样品稳定性对在线品位测量的影响.pdf

2 1 2 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年增刊 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．z 1 ．0 4 7 样品稳定性对在线品位测量的影响 李杰1 ’2 ⋯，赵建军1 ’2 ⋯，宋涛1 ’2 ’3 1 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 2 6 2 8 ；2 ．矿冶过程自动控制技术国家重点实验室， 北京1 0 2 6 2 8 ；3 ．矿冶过程自动控制技术北京重点实验室，北京1 0 2 6 2 8 摘 要品位在线分析仪的稳定运行、长期维持高精度可以为矿山企业间接创造更多的利润。和实验室粉末样分析仪不 同，B O X A 分析仪测量对象是实时流动的矿浆，因此在分析仪主机稳定运行的前提下，样品是否稳定直接影响整个系统的测量 精度，进而影响选矿厂的生产指标。通过实验室仿真、矿浆试验及结合某矿山的实际情况，分析和总结了样品稳定性对在线 品位测量的影响以及维护取样系统的重要意义。 关键词荧光；取样；仿真；维护 中图分类号T F 3 5 1 ．5 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 S 0 - 0 2 1 2 - 0 4 I n f l u e n c eo fS a m p l eS t a b i l i t vf o ro n ．1 i n eG r a d eM e a s u r e m e n tP r e c i s i o n L lJ 话’2 一．Z H A OJ i a n j u n l ’2 ⋯。S O N GT a o | 2 ’3 J ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e r i n g1 0 2 6 2 8 ，C h i n a ；2 ．N a t i o n a lK e y L a b o r a t o r yo fA u t o m a t i o no fM i n i n g M e t a l l u r g yP r o c e s s ，B e 坑n g1 0 2 6 2 8 ，C h i n a ；3 ．B e r i n gK e y L a b o r a t o r yo fA u t o m a t i o no fM i n i n g M e t a l l u r g yP r o c e s s ，B e r i n g1 0 2 6 2 8 ，C h i n a A b s t r a c t L o n g t e r mt o m a i n t a i n h i g hp r e c i s i o n c a ni n d i r e c t l yc r e a t em o r ep r o f i t sf o rm i n i n ge n t e r p r i s e s ． D i f f e r e n tf r o ma n a l y z e ri nl a b o r a t o r yw h i c hm e a s u r e sp o w d e rs a m p l e ，m e a s u r e m e n to b j e c to fB O X Aa n a l y z e ri sr e a l t i m ef l o wo fs l u r r y ，t h es l u r r ys a m p l e ’Ss t a b i l i t yd i r e c t l ya f f e c t st h ea c c u r a c yo ft h ew h o l es y s t e m ，a n dt h e na f f e c t s t h ep r o d u c t i o ni n d e xo ft h ep l a n t ．I nt h i sp a p e r ，b a s e do nl a b o r a t o r ys i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t sw i t hs l u r r y ，a n d c o m b i n e dw i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o no fac e r t a i nm i n e ，w es u m m a r i z e dt h ea f f e c t i o no fs a m p l es t a b i l i t yt oo n l i n eg r a d e m e a s u r e m e n ta n dt h es i g n i f i c a n c eo fm a i n t e n a n c ew o r kf o rt h es a m p l i n gs y s t e m ． K e yw o r d s f l u o r e s c e n c e ；s a m p l e ；s i m u l a t i o n ；m a i n t e n a n c e B O X A 载流x 荧光分析仪主要由取样系统和主 机部分组成，用于实时测量选矿生产过程中的矿浆 金属含量，对于稳定精矿指标、提高回收率起着至关 重要的作用。在线品位分析系统长期保持较高的测 量精度，可以间接为客户创造更多的经济效益。 B O X A 分析仪目前在国内外累计销售近2 0 台，这些 分析仪的主机运行良好，但测量精度有一定的差别。 影响测量精度的外在因素较多，如矿石性质波动、工 艺调整、仪器漂移和被测对象物理性质变化，其中被 测对象的稳定性是关键因素之一。矿浆是一种矿粉 和水混合而成的悬浊液，其物理形态必须要稳定，不 能影响固体中金属元素的特征x 射线强度。本文通 过流体仿真技术、矿浆试验系统分析了矿浆稳定性 对特征x 射线荧光强度的影响，确保B O X A 分析仪 取样系统可以提供稳定的矿浆流；同时结合某铜矿 的实际应用情况，分析了取样系统维护的重要性，制 定了适合现场的取样系统维护规程，确保分析仪长 期维持测量精度。 1样品处理 x 射线荧光分析技术 X R F 是一种快速无损检 测技术。常规测量过程为取样 制样 、荧光光谱采 集和数据分析，影响测量精度的一个关键因素是样 品的制备质量。从测量原理来讲，样品表面除了产 生元素的特征x 射线 荧光 之外，还会产生漫反 射、瑞利散射和康普顿散射等效应，因此样品表面的 颗粒大小、均匀性、轻基体比重都会对荧光光谱产生 干扰。 收稿日期2 0 1 7 - 0 4 - 0 6 作者简介李杰 1 9 8 0 ． ，男，山东德州人，硕士，从事选冶过程分析检测技术的研究与应用。 万方数据 2 0 1 7 年增刊李杰等样品稳定性对在线品位测量的影响 2 1 3 样品 暑象靴◇监 图l实验室分析仪测量原理 F i g ．1 M e a s u r e m e n tp r i n c i p l eo fl a b o r a t o r ya n a l y z e r 实验室台式荧光分析仪测量对象是干矿粉末 ] 广] I 三兰 兰H 竺竺卜L ～ 样，样品经过研磨、搅拌、压制等制备流程后，被测对 象是具备一定强度、表面光滑的固体，物理形态稳 定，颗粒分布均匀，上述干扰可以实现最小化。 如图2 所示，和台式分析仪相比，B O X A 载流x 荧光分析仪系统的测量对象没有复杂的制备过程， 仅仅是通过一次取样器和二次取样器 多路器 进行 两级缩分，液态矿浆样品的不稳定性影响荧光强度， 不利于荧光分析测量，为了保证测量精度，本文进行 了如下研究。 矿浆厂廷 一两级缩分r 一 图2 在线仪器和实验室仪器样品制备对比 F i g ．2C o m p a r i s o no fs a m p l ep r e p a r a t i o nb e t w e e no n l i n ei n s t r u m e n t sa n dl a b o r a t o r yi n s t r u m e n t s 图3B O X A 分析仪矿浆测量过程 F i g ．3 M e a s u r e m e n tp r o c e s so fB O X Aa n a l y z e r 2 样品稳定性对荧光强度的影响 如图3 所示，B O X A 载流X 荧光分析仪主要由 矿浆取样系统和主机测量系统组成，矿浆从一次取 样器进行第一次缩分，输送至矿浆多路分配器 多路 器 进行二次缩分，再流到分析仪主机探头进行测 量，多路器的稳流和消泡是保证矿浆稳定的关键。 被狈0 矿浆和激发测量系统之间用一层5 0 斗m 的膜片 隔开，实际测量的矿浆是流经样品盒窗口膜片的瀑 布面。由此可见，该测量面的物理性质对荧光光谱 强度的稳定性至关重要，主要影响因素包括矿浆流 速、形态分布和代表性，下面逐一分析。 1 矿浆流速分析 矿浆流速过快，对膜片冲击力度过大，一方面降 低膜片寿命，另一方面会使膜片产生形变，进而影响 荧光强度；流速过慢则会导致对膜片产生的压力不 均，导致测量面不稳定，也会影响荧光强度。 由于矿浆在测量腔体内的形态无法观察，本文 在C F X 软件平台，利用气液两相流模型对不同矿浆 流速边界条件下取样盒内流场进行了仿真分析。 爹＼ 攀亲 域区量澍 管光 渺 万方数据 2 1 4 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 m l n 量面 图4 不同流速下的矿浆测量面压力仿真 F i g ．4 P r e s s u r es i m u l a t i o no fs l u r r ym e a s u r e m e n t s u r f a c ea td i f f e r e n tv e l o c i t y 表l不同流速下矿浆测量面表面压强 T a b l e1s u r f a c ep r e s s u r eo fs l u r r ya td i f f e r e n tv e l o c i t y 流速／ L m i n “ 压强范围／P a 1 0 1 5 2 0 2 5 5 0 0 一22 0 0 l2 0 0 ～30 0 0 l8 0 0 一32 0 0 20 0 0 一32 0 0 在膜片承压范围内仿真了4 种流速，从图4 和 表1 来看，流速至少大于1 5L ／r a i n ，才能保证测量面 受力相对均匀，基于仿真的基础上在实验室设计了3 种条件实现不同的矿浆流速，进行荧光强度稳定性 测试，结果如表2 所示。 表2不同流速下矿浆计数率稳定性 T a b l e2 S t a b i l i t yo fs l u r r yc o u n t i n gr a t e a td i f f e r e n t v e l o c i t y B O X A 测量固体样品的稳定性为0 ．5 ％，总体来 看，流速较慢时矿浆计数率稳定性较差，流速超过1 5 L ／m i n 时矿浆各个元素荧光计数率较稳定，B O X A 矿 浆样品盒的设计尺寸保证矿浆自流至样品盒的流速 约为1 8 ～2 2L ／m i n ，因此可以保证合理的矿浆流速。 2 矿浆形态分析 流速确定的情况下，排除杂质等影响，气泡是影 响矿浆形态的主要因素。随着取样系统长期使用， 管路连接处、易损部件磨损后有可能有空气进入，气 泡混入矿浆后对荧光计数率会产生影响，在实验室 进行了如下试验进行验证。 图5 矿浆形态分布 F i g ．5 d i s t r i b u t i o no fs l u r r ym o r p h o l o g y 由于矿浆不透明，利用清水确定两种测试条件， 一种存在气泡，一种屏蔽气泡，如图5 所示。在这两 种条件下分别进行矿浆测试，从荧光强度稳定性和 线性度进行对比分析． 1 0 ．0 0 T ∽ ● 堇 穗 藩 女 褶 圈 蹋 怒 0 0 R 2 2 0 9 9 5 8 ‘ R 2 - 0 ．9 8 2 5 ．． 。” 0 0。 。} O 。。0 一j t t O “ ．f t ∥ 妻善鋈 _ p ‘ 0 0 ／f I - t “ 0 0 √。 3 ‘叩0 0 1 ．5 02 ．o o2 ．5 03 ．o o3 ．5 0 破长通道计数器Ⅸs t 图6 两种状态下的荧光计数率线性度对比 F i g ．6 T h el i n e a rd e g r e eo ff l u o r e s c e n c e c o u n t i n gi nt w os t a t e s B O X A 分析仪对同种金属元素配有两种测量通 道，对矿浆测量面的敏感区域有1 ／3 的非重叠区，存 在气泡的矿浆会影响测量面均匀性，因此这两种通 道的荧光计数率线性度也会下降，测量面会存在一 定的不确定性，如图7 所示。 表3两种形态矿浆的计数率稳定性 T a b l e3 C o u n t i n gr a t es t a b i l i t yo ft w ot y p e so fs l u r r y 受查生垫坠墼堑 有气泡 1 ．1 6 ％1 ．9 7 ％1 ．4 2 ％ 1 ．6 4 ％ 无气泡0 ．4 4 ％0 ．4 6 ％0 ．4 5 ％0 ．2 8 ％ 表3 是各个金属元素荧光强度的稳定性对比， 如果气泡掺人矿浆，会引入1 ％以上的荧光计数率偏 差，进而影响测量精度。 3 矿浆代表性分析 借助C F X 软件，按流速为2 0L ／M i n 对样品腔体 L一▲，--IIl■LL▲Ir■■●Ir▲，I●■■匕L▲I●■■■I【 啪 伽 删 ～ 眺 龇 叠●●■■■一m 万方数据 2 0 1 7 年增刊李杰等样品稳定性对在线品位测量的影响 2 1 5 内的矿浆颗粒分布、湍流形态进行仿真．结果见图7 。表4矿浆稳定性影响因素 薯_。Table 4I n f l u e n c ef a c t o r so fs l u r r ys t a b i l i t y 舞 誓囊警芒，‘ 图7 矿浆颗粒分布 F i g ．7 D i s t r i b u t i o no fp a r t i c l es i z e 可以看出，人口矿流近1 ／3 的矿浆可以形成测 量面，到达测量面的速度约为0 ．7 5m ／s ，保证测量面 的“即测即走”，并且起到冲刷作用，而不是在测量面 处淤积。分析仪单次常规测量时间约为6 0S ，因此 每测量一次矿浆，实际采集荧光强度的矿浆有1 7 ．1 L ，这个总量远远大于选矿厂一个班常规的班样总 量，因此具备足够的代表性。 综上所述，矿浆流速或形态异常会引入1 ％以上 的荧光强度偏差，进而会引起测量的误差，实际对测 量精度的影响程度和实际被测矿物有一定关系，目 前的经验值是降低精度2 ％以上。多路器除了进行 矿浆分配，另一个关键作用是保证流经样品盒的矿 浆流速恒定，同时避免输送矿浆过程中产生气泡。 3 取样系统的维护 取样系统经过长期运转，如果维护不到位，与矿 浆接触的部件不可避免会产生结钙、磨损，导致预期 设计的样品流速、形态受到一定程度的影响，矿浆状 态和初期安装时有较大的区别。 测量过程中矿浆一直处于封闭状态，取样系统 的内部结构或矿浆形态的变化无法用传感器检测 到，更加无法用肉眼观察，很容易被忽视，唯一的措 施就是定期做好取样系统的维护。 由于各个矿山的现场取样设计、矿浆矿物性质 等因素不可能完全一样，因此导致上述问题出现的 原因也不尽相同，针对国内某铜矿的实际情况，结合 现场的实际维护力量，在B O X A 取样系统常规维护 流程的基础上帮助用户制定了适用于现场的现场维 护规程，并通过远程诊断机制制定了远程协助维护 方案，长期保证样品的稳定性。 表4 所示的影响因素即为长期跟踪该矿山总结 得出。通过长期跟踪，该矿山分析仪的半年运行精 度如表5 所示。 里茎墅堕 一次取样器刀V I 变窄／淤矿堵塞矿量变少导致流速变慢 多路器稳流箱结钙 流速薷 ；；i 燃箱后 进矿管半堵塞 出矿管半堵塞 管道接头磨漏 测量腔窗口结钙 流速变慢；引入气泡 流速变慢；测量面“淤积”效应 引入气泡 缩小窗口直径，改变测量面积； 矿浆在腔内流体形态改变， 瀑布面不稳定 膜片结钙 筹鬟鬻燃 表5 T a b l e5 1 盯相对精度 1 盯r e l a t i v ep r e c i s i o n 总体来看，严格执行取样系统的维护之后，测量 精度长期保持在较高的水平，现场技术人员和售后 服务人员调整模型的频次较低，仅在仪器本身发生 漂移及矿石性质波动的情况下做一定的微调。 4结论 在线品位测量的一个重要环节是及时维护取样 系统，保证得到稳定的矿浆样品，但其重要性往往被 忽略。通过仿真技术和实验室矿浆试验证明了样品 稳定性对测量精度的影响并量化，结合某矿山的实 际情况制定维护方案，实验室数据和现场长期运行 数据证明了维护取样系统的重要意义。 参考文献 [ 1 ] E U G E N EP ．B E R T I N ．P r i n c i p l e sa n dP r a c t i c eo fX - 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