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制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核探測技術(shù)應(yīng)用和自動化檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵礦漿品位在線測定方法及其儀器。
現(xiàn)有的X熒光法測定鐵礦石的品位，由于X熒光的穿透能力極弱(小于1mm)，所以X熒光的測量受到礦石顆粒度大小的嚴(yán)重影響，測量前必須對樣品進(jìn)行預(yù)處理烘干、研磨、過篩、恒壓力壓片，制成厚度一致、密度恒定的薄片，才能保證測量精度。這種儀器和方法只適用于實驗室測定。
X熒光用于礦漿流的在線直接測量時，由于測量受到礦漿密度、粒度和礦漿中鐵以外其它元素成分變化的影響，會產(chǎn)生不可容忍的誤差。
本發(fā)明的目的在于提供一種鐵礦漿品位的在線連續(xù)檢測方法及其儀器，該方法不需對礦漿進(jìn)行任何處理，即能直接測定礦漿流，準(zhǔn)確測定出礦漿的瞬時品位值，且儀器對現(xiàn)場礦漿有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。
本發(fā)明利用兩種不同能量的γ射線，測量由鐵、雜質(zhì)和水三種物質(zhì)組成的礦漿中不同元素對射線的吸收能力，求出鐵、雜質(zhì)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射線源置于測量池的一端，將NaI(T1)晶體閃爍探測器置于測量池的另一端對測量池中的礦漿進(jìn)行測量，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，求出鐵礦漿的品位，其特征在于①利用兩種不同能量的γ射線，對測量池空態(tài)和充滿礦漿時進(jìn)行測量，得到如下數(shù)據(jù)N10-測量池空態(tài)時第一路射線計數(shù)；N11-測量池充滿礦漿時第一路射線的透射計數(shù)；N20-測量池空態(tài)時第二路射線計數(shù)；N21-測量池充滿礦漿時第二路射線的透射計數(shù)；②根據(jù)單能平行束射線吸收公式進(jìn)行計算，得到如下結(jié)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(zhì)量厚度；d2-測量池中雜質(zhì)的質(zhì)量厚度；d3-測量池中水的質(zhì)量厚度；μ11-鐵對中能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ12-雜質(zhì)對中能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ13-水對中能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ21-鐵對低能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；
μ22-雜質(zhì)對低能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ23-水對低能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；③當(dāng)測量池中被測礦漿的厚度固定時，可得如下結(jié)果d1/ρ1+d2/ρ2+d3/ρ3＝X (3)式中ρ1—鐵的密度；ρ2—雜質(zhì)的密度；ρ3—水的密度；X-礦漿的總厚度。
④由(1)、(2)、(3)式聯(lián)立，可求出鐵、雜質(zhì)和水三者各自的質(zhì)量厚度，最后根據(jù)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(shù)；N2so-測量池充滿水時第二路射線的透射計數(shù)；A、B、C、D為常數(shù)。
本發(fā)明所用的測量儀器，包括采樣裝置、放射源、探測器和主機(jī)，其特征在于所說的采樣裝置由測量池、進(jìn)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范圍為17～60KeV，中能射線的能量范圍為150～1400KeV，所說的探測器采用NaI晶體和光電倍產(chǎn)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(shè)置在測量池的兩端。
本發(fā)明可用于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(jìn)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(xiàn)場實際應(yīng)用中的測量礦漿的瞬時品位值的系統(tǒng)總誤差小于0.5％。礦漿的濃度、粒度及礦石性質(zhì)變化時，品位測量誤差小于0.5％。利用檢測到的品位值去調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，使工藝始終運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)，可對選礦工藝實現(xiàn)自動化控制，減少產(chǎn)品流失、提高產(chǎn)品合格率、提高勞動生產(chǎn)率，為用戶帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明可用于選礦工藝對鐵礦漿的品位進(jìn)行瞬時在線檢測，也可用于其它重金屬礦的檢測。
本發(fā)明有如下附圖

圖1在線測量儀器示意圖以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
根據(jù)射線吸收原理，對于單能平行束射線，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(tài)時第一路射線計數(shù)；N11-測量池充滿礦漿時第一路射線的透射計數(shù)；N20-測量池空態(tài)時第二路射線計數(shù)；N21-測量池充滿礦漿時第二路射線的透射計數(shù)；d1-測量池中鐵的質(zhì)量厚度；d2-測量池中雜質(zhì)的質(zhì)量厚度；d3-測量池中水的質(zhì)量厚度；μ11-鐵對中能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ12-雜質(zhì)對中能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ13-水對中能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ21-鐵對低能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ22-雜質(zhì)對低能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ23-水對低能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；當(dāng)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(zhì)的密度；ρ3-水的密度；X-礦漿的總厚度。
由(1)、(2)、(3)式聯(lián)立，可導(dǎo)出求出鐵、雜質(zhì)和水三者各自的質(zhì)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(shù)；N2so-測量池充滿水時第二路射線的透射計數(shù)；A、B、C、D為常數(shù)，它們都是μ11、μ12、μ13、μ21、μ22、μ23、d1、d2、d3、ρ1、ρ2、ρ3等幾個物理常數(shù)的函數(shù)。
A、B、C、D可由幾個物理常數(shù)算出，也可由實際礦漿樣品的標(biāo)定求得。用儀器對4種以上的不同品位值的樣品進(jìn)行測定，由式(5)和式(6)求出對應(yīng)的L1和L2數(shù)值，由化驗室測得對應(yīng)的品位值，用以上數(shù)據(jù)擬合式(4)，就可得到A、B、C、D的數(shù)值。
當(dāng)兩路射線采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(fā)明采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。
采樣裝置保證被測樣品的代表性，進(jìn)入測量池的礦漿不許夾帶氣泡，不許出現(xiàn)分層和沉淀現(xiàn)象。為此，采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淀和分層。各管段的內(nèi)截面積均相同，以保證采樣裝置內(nèi)各處礦漿的流速一致，以避免內(nèi)截面積變大時礦漿速度變慢而造成沉淀和分層。
利用兩種不同能量的γ射線進(jìn)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(yīng)遠(yuǎn)大于雜質(zhì)和水的吸收系數(shù)，以便提高測量鐵元素的靈敏度和精度；礦漿中各種物質(zhì)對中能射線的吸收系數(shù)應(yīng)相差不大，以便能準(zhǔn)確測出礦漿密度和濃度，并能保證品位測量不受礦石性質(zhì)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(yīng)都遠(yuǎn)大于礦石的粒度，以便保證品位測量不受礦漿濃度變化和粒度變化的影響；由于礦漿中各種元素對所選中能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)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(jié)果，低能射線的能量范圍應(yīng)為17～60KeV，高能射線的能量范圍為150～1400KeV。
根據(jù)應(yīng)用現(xiàn)場不同的品位范圍和不同濃度的范圍，可采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(shù)變化率，從而提高品位的精度；但厚度太大時，導(dǎo)致穿過礦漿的射線透射計數(shù)率急劇減小，致使放射性統(tǒng)計漲落誤差大大增加，使品位誤差大大增加。當(dāng)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(tǒng)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(jù)儀器應(yīng)用現(xiàn)場的實際品位和濃度范圍，應(yīng)使測量池盡量接近最佳厚度。厚度應(yīng)遠(yuǎn)大于礦石粒度(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(zhì)量厚度有關(guān))。放射源發(fā)出的射線，穿過測量池，部分被礦漿吸收，剩余部分進(jìn)入探測器。
探測器采用Φ40或Φ50的NaI晶體和光電倍產(chǎn)管組成的閃爍探測器，探測器中采用能譜分析電路，輸出與射線計數(shù)率相對應(yīng)的脈沖信號。兩路射線可分別采一套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。在后一種種情況下，兩種放射源裝在一個工作容器中，構(gòu)成復(fù)合源。一個探測器同時測量兩種不同能量的射線，輸出對應(yīng)的兩路脈沖信號。探測器輸出的兩路脈沖信號，送往主機(jī)進(jìn)行處理。主機(jī)可以用高性能的工業(yè)控制計算機(jī)，也可由單片機(jī)構(gòu)成智能化主機(jī)。在主機(jī)中按照式(5)、式(6)和式(4)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，求得品位值。將結(jié)果進(jìn)行顯示，并輸出和品位值相對應(yīng)的4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)控制信號。
以下為本發(fā)明的一個實際應(yīng)用情況在用于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(xiàn)場品位變化范圍為5～30％，濃度變化范圍為5～40％。采用137Cs放射源7.5×108Bq，241Am放射源1.5×109Bq。每路射線分別采用一套由Φ40mm的NaI晶體和Φ51mm的光電倍增管組成的探測器。主機(jī)為工業(yè)控制計算機(jī)，采用PC總線，其基本配置為Pentium/166型CPU，主頻166MHz，1.2G硬盤，32M內(nèi)存，14”彩色顯示器。
利用帶光隔離的脈沖計數(shù)板接收來自控制器的脈沖信號。
實測參數(shù)為A＝3.643×10-2B＝-0.15792C＝1.9666×10-2D＝-1.0159儀器運(yùn)行過程中進(jìn)行了取樣對照，品位的儀器指示值和化驗結(jié)果之間的誤差(均方根誤差)小于0.34％。
權(quán)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射線源置于測量池(3、7)的一端，將NaI(T1)晶體閃爍探測器(1、5)置于測量池的另一端對測量池中的礦漿進(jìn)行測量，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算出鐵礦漿的品位，其特征在于①利用兩種不同能量的γ射線，對測量池(3、7)空態(tài)和充滿礦漿時進(jìn)行測量，得到如下數(shù)據(jù)N10-測量池空態(tài)時第一路射線計數(shù)；N11-測量池充滿礦漿時第一路射線的透射計數(shù)；N20-測量池空態(tài)時第二路射線計數(shù)；N21-測量池充滿礦漿時第二路射線的透射計數(shù)；②根據(jù)單能平行束射線吸收公式進(jìn)行計算，得到如下結(jié)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(tài)時第一路射線計數(shù)；N11-測量池充滿礦漿時第一路射線的透射計數(shù)；N20-測量池空態(tài)時第二路射線計數(shù)；N21-測量池充滿礦漿時第二路射線的透射計數(shù)；d1-測量池中鐵的質(zhì)量厚度；d2-測量池中雜質(zhì)的質(zhì)量厚度；d3-測量池中水的質(zhì)量厚度；μ11-鐵對中能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ12-雜質(zhì)對中能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ13-水對中能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ21-鐵對低能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ22-雜質(zhì)對低能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；μ23-水對低能射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；③當(dāng)測量池中被測礦漿的厚度固定時，可得如下結(jié)果d1/ρ1+d2/ρ2+d3/ρ3＝X (3)式中ρ1—鐵的密度；ρ2—雜質(zhì)的密度；ρ3—水的密度；X-礦漿的總厚度。④由(1)、(2)、(3)式聯(lián)立，可求出鐵、雜質(zhì)和水三者各自的質(zhì)量厚度，最后根據(jù)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(shù)；N2so-測量池充滿水時第二路射線的透射計數(shù)；A、B、C、D為常數(shù)。
2.一種用于權(quán)利要求1所述測定方法的測量儀器，包括采樣裝置、放射源(4、9)、探測器(1、5)和主機(jī)(10)，其特征在于所說的采樣裝置由測量池(3、7)、進(jìn)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)的能量范圍為17～60KeV，中能射線源(4)的能量范圍為150～1400KeV，所說的探測器采用NaI晶體和光電倍產(chǎn)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(shè)置在測量池的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量儀器，其特征在于低能測量池的窗口材料為低原子序數(shù)的物質(zhì)，以防止窗口材料對低能射線的嚴(yán)重衰減。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的測量儀器，其特征在于當(dāng)測量池中礦漿對射線計數(shù)率衰減倍數(shù)等于e2時為測量池的最佳厚度。
全文摘要
本發(fā)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(zhǔn)確測出礦漿中鐵、雜質(zhì)和水三種組分各自的含量,最終求出鐵品位值,適當(dāng)?shù)倪x取射線的能量,提高儀器對現(xiàn)場礦漿條件變化的適應(yīng)能力,當(dāng)?shù)V漿的濃度、粒度、礦石性質(zhì)發(fā)生變化時,均不會對品位測量生產(chǎn)影響。本發(fā)明可用于選礦工藝對鐵礦漿的品位進(jìn)行瞬時在線檢測,也可用于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(yōu)先權(quán)日2000年7月5日
發(fā)明者侯朝勤 申請人:丹東東方測控技術(shù)有限公司, 侯朝勤