PGNAA技术检测铁矿浆品位试验*

龚亚林 赵 龙,2 宋青锋 张 伟 尚庆敏 王立东

(1.丹东东方测控技术股份有限公司；2.吉林大学物理学院)

瞬发伽玛中子活化分析技术(PGNAA)是一种快速、无接触的多元素分析技术。PGNAA技术从上世纪70年代开始应用于工业在线检测领域，经过40多年不断革新，技术日趋完善，目前已经广泛应用于水泥、冶金、煤炭等在线检测领域[1-3]。

目前矿浆品位在线检测技术主要有透射式与反射式检测技术两类。反射检测主要利用红外线、激光、X荧光等检测技术，属于表面测量技术；透射式检测主要利用双能量矿浆检测技术和中子活化检测技术。红外线、激光反射检测技术受环境因素干扰较大，目前在矿浆工业现场尚未得到广泛应用。X荧光反射检测技术凭借较高的检测精度，在有色金属领域应用较多[4-6]，但无法检测轻质元素，在一定程度上限制了其应用。双能量矿浆检测技术采用Cs-137和Am-241两种不同能量的伽玛射线源检测矿浆的平均原子序数[7-9]，对于内含单一重质元素的矿浆品位具有较高的检测精度，但容易受矿浆中其他重质元素的干扰。

PGNAA技术采用透射测量方式，由于中子和伽玛射线具有极强的穿透特性， PGNAA技术不仅可以检测铁、Ti、 Cu、Ni等重质元素，也可同时检测Ca、Si、Al、K、Na、Mg、S、Cl、P等轻质元素，应用范围更广。PGNAA技术可对矿浆进行全元素检测，不会受矿浆中其他元素的干扰[10-15]。采用PGNAA技术对铁矿浆进行铁品位检测试验，以期得到较理想的检测效果。

1 蒙特卡洛模拟仿真

蒙特卡洛模拟仿真试验采用Cf-252自发裂变中子源和5英寸NaI闪烁体探测器，装置示意见图1。

1—半径2.5 cm的聚乙烯圆柱；2—被测矿浆；3—厚1 cm的聚乙烯圆桶；4—中子源；5—伽玛探测器

铁矿浆主要成分为水、铁氧化物、二氧化硅，而水对中子具有非常强的吸收作用，水本身就是常用的中子屏蔽材料，因此铁矿浆中含水量要控制在一定范围内，否则将会严重降低矿浆中的热中子通量，大大降低系统检测精度。

通过蒙特卡罗仿真软件可以仿真计算出聚乙烯圆筒的最佳半径。在铁矿浆浓度20%、品位65%的条件下，改变聚乙烯圆桶半径仿真矿浆的特征伽玛能谱，统计铁峰计数随圆桶半径变化数据，结果见图2。

从图2可以看到，当聚乙烯圆桶半径为8 cm时，铁峰计数达到最大。

2 检测试验

2.1 标准试验

采用图3所示系统结构的PGNAA分析仪对铁矿浆进行品位检测。通过循环泵、矿浆缓冲槽实现动态循环检测，避免铁矿浆沉淀，保证检测精度。

图3 试验系统组成示意

标定铁矿浆样品采用工业铁氧化物粉末配制，共配制了8种不同品位的铁矿浆样品，Fe、Ti、SiO2品位标定曲线分别见图4、图6和图8。改变每种试验样品的浓度，检验矿浆浓度变化对检测结果的影响程度，Fe、Ti、SiO2检测品位与理论品位值对照曲线分别见图5、图7和图9。

图4 Fe品位标定曲线

从图4～图9中可以看出，Fe、Ti、SiO2的品位标定曲线线性拟合度R2均超过了0.99，说明应用PGNAA分析仪对标准铁矿浆样品中的Fe、Ti、SiO2品位检测具有较高的检测精度；当标准样品浓度变化后，PGNAA分析仪的检测结果未发生较大偏差，检测结果依旧在理论值附近波动，说明PGNAA分析仪的检测结果不受标准矿浆浓度变化影响。

图5 Fe品位对照趋势曲线■—检测品位;●—理论品位

图6 Ti品位标定曲线

图7 Ti品位对照趋势曲线■—检测品位;●—理论品位

图8 SiO2品位标定曲线

2.2 验证试验

以国内某选矿厂铁精矿和铁尾矿为基样配制了5种品位的铁矿浆样品，每种样品设置3种不同浓度进行PGNAA分析仪铁品位检测试验。试验铁品位标定曲线见图10，趋势对照曲线见图11。

图9 SiO2品位对照趋势曲线■—检测品位;●—理论品位

图10 Fe品位标定曲线

图11 Fe品位对照趋势曲线■—检测品位;●—理论品位

从图10、图11可以看出，铁品位的标定曲线线性拟合度R2达到了0.993，说明PGNAA分析仪检测实际铁矿浆的铁品位具有极高的检测精度；铁矿浆浓度变化后，PGNAA分析仪的检测值与理论值依旧吻合，说明PGNAA分析仪检测实际铁矿浆时不受矿浆浓度变化影响。

3 结 论

PGNAA分析仪不仅对铁氧化物配制的标准铁矿浆样品品位的检测具有较高的精度，对实际选厂铁矿浆铁品位检测的效果较为理想，因此可将PGNAA技术应用于铁矿浆品位检测，且能同时检测轻、重元素含量，不受其他元素干扰。