机械设计，将管流参数作为高压发生器的控制参数等。

不同元素对应的检测因素各不相同，进行不同元素的设备设计，需从应用场合实际出发，调节最优的工艺参数及设备参数。

5 结语

本文应用正交试验方法设计了正交试验，在试验室内搭建简易的试验环境，通过编写完成的上位机软件对原始光谱进行采集，通过峰背比计算方法进行峰背比数据输出。

试验分析设备设计过程中的三个重要因素的影响作用，三个因素对峰背比的影响次序为：管压>检测距离>矿石粒度，运用正交试验的极差分析方法，分析出本次铜元素检测试验中，最佳的工艺参数为：管压45KV，检测距离4cm，矿石粒度40-60mm。

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作者简介：杜惠娜（1989-），女，河南滑县人，研究生，讲师，研究方向：生产制造系统建模、优化与调度。