物料成分分析 (composition analysis of material)

用分析化学方法或分析仪器测量物料化学组成的选矿测试技术。矿石和选矿产品中的成分是指包含于这些物料中的有用的、暂时无用或不回收的和有害的元素或化合物以及它们的含量。成分分析结果是评价选矿试验、选矿厂生产技术水平、选矿技术经济指标等的最基本的数据，也是调节和控制生产过程的最基本的参数。选矿所处理的对象和产品绝大部分呈块状、粒状或粉末状。用化学法或光谱、质谱、色谱等仪器分析它们中的元素或化合物时，必须先将物料样品磨细，再经熔融、溶解甚至离子化等过程，方能进行定性和定量分析，因此分析过程长而慢，难以达到及时指导生产的要求，更难以实现在线检测。但是，这些方法，尤其是化学分析法，能分析几乎所有的元素，而且368精度高，因此，常用这些方法的检测结果作为标准，校核其他分析方法。在线分析设备最常用的能快速和在线检测选矿物料成分的是X射线型成分分析仪、7射线型成分分析仪和中子型成分分析仪三种。X射线型分析仪有荧光式、吸收式和衍射式三类。前两者用于定性和定量地分析物料成分，后者主要用于鉴定物料的物质结构。X射线吸收式分析仪可分析的元素较少，精度较低，故很少应用。X射线荧光分析仪应用广泛。第一台X射线荧光分析仪于1948年问世，1962年开始应用于选矿流程的在线检测。1972年出现了使用同位素放射源的能量色散型在流X射线荧光分析仪，这种分析仪的探头可直接浸入矿流中。x射线荧光分析可同时分析多种元素，分析精度可满足选矿工艺要求。7射线型分析仪也可分为三类：吸收式、散射式和电子对式。7射线具有更大的穿透力，可以分析块状物料。吸收式分析仪主要用来分析铅、钨、铋、铀等重金属元素。20世纪70年代初，已出现在流式7射线吸收型分析仪；散射式分析仪主要用于煤的灰分分析；电子对式分析仪除可分析煤的灰分外，还可用于分析大块矿石的成分，但由于其射源能量大，对防护要求高，仪器庞大，价格高，故较少应用。中子型分析仪有中子活化分析仪(NAA)和瞬时中子一7分析仪两类。中子活化分析仪具有灵敏度高、分析速度快、分析元素多、可以实现在线检测和分析块状物料等优点，几乎与x射线荧光分析仪同步发展。1972年已应用于选矿厂在线分析。但中子活化分析仪的价格远高于x射线仪，对防护的要求高，至今未能在选矿领域中普遍应用；只在分析氟、钠、硫、硅等轻元素时可能采用，因为用X射线法分析这些元素比较困难。瞬时中子7分析可用来分析块矿中的铜、铁、硫、硅等元素，但仪器体积庞大、结构复杂、价格高，应用不广。由于它能在线检测破碎前的原矿成分，有着一定的潜在市场。设备特点x射线型、7射线型和中子型三类分析仪是用射线或中子辐射来实现测量变换的，完成测量变换的主要传感器是X射线和7射线探测器。检测7射线和X射线能量和强度的探测器有：闪烁计数器、电离室、正比计数器和半导体计数器(探测器)等四种。它们的工作原理虽然备不相同，但输出的电压辐值均与入射光的能量成正比，输出的脉冲计数均和入射光子的强度成正比。闪烁计数器由光电倍增管和闪烁晶体如NaI(渗铊)构成。入射光子经闪烁晶体后变为可见光子，经光电倍增管时再由可见光子变为电子，倍增后由光电倍增管阳极输出电压脉冲信号，这种探测器价格便宜，但分辨率较低，晶体易潮解。电离室和正比计数器均属气体计数器，器内的惰性气体(氩、氙等)被入射光子电离，产生的电离电流由探测器收集极以电压形式输出；电离室仅适用于探测丫射线。常用的半导体探测器(固体探测器)是用渗锂的锗或硅半导体作成，具有n—i—p结构，经入射光子照射可产生电子——空穴电流，输出电压脉冲。半导体探测器的灵敏度和分辨率最高，但价格较贵，并需在液氮下工作。提高分析精度、降低仪器造价、方便使用和维护，加强安全防护，以及进一步开发新型分析仪器，是选矿产品成分分析技术的发展趋势。