劉兵，李杰

（1.廣西中金嶺南礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西武宣 545900；2.礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160;3.礦冶過程自動(dòng)控制技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100160）

礦漿在線品位分析作為浮選生產(chǎn)過程中最為關(guān)鍵的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在國內(nèi)投用近50年，但應(yīng)用技術(shù)方面的研究較少，不同礦山企業(yè)使用效果存在很大的差異。為了確保長期使用效果，盤龍鉛鋅礦金灣選礦廠引進(jìn)在線品位分析系統(tǒng)后對(duì)其進(jìn)行了應(yīng)用方面的研究，包括對(duì)鉛浮選局部流程和鋅浮選局部流程的關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量、探索藥劑調(diào)整對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間等。研究結(jié)果實(shí)現(xiàn)了基于品位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的藥劑調(diào)整方法，對(duì)于穩(wěn)定精礦指標(biāo)、控制尾礦回收率起到了明顯的效果。礦石性質(zhì)變化較為劇烈時(shí)，生產(chǎn)調(diào)控引起的礦漿性質(zhì)變化會(huì)影響品位的測(cè)量精度，通過長期積累標(biāo)定樣品，分析測(cè)量值與化驗(yàn)值之間的偏差和工況變化的關(guān)系總結(jié)規(guī)律，利用康普頓散射強(qiáng)度分段建立模型，被測(cè)對(duì)象波動(dòng)引起的偏差，確保測(cè)量精度長期保持在最佳水平。長期應(yīng)用效果表明，結(jié)合工藝特點(diǎn)合理應(yīng)用在線品位分析技術(shù)，可以最大限度地發(fā)揮其穩(wěn)定精礦指標(biāo)、控制回收率的作用，為礦山企業(yè)創(chuàng)造效益。

1 礦漿在線品位分析系統(tǒng)

在線礦漿品位分析技術(shù)采用X射線熒光分析方法（XRF），利用輻射源激發(fā)礦漿中的金屬元素特征X射線光譜，元素光譜強(qiáng)度與品位存在一定的正比例關(guān)系，通過信號(hào)處理單元將光譜轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再利用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法建立品位—光譜模型，校正礦漿中的基體效應(yīng)，即可實(shí)現(xiàn)礦漿中的金屬元素品位測(cè)量。礦漿XRF工作原理見圖1。

圖1 礦漿XRF工作原理

和實(shí)驗(yàn)室XRF分析儀不同，礦漿在線品位分析系統(tǒng)的測(cè)量對(duì)象是礦漿，配套自動(dòng)取樣及礦漿處理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)不同工藝點(diǎn)的自動(dòng)取樣及品位分析。根據(jù)金灣選廠的浮選工藝流程，關(guān)鍵工藝點(diǎn)為原礦、鉛精礦、鋅精礦、鉛尾礦和鋅尾礦，如圖2所示。

圖2 品位分析系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系

從圖2可以看出，各個(gè)工藝點(diǎn)是循環(huán)測(cè)量。相比粉末樣，礦漿的基體成分更加多變，濃度的變化導(dǎo)致基體更加復(fù)雜。基體效應(yīng)校正主要依賴經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法，通過多元線性回歸分析建立模型進(jìn)行校正，可實(shí)現(xiàn)如表1所示的精度。

表1 品位分析精度%

在線品位分析的測(cè)量精度本身能達(dá)到指導(dǎo)生產(chǎn)的要求，但如果要能長期指導(dǎo)生產(chǎn)，需要基于品位數(shù)據(jù)制定合理的生產(chǎn)調(diào)整方法，即把在線品位分析技術(shù)真正融入生產(chǎn)機(jī)制，并且根據(jù)工況分段建立基體校正模型，長期保持測(cè)量精度。

2 工藝及生產(chǎn)調(diào)整方法

金灣選礦廠浮選工藝是先選鉛、再選鋅的優(yōu)先浮選流程。其中，選鉛流程采用一次粗選、兩次掃選、五次精選；選鋅流程采用兩次粗選、兩次掃選、四次精選。兩個(gè)子流程均較長，品位分析系統(tǒng)建立模型后，切換到快速測(cè)量模式，對(duì)兩個(gè)子流程進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試，探索適應(yīng)品位變化的藥劑調(diào)整方法和響應(yīng)時(shí)間，具體方法如下：

將品位分析儀的取樣模式切換至常流模式，同時(shí)對(duì)鋅精礦和鋅尾礦的測(cè)量進(jìn)行旁路，這樣原礦、鉛精礦和鉛尾礦這3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的品位值刷新周期＜5 min；驗(yàn)證選鋅流程時(shí)，對(duì)鉛精礦和原礦進(jìn)行旁路，鉛尾礦、鋅精礦和鋅尾礦的品位值刷新周期同樣＜5 min。在此情況下分別對(duì)藥劑用量進(jìn)行調(diào)整，記錄品位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握藥劑調(diào)整對(duì)指標(biāo)的影響。試驗(yàn)期間，保證原礦性質(zhì)、流程堿度、處理量基本穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，浮選機(jī)的充氣量、刮板速度等其他因素保持不變，如果發(fā)現(xiàn)浮選流程中明確存在設(shè)備問題，則調(diào)整試驗(yàn)終止。閉環(huán)測(cè)試結(jié)果如表2、表3所示。

表2 鉛浮選閉環(huán)測(cè)試結(jié)果

表3 鋅浮選閉環(huán)測(cè)試結(jié)論

試驗(yàn)過程中可以確定，原礦鉛品位波動(dòng)范圍超出±0.3%、鋅品位波動(dòng)范圍超出±0.6%時(shí)，則需要及時(shí)調(diào)整加藥量。一般情況下，加藥量調(diào)整在20 min內(nèi)響應(yīng)即可及時(shí)地將精礦和尾礦的指標(biāo)控制在合理范圍內(nèi)。在線品位分析系統(tǒng)恢復(fù)常規(guī)模式后，5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量周期在12 min以內(nèi)。基于閉環(huán)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成了如圖3所示的常規(guī)生產(chǎn)過程中的工藝調(diào)整流程。

圖3 基于品位數(shù)據(jù)的工藝調(diào)整流程

以關(guān)鍵點(diǎn)的在線品位分析數(shù)據(jù)為參考，根據(jù)其變化在響應(yīng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)工藝點(diǎn)的酸堿度調(diào)整和藥劑調(diào)整，響應(yīng)周期完成后，觀察對(duì)應(yīng)工藝點(diǎn)的品位變化再反過來調(diào)整上級(jí)工藝點(diǎn)的藥劑和其他輔助操作，最終實(shí)現(xiàn)將鉛精礦Pb品位控制在52%～58%，Pb回收率控制在53%以上；鋅精礦Zn品位控制在46%～48%，Zn回收率控制在88%以上。經(jīng)過長期應(yīng)用，總結(jié)出具體調(diào)整方法如表4所示。

表4 工藝調(diào)整方法

根據(jù)表2的調(diào)整方法，輔助刮泡量、充氣量等操作，形成了較為固定的生產(chǎn)調(diào)整流程，不同經(jīng)驗(yàn)的操作工均可將當(dāng)班指標(biāo)控制在較高的水平。在精礦指標(biāo)得到有效控制的情況下，控制精礦產(chǎn)量，進(jìn)一步提高回收率，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

3 測(cè)量精度影響因素分析

在設(shè)備系統(tǒng)正常運(yùn)行且礦石性質(zhì)穩(wěn)定的前提下，測(cè)量精度能夠維持在表1所示的精度范圍內(nèi)。在線品位分析的測(cè)量精度是被測(cè)對(duì)象的函數(shù)，即礦漿的物理化學(xué)性質(zhì)會(huì)直接或間接影響品位分析的結(jié)果。礦漿是一種濃度、粒級(jí)在一定范圍內(nèi)變化的懸濁液，在生產(chǎn)流程穩(wěn)定的條件下，各個(gè)工藝點(diǎn)的礦漿參數(shù)也穩(wěn)定在一定范圍，當(dāng)原礦發(fā)生變化，后續(xù)工藝點(diǎn)也會(huì)引起一系列調(diào)整，礦漿性質(zhì)也會(huì)隨之波動(dòng)，進(jìn)而影響礦漿中金屬元素的X射線熒光檢測(cè)，并引起基體效應(yīng)的波動(dòng)，如表5所示。

表5 原礦變化影響

正常情況下原礦Pb品位在0.30%～1.20%之間波動(dòng)，Zn品位在20.00%～50.00%之間波動(dòng)，這個(gè)變化所帶來的光譜影響和基體效應(yīng)波動(dòng)在品位分析儀模型的線性校正范圍內(nèi)，但測(cè)量窗口的膜片結(jié)鈣速度增加，鈣層會(huì)吸收金屬元素特征X射線，結(jié)鈣厚度的隨機(jī)性會(huì)增加低品位、低原子序數(shù)元素測(cè)量偏差的不確定性，為解決這一問題，將測(cè)量順序調(diào)整，如圖4所示。

圖4 測(cè)量順序

高堿工藝點(diǎn)測(cè)量完畢后，測(cè)量一次低堿且顆粒較粗的工藝點(diǎn)，測(cè)量的同時(shí)減少附著在膜片上的易結(jié)鈣物質(zhì)，并且兩次高堿礦漿測(cè)量間隙增加一次清水測(cè)試，根據(jù)清水測(cè)試結(jié)果增加窗口的自動(dòng)更換頻率。如圖5所示，調(diào)整前pH值高且不穩(wěn)定時(shí)，Zn尾礦測(cè)量精度下降至5.24%；調(diào)整后高堿作業(yè)下測(cè)量精度達(dá)到3.27%，維持在標(biāo)稱精度內(nèi)。

圖5 測(cè)量順序調(diào)整前后趨勢(shì)

4 多模型的研究與應(yīng)用

對(duì)于礦漿X射線熒光分析，元素特征X射線的激發(fā)檢測(cè)受多個(gè)方面的影響，如礦漿中水分含量、被測(cè)元素以外元素含量、X射線與礦漿表面的相干散射、非相干散射等，即XRF中常見的基體效應(yīng)。其中，水分的不確定性帶來無法消除的干擾，在線品位分析也不具備條件進(jìn)行復(fù)雜的樣品預(yù)處理，XRF中諸如內(nèi)標(biāo)法、稀釋法等均不適用，因此通常采用基于經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法的康普頓散射校正方程，通過多元線性回歸建立強(qiáng)度校正模型：

式中：C是被測(cè)元素的品位;I1～I(xiàn)n是礦漿的金屬元素?zé)晒鈴?qiáng)度;Isc是散射強(qiáng)度，即X射線激發(fā)源靶材的康普頓散射;A1～An和Asc校正方程的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。當(dāng)生產(chǎn)流程相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，單個(gè)模型即可實(shí)現(xiàn)基體效應(yīng)的校正，并且達(dá)到表1的標(biāo)稱精度。

熒光光譜和礦漿濃度之間的關(guān)系見圖6。

圖6 熒光光譜和礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系

從圖6可以看出，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)生較大變化時(shí)，金屬元素?zé)晒鈴?qiáng)度和散射強(qiáng)度分別呈正比和反比變化，這種變化在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。

當(dāng)原礦品位變化超過常規(guī)范圍且無規(guī)律波動(dòng)，為保證精礦指標(biāo)、產(chǎn)率和回收率，精礦作業(yè)中刮泡和水量需要頻繁調(diào)整，質(zhì)量濃度的變化會(huì)引起礦漿基體效應(yīng)超出線性模型校正范圍，因此測(cè)量精度也會(huì)受到一定影響。為克服這一問題，該企業(yè)定期積累在線品位分析儀的標(biāo)定樣本數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)圖6中的康普頓散射譜峰強(qiáng)度主要受泡沫、礦物顆粒粒級(jí)和水分含量影響，其中水分是主要影響因素。

鋅精礦濃度及散射強(qiáng)度分布見圖7。

圖7 鋅精礦濃度及散射強(qiáng)度分布

在磨礦生產(chǎn)相對(duì)穩(wěn)定的前提下，精礦泡沫可以由分析儀設(shè)備自帶的消泡水消除，因此影響康普頓散射譜峰強(qiáng)度的主要來自水分的變化。從圖7可以看出，精礦濃度和散射強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系比較明顯，總體可以分為高濃度、常規(guī)濃度和低質(zhì)量分?jǐn)?shù)3個(gè)區(qū)域。仍然以鋅精礦為例，實(shí)際工況對(duì)應(yīng)如表6所示。

表6 精礦濃度和工況的關(guān)系

根據(jù)已有樣本的濃度—散射分布及變化斜率，將樣本分為高散射、常規(guī)散射和低散射3段，分別建立模型，康普頓散射譜峰的強(qiáng)度作為切換模型的判據(jù)，在線品位分析儀可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量礦漿的散射強(qiáng)度自動(dòng)切換模型，將測(cè)量精度維持在正常水平，圖8是非常規(guī)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)不同模型的應(yīng)用對(duì)比。

圖8 分段建模對(duì)比趨勢(shì)

5 應(yīng)用效果

在線品位分析系統(tǒng)投用后，生產(chǎn)指標(biāo)總體穩(wěn)定在較高水平。投用前后指標(biāo)對(duì)比見表7。

表7 投用前后指標(biāo)對(duì)比 %

此外，由于生產(chǎn)操作方法相對(duì)固定，浮選工作量大幅度降低，藥劑成本控制也有明顯改善。

6 總結(jié)

盤龍鉛鋅礦金灣選礦廠結(jié)合自身工藝特點(diǎn)和工況變化，開展礦漿品位實(shí)時(shí)測(cè)量應(yīng)用技術(shù)的研究，成果如下：1）形成了基于品位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)控藥劑制度的工藝調(diào)整方法；2）精礦指標(biāo)提高1.5%以上，回收率提高1%以上；3）精礦穩(wěn)定性總體提高1.0%～2.0%，回收率穩(wěn)定性提高1%以上。長期應(yīng)用效果證明，在線品位分析系統(tǒng)最大限度發(fā)揮了其應(yīng)用價(jià)值，該技術(shù)的成功應(yīng)用，為后續(xù)浮選流程實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)優(yōu)化控制提供了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。目前，金灣選礦廠投用在線品位分析技術(shù)已接近10年，結(jié)合工藝特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)創(chuàng)新性應(yīng)用，長期使用效果顯著，精礦指標(biāo)和回收率控制穩(wěn)定且相比投用前有了較大提高，成為國內(nèi)在線品位分析技術(shù)應(yīng)用示范礦山企業(yè)之一。