wdpf-ⅲ微机多点多道品位在线分析系统的研究与应用

1、 金属矿山Ser ies N o. 403 January 2010总 第 403期2010年第 1期METAL M INE 机电与自动化#WDPF- 微机多点多道品位在线分析系统的研究与应用冯禄平1陈勇亮1曾云南1赵本琪2王卫明2坤1张( 11 中钢集团马鞍山矿山研究院; 21 苏州市小茅山铜铅锌矿 )摘 要 介绍了一套独立自主研制的, 基于能量色散 X 射线荧光分析方法 ( EDXRF ) 的矿浆品位在线分析系统, 该分析系统能对矿浆品位进行实时快速在线检测。经过苏州小茅山铜铅锌矿的现场实际应用, 取得了较好效果。该系统目前能够较好满足实际选矿生产需要, 完成选矿过程的连续在线检测, 及时

2、指导生产。本系统采取了自创的双探头加滤光片技术, 有效克服了相邻元素的相互干扰, 使检测精度和仪器整体性能得到了较大提升, 为更高性能品位在线分析系统的研制奠定了基础。 关键词X 射线荧光分析 矿浆品位 在线分析系统R esearch and Application ofW DPF- XRF Pu lp Grade On-line A na lysis System111122Feng LupingChen YongliangZhang KunZeng YunnanZhao BenqiW angW eiming( 1. S inosteelM aanshan Institute of M in

3、 ing R esearch Co. , L td. ; 2. Suzhou X iaom aoshan C opper-Lead-ZincM ine)Abstrac t A set o f pu lp grade on- line ana lysis system, w hich was based on energy dispersive X-ray fluorescence ana-l ys is ( EDXRF ) techno logy and produced independently by ou r institute is introduced. T he analysis

4、system can realize on- line detection on pu lp grade in rea-l tmi e. A fter on- site practical app lication at Suzhou X iaom ao shan Copper-L ead-Z inc M ine, good results have been ach ieved. A t presen,t the system can perfectly mee t the needs o f the actual production in m in- e ra l processing,

5、 and can prov ide gu idance in production. The dual-sensor and filter techno logy is adopted in the system and the inte rference betw een adjacent e lem en ts can be effective ly overcome. In th is w ay, the overa ll detection accu racy and e- qu ipm ent perform ance is much enhanced, thus lay ing t

6、he foundation fo r dev elop ing h igher perform ance on- line ana lys is sys- tem o f pulp g rade.K eywords X- ray fluorescence ana ly sis, Pulp g rade, O n- line ana lysis system随着电子技术的日新月异以及新型激发源与探测器的问世, 使得基于 EDXRF的矿浆品位在线分析系统的应用越来越广。WDPF- 新型品位分析系统正是在这样的背景下研制出的。本检测系统可 以及时而准确地得到矿浆中各种待测金属元素品 位, 对矿浆品位

7、这一选矿过程的重要工艺指标进行实时监控, 为提高产品质量稳定性提供了一个重要手段。1 仪器发展现状国外对矿浆品位在线分析系统的研究开展得较早,芬兰奥托昆普公司于 1968年出售了第 1 台库里厄载流( On- stream ) 式分析仪。但是早期的分析仪器大都不理想, 曾经有厂家直接对工业矿浆流进行实时测量, 结果表明, 当矿浆的浓度、粒度、矿石性质 等发生变化时, 品位分析误差大, 不能作为工艺指标被采纳。经过几十年的努力, 国外矿浆在线分析技术已经趋于成熟。例如芬兰奥托昆普公司的库里厄 在线 X荧光分析仪和澳大利亚阿姆德公司的产品, 都已经得到了广泛的应用, 并取得了很好的效果。 但不容忽

8、视的是, 国外仪器在中国的推广, 存在成本高、系统复杂、维护难, 一般中小矿山难以承受的诸多问题。而国内中小矿山众多, 对品位在线检测的需求之大之急, 如何抓紧研制出成本相对较低, 安装维护简单, 操作方便快捷, 适合我国国情的矿浆品位在线分析仪器, 显得尤为重要和迫切。 冯禄平 ( 1983) ) , 男, 中钢集团马鞍山矿山研究院选矿及自动化研究所, 助理工程师, 243004 安徽省马鞍山市湖北路 9号。 116# 冯禄平等: WDPF- 微机多点多道品位在线分析系统的研究与应用2010年第1期2 EDXRF分析原理能量色散 X 射线荧光分析仪所用激发源一般有 X射线管、放射性核素源、同

9、步辐射光源和质子等。W DPF- 型品位分析仪采用了半衰期长的低能放射性核素源作为激发源。核素源发射出的 X 射线与待测矿浆中各元素原子作用时, 当入射光子能量大于元素原子内层电子的束缚能时, 使该层电子逸出而产生空穴, 外层电子将发生能级跃迁补充该空穴, 同时发出一定能量的特征 X 射线 。通过检测此特征 X 射线的能量大小, 就可以对元素进行定性分析。同时, 特征 X 射线的强度又正比于该元素的含量, 据此可对元素进行定量分析。 本方法检测时间短, 矿浆直接引流到测量探头后, 经过 EDXRF 分析, 得到矿浆能谱数据, 通过上位机智能监控软件和模型计算得出矿浆品位, 可以及时地反映选矿生

10、产线工作情况, 起到及时指导生产的作用。 3 分析系统组成本分析系统主要由取样装置、嵌入式智能多道检测探头、上位机等部分组成, 如图 1 所示, 为一个主机带 N 个探头的系统。工作人员通过上位机监控软件来控制协调各部分的工作。 信等部分构成, 如图 2和图 3所示。图 2 取样装置及探头图 3 探头内部组成结构框图3. 3 上位机控制站 上位机控制站由通信控制模块、计算机、显示器、打印机、室内大屏幕、数据处理软件及其它应用软件组成。各检测探头设有不同地址号, 上位机通过扫描端口地址, 识别不同的检测点, 并通过 RS - 485总线, 接收现场快速测量的能谱数据进行数据分析处理, 同时发布相

11、关控制命令给探头, 协调各部分的工作。室内大屏幕显示系统主要用于对在线分析数据进行现场显示, 并对异常情况进行提示报警等, 便于工作人员及时观察和了解现场的工作情况。 4 现场应用4. 1 设计方案的优化 苏州市小茅山铜铅锌矿属地下开采铜铅锌等有色金属的采选联合企业, 年处理矿石 7. 5 万 ,t 矿石主要生产工序为破碎) 磨矿) 浮选) 脱水。主要产品为铜铅锌精矿粉。仪器应用于浮选工艺流程中。 检测点包括原矿, 尾矿, 铅精矿, 锌精矿和铜精矿等5种样流; 检测元素包括铅、锌、铜 3种元素。在测量中, 铜锌原子序数相邻, 由于探测器 ( 正比计数管) 分辨率所限, 导致谱峰重叠, 相互干扰

12、。所以常规的检测方法在这里不能很好地满足精度要求。为 此, 采取了双探测器加滤光片技术 4-5 以及相关剥谱软件的应用, 使铜和锌能很好地分离, 特别是铜精矿中测锌, 锌精矿中测铜时, 测量精度取得了较理想的效果, 达到了预图 1 系统组成3. 1 取样装置 根据现场情况, 一般从浮选槽出来的矿浆直接进入根据需要而安装的搅拌桶中, 矿浆被搅拌均匀后, 自动取样装置通过虹吸产生负压从搅拌桶吸取矿浆进入样盒进行检测。这种取样方式是独创的, 称之为/ 近流式取样分析0, 如图 2所示。 3. 2 嵌入式智能检测探头 本部分是整个系统的核心部分, 其性能直接影响整个系统的测量精度。该部分采用能量色散

13、X 荧光分析技术, 结合当今高新电子、计算机、嵌入式系统设计及探测技术, 快速准确地完成测量。主要是由高压模块、探测器 (正比计数器 )、放大器、多道脉冲峰值幅度分析器 (MCA )、处理器、存储器及通 期的目标。 4.2 仪器的现场安装及系统工作流程 现场安装包括搅拌桶、取样装置、检测探头、电 117# 金属矿山总第 403期2010年第 1期缆铺设、控制站建设及室内大屏幕安装。系统整体架构如图 4所示。 器测量值进行误差统计分析 ( 分析中根据仔细分析筛选, 剔除了个别人为因素导致的误差样), 最后得出精度分析对比结果, 如表 1所示。 表 1 分析对比结果%化验品位均 值 相对标准偏 差

14、 检测点分析元素PbZn Cu2. 481. 570. 755410原 矿 PbZn Cu2. 5852. 511. 85152. 27. 5锌精矿图 4 系统整体架构该系统的工作流程: 取样系统将矿浆从搅拌桶中取出送到样品盒。同位素源以一定的角度照射被分析样品, 激发出样品中的多种元素产生各自的特征X荧光。高压电源模块产生的高压作为探测器工作电压, 探测器进行 X 射线的收集工作。信号预处理和主放大电路将不同能量的电离脉冲信号转换为不同电压幅值的电压信号, 送到 1024道脉冲幅度分析器( DMCA ), 由 DM CA 根据信号的峰值幅度进行甄别、分类、存储。通信电路是联络各分布式探头和上

15、位机的通道。经过探头进行分析处理后的能谱数据, 最后传到上位机, 由软件系统对数据进行分析处理, 得到能谱曲线, 依据数学模型, 计算出被测矿浆中各元素的种类和相应品位。最终打印报表, 并通过室内显示屏进行现场数据发布, 用于指导生产。 4.3 3 数学建模和精度分析 由于各种矿物的物质组成各异, 同时不同探测器件的探测效率也不尽相同, 故 X 荧光分析仪一般都采用相对分析方法, 这就需要/ 标定 0。为提高测量精度, 通常采用在线标定方法, 根据测量元素的多少, 每个测量点选取一定数量的试样参与建立数学模型。标定的过程即是数学模型的建立和调整过程。标定中主要考虑了 3方面因素: 品位范围;

16、浓度范围; 粒度条件。在选取试样参与建模时, 试样中各元素的品位范围和浓度范围要与实际生产流程中的基本保持一致, 以便建立的模型具有普遍的适用性。 在现场条件充分具备, 整个仪器系统运行稳定的前提下, 在苏州小茅山铜铅锌矿选矿厂对仪器的5个点分别进行取样标定, 每个检测点的取样个数在 40个左右。建立模型后, 对仪器进行了为期 1周的精度考核。具体方法: 通过现场随机选取一定数量的矿样送化验室化验, 然后把这一批化验值与仪 118#Pb ZnCu68. 302. 663. 76289铅精矿PbZn Cu10. 353. 2525. 04593铜精矿尾 矿 Zn0. 23174. 4 仪器的稳定

17、性考核 仪表的探头部分的高压电路模块由于仪表箱封闭不严, 安装位置振动过大等因素有时会出现暂时的干扰, 即/ 噪声0, 这会严重影响仪表的测量精度。为避免此类现象, 在实验室老化、稳定性考核的基础上, 在现场又进行为期 1周的稳定性考核, 以保证整个系统的数据通信、测谱、建立模型、采样、动态校正等各项功能能够更好地适应工业现场环境, 仪表测出的谱形处于正常范围。安装时通过一些有效的保护措施来避免出现过大的干扰信号影响高压电源, 通过观察, 目前运行稳定、可靠。 考核仪器的稳定性, 最直观和便捷的方法就是通过上位监控软件观察各检测点仪器的标样中各元 素特征 X 射线荧光峰的峰位 ( 与能力大小对

18、应 ) 和计数率变化, 为一个星期内连续观察各监测点峰位和相应计数率的变化情况, 如表 2所示。通过一段时间的运行考察, 仪器运行可靠、稳定。选定特定元素的峰位和计数率基本保持在误差允许范围内的。 除了观察荧光能量的大小外, 有经验的技术人员还可以对荧光谱形进行分析, 通过观察得出各元素的特征峰的半高宽和峰值来评价探测器的分辨率 好坏, 可以据此推断仪器是否处于正常工作状态。 5 结论( 1)矿浆在线品位分析仪是我院推广应用几十年的矿山专用检测仪表之一, 经过多年的研发投入和不断的更新换代, 性能不断得以提升。 ( 下转第 121页) 邹彩虹等: GYJ系列冶金选矿用辊压机的开发应用2010年

19、第 1期N = 2K d rQF /KD B,式中, N 为电机功率, kW; K d 为电机功率储备系数, 一般取 1. 2; r 为物料受压区弧度, rad, 与辊压机直径、辊缝宽度、物料颗粒大小等有关, 一般取0. 017 5 0. 052 4; F 为粉碎力, 液压系统提供作用于轴承座的总推力, kN; K 为系数, 与物料性况、边界、密度有关, 要根据物料的特性确定其大小。 也可用经验公式概算:N = WQ,式中, N 为传动功率, kW; W 为单位产量功率消耗, kW# h / t。 3 辊压机的应用举例南京吉山铁矿选矿厂 2007年购买了 1台 GY J- 50辊压机, 入料粒

20、度 55 mm, 要求成品粒度 7mm, 电机功率 110 kW, 用于贫铁矿破碎, 取代原来 的破碎机。实践证明, 可提高磨机产量 50% 80% ,矿石细碎抛尾, 可提高原矿品位 10% 左右。 2009年又采购了 1台 GY J- 100辊压机, 入料粒度 65 mm, 成品粒度 7 mm, 同样用于贫铁矿破碎,取得了良好的经济效益。 参考 文 献 1 U nland G, W ang G. M odell fur H ochdru ck-Rollenm uh len-eien phunomenologisch-mathematische Nuherung, Tell 1 J 1 Int

21、erna- t ional cem en -t lmi e-G yp sum, 1998 ( 7) : 140-143.吴建明 1 粉碎节能理论与辊压机 J 1 国外金属矿选矿, 1993( 10): 36-421左字军, 徐小荷. 料床粉碎规律与高压辊磨的数学模型 C / / 2 3中国有色金属学会 1 第五届全国粉碎工程学术会议论北京: 中国选矿科技情报网, 19901.2009-10-30)(收稿日期( 上接第 118页)表 2峰值峰位统计结果1#5# 尾 矿 2#原矿锌精 矿 日期A ( Fe 峰 )B( Fe 峰 )A ( Fe 峰 )A ( Zn 峰 )B ( Zn 峰 )( 20

22、09 年 )道位峰值道位峰值道位峰值道位峰值道位峰值02- 1602- 1702- 1802- 1902- 2003- 2103- 222993023002993012952981 5461 5201 5481 5341 5091 5741 5542952982932942932912968938898738758608918693003023033053032993012 5702 6112 5722 5602 6062 6342 58740740640740740740540616 91816 65416 99216 92116 43116 48816 6643903943883903803903893 3773 3283 4123 3653 2413 3513 3433#4#铅精矿铜精矿日期A ( Pb 峰 )B ( Pb 峰)A ( Cu 峰 )B ( Cu 峰)说明( 2009 年 )道位峰值道位峰值道位峰值道位峰值02- 1602- 1702- 1802- 1902- 2003- 2103- 2