沈現(xiàn)磊，張 棟

(云錫大屯錫礦，云南 個舊 661018)

1 前言

目前，選礦工藝不斷改進，從而促使選礦生產(chǎn)邁向自動化和現(xiàn)代化，為了實現(xiàn)選礦生產(chǎn)過程中的計算機控制，云錫大屯選礦分公司硫化礦車間一期技改工程(以下簡稱4 000t/d)從國外引進了X熒光Courier 5i SL在線品位分析儀。在線品位分析儀應用于4 000t/d銅的浮選作業(yè)，對浮選作業(yè)進行在線分析，從而指導生產(chǎn)。該分析儀在實際應用中效果明顯。以下介紹Courier 5i SL在線分析儀的原理、系統(tǒng)結構、功能、取樣標定以及應用等。

2 Courier 5i SL在線分析儀原理

2.1 基本原理

Courier 5i SL在線分析儀是根據(jù)X射線熒光分析的原理進行分析計算[1]。每種元素都有自己的特征X射線強度即特征波長，基于這個特征，各個元素可以相互分辨出來，并且可以獲得各個元素的含量信息，當把X射線管(原級X射線)或放射性同位素作為激發(fā)源照射到被測樣品上時，X射線使樣品中的原子在極短時間內(nèi)處于激發(fā)狀態(tài)，當原子返回到常規(guī)狀態(tài)時發(fā)射出X熒光射線(次級X射線)，通過確定每一種元素的特征X射線強度，可獲得與被測樣品元素含量成正比的信號，把此信號轉換為可計算的數(shù)字信號進行分析處理，最終可以得出樣品中所測元素及其品位。

2.2 工作原理

Courier 5i SL分析儀探頭的核心部件是分光晶體，使用的是高分辨率波長色散X射線熒光光譜(WDXRF)技術[2]。分析儀原理如圖1所示，礦樣流到分析儀探頭的測量盒內(nèi)，X射線直接照射到礦漿上，礦漿中的金屬元素原子產(chǎn)生X熒光，該光譜通過分光晶體進入探測器，探測器接收X熒光并轉換為電脈沖，每個脈沖代表檢測到的一個熒光分子，電脈沖通過前置放大器將信號放大至脈沖處理單元(PPU)，PPU統(tǒng)計在測量時間內(nèi)的脈沖數(shù)，處理器讀取脈沖數(shù)后轉換為測量元素的強度，通過強度計算分析后，結果顯示在CLI顯示器上。

圖1 Courier 5i SL分析儀探頭配置示意圖

3 系統(tǒng)結構

Courier 5i SL的系統(tǒng)結構如圖2所示。庫里厄系統(tǒng)由若干部件組成，包括所有的設備和部分控制裝置。系統(tǒng)結構如下。

圖2 Courier 5i SL系統(tǒng)結構示意圖

(1)一次取樣系統(tǒng)。包括輸送管道，來自生產(chǎn)礦流的一次取樣器與相應的控制閥門。

(2)二次取樣系統(tǒng)即多路器(MXA)。一個多路器有6個取樣流道，每個流道通過氣動閥進行二次取樣。

(3)分析儀探頭(PRS)和冷卻系統(tǒng)(CCA)。分析儀探頭是Courier 5i SL的核心部件，包括帶有電源的低功率和高效率的X射線管，高壓發(fā)生器，分光晶體、探測器和相關的信號電子處理設備，用于控制和計算的處理器，其他機械機構等。

(4)標定取樣器(CSA)。包括取樣刀口和取樣管線。CSA用于收集標定和合成的樣品。

(5)探頭控制柜(PCS)。PCS擔當系統(tǒng)組件的連接和外部連接的紐帶，并作為分析儀用戶的接口。

(6)庫里厄本地接口(CLI)和PC用戶接口(CPI)。CLI和CPI都可以對分析儀進行參數(shù)處理和校準，可演示化驗、分析器操作狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示，以及報警信息，報表制作，也可更改操作員權限內(nèi)的參數(shù)設置等。

(7)自動化系統(tǒng)(DCS)。DCS可以讀取報警信息和分析結果，顯示在組態(tài)畫面上。

4 分析儀功能

一臺Courier 5i SL分析儀的測量探頭可以依次檢測多個過程樣品礦樣，云錫大屯選廠4 000t/d安裝一臺Courier 5i SL分析儀，配有2個多路器，分別在原礦、銅精礦、硫精礦等12個取樣點處安裝一次取樣器。圖3是分析儀功能圖，探頭測量按放礦、測量、排空、沖洗的順序進行。

圖3 Courier 5i SL二次取樣處理兩個多路器流程圖

分析儀有完善的防護系統(tǒng)，并且可以把測量結果顯示在操作屏上，可以根據(jù)需要生成班報表、天報表、周報表、月報表等；可以記錄各個分析數(shù)據(jù)的歷史曲線和報警歷史；分析儀能對礦樣中元素品位高低根據(jù)預定的范圍值進行預報和報警。

5 標定

Courier 5i SL分析儀的核心步驟是數(shù)學模型的標定。分析儀測出的是各個元素的X熒光強度，需要通過數(shù)學模型計算出金屬品位，標定質(zhì)量的好壞，直接關系到系統(tǒng)分析的精度。云錫大屯選廠4 000t/d所選礦石主要為錫銅硫化礦，分析儀測量礦漿中的銅、錫、砷、鐵等元素，因此，要對礦漿中的這4種元素進行標定，步驟如下。

(1)確定變量。要確定哪些參數(shù)參與數(shù)學模型的計算。

(2)確定標定范圍及樣品數(shù)。首先，根據(jù)生產(chǎn)工藝流程確定礦流中各種金屬元素品位的變化范圍；其次，要有足夠的標定樣品才能建立合理的模型，表1給出樣品數(shù)量的下限值，它取決于變量的數(shù)目。在生產(chǎn)為了得到合理的樣品分布，提高測量精度，樣品數(shù)目可以超過下限值[3]。

表1 標定所需樣品數(shù)

(3)建立數(shù)學模型。奧托昆普標定軟件是利用回歸分析法分析，在標定軟件中建立流道，輸入標定取樣的化驗值和分析儀強度值，根據(jù)標定說明就可以建立數(shù)學模型[4]。

(4)修正模型。分析儀數(shù)學模型是根據(jù)被測元素的化驗值和熒光強度值建立，影響模型的除了礦漿，還有分析儀本身的部分部件，如X射線管、分光晶體、探測器、前置放大器等。

6 分析儀應用

6.1 分析儀的精確度

通過在云錫大屯選礦廠4 000t/d連續(xù)4個多月的應用，分析儀的功能可以穩(wěn)定實現(xiàn)，并成為指導浮選操作人員的重要設備。如表2所示是銅精礦中銅品位值，分析儀所測值與化驗值的絕對差(絕對差=|化驗值-分析值|)小于0.2%，說明精確度很高，可以指導生產(chǎn)。

6.2 應用效果

6.2.1 分析儀使用前后對比

4 000t/d浮選作業(yè)在2015年6月達到公司技術要求，9月中旬開始對分析儀進行標定建模，10月上旬開始使用分析儀對各作業(yè)的各元素進行測量，并應用于生產(chǎn)。在未使用分析儀前，操作工憑工作經(jīng)驗通過觀察浮選泡沫層控制銅精礦，使用分析儀后，操作工通過分析儀數(shù)據(jù)進行作業(yè)。同一種礦種下，未使用分析儀采集了2015年7月1日至10日數(shù)據(jù)，使用后采集2015年11月5日至14日數(shù)據(jù)，進行銅精礦品位和回收率的對比，如表3所示。

表2 銅精礦中銅品位化驗值及分析值 %

表3 使用分析儀前后銅品位及回收率對比 %

通過表3可知，憑經(jīng)驗觀察泡沫層操作導致銅品位波動較大，不穩(wěn)定，并且部分品位達不到要求的13%，銅的回收率達不到75%的標準。但是通過參考分析儀銅品位值，不但保證了銅品位和回收率穩(wěn)定達標，而且銅品位和回收率有所提高(生產(chǎn)車間要求銅品位不小于13%，回收率不小于75%)，經(jīng)濟效益也隨之增加。

6.2.2 使用前后加藥量對比

在流程中混合粗選和銅精一對銅精礦的選別特別重要，兩個點的藥耗量比較大，取7d的平均加藥量進行使用分析儀前后的對比，其中藥劑濃度為10%，每天原礦處理量4 000t，如表4所示。

表4 加藥量對比

通過表4可知，在未使用分析儀前，操作工通過觀察浮選泡沫層和泡沫濃度進行加藥操作，導致加藥周期長，滯后于實際生產(chǎn)，加藥量波動大，耗藥量大，回收率低，造成選礦成本增加，使用分析儀后，縮短了分析周期，節(jié)約藥劑單耗，粗選藥劑耗量由原來145.2g/t降低至95.4g/t，降低了選礦成本。

6.3 存在問題及解決辦法

(1)分析儀對數(shù)據(jù)的更新周期在20～30min，DCS系統(tǒng)只能讀取分析儀寄存器的瞬時值，這就導致DCS讀取數(shù)據(jù)只能瞬時顯示，不能保持到下一個更新周期?？梢酝ㄟ^DCS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)保持程序，使DCS保持有效數(shù)據(jù)，直到出現(xiàn)下一個周期數(shù)據(jù)。

(2)一次取樣點取不到穩(wěn)定的礦流。工藝流程不同，存在不同的問題。①原礦取樣流道容易堵塞，原因是棒磨機和半自磨磨礦粒度粗。解決辦法是取樣點處加裝一個有200目隔篩的集礦池；②銅精礦取樣管道經(jīng)常堵塞，原因是銅精礦泡沫多，礦樣少，容易附著在管道壁上。解決辦法是在取樣管道上加裝水閥，適當?shù)难a加清水；③分析儀多路器取樣箱經(jīng)常報液位高，設備堵塞，無法測量，原因是銅精礦泡沫多，液位計被堵死。解決辦法是在取樣槽的液位開關處安裝沖洗水。

7 結語

(1)與傳統(tǒng)選礦工藝相比，分析儀的使用不但減少了選礦成本，縮短分析周期，而且能夠快速分析數(shù)據(jù)，把分析結果作為生產(chǎn)參考值指導生產(chǎn)，及時反映出生產(chǎn)中存在的問題，找到合適的加藥量和操作參數(shù)，避免造成不必要的藥劑浪費。

(2)分析儀和DCS配合應用，可以實現(xiàn)選礦生產(chǎn)過程自動化控制。云錫大屯選廠4 000t/d將研究把分析儀、電子皮帶秤、粒度儀、各種流量計等作為檢測元件，通過DCS實現(xiàn)浮選作業(yè)濃度、pH值、藥劑用量的調(diào)節(jié)，各作業(yè)點的品位監(jiān)測，泡沫層厚度的控制，最終實現(xiàn)浮選自動化專家控制系統(tǒng)。

(3)分析儀除了可以測量礦物中金屬元素含量外，對液體濃度有要求的地方也可以使用，因為分析儀測量液體濃度的準確度高達98%以上。通過分析儀測量濃度，可以快速調(diào)節(jié)補加水和固體物質(zhì)的量。

(4)分析儀對工作環(huán)境的要求很高，要有單獨房間，并且要安裝空調(diào)，保持室溫在35℃以下，設備部件都是采用國外高新技術，維護費用高，對技術人員要求高，培養(yǎng)技術員的成本很大，所以，對所選礦種不復雜、工藝流程簡單、對回收率要求不高、流程測量點少的選廠建議不考慮使用。

云錫大屯錫礦所選礦種復雜，浮選作業(yè)流程復雜，分析儀起到了非常大的作用，對選廠增效創(chuàng)益是必不可少的監(jiān)測設備。分析儀在選礦行業(yè)中有廣闊的前景，在未來的生產(chǎn)中將會不斷改進，提高分析儀的使用效率。

[參考文獻]

[1] 楊 峰.新型在線品位分析儀Courier 3SL在選礦中的應用[J].銅業(yè)工程，2002，(1)：39-42.

[2] 楊恒書，李松濤.Courier 6SL分析儀在選礦中的應用[J].云南冶金，2008,37(3)：25-28.

[3] 李忠義，陳祖安，李國球.庫里厄30在凡口鉛鋅礦的初步應用[J].有色金屬，1987,(5)：48-53.

[4] 李忠義.礦漿載流X熒光分析儀的標定技術[J].有色金屬，1981，(2)：14-21.