CN1274843A - 铁矿浆品位的双能量γ吸收在线测定方法及其仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁矿浆品位在线检测仪,利用双能量射线吸收的原理,在保证被测矿浆厚度不变的条件下,可准确测出矿浆中铁、杂质和水三种组分各自的含量,最终求出铁品位值,适当的选取射线的能量,提高仪器对现场矿浆条件变化的适应能力,当矿浆的浓度、粒度、矿石性质发生变化时,均不会对品位测量生产影响。本发明可用于选矿工艺对铁矿浆的品位进行瞬时在线检测,也可用于其它重金属矿的检测。

Description

铁矿浆品位的双能量γ吸收在线测定方法及其仪器

本发明属于核探测技术应用和自动化检测技术领域，具体涉及一种铁矿浆品位在线测定方法及其仪器。

现有的X荧光法测定铁矿石的品位，由于X荧光的穿透能力极弱(小于1mm)，所以X荧光的测量受到矿石颗粒度大小的严重影响，测量前必须对样品进行预处理：烘干、研磨、过筛、恒压力压片，制成厚度一致、密度恒定的薄片，才能保证测量精度。这种仪器和方法只适用于实验室测定。

X荧光用于矿浆流的在线直接测量时，由于测量受到矿浆密度、粒度和矿浆中铁以外其它元素成分变化的影响，会产生不可容忍的误差。

本发明的目的在于提供一种铁矿浆品位的在线连续检测方法及其仪器，该方法不需对矿浆进行任何处理，即能直接测定矿浆流，准确测定出矿浆的瞬时品位值，且仪器对现场矿浆有较强的适应能力。

本发明利用两种不同能量的γ射线，测量由铁、杂质和水三种物质组成的矿浆中不同元素对射线的吸收能力，求出铁、杂质水各自的含量，从而求得矿浆中铁的品位值(铁含量在固体中的重量百分比)。具体方案包括将铁矿浆引入测量池，将γ射线源置于测量池的一端，将NaI(T1)晶体闪烁探测器置于测量池的另一端对测量池中的矿浆进行测量，并根据测量数据进行计算，求出铁矿浆的品位，其特征在于：

①利用两种不同能量的γ射线，对测量池空态和充满矿浆时进行测量，得到如下数据：

N₁₀-测量池空态时第一路射线计数；

N₁₁-测量池充满矿浆时第一路射线的透射计数；

N₂₀-测量池空态时第二路射线计数；

N₂₁-测量池充满矿浆时第二路射线的透射计数；

②根据单能平行束射线吸收公式进行计算，得到如下结果：

    N₁₀/N₁₁＝exp(μ₁₁·d₁+μ₁₂·d₂+μ₁₃·d₃)    (1)

    N₂₀/n₂₁＝exp(μ₂₁·d₁+μ₂₂·d₂+μ₂₃·d₃)    (2)

式中：

d₁-测量池中铁的质量厚度；

d₂-测量池中杂质的质量厚度；

d₃-测量池中水的质量厚度；

μ₁₁-铁对中能射线的质量吸收系数；

μ₁₂-杂质对中能射线的质量吸收系数；

μ₁₃-水对中能射线的质量吸收系数；

μ₂₁-铁对低能射线的质量吸收系数；

μ₂₂-杂质对低能射线的质量吸收系数；

μ₂₃-水对低能射线的质量吸收系数；

③当测量池中被测矿浆的厚度固定时，可得如下结果：

      d₁/ρ₁+d₂/ρ₂+d₃/ρ3＝X               (3)

式中：

ρ₁—铁的密度；

ρ₂—杂质的密度；

ρ₃—水的密度；

X-矿浆的总厚度。

④由(1)、(2)、(3)式联立，可求出铁、杂质和水三者各自的质量厚度，最后根据下式求出铁矿浆的品位值：

    P＝(A·L₂+B·L₁)/(C·L₂+D·L₁)        (4)

  公式(4)中

    L₁＝Ln(N_1so)/Ln(N₁₁)                  (5)

    L₂＝Ln(N_2so)/Ln(N₂₁)                  (6)

  公式(5)、(6)中：

N_1so-测量池充满水时第一路射线的透射计数；

N_2so-测量池充满水时第二路射线的透射计数；

A、B、C、D为常数。

本发明所用的测量仪器，包括采样装置、放射源、探测器和主机，其特征在于所说的采样装置由测量池、进口管、出口管和连通管组成，各管段之间均以垂直方式连接，各管段与水平方向的夹角为30～60度，以45度最佳，放射源为两种不同能量的γ射线源，其中低能射线的能量范围为17～60KeV，中能射线的能量范围为150～1400KeV，所说的探测器采用NaI晶体和光电倍产管组成的带能谱分析电路的闪烁探测器，放射源和探测器沿测量池中矿浆流动的方向设置在测量池的两端。

本发明可用于铁矿或其它重金属矿的选矿厂，对选矿工艺过程的原矿、精矿和尾矿的矿浆流的品位值进行瞬时在线测定，矿浆浓度、粒度及矿石种类的变化不会给品位测量带来明显的误差，本仪器在现场实际应用中的测量矿浆的瞬时品位值的***总误差小于0.5％。矿浆的浓度、粒度及矿石性质变化时，品位测量误差小于0.5％。利用检测到的品位值去调节工艺参数，使工艺始终运行在最佳工作状态，可对选矿工艺实现自动化控制，减少产品流失、提高产品合格率、提高劳动生产率，为用户带来显著的经济效益。

本发明可用于选矿工艺对铁矿浆的品位进行瞬时在线检测，也可用于其它重金属矿的检测。

本发明有如下附图：

图1在线测量仪器示意图

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

根据射线吸收原理，对于单能平行束射线，吸收公式为：

N₁₀/N₁₁＝exp(μ₁₁·d₁+μ₁₂·d₂+μ₁₃·d₃)       (1)

N₂₀/n₂₁＝exp(μ₂₁·d₁+μ₂₂·d₂+μ₂₃·d₃)       (2)

式中：

N₁₀-测量池空态时第一路射线计数；

N₁₁-测量池充满矿浆时第一路射线的透射计数；

N₂₀-测量池空态时第二路射线计数；

N₂₁-测量池充满矿浆时第二路射线的透射计数；

d₁-测量池中铁的质量厚度；

d₂-测量池中杂质的质量厚度；

d₃-测量池中水的质量厚度；

μ₁₁-铁对中能射线的质量吸收系数；

μ₁₂-杂质对中能射线的质量吸收系数；

μ₁₃-水对中能射线的质量吸收系数；

μ₂₁-铁对低能射线的质量吸收系数；

μ₂₂-杂质对低能射线的质量吸收系数；

μ₂₃-水对低能射线的质量吸收系数；

当测量池中被测矿浆的厚度固定时有：

      d₁/ρ₁+d₂/ρ₂+d₃/ρ₃＝X                  (3)

式中：

ρ₁-铁的密度；

ρ₂-杂质的密度；

ρ₃-水的密度；

X-矿浆的总厚度。

由(1)、(2)、(3)式联立，可导出求出铁、杂质和水三者各自的质量厚度，从而求出品位的表示式：

  P＝(A·L₂+B·L₁)/(C·L₂+D·L₁)          (4)

  L₁＝Ln(N_1so)-Ln(N₁₁)                     (5)

  L₂＝Ln(N_2so)-Ln(N₂₁)                     (6)

式中：

N_1so-测量池充满水时第一路射线的透射计数；

N_2so-测量池充满水时第二路射线的透射计数；

A、B、C、D为常数，它们都是μ₁₁、μ₁₂、μ₁₃、μ₂₁、μ₂₂、μ₂₃、d₁、d₂、d₃、ρ₁、ρ₂、ρ₃等几个物理常数的函数。

A、B、C、D可由几个物理常数算出，也可由实际矿浆样品的标定求得。用仪器对4种以上的不同品位值的样品进行测定，由式(5)和式(6)求出对应的L₁和L₂数值，由化验室测得对应的品位值，用以上数据拟合式(4)，就可得到A、B、C、D的数值。

当两路射线采用两个不同厚度的测量池时，(5)、(6)式改为：

   L₁＝[Ln(N_1so)-Ln(N₁₁)]/X₁          (7)

   L₂＝[Ln(N_2so)-Ln(N₂₁)]/X₂          (8)

式中：

X₁——第一路射线测量池的厚度；

X₂——第二路射线测量池的厚度。

本发明采用尺寸一定的测量池使被测矿浆的厚度保持不变，以满足公式(3)的要求。

采样装置保证被测样品的代表性，进入测量池的矿浆不许夹带气泡，不许出现分层和沉淀现象。为此，采样装置各管段与水平方向的夹角可定为30～60度，以45度最佳。这样，任一管段都不呈水平方向，可防止矿浆在管中沉淀和分层。各管段的内截面积均相同，以保证采样装置内各处矿浆的流速一致，以避免内截面积变大时矿浆速度变慢而造成沉淀和分层。

利用两种不同能量的γ射线进行品位测量，射线能量的选取原则如下：铁对低能射线的吸收能力应远大于杂质和水的吸收系数，以便提高测量铁元素的灵敏度和精度；矿浆中各种物质对中能射线的吸收系数应相差不大，以便能准确测出矿浆密度和浓度，并能保证品位测量不受矿石性质的影响；中能射线穿透矿浆时的半吸收厚度和被测矿浆厚度应都远大于矿石的粒度，以便保证品位测量不受矿浆浓度变化和粒度变化的影响；由于矿浆中各种元素对所选中能射线的质量吸收系数差别很小，所以测量不受矿浆中矿石品种变化(即铁以外其它元素的成分变化)的影响；综合分析的结果，低能射线的能量范围应为17～60KeV，高能射线的能量范围为150～1400KeV。

根据应用现场不同的品位范围和不同浓度的范围，可采用不同的测量池厚度。增加样品厚度可提高测量的灵敏度，即同样的品位变化，在厚度较大时可引起较大的射线计数变化率，从而提高品位的精度；但厚度太大时，导致穿过矿浆的射线透射计数率急剧减小，致使放射性统计涨落误差大大增加，使品位误差大大增加。当某厚度的矿浆对射线的衰减比为e²时为最佳厚度，此时放射性统计涨落对品位测量造成的误差存在最小值。

测量池厚度(射线穿过矿浆的路程)的选取原则如下：根据仪器应用现场的实际品位和浓度范围，应使测量池尽量接近最佳厚度。厚度应远大于矿石粒度(线度)以保证矿浆对射线的吸收率不受粒度变化的影响(只和质量厚度有关)。放射源发出的射线，穿过测量池，部分被矿浆吸收，剩余部分进入探测器。

探测器采用Φ40或Φ50的NaI晶体和光电倍产管组成的闪烁探测器，探测器中采用能谱分析电路，输出与射线计数率相对应的脉冲信号。两路射线可分别采一套γ放射源、测量池和探测器(参见图1)，也可共用一套探测器、测量池和放射源。在后一种种情况下，两种放射源装在一个工作容器中，构成复合源。一个探测器同时测量两种不同能量的射线，输出对应的两路脉冲信号。探测器输出的两路脉冲信号，送往主机进行处理。主机可以用高性能的工业控制计算机，也可由单片机构成智能化主机。在主机中按照式(5)、式(6)和式(4)进行数学运算，求得品位值。将结果进行显示，并输出和品位值相对应的4～20mA的标准控制信号。

以下为本发明的一个实际应用情况：

在用于铁选矿厂矿浆品位的在线测定和选矿工艺的自动化控制时，现场品位变化范围为5～30％，浓度变化范围为5～40％。采用¹³⁷Cs放射源7.5×10⁸Bq，²⁴¹Am放射源1.5×10⁹Bq。每路射线分别采用一套由Φ40mm的NaI晶体和Φ51mm的光电倍增管组成的探测器。主机为工业控制计算机，采用PC总线，其基本配置为：

Pentium/166型CPU，主频166MHz，1.2G硬盘，32M内存，14”彩色显示器。

利用带光隔离的脉冲计数板接收来自控制器的脉冲信号。

实测参数为：

A＝3.643×10^-2

B＝-0.15792

C＝1.9666×10^-2

D＝-1.0159

仪器运行过程中进行了取样对照，品位的仪器指示值和化验结果之间的误差(均方根误差)小于0.34％。

Claims (4)

1.一种在线测定铁矿浆品位的双能量γ射线吸收法，包括将铁矿浆引入测量池(3、7)，将γ射线源置于测量池(3、7)的一端，将NaI(T1)晶体闪烁探测器(1、5)置于测量池的另一端对测量池中的矿浆进行测量，并根据测量数据计算出铁矿浆的品位，其特征在于：

①利用两种不同能量的γ射线，对测量池(3、7)空态和充满矿浆时进行测量，得到如下数据：

N₁₀-测量池空态时第一路射线计数；

N₁₁-测量池充满矿浆时第一路射线的透射计数；

N₂₀-测量池空态时第二路射线计数；

N₂₁-测量池充满矿浆时第二路射线的透射计数；

②根据单能平行束射线吸收公式进行计算，得到如下结果：

   N₁₀/N₁₁＝exp(μ₁₁·d₁+μ₁₂·d₂+μ₁₃·d₃)      (1)

   N₂₀/n₂₁＝exp(μ₂₁·d₁+μ₂₂·d₂+μ₂₃·d₃)      (2)

式中：

N₁₀-测量池空态时第一路射线计数；

N₁₁-测量池充满矿浆时第一路射线的透射计数；

N₂₀-测量池空态时第二路射线计数；

N₂₁-测量池充满矿浆时第二路射线的透射计数；

d₁-测量池中铁的质量厚度；

d₂-测量池中杂质的质量厚度；

d₃-测量池中水的质量厚度；

μ₁₁-铁对中能射线的质量吸收系数；

μ₁₂-杂质对中能射线的质量吸收系数；

μ₁₃-水对中能射线的质量吸收系数；

μ₂₁-铁对低能射线的质量吸收系数；

μ₂₂-杂质对低能射线的质量吸收系数；

μ₂₃-水对低能射线的质量吸收系数；

③当测量池中被测矿浆的厚度固定时，可得如下结果：

      d₁/ρ₁+d₂/ρ₂+d₃/ρ3＝X              (3)

式中：

ρ₁—铁的密度；

ρ₂—杂质的密度；

ρ₃—水的密度；

X-矿浆的总厚度。

④由(1)、(2)、(3)式联立，可求出铁、杂质和水三者各自的质量厚度，最后根据下式求出铁矿浆的品位值：

      P＝(A·L₂+B·L₁)/(C·L₂+D·L₁)        (4)

    公式(4)中

      L₁＝Ln(N_1so)/Ln(N₁₁)           (5)

      L₂＝Ln(N_2so)/Ln(N₂₁)           (6)

    公式(5)、(6)中：

N_1so-测量池充满水时第一路射线的透射计数；

N_2so-测量池充满水时第二路射线的透射计数；

A、B、C、D为常数。

2.一种用于权利要求1所述测定方法的测量仪器，包括采样装置、放射源(4、9)、探测器(1、5)和主机(10)，其特征在于所说的采样装置由测量池(3、7)、进口管(2)、出口管(8)和连通管(6)组成，各管段之间均以垂直方式连接，各管段与水平方向的夹角为30～60度，以45度最佳，所说的放射源为两种不同能量的γ射线源，其中低能射线源(9)的能量范围为17～60KeV，中能射线源(4)的能量范围为150～1400KeV，所说的探测器采用NaI晶体和光电倍产管组成的带能谱分析电路的闪烁探测器，放射源和探测器沿测量池中矿浆流动的方向设置在测量池的两端。

3.根据权利要求2所述的测量仪器，其特征在于低能测量池的窗口材料为低原子序数的物质，以防止窗口材料对低能射线的严重衰减。

4.根据权利要求2或3所述的测量仪器，其特征在于当测量池中矿浆对射线计数率衰减倍数等于e²时为测量池的最佳厚度。