Na-22浓度计在冬瓜山铜矿地表充填系统中的应用

李煜辉 蒋 威

（铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿）

冬瓜山铜矿属于现代化大型矿山，设计生产能力429 万t/a，年产铜3.4 万t，日产尾砂量7 800 t，采矿方法为阶段空场嗣后一次充填采矿法，日需充填采空区4 062 m3，其中尾砂（含尾砂胶结）充填量3 912 m3/d，废石充填量150 m3/d，日需全尾砂砂浆 4 752 m3/d［1］。在地表充填站配套建设有6 套井下胶凝材料充填系统，对尾砂浓度进行精准测量的需求较大。矿山尾砂矿浆具有粒级细、黏度大、含硫量高等特点，且对环保要求较高，冬瓜山选矿车间难以使用传统的浓度测量仪表对矿浆浓度进行测量。

在2022 年3 月份之前，冬瓜山选矿车间使用的是以Cs-137 为辐射源的检测设备，虽然Cs-137 同位素检测仪表的测量值可以满足现场生产工艺的使用要求，但其存在一些问题：①Cs-137 属于Ⅴ类危险源，现场使用的辐射源活度为7.4×107Bq，对环境和人体具有一定的危害性；②使用Cs-137之前，需要到环保部门办理辐射安全许可证书，并且在使用过程中，还需要受到环保局、公安局相关部门的严格监管；③Cs-137 对维护人员要求比较高，人员必须取得相应的辐射安全与防护培训合格证书，维护时必须穿戴防护服、辐射检测仪等防护设备；④针对相关报废仪器及材料的处理难度较大。经过多方调研和论证，冬瓜山铜矿选矿车间计划将设备改造为以Na-22为辐射源的检测仪表。

1 Na-22同位素浓度计概述

1.1 检测原理

Na-22 浓度计是由Na-22 放射源产生的γ 射线穿过被测介质，其中一部分γ 射线被介质阻挡吸收，剩余的部分射线被探测器接收，探测器接收的γ射线量越多，则表明被测介质的浓度越小，反之亦然。根据探测器接收γ射线的衰减程度，智能测控仪计算电离辐射通量的变化情况，并以标准的4～20 mA电流信号输出至智能仪表或DCS 控制系统，然后智能仪表或DCS 控制系统会根据相应的数学模型计算出浓度值并做出显示和信号输出［2］。

Na-22浓度计为非接触式测量，对管道中的浆体和流体密度进行连续检测并以信号形式输出，可以有效应用于矿山、冶金等行业的在线浓度检测。

1.2 安装要求

首先在安装方面，要选择与仪表所配套的管径相符的管道。其次管道内的被测介质必须始终充满管道，否则测量结果会有一定的误差，所以安装最好是直立或者倾斜管道；如果安装位置只能是水平管道，那么探测器一定要安装固定螺栓来保持水平，防止水平管道底部有沉积对密度计读数产生影响；另外，沉积厚度对测量结果存在影响［3］。安装点应该尽量靠近人工取样点，这样可以避免在线检测的结果和人工取样的结果出现较大误差，并且安装点最好选取没有震动或者震动较小的位置，防止因为震动导致仪器松动无法测量。存在多个浓度计时，注意安装位置应当有一定的距离，防止互相干扰。

1.3 设备调试

浓度计在安装完成后，投入使用前需要对浓度计进行标定。同位素浓度计标定的办法有3种：单液标定法、双液标定法及随机标定法。其中单液标定法和随机标定法的操作较为方便，但标定结果一般不如双液标定法准确。双液标定法需要前后使用“零度标准标样”和“满度标准标样”，也就是对管道内充满水和充满矿浆的2种情况进行分别标定，虽然双液标定法操作过程较为麻烦，但其结果是最准确的［4］。因此，冬瓜山铜矿选矿车间优先选用双液标定法。

2 Na-22浓度计应用效果

2.1 使用情况

在本次改造中，将冬瓜山选矿车间充填站的所有Cs-137 同位素检测浓度仪表全部改造为Na-22 同位素浓度检测仪表，投入运行一段时间后，所有Na-22 同位素检测浓度仪表都运行稳定，检测数值也较为准确。其中在11 月份对2#仓Na-22 同位素检测浓度仪表显示数据与化验室实际测量数据进行对比，其结果如图1所示。

可以看出，2#仓Na-22 同位素检测浓度仪表检测结果在11月份的检测结果和化验室实际测量结果之间相差不大，与化验室实际测量结果之间的误差在1个百分点之内，完全可以满足现场生产工艺的需求。而在实际生产过程中，不只是2#仓Na-22同位素检测浓度仪表使用效果显著，所有Na-22同位素检测浓度仪表都运行稳定，检测数值也较为准确。通过Na-22同位素检测浓度仪表检测的实时数据，可以实现对井下充填矿浆浓度的实时把控，为生产连续性运行提供了可靠的依据，这对冬瓜山铜矿的井下充填工作提供了很大的帮助。

2.2 Na-22浓度计的优势

相较于Cs-137 检测仪表，Na-22 检测仪表有着明显的优势。首先Na-22 属于Ⅴ类以下可豁免控制的放射源，现场使用的辐射源活度为9×105Bq，对人体无伤害，对环境无污染，满足国标《中华人民共和国国家标准—电离辐射防护与辐射源安全基本标准》；其次，中华人民共和国生态环境部2018年《放射性同位素与射线装置豁免备案证明文件（第四批）的公告》中公告的活动或活动中的射线装置、放射源或者非密封放射性物质，其豁免备案证明文书在全国有效，可不再逐一办理豁免备案证明文件［5］。所以使用Na-22 同位素仪表不需要取得环保部门的环评许可证书，无需办理辐射安全许可证书，而且在后期的使用过程中无需受到环保局、公安局相关部门的严格监管，也不需要安装强制性的与公安监控网络联网的监控系统。并且Na-22对维护人员要求较低，使用单位无需设置专门的维护组织，相关维护人员也无需取得相应的辐射安全与防护培训合格证书。此外Na-22同位素仪表按普通仪表处理，不会上升到法律层面。

2.3 经济成本

相较于之前的Cs-137 同位素检测仪表，Na-22同位素仪表在单价上要贵一些，但Na-22同位素仪表属于国家豁免管理的仪器仪表，使用该仪表，无需办理相关的辐射合格证书和现场监控防丢系统，也无需建立专门的库房来放置辐射源；并且使用单位在使用Cs-137 同位素检测仪表时，需要建立相应的人员维护班子，维护人员在上岗前需要进行培训，在取得相应的安全资格证书后才可上岗工作，另外使用单位还需组织维护人员定期进行体检，而使用Na-22同位素仪表就可以避免这些方面的花费。综上所述，虽然Na-22 同位素仪表在单价上要贵于Cs-137同位素检测仪表，但是其后续的综合开销明显要小于前者，可以为企业节约成本。

3 结语

（1）Na-22浓度计在冬瓜山铜矿选矿车间已经连续运行将近1 a，精度能够满足现场工艺的需求，对优化充填效果、提高效率、降低生产成本起到了重要作用。

（2）Na-22 浓度计在投入使用后，工人们的身体健康得到了更进一步的保护，也进一步降低了对周围环境的污染，为将冬瓜山铜矿打造为绿色矿山做出一份贡献。

（3）随着矿山智能化的逐渐推广和生产安全要求的提高，Na-22在线检测浓度计的使用可以有效解决生产中矿浆难以在线检测的难题，更好地实现矿山智能化建设。