鐵礦漿品位的雙能量γ吸收在線測定方法及其儀器的製作方法

2023-07-14 15:10:41

專利名稱：鐵礦漿品位的雙能量γ吸收在線測定方法及其儀器的製作方法
技術領域：
本發明屬於核探測技術應用和自動化檢測技術領域，具體涉及一種鐵礦漿品位在線測定方法及其儀器。
現有的X螢光法測定鐵礦石的品位，由於X螢光的穿透能力極弱(小於1mm)，所以X螢光的測量受到礦石顆粒度大小的嚴重影響，測量前必須對樣品進行預處理烘乾、研磨、過篩、恆壓力壓片，製成厚度一致、密度恆定的薄片，才能保證測量精度。這種儀器和方法只適用於實驗室測定。
X螢光用於礦漿流的在線直接測量時，由於測量受到礦漿密度、粒度和礦漿中鐵以外其它元素成分變化的影響，會產生不可容忍的誤差。
本發明的目的在於提供一種鐵礦漿品位的在線連續檢測方法及其儀器，該方法不需對礦漿進行任何處理，即能直接測定礦漿流，準確測定出礦漿的瞬時品位值，且儀器對現場礦漿有較強的適應能力。
本發明利用兩種不同能量的γ射線，測量由鐵、雜質和水三種物質組成的礦漿中不同元素對射線的吸收能力，求出鐵、雜質水各自的含量，從而求得礦漿中鐵的品位值(鐵含量在固體中的重量百分比)。具體方案包括將鐵礦漿引入測量池，將γ射線源置於測量池的一端，將NaI(T1)晶體閃爍探測器置於測量池的另一端對測量池中的礦漿進行測量，並根據測量數據進行計算，求出鐵礦漿的品位，其特徵在於①利用兩種不同能量的γ射線，對測量池空態和充滿礦漿時進行測量，得到如下數據N10-測量池空態時第一路射線計數；N11-測量池充滿礦漿時第一路射線的透射計數；N20-測量池空態時第二路射線計數；N21-測量池充滿礦漿時第二路射線的透射計數；②根據單能平行束射線吸收公式進行計算，得到如下結果N10/N11＝exp(μ11·d1+μ12·d2+μ13·d3)(1)N20/n21＝exp(μ21·d1+μ22·d2+μ23·d3)(2)式中d1-測量池中鐵的質量厚度；d2-測量池中雜質的質量厚度；d3-測量池中水的質量厚度；μ11-鐵對中能射線的質量吸收係數；μ12-雜質對中能射線的質量吸收係數；μ13-水對中能射線的質量吸收係數；μ21-鐵對低能射線的質量吸收係數；
μ22-雜質對低能射線的質量吸收係數；μ23-水對低能射線的質量吸收係數；③當測量池中被測礦漿的厚度固定時，可得如下結果d1/ρ1+d2/ρ2+d3/ρ3＝X (3)式中ρ1—鐵的密度；ρ2—雜質的密度；ρ3—水的密度；X-礦漿的總厚度。
④由(1)、(2)、(3)式聯立，可求出鐵、雜質和水三者各自的質量厚度，最後根據下式求出鐵礦漿的品位值P＝(A·L2+B·L1)/(C·L2+D·L1)(4)公式(4)中L1＝Ln(N1so)/Ln(N11) (5)L2＝Ln(N2so)/Ln(N21) (6)公式(5)、(6)中N1so-測量池充滿水時第一路射線的透射計數；N2so-測量池充滿水時第二路射線的透射計數；A、B、C、D為常數。
本發明所用的測量儀器，包括採樣裝置、放射源、探測器和主機，其特徵在於所說的採樣裝置由測量池、進口管、出口管和連通管組成，各管段之間均以垂直方式連接，各管段與水平方向的夾角為30～60度，以45度最佳，放射源為兩種不同能量的γ射線源，其中低能射線的能量範圍為17～60KeV，中能射線的能量範圍為150～1400KeV，所說的探測器採用NaI晶體和光電倍產管組成的帶能譜分析電路的閃爍探測器，放射源和探測器沿測量池中礦漿流動的方向設置在測量池的兩端。
本發明可用於鐵礦或其它重金屬礦的選礦廠，對選礦工藝過程的原礦、精礦和尾礦的礦漿流的品位值進行瞬時在線測定，礦漿濃度、粒度及礦石種類的變化不會給品位測量帶來明顯的誤差，本儀器在現場實際應用中的測量礦漿的瞬時品位值的系統總誤差小於0.5％。礦漿的濃度、粒度及礦石性質變化時，品位測量誤差小於0.5％。利用檢測到的品位值去調節工藝參數，使工藝始終運行在最佳工作狀態，可對選礦工藝實現自動化控制，減少產品流失、提高產品合格率、提高勞動生產率，為用戶帶來顯著的經濟效益。
本發明可用於選礦工藝對鐵礦漿的品位進行瞬時在線檢測，也可用於其它重金屬礦的檢測。
本發明有如下附圖

圖1在線測量儀器示意圖以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
根據射線吸收原理，對於單能平行束射線，吸收公式為
N10/N11＝exp(μ11·d1+μ12·d2+μ13·d3) (1)N20/n21＝exp(μ21·d1+μ22·d2+μ23·d3) (2)式中N10-測量池空態時第一路射線計數；N11-測量池充滿礦漿時第一路射線的透射計數；N20-測量池空態時第二路射線計數；N21-測量池充滿礦漿時第二路射線的透射計數；d1-測量池中鐵的質量厚度；d2-測量池中雜質的質量厚度；d3-測量池中水的質量厚度；μ11-鐵對中能射線的質量吸收係數；μ12-雜質對中能射線的質量吸收係數；μ13-水對中能射線的質量吸收係數；μ21-鐵對低能射線的質量吸收係數；μ22-雜質對低能射線的質量吸收係數；μ23-水對低能射線的質量吸收係數；當測量池中被測礦漿的厚度固定時有d1/ρ1+d2/ρ2+d3/ρ3＝X (3)式中ρ1-鐵的密度；ρ2-雜質的密度；ρ3-水的密度；X-礦漿的總厚度。
由(1)、(2)、(3)式聯立，可導出求出鐵、雜質和水三者各自的質量厚度，從而求出品位的表示式P＝(A·L2+B·L1)/(C·L2+D·L1) (4)L1＝Ln(N1so)-Ln(N11) (5)L2＝Ln(N2so)-Ln(N21) (6)式中N1so-測量池充滿水時第一路射線的透射計數；N2so-測量池充滿水時第二路射線的透射計數；A、B、C、D為常數，它們都是μ11、μ12、μ13、μ21、μ22、μ23、d1、d2、d3、ρ1、ρ2、ρ3等幾個物理常數的函數。
A、B、C、D可由幾個物理常數算出，也可由實際礦漿樣品的標定求得。用儀器對4種以上的不同品位值的樣品進行測定，由式(5)和式(6)求出對應的L1和L2數值，由化驗室測得對應的品位值，用以上數據擬合式(4)，就可得到A、B、C、D的數值。
當兩路射線採用兩個不同厚度的測量池時，(5)、(6)式改為L1＝[Ln(N1so)-Ln(N11)]/X1(7)L2＝[Ln(N2so)-Ln(N21)]/X2(8)式中
X1——第一路射線測量池的厚度；X2——第二路射線測量池的厚度。
本發明採用尺寸一定的測量池使被測礦漿的厚度保持不變，以滿足公式(3)的要求。
採樣裝置保證被測樣品的代表性，進入測量池的礦漿不許夾帶氣泡，不許出現分層和沉澱現象。為此，採樣裝置各管段與水平方向的夾角可定為30～60度，以45度最佳。這樣，任一管段都不呈水平方向，可防止礦漿在管中沉澱和分層。各管段的內截面積均相同，以保證採樣裝置內各處礦漿的流速一致，以避免內截面積變大時礦漿速度變慢而造成沉澱和分層。
利用兩種不同能量的γ射線進行品位測量，射線能量的選取原則如下鐵對低能射線的吸收能力應遠大於雜質和水的吸收係數，以便提高測量鐵元素的靈敏度和精度；礦漿中各種物質對中能射線的吸收係數應相差不大，以便能準確測出礦漿密度和濃度，並能保證品位測量不受礦石性質的影響；中能射線穿透礦漿時的半吸收厚度和被測礦漿厚度應都遠大於礦石的粒度，以便保證品位測量不受礦漿濃度變化和粒度變化的影響；由於礦漿中各種元素對所選中能射線的質量吸收係數差別很小，所以測量不受礦漿中礦石品種變化(即鐵以外其它元素的成分變化)的影響；綜合分析的結果，低能射線的能量範圍應為17～60KeV，高能射線的能量範圍為150～1400KeV。
根據應用現場不同的品位範圍和不同濃度的範圍，可採用不同的測量池厚度。增加樣品厚度可提高測量的靈敏度，即同樣的品位變化，在厚度較大時可引起較大的射線計數變化率，從而提高品位的精度；但厚度太大時，導致穿過礦漿的射線透射計數率急劇減小，致使放射性統計漲落誤差大大增加，使品位誤差大大增加。當某厚度的礦漿對射線的衰減比為e2時為最佳厚度，此時放射性統計漲落對品位測量造成的誤差存在最小值。
測量池厚度(射線穿過礦漿的路程)的選取原則如下根據儀器應用現場的實際品位和濃度範圍，應使測量池儘量接近最佳厚度。厚度應遠大於礦石粒度(線度)以保證礦漿對射線的吸收率不受粒度變化的影響(只和質量厚度有關)。放射源發出的射線，穿過測量池，部分被礦漿吸收，剩餘部分進入探測器。
探測器採用Φ40或Φ50的NaI晶體和光電倍產管組成的閃爍探測器，探測器中採用能譜分析電路，輸出與射線計數率相對應的脈衝信號。兩路射線可分別採一套γ放射源、測量池和探測器(參見圖1)，也可共用一套探測器、測量池和放射源。在後一種種情況下，兩种放射源裝在一個工作容器中，構成複合源。一個探測器同時測量兩種不同能量的射線，輸出對應的兩路脈衝信號。探測器輸出的兩路脈衝信號，送往主機進行處理。主機可以用高性能的工業控制計算機，也可由單片機構成智能化主機。在主機中按照式(5)、式(6)和式(4)進行數學運算，求得品位值。將結果進行顯示，並輸出和品位值相對應的4～20mA的標準控制信號。
以下為本發明的一個實際應用情況在用於鐵選礦廠礦漿品位的在線測定和選礦工藝的自動化控制時，現場品位變化範圍為5～30％，濃度變化範圍為5～40％。採用137Cs放射源7.5×108Bq，241Am放射源1.5×109Bq。每路射線分別採用一套由Φ40mm的NaI晶體和Φ51mm的光電倍增管組成的探測器。主機為工業控制計算機，採用PC總線，其基本配置為Pentium/166型CPU，主頻166MHz，1.2G硬碟，32M內存，14」彩色顯示器。
利用帶光隔離的脈衝計數板接收來自控制器的脈衝信號。
實測參數為A＝3.643×10-2B＝-0.15792C＝1.9666×10-2D＝-1.0159儀器運行過程中進行了取樣對照，品位的儀器指示值和化驗結果之間的誤差(均方根誤差)小於0.34％。
權利要求
1.一種在線測定鐵礦漿品位的雙能量γ射線吸收法，包括將鐵礦漿引入測量池(3、7)，將γ射線源置於測量池(3、7)的一端，將NaI(T1)晶體閃爍探測器(1、5)置於測量池的另一端對測量池中的礦漿進行測量，並根據測量數據計算出鐵礦漿的品位，其特徵在於①利用兩種不同能量的γ射線，對測量池(3、7)空態和充滿礦漿時進行測量，得到如下數據N10-測量池空態時第一路射線計數；N11-測量池充滿礦漿時第一路射線的透射計數；N20-測量池空態時第二路射線計數；N21-測量池充滿礦漿時第二路射線的透射計數；②根據單能平行束射線吸收公式進行計算，得到如下結果N10/N11＝exp(μ11·d1+μ12·d2+μ13·d3) (1)N20/n21＝exp(μ21·d1+μ22·d2+μ23·d3) (2)式中N10-測量池空態時第一路射線計數；N11-測量池充滿礦漿時第一路射線的透射計數；N20-測量池空態時第二路射線計數；N21-測量池充滿礦漿時第二路射線的透射計數；d1-測量池中鐵的質量厚度；d2-測量池中雜質的質量厚度；d3-測量池中水的質量厚度；μ11-鐵對中能射線的質量吸收係數；μ12-雜質對中能射線的質量吸收係數；μ13-水對中能射線的質量吸收係數；μ21-鐵對低能射線的質量吸收係數；μ22-雜質對低能射線的質量吸收係數；μ23-水對低能射線的質量吸收係數；③當測量池中被測礦漿的厚度固定時，可得如下結果d1/ρ1+d2/ρ2+d3/ρ3＝X (3)式中ρ1—鐵的密度；ρ2—雜質的密度；ρ3—水的密度；X-礦漿的總厚度。④由(1)、(2)、(3)式聯立，可求出鐵、雜質和水三者各自的質量厚度，最後根據下式求出鐵礦漿的品位值P＝(A·L2+B·L1)/(C·L2+D·L1)(4)公式(4)中L1＝Ln(N1so)/Ln(N11) (5)L2＝Ln(N2so)/Ln(N21) (6)公式(5)、(6)中N1so-測量池充滿水時第一路射線的透射計數；N2so-測量池充滿水時第二路射線的透射計數；A、B、C、D為常數。
2.一種用於權利要求1所述測定方法的測量儀器，包括採樣裝置、放射源(4、9)、探測器(1、5)和主機(10)，其特徵在於所說的採樣裝置由測量池(3、7)、進口管(2)、出口管(8)和連通管(6)組成，各管段之間均以垂直方式連接，各管段與水平方向的夾角為30～60度，以45度最佳，所說的放射源為兩種不同能量的γ射線源，其中低能射線源(9)的能量範圍為17～60KeV，中能射線源(4)的能量範圍為150～1400KeV，所說的探測器採用NaI晶體和光電倍產管組成的帶能譜分析電路的閃爍探測器，放射源和探測器沿測量池中礦漿流動的方向設置在測量池的兩端。
3.根據權利要求2所述的測量儀器，其特徵在於低能測量池的窗口材料為低原子序數的物質，以防止窗口材料對低能射線的嚴重衰減。
4.根據權利要求2或3所述的測量儀器，其特徵在於當測量池中礦漿對射線計數率衰減倍數等於e2時為測量池的最佳厚度。
全文摘要
本發明涉及一種鐵礦漿品位在線檢測儀,利用雙能量射線吸收的原理,在保證被測礦漿厚度不變的條件下,可準確測出礦漿中鐵、雜質和水三種組分各自的含量,最終求出鐵品位值,適當的選取射線的能量,提高儀器對現場礦漿條件變化的適應能力,當礦漿的濃度、粒度、礦石性質發生變化時,均不會對品位測量生產影響。本發明可用於選礦工藝對鐵礦漿的品位進行瞬時在線檢測,也可用於其它重金屬礦的檢測。
文檔編號G01N23/02GK1274843SQ00109760
公開日2000年11月29日 申請日期2000年7月5日 優先權日2000年7月5日
發明者侯朝勤 申請人:丹東東方測控技術有限公司, 侯朝勤