多流道 X 荧光分析仪在选矿厂的应用

张亚萍，常玉春

金徽矿业股份有限公司 甘肃陇南 742300

选 矿的复杂性导致金属回收率和精矿品位控制 难度大，如何实时显示选矿过程中金属品位的过程数据，为操作人员配置选矿药剂提供依据，提高选矿回收率，逐渐建立和完善药剂添加量和金属回收率的数据库，实现选矿过程自动化控制，降低人为操作的主观性影响，减少化验室采样制样化验工序，降低劳动强度和药剂成本。

自 20 世纪 60 年代以来，国内外对于在线 X 荧光分析仪在金属品位实时分析应用中的不断研究和实践，制造出 X 荧光分析仪并应用于生产。国外的先进代表是芬兰奥图泰的 Courier 系列产品，北京矿冶研究总院 (以下简称“北矿院”) 在 863 科技计划期间生产出了中国第一台 X 荧光分析仪。

X 荧光分析仪在技术改进中不断地升级换代，从单机单流道到单机多流道，实现了设备能耗和成本最优化。单机多流道 X 荧光分析仪通过一套 X 荧光探测装置，对多个金属品位进行分时流水测量，最多可以同时测量 20 多种金属元素，且误差在 10% 之内，实现了对选矿生产指标数据的实时采集判断。

1 X 荧光分析仪的工作原理

X 荧光分析仪是基于 X 荧光能量色散分析法制造出来的实时过程分析仪器，工作原理示意如图 1 所示。

图1 能量色散型 X 荧光分析仪原理示意

利用电压 (30～50 kV) 激发出的 X 荧光射线照射被测矿浆样品，因不同金属元素的原子具有不同的电子分布层，金属原子被 X 荧光射线激发后，光子的能量转移给接触的电子，电子被击飞，原子处于不稳定的状态 (10～12 s)，其外层电子补充内层电子空穴，使原子恢复稳态。电子在层间跃迁恢复原子稳定状态的过程中会发射 X 特征谱线，元素周期表中的每一种元素对应一种特征的辐射能量，即特征波长，基于这一原理，各种元素可相互分辨出来。通过测定每一种元素的独特 X 荧光射线特征谱线强度，获得与矿样中元素含量成正比的 X 特征谱线，将测量的 X 特征谱线转换成数字形式进行分析计算，得出该样品所含元素及其品位。

X 特征谱线是由布拉格发现并经由莫塞莱系统化，特征谱线频率与原子序数之间存在线性关系，根据该原理研究出了不同的 X 荧光分析仪。

2 结构组成及工作原理

单机多流道 X 荧光分析仪主要由 3 个部分组成：一次取样器、多路采样器系统、PLC 电气控制系统。

(1) 一次取样器把不同工艺流程的矿样传送给单机多流道 X 荧光分析仪。一次取样器工作过程：主箱体串联接入工艺管道，取样管侧口插入管中顺流完成取样，可以通过远程控制气动阀门开关控制取样。北矿院配置的一次采样器结构如图 2 所示。

图2 一次采样器结构示意

(2) 多路采样器系统是单机多流道 X 荧光分析仪实现多流道测量的核心部分，有 2 种方式。第一种是固定 X 荧光探测装置，以芬兰奥图泰和北矿院的 X 荧光分析仪为代表，固定 X 荧光探测装置，把不同流道的矿浆分时送入专一测量室。以原精尾三流道结构为例说明，如图 3 所示。一次取样器把原精尾矿浆送到测量位置，这些矿浆流入一次取样矿浆汇集箱，气动驱动装置将每根矿浆管的待测矿浆推入一次取样矿浆汇集箱内，然后进入专用的测量室进行测量。测量完成后，气动驱动装置释放气压，矿浆退回测量矿浆收集箱，同时冲洗测量室，不同品位矿浆按照时间顺序循环测量，实现多流道金属元素品位测量。

图3 固定测量探头原精尾三流道测量结构

固定 X 荧光探测装置的特点是：X 荧光探头固定安装；测量室共用；多流道 X 荧光分析仪核心检测部分体积较小；与单流道 X 荧光分析仪比较，总体体积不需要增加太多。

第二种是移动 X 荧光探测装置，以东方测控 X 荧光分析仪为代表。移动 X 荧光探测装置分别设立独立矿浆管与测量槽，测量探头定时定点送入不同的矿浆槽进行检测，移动测量探头三流道测量结构如图 4 所示。测量探头在水平轨道上移动，限位开关定位不同矿浆检测流槽位置，通过压缩空气升降机控制探测器升降进入矿浆测量，水平移动、上下升降，按照时间控制顺序循环工作，实现多流道测量。

图4 移动测量探头原精尾三流道测量结构示意

移动 X 荧光探测装置的特点是矿浆流道稳定而不互相干扰。缺点是探头需要配置水平和上下移动驱动装置和定位系统，电气控制复杂，多个不同流道的测量槽体积庞大，移动探头容易产生振动。

(3) PLC 电气控制系统包括 X 荧光探头检测、管路冲洗阀门、流道切换控制、数据显示和上传系统，完成检测过程的整体运行控制。X 荧光分析仪通电后，X 荧光检测系统通过高电压激发处于待检测状态，一次取样器进行多流道矿浆采集，X 荧光探头通过时序控制程序完成流道定时测量、延时检测和不同流道之间的顺序转换，由 RS485/232 串口通信上传，实现就地显示和远程主控室显示。

3 分析仪标定

X 荧光分析仪通过测量不同元素的 X 特征谱线来分析元素的成分，根据 X 特征谱线射线的强度测量对应元素的含量，用质量分数、粒度、矿石品位、氧化程度等进行标定，建立强度和品位对应关系公式。

标定常用的方法是最小二乘法的系数待定回归计算法，通过实际化验不同矿样数据，按照真值对待，最少采样 30 个，尽可能散开较大的数值跨度。由分析仪按照程序内设的计算过程对数据进行回归统计分析，确定相应的公式系数和经验公式，得到对应的曲线；在实际使用中操作人员要根据矿石性质的变化进行标定和公式修正，尽可能减小误差。

笔者以某铅锌选矿厂六流道 X 荧光分析仪为例，对铅精矿分析标定结果进行分析，实时记录分析仪测量显示值和相应滴定化验值，并进行数据对比分析，如表 1 所列。化验值与测量值对比如图 5 所示，化验值、测量值与标定公式曲线啮合如图 6 所示，数据误差控制在允许范围内，可作为实时指导生产的依据。

图5 金徵矿业 A 班铅精矿分析仪测量值与化验值对比

图6 化验值、测量值与标定公式曲线啮合

表1 某班铅精矿分析仪测量值和化验值对比 %

4 X 荧光分析仪误差原因分析

(1) 矿石性质、质量分数、粒度等参数的波动变化，使得每一个分析仪检测瞬时矿样与化验数据不完全相符，在线是瞬时检测，化验室是混合平均样数值，瞬时值和平均值存在误差。

(2) 检测槽内矿浆不均匀，有分层和黏结现象，代表性存在差异。

(3) 回归分析法公式的待定系数存在偏差，趋势线是一个经验公式的推理结论，不是完全的计算公式。

(4) 标定过程中的矿样小于测量过程的矿样范围，在趋势线左右外侧的数是根据公式计算得来，并没有参与标定，所以在标定数值外侧范围的数据需要小于 30% 的标定矿样最大值和最小值，才有统计意义和相对准确性。

5 结语

多流道 X 荧光分析仪的使用可以提供选矿工艺实时数据，能够按照趋势指导生产，是选矿指标稳定控制和提高的“眼睛”，是现代选矿企业生产中重要的检测仪器。□