CN107290366A - 一种透射式中子活化在线铝土矿铝硅比分析仪的应用方法 - Google Patents
一种透射式中子活化在线铝土矿铝硅比分析仪的应用方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种透射式中子活化在线铝土矿铝硅比分析仪的应用方法：其测量装置是中子源置于上皮带和下皮带之间，一个γ探测器固定于上皮带和铝土矿的上方，中子照射到皮带上铝土矿后与铝土矿中的原子核发生作用，γ探测器将接收到的射线转化为脉冲信号传输给多道能谱分析器处理，多道能谱分析器将有效信息上传给上位机，由上位机根据相应公式计算出铝土矿的铝硅比值。因为最终计算得到的铝硅比值是三氧化二铝含量与二氧化硅含量的比值关系，所以不受皮带上铝土矿的总量的影响；仪表的整体屏蔽防护采用二层结构，内层是铅，外层是聚乙烯，降低对铅的使用量，减少仪表的成本及重量；探测器屏蔽体采用二层结构，外层是聚乙烯，内层是镉板，将中子对γ探测器的影响降至最低，提高仪表的分析精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线铝土矿铝硅比分析仪器，具体说涉及一种中子活化在线分析铝土矿中的铝硅比的仪器。
背景技术
铝土矿是世界上最重要的铝矿资源，其次是明矾石、霞石、粘土等。目前世界氧化铝工业，除俄罗斯利用霞石生产部分氧化铝外，几乎世界上所有的氧化铝都是用铝土矿为原料生产的。而衡量铝土矿优劣的主要指标之一是铝土矿中三氧化二铝含量和二氧化硅含量的比值，俗称铝硅比。
碱法生产氧化铝主要有拜耳法、烧结法以及联合法等三种，而采用什么方法生产氧化铝，主要是由铝土矿的“铝硅比”来决定的。从一般技术和经济的观点看，矿石铝硅比为3左右通常选用烧结法；铝硅比高于10的矿石可以采用拜耳法；当铝土矿的品位处于二者之间时，可采用联合法处理，以充分发挥拜耳法和烧结法各自的优点，达到较好的技术经济指标。因此在生产氧化铝的过程中，需要对原料铝土矿的铝硅比进行检验，指导生产。
而目前确定铝土矿的铝硅比值，采用的方式是人工从料堆或皮带上取样，然后将样品通过化学分析的方法，得到其中三氧化二铝和二氧化硅的含量，然后通过计算三氧化二铝含量与二氧化硅含量的比值来得到铝土矿的铝硅比值。
而通过人工取样到化验室经过化学方法分析及计算得到铝土矿的铝硅比值，人为取样的代表性是一个问题，在过程上还有烘干、研磨、筛分等工序，等到最终的铝硅比值结果出来，已经是几个小时以后的事情了，在时间上存在了严重的滞后性，对生产工艺只能起到事后质检的作用，起不到指导工艺调整的作用。
目前还没有能够直接对皮带上铝土矿进行在线分析铝硅比值的仪表。
发明内容
针对原有技术存在的缺陷，本发明提出一种能够在线分析铝土矿的铝硅比的仪器。
本发明所采取的具体技术方案是：
屏蔽输出器5通过测量架11被安装于实际应用现场的上皮带2和下皮带1之间，探测器屏蔽体13通过测量架11被安装于实际应用现场的上皮带2和铝土矿的上方。测量架11通过现场的皮带架10固定，测量架11外面安装有防护罩12。探测器屏蔽体13内部装有γ射线探测器6，γ射线探测器6与多道能谱分析器8联接，多道能谱分析器8与上位机9联接。
防护罩12分为二层，防护罩内层122的材质为铅，防护罩外层121的材质为聚乙烯。
探测器屏蔽体13分为二层，探测器屏蔽体内层132的材质为镉，探测器屏蔽体外层131的材质为聚乙烯。
屏蔽输出器5中装有中子源3，屏蔽输出器5对中子源3进行屏蔽防护。屏蔽输出器5开有能够封闭的楔形准直孔4，当准直孔打开时，中子射线只能在一定的范围内照射，当准直孔关闭后，整体无辐射外泄。在使用时，楔形准直孔4敞开，中子源3所发出的中子向上照射，辐射在上皮带2以及其上的铝土矿，中子与铝土矿中的原子核发生相互作用，原子核被中子活化，从稳定的基态跃迁到不稳定的激发态，当不同元素的被活化原子核从激发态退激时会释放出不同能量的特征γ射线。
γ射线探测器6将接收到的γ射线转化为脉冲信号传输给多道能谱分析器8，多道能谱分析器8对γ射线探测器6传输来的脉冲幅度进行识别，并分别形成横轴对应射线能量、纵轴对应射线个数的能谱，并从能谱中识别出对应铝元素特征γ射线能量峰和硅元素特征γ射线能量峰的峰面积S1和S2，多道能谱分析器8将以上数据S1、S2传输给上位机9，上位机9根据下式计算出铝土矿的铝硅比值P：
式中S1为铝元素特征γ射线能量峰的峰面积，S2为硅元素特征γ射线能量峰的峰面积，A、B、C、D、E为待定系数，通过对已知铝硅比的不同铝土矿进行测量，由测量结果S1、S2的数值及对应的铝硅比值采用常规的非线性回归处理获得。
有益效果：
因为最终计算得到的铝硅比值是三氧化二铝含量与二氧化硅含量的比值关系，所以不受皮带上铝土矿的总量的影响。
仪表的整体屏蔽防护采用二层结构，内层是铅用于屏蔽γ射线，外层是聚乙烯用来屏蔽中子。将铅置于内层，可以降低对铅的使用量，减少仪表的成本及重量。
探测器屏蔽体采用二层结构，探测器屏蔽体外层是聚乙烯用于吸收慢中子和慢化快中子，使穿过聚乙烯后的中子能量低于0.5eV；探测器屏蔽体内层是镉板，对能量低于0.5eV的中子有极强的吸收效应。通过探测器屏蔽体的二层结构，将中子对γ探测器的影响降至最低，提高仪表的分析精度。
附图说明
图1为本发明所述仪表的结构示意图
图2为防护罩的结构剖面图
图3为探测器屏蔽体的结构剖面图
图中：1 下皮带，2 上皮带，3 中子源，4 楔形准直孔，5 屏蔽输出器，6 γ探测器， 8 多道能谱分析器，9 上位机，10 皮带架，11 测量架，12 防护罩，13 探测器屏蔽体，121 防护罩外层，122 防护罩内层，131 探测器屏蔽体外层，132 探测器屏蔽体内层。
具体实施方式
结合附图详细说明本发明的仪表结构和使用方法。
如图1所示：
屏蔽输出器5通过测量架11被安装于实际应用现场的上皮带2和下皮带1之间，探测器屏蔽体13通过测量架11被安装于实际应用现场的上皮带2和铝土矿的上方。测量架11通过现场的皮带架10固定，测量架11外面安装有防护罩12。探测器屏蔽体13内部装有γ射线探测器6，γ射线探测器6与多道能谱分析器8联接，多道能谱分析器8与上位机9联接。
屏蔽输出器5中装有中子源3，屏蔽输出器5对中子源3进行屏蔽防护。屏蔽输出器5开有能够封闭的楔形准直孔4，当准直孔打开时，中子射线只能在一定的范围内照射，当准直孔关闭后，整体无辐射外泄。在使用时，楔形准直孔4敞开，中子源3所发出的中子向上照射，辐射在上皮带2以及其上的铝土矿，中子与铝土矿中的原子核发生相互作用，原子核被中子活化，从稳定的基态跃迁到不稳定的激发态，当不同元素的被活化原子核从激发态退激时会释放出不同能量的特征γ射线。
如图2所示：防护罩12分为二层，防护罩内层122的材质为铅，防护罩外层121的材质为聚乙烯。
如图3所示：探测器屏蔽体13分为二层，探测器屏蔽体内层132的材质为镉，探测器屏蔽体外层131的材质为聚乙烯。
仪表的使用方法如下：
γ射线探测器6将接收到的γ射线转化为脉冲信号传输给多道能谱分析器8，多道能谱分析器8对γ射线探测器6传输来的脉冲幅度进行识别，并分别形成横轴对应射线能量、纵轴对应射线个数的能谱，并从能谱中识别出对应铝元素特征γ射线能量峰和硅元素特征γ射线能量峰的峰面积S1和S2。形成能谱并自动寻峰、计算峰面积为多道能谱分析器8的自有功能，其技术为行业内所公知。多道能谱分析器8将以上数据S1、S2传输给上位机9，上位机9根据下式计算出铝土矿的铝硅比值P：
式中S1为铝元素特征γ射线能量峰的峰面积，S2为硅元素特征γ射线能量峰的峰面积，A、B、C、D、E为待定系数，通过对已知铝硅比的不同铝土矿进行测量，由测量结果S1、S2的数值及对应的铝硅比值采用常规的非线性回归处理获得。
应用实例：
中子源3选用活度为10微克的Cf-252同位素源；
γ探测器6选用晶体尺寸为Ф100×100mm的NaI(Tl)闪烁体探测器；
多道能谱分析器8选用丹东东方测控技术股份有限公司研制的高速数字多道能谱分析器；
上位机9选用常规工控机；
防护罩内层122的材质为铅，厚度为2毫米；
防护罩外层121的材质为聚乙烯，厚度为10厘米；
探测器屏蔽体内层132的材质为镉，厚度为0.5毫米；
探测器屏蔽体外层131的材质为聚乙烯，厚度为5厘米；
测量架11委托机械加工厂制作；
使用仪表样机对二十种已知铝硅比值的铝土矿进行测量，通过非线性回归获得A、B、C、D、E的数值分别为：A=2.2588，B=6.3725，C=3.4672，D=7.2206，E=0.00132。
Claims (3)
1.一种透射式中子活化在线铝土矿铝硅比分析仪的应用方法，其特征在于：
所述的透射式中子活化在线铝土矿铝硅比分析仪包括：屏蔽输出器（5）通过测量架（11）被安装于实际应用现场的上皮带（2）和下皮带（1）之间，探测器屏蔽体（13）通过测量架（11）被安装于实际应用现场的上皮带（2）和铝土矿的上方；测量架（11）通过现场的皮带架（10）固定，测量架（11）外面安装有防护罩（12）；探测器屏蔽体（13）内部装有γ射线探测器（6），γ射线探测器（6）与多道能谱分析器（8）联接，多道能谱分析器（8）与上位机（9）联接；
屏蔽输出器（5）中装有中子源（3），屏蔽输出器（5）对中子源（3）进行屏蔽防护；屏蔽输出器（5）开有能够封闭的楔形准直孔（4），当准直孔打开时，中子射线只能在一定的范围内照射，当准直孔关闭后，整体无辐射外泄；
透射式中子活化在线铝土矿铝硅比分析仪在使用时，楔形准直孔（4）敞开，中子源（3）所发出的中子向上照射，辐射在上皮带（2）以及其上的铝土矿，中子与铝土矿中的原子核发生相互作用，原子核被中子活化，从稳定的基态跃迁到不稳定的激发态，当不同元素的被活化原子核从激发态退激时会释放出不同能量的特征γ射线；
γ射线探测器（6）将接收到的γ射线转化为脉冲信号传输给多道能谱分析器（8），多道能谱分析器（8）对γ射线探测器（6）传输来的脉冲幅度进行识别，并分别形成横轴对应射线能量、纵轴对应射线个数的能谱，并从能谱中识别出对应铝元素特征γ射线能量峰和硅元素特征γ射线能量峰的峰面积S1和S2，多道能谱分析器（8）将以上数据S1、S2传输给上位机（9），上位机（9）根据下式计算出铝土矿的铝硅比值P：
式中S1为铝元素特征γ射线能量峰的峰面积，S2为硅元素特征γ射线能量峰的峰面积，A、B、C、D、E为待定系数，通过对已知铝硅比的不同铝土矿进行测量，由测量结果S1、S2的数值及对应的铝硅比值采用常规的非线性回归处理获得。
2.根据权利要求1所述的一种透射式中子活化在线铝土矿铝硅比分析仪，其特征为：防护罩（12）分为二层，防护罩内层（122）的材质为铅，防护罩外层（121）的材质为聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种透射式中子活化在线铝土矿铝硅比分析仪，其特征为：探测器屏蔽体（13）分为二层，探测器屏蔽体内层（132）的材质为镉，探测器屏蔽体外层（131）的材质为聚乙烯。
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