在线X 荧光分析仪在铜镍矿选厂的应用

樊晓鹏，孟航晔，湛金

（青海黄河矿业有限责任公司，格尔木市 816000）

在线X 荧光分析仪是选矿生产过程中关键的自动化检测装置，可直接在线分析矿浆，快速给出分析结果，可参与、指导生产过程的自动化控制；可有效提高劳动生产率、改善选矿过程的技术经济指标。自从1968 年芬兰奥托昆普公司研发出第一台载流式X 荧光分析仪之后，多年来各国结合选矿生产过程的需求研制了多种功能的在线品位检测仪器，开发了滤光技术、自动校正技术等。目前，在线X 荧光分析仪在铜矿、铅锌矿、钼矿、铁矿等领域都得到了广泛应用，但是在铜、镍矿低品位元素检测时波动较大，尤其是镍矿选矿过程中选用在线X 荧光分析仪的成功案例较少。

1 在线X荧光分析仪的优势

（1）检测实时性

国内传统的X 荧光分析仪绝大多数都是“离线"的实验室分析仪，极个别的应用到现场的也是“旁线"式的仪表，须经过取样、烘干、筛分、研磨、制样等一系列繁杂的样品前处理过程，几个小时之后才能得到分析结果，数据结果有很大的滞后性。在线X 荧光分析仪1 ～3 分钟即可完成品位检测工作。

（2）检测可靠性

部分仪器采用常温半导体探测器(SDD)，在常温下具有与液氮下硅锂漂移半导体探测器相同的能量分辨率，避开了进口多元素分析仪中的硅锂漂移半导体探测器必须的液氮制冷装置，大大降低了现场的维护强度，保障了操作人员的安全性，增强了长期运行稳定性。

（3）数据代表性强

设计有合理的取样装置，如重力自流取样器、压力取样器、缩分取样站、配置取样器等。取样池内矿浆的流动性较好，测量结果较准确反映了矿浆的真实情况。

（4）不同元素之间互不干扰

研制了新颖的核电子技术、核能谱分析技术等，能够对多种元素受激发后产生的复杂能谱进行全面分析处理，消除了不同元素之间的相互干扰。

（5）操作便捷

工作状态稳定，分析准确度高，可靠性强，操作简单，维护方便，软件界面人性化。

2 在线X荧光分析仪在铜、镍矿的应用

（1）金川高锍磨浮车间

金川集团2013 年选用的某X 荧光在线多元素分析仪，应用于金川高锍磨浮铜镍分选工艺中。该分析仪是根据莫塞莱定律，利用能量色散的方法，并采用新型的核电子技术和多种核分析技术，通过分析物料中各种元素被激发出的特征x 射线的能量和强度，进而分析被测量物质中的元素种类和含量。分析仪对生产过程中的铜、镍品位同时监测。经过1年的使用证明，设备稳定运行，浮选品位的测量精度误差在0.5%～1.0%的范围内。通过在线品位分析仪对品位变化的实时监测，起到了指导现场生产、及时稳定工艺的作用。

（2）某铜镍矿选矿厂浮选车间

OSA100 在线X 荧光分析仪(XRF)是一种快速、无损、多元素同时测定的分析仪器，应用于某铜镍矿选矿厂进行在线实时监测精矿和尾矿两组流道中的铜、镍品位，可实现对选矿厂工艺生产过程的实时监测控制。该分析仪采用集中取样分析系统，对选厂矿浆过程流的监控分析由光谱仪系统来完成，监测流道样由一次截留取样器至多路切换流器进行切换供给，完整地实现了从一次取样到矿浆品位数据信息的发布。

精矿中镍品位绝对误差小于0.233（偏差率2.8%），铜品位绝对误差小于0.292（偏差率7.9%）；尾矿中镍品位绝对误差小于0.0141（偏差率4.2%），铜品位绝对误差小于0.0135（偏差率5.4%）。OSA100 在线品位分析仪应用于镍铜浮选流程，可明显提高生产现场的实时监测水平，指导选矿厂控制和优化选矿指标，但随着矿浆中元素品位的降低检测偏差逐渐偏大。

（3）安庆某铜矿选矿厂浮选车间

ZPF 一Ⅲ型在线品位分析仪是针对低品位铜矿低含量元素的测定仪器，该分析仪主要由取样装置、探头和主机三大部分组成。仪器在应用过程中，针对各种飘移采用总体自搜集校正技术，用建立数学模型时的稳定标样计数值与仪器长期运行过程中当前的标样计数值相比，再用此比例系数对原始的模型系数进行修正，用修正后的模型对当前的被测样品进行最终的品位计算，从而大大减少了调试工作量，提高了测量分析精度。原矿Fe 含量在30%～45%之间，而Cu含量仅为0.6%，Fe 的Ku 峰后坡会覆盖整个Cu 的Ka 峰，这样取Cu 道极为困难，而且使Cu 道计数很不稳定，根据需要在x 荧光的接收光路上加上一块特殊的滤光片，提高信号鉴别能力，使相邻元素及低含量元素的测量分析得以实现，扩大了仪器的使用范围。

新型仪器经反复研究和试验后，在原矿检测点连续运行3 个多月，对低含量铜的分析精度表现出良好的稳定性。铜品位绝对误差小于0.051（偏差率5.7%）。仪器测量值与实际化验值较吻合，仪器在线检测的品位值对生产操作具有指导意义。

（4）德兴铜矿泗洲选矿厂

国产BOXA 型在线品位分析系统主要由一次取样器、矿浆多路分配器、测量主机探头、操作盘、远程监视等组成。2012 年德兴铜矿泗洲选矿厂引进两套载流X 荧光品位分析仪系统，该分析仪系统是国产化后首次应用性运行。

2013 年4 月27 日开始分别对一期原矿、一期粗精矿、一期一段尾矿、一期二段尾矿取样，一期累计取样524 个，二期累计取样494 个。截止到2015 年8 月份，一期、二期荧光分析仪系统总体运行良好，平均合格率62.2%。分析仪班报表与化验班报表数据两者并不存在线性关系，荧光分析仪的功能是指导浮选生产操作，虽然在线检测精度不太高，但可作为化验班报表的定性非定量的参考数据。

（5）绍兴某铜选矿厂

该新型X 荧光在线品位分析仪基于STM32F407 控制芯片，采用X 光管与半导体探测器相结合的测量结构，主控单元集成度较高。其技术架构与分析原理是:X 光管与半导体探测器组成测量单元，由X 光管激发的X 射线照射到需要测量的矿浆表面，同时半导体探测器接收矿浆中待测元素被激发出的X 特征荧光；主控单元接收处理半导体探测器上传的数据信号，通过串口通讯将所测元素计数率发送给工控机上位软件；最终上位软件调用Matlab 数学分析工具同时采用BP 神经网络进行数据的建模分析并得出品位数值。

2019 年3 月，该新型X 荧光在线品位分析仪在绍兴某铜选矿厂现场工业试验结果表明，仪器检测精度与运行稳定性等均体现出较好的效果，各项参数均达到了设计要求。精矿铜品位测量精度控制在2 ～3%，达到了实时在线监测浮选效果的目的，为优化选矿全流程自动化控制提供了更可靠的技术支撑。

3 在线检测偏差原因分析

虽然在线X 荧光分析仪在设计和技术方面做了大量的优化工作，但在不同矿石类型、浮选环境中，检测精度和稳定性仍有很大变化。尤其是在线X 荧光分析仪长期应用于低品位铜、镍矿浮选矿浆时仍会出现与化验值偏差较大的问题，在黏性矿浆环境中尤为突出。主要归集于以下影响因素：

（1）矿石性质、矿浆浓度、细度等因素发生变化；

（2）镍矿浮选时因绿泥石、滑石等脉石矿物泥化现象，导致矿浆黏度较大，矿粒分散性差；

（3）进入检测区的待检矿浆搅拌不均匀，出现矿浆品位分层现象，样品代表性随之有所差异；

（4）在线检测仪器的探头维护不及时；

（5）工作环境温度影响测量能谱的长期稳定性；

（6）统计分析的偏差校正系数不精准；

（7）在线检测样品和化验样品取样时间、时机不能完全吻合，这种非同步的取样也会显示出一定偏差；

（8）在线检测是瞬时检测值，而化验值是针对混合一个班的样品检测值，这种情况下会受各个时间点的样品差异导致两种检测值的偏差。

4 结论

矿浆中低品位元素的在线检测一直是选矿行业的研究重点与技术难点，其测量精度的实时在线反馈直接影响了选矿工艺流程自动化控制的效果。目前，在线X 荧光分析仪在铜矿、铅锌矿、钼矿、铁矿等领域都得到了广泛应用，但因各种因素影响，致使其在低品位铜、镍矿领域应用的成功案例较少。即便有的铜、镍矿浮选车间配有在线X 荧光分析仪，但检测精度不稳定，有时偏差较大，如何解决低品位铜、镍矿在线检测精度将成为今后研究的重点方向。因此，开发出一套实用性强、精度高、安全性好、性价比高的在线品位分析系统是选矿行业迫切需要的。