DF—5700型在线品位分析仪在浮选控制中应用

摘要：介绍了DF-5700型X荧光分析仪系统的原理、结构、功能、取样标定等，结合某矿山选矿生产实际应用，分析了使用在线品位分析仪能实时监测生产过程各工艺点铜品位及杂质含量，优化控制浮选流程各作业点加药量和设备过程控制参数，提高了铜精矿品位和回收率，并降低了生产成本。

关键词：浮选；X荧光；品位分析仪；取样器

Application of DF-5700 Online Grade Analyzer in Flotation Control

Summary：The principle，structure，function and sampling calibration of the DF-5700 X-ray Fluorescence Analyzer System were introduced. Combined with the actual application of a mine's beneficiation production，the use of an online grade analyzer to monitor the copper grade and impurity content of various process points in the production process in real time was introduced.，Optimize the control of the dosing amount and equipment process control parameters at each operation point of the flotation process，improve the copper concentrate grade and recovery rate，and reduce the production cost.

Key words：Flotation，X-fluorescence，grade analyzer，sampler

1、概述：

该矿山选矿在线品位分析系统采用一台十流道的X荧光在线品位分析仪完成对两个系列的一段旋流器溢流、粗选尾矿、精矿、二段旋流器溢流、精扫尾矿共10个检测点的铜、铁品位分析和浓度的分析，从而控制浮选流程各作业点加药量和设备过程控制参数。品位分析仪设置在浮选工艺粗选尾末端预留位置，进行集中检测分析。分析系统具有班样取样功能，完成班样取样工作。

检测样品的返回采取两种形式，对满足自流对高差需求的检测样品，将以自流的形式返回或者排放；对不能满足自流对高差需求的检测样品，将通过渣浆泵泵送的形式输送返回。取样设备、渣浆泵与泵池液位控制系统连锁控制，根据泵池液位变化控制取样器实现开关、启停、冲洗功能。

2、品位分析仪基本原理：

根据莫塞莱定律，利用能量色散的方法，并采用新型的核电子技术和多种核分析技术，通过分析物料中各种元素所被激发出的特征 X 射线的能量和强度，进而分析被测量物质中的元素种类和含量。分析仪的物理激发原理是用适合能量的射线管发出的射线照射矿浆，使矿浆中的原子电离，处于激发态。内壳层电子被电离激发，形成空位。这些空位立即由外层各个高能级的电子填充（不到10-15s），产生能级跃迁。各个能级之间的能量差以特征X射线的形式释放出来。当矿浆中含有多种元素时，每种元素都放出几种不同能量的特征X射线，这些X射线撞击探测器，产生已被定形和放大的小电子脉冲。这些脉冲的峰值振幅與入射的X射线的能量成比例关系。X射线的数量与矿浆中元素的含量成比例关系。散射的X射线还可用于矿浆浓度计算。

3、分析仪系统构成及控制

整套X荧光在线品位分析仪系统主要由分析仪：包括载流系统、PLC控制系统、探测系统、信号处理系统等，工控机，取样器，集矿箱，渣浆泵等组成。

系统构成示意图一

利用取样器从现场工艺点进行取样，通过矿浆管道将具有代表性的矿浆引入分析仪的载流系统中，采用PLC控制系统控制的载有探测系统的移动车架，以最少的时间在每一个分析槽之间移动，完成对各个分析槽中矿浆的在线实时测量，信号处理系统对探测系统的信号进行采集、放大、整形、处理，并将测量信息通过工业以太网数据通讯方式发送给位于控制室的工控机，分析仪的X荧光软件记录输入数据，并使用预设的校准公式计算测量信息，并以表格和趋势图的形式显示测量结果。测量结果能被保存和打印。X荧光在线品位分析仪在进行实时测量以前，通过安装在分析槽溢流口处的取样器取出各种具有代表性的矿浆样本，由工作人员对矿浆样本进行烘干、制样、化验，完成分析仪的标定工作。

载流系统用于除去矿浆中气泡、进行同质矿浆混合的槽体（分析槽），它能将具有代表性的矿浆样品呈送给探测器。每个分析槽包括一个搅拌电机和一个用于消除泡沫的喷水器。在每个分析槽的溢流口处，都安装了一个取样器。

标定取样器位于分析槽的溢流口处，用于取得样品进行化验分析。取样器主要用于保证测量样品与化学样品的一致性，保证取样代表性。取样器的取样间隔和取样频率可以通过触摸屏来设定。取样器有手动取样和自动取样两种模式，通过操作盒上的选择开关来确定选用哪种取样模式。在自动模式下，能够保证测量过程中的取样样品和测量样品一致，减少因样品不一致带来的误差。

X荧光在线品位分析仪采用工业PLC对仪表的运行进行智能化、人性化自动控制和保护。PLC控制系统实现了分析仪各个流道的循环测量，具有故障自行诊断和保护功能，可以通过触摸屏人机界面实现基本运行参数设定和故障查询功能。操作简单、方便，稳定性好，可靠性高，大大降低了操作和维护的工作量。

分析仪运行操作均采用按钮的方式，操作简单易用，运行、报警等采用现场指示灯、电脑提示的方式，直观，易于操作。

PLC控制系统采用西门子S7-300系列，系统具有完备的报警、保护功能，如压力保护、门禁保护、探测器窗口保护、电机过流过热保护等。

探测系统由X射线探测器、X射线管、安全屏蔽防护装置等组成。探测器是品位分析仪的分析部件，是一种X射线荧光接收设备，具有高度灵敏性和选择性，可同时测量多种元素。探测器采用SDD半导体探测器，具有高计数率、高分辨率的特点，探测器使用新的帕尔帖电制冷技术，无需液氮冷却。

X射线激发源采用X射线管，与放射源相比，射线管射线强度更大，更加安全，激发效率更高，断电后不会再产生射线。射线管性能达到国际先进水平。

同时即要保证对矿浆的探测效果，又要对射线管进行防护和对探测器进行保护，特别设计了高效透射防护系统，使得仪表外部的环境辐射程度符合国家非放射性工作场所辐射剂量标准。

探测系统安装在探测器车架上，由气动升降机控制探测系统的升降，由行走电机控制探测系统的水平移动。分析仪采用移动探测系统的方式对10个流道分别进行测量，不需要切换流道。

10流道移动检测示意图二

信号处理主机采用先进的数字多道技术，处理探测系统探测到的特征X射线信号，并运用先进的能谱分析算法进行分析处理，从而分析出被测物料中的元素和含量。在数字多道中，采用了先进的FPGA（现场可编程逻辑器件）作为数字信号处理器，采用数字信号处理算法，完成传统模拟电路系统的功能，具有体积小、稳定性高、抗干扰能力强、不受温度影响等特点。充分考虑工业现场的各种干扰情况，运用了最优化的算法和完备的检测控制电路，保证了测量精度和稳定度。

4.品位分析仪应用

4.1品位仪工艺参数：

4.2品位分析仪性能指标

1、稳定性：特定条件下短期稳定性小于0.3%（多次测量相同成分的被测对象），长期稳定性可通过标准样自动校正。

2、灵敏度：对于大多数元素，在元素品位含量为1%的情况下，能够检测出0.01%的变化，可信度为95%。

3、分辨率：130eV@5.9KeV。

4、分析精度：精度是建立在测量流动矿浆样品基础上的，是样品参数的复杂函数，受矿物性质、机体组成、粒度等因素影响。较高含量1-4%，较低含量3-6%，相对误差。

精度的定义：检测一批足够数量的过程矿流样品，在线分析和通过标定样品化学分析之间的统计偏差定义为一个标准偏差。

当用足够覆盖实际生产过程的样品完成分析仪标定时，分析仪测量值和化验值之间的标准偏差为该分析仪的精度。

有效标定样品数量不少于30个，品位值要覆盖给出的品位范围，样品要满足正态分布要求。给出的最高品位减最低品位三等分为低中高三个部分。15%样品在低部分，15%样品在高部分，40%样品在中间部分，30%样品随机。

1、检测下限：对于矿浆中的大多数元素，检测下限可达到10-50PPM；

2、测量周期：30—60s，测量时间可根据需要进行调整，10流道测量周期不超过14分钟。

3、测量范围：对于矿浆，典型测量范围为质量百分比0.001%-100%。

5.3品位分析仪功能

分析仪利用在线取样器在主管道进行取样，将代表性样品引流至分析仪，经过稳流、过滤、除气泡，保证测量稳定可靠。分析仪进行实时在线分析，分析后的样品通过回流设施返回到工艺流程中。主要功能：

1、校准取样器：分析仪自带校准取样器，取得的复合样品送往化验室，用于分析仪的校准和精度维护；也可用于班组样自动取样。

2、十个流道，每流道采用独立的分析槽，不需矿浆多路器，料流无交叉污染。

3、分析儀具有班组生产样自动取样功能，大大减轻取样繁琐工作，取样代表性强。

4、测量数据显示与储存：显示测量结果、班平均指标，具备数据存储、历史数据查询及输出功能。

5、仪表设置有标准片，可进行射线强度校正，具有衰减补偿功能。

通讯方式上采用工业以太网、OPC通讯、4-20mA模拟量输出，Profibus-DP等方式，依据权限可实现远程操作、显示、远程协助功能。

5、结束语：

DF-5700X荧光在线品位分析仪是一种在线多流道、多元素检测分析仪表。X荧光在线品位分析仪对选矿生产过程中矿浆的各种元素含量进行实时分析，检测数据实时传给自控系统，可完成数据、存储、查询、班组统计等功能。仪表省去了复杂烦琐的样品处理过程，直接对矿浆分析检测，快速给出分析结果。与传统选矿工艺相比，分析仪的使用不但减少了选矿成本，缩短分析周期，而且能够快速的把分析结果作为生产参考值指导生产，及时反映出生产中存在的问题，找到合适的加药量和操作参数，避免造成不必要的药剂浪费。分析仪还能对矿浆浓度测量的准确度高达98%以上。通过分析仪测量浓度，可以快速调节补加水和固体物质的量。该矿浮选作业流程复杂，在线品位分析仪较好运满足生产过程自动化实时控制要求。

参考文献：

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[2]李忠义，陈祖安，李国球.库里厄30在凡口铅锌矿的初步应用[J].有色金属，1987，（5）：48-53

[3]陈现磊，张栋，Courier5SL在线分析仪在选矿生产中的应用[L]中国矿山工程，2018，47（2）：48-51

作者简介：

谭泽林，1964年出生，安徵省铜陵市人，1988年7月毕业于中南工业大学，工业自动化专业，高级工程师，铜陵有色集团股份公司中铁建铜冠投资有限公司从事电气技术相关工作。