PGNAA技术检测铁矿浆品位试验*

2018-09-18龚亚林宋青锋尚庆敏王立东

现代矿业 2018年8期

龚亚林赵龙,2 宋青锋张伟尚庆敏王立东

(1.丹东东方测控技术股份有限公司；2.吉林大学物理学院)

瞬发伽玛中子活化分析技术(PGNAA)是一种快速、无接触的多元素分析技术。PGNAA技术从上世纪70年代开始应用于工业在线检测领域，经过40多年不断革新，技术日趋完善，目前已经广泛应用于水泥、冶金、煤炭等在线检测领域[1-3]。

目前矿浆品位在线检测技术主要有透射式与反射式检测技术两类。反射检测主要利用红外线、激光、X荧光等检测技术，属于表面测量技术；透射式检测主要利用双能量矿浆检测技术和中子活化检测技术。红外线、激光反射检测技术受环境因素干扰较大，目前在矿浆工业现场尚未得到广泛应用。X荧光反射检测技术凭借较高的检测精度，在有色金属领域应用较多[4-6]，但无法检测轻质元素，在一定程度上限制了其应用。双能量矿浆检测技术采用Cs-137和Am-241两种不同能量的伽玛射线源检测矿浆的平均原子序数[7-9]，对于内含单一重质元素的矿浆品位具有较高的检测精度，但容易受矿浆中其他重质元素的干扰。

PGNAA技术采用透射测量方式，由于中子和伽玛射线具有极强的穿透特性， PGNAA技术不仅可以检测铁、Ti、 Cu、Ni等重质元素，也可同时检测Ca、Si、Al、K、Na、Mg、S、Cl、P等轻质元素，应用范围更广。PGNAA技术可对矿浆进行全元素检测，不会受矿浆中其他元素的干扰[10-15]。采用PGNAA技术对铁矿浆进行铁品位检测试验，以期得到较理想的检测效果。

1 蒙特卡洛模拟仿真

蒙特卡洛模拟仿真试验采用Cf-252自发裂变中子源和5英寸NaI闪烁体探测器，装置示意见图1。

1—半径2.5 cm的聚乙烯圆柱；2—被测矿浆；3—厚1 cm的聚乙烯圆桶；4—中子源；5—伽玛探测器

铁矿浆主要成分为水、铁氧化物、二氧化硅，而水对中子具有非常强的吸收作用，水本身就是常用的中子屏蔽材料，因此铁矿浆中含水量要控制在一定范围内，否则将会严重降低矿浆中的热中子通量，大大降低系统检测精度。

通过蒙特卡罗仿真软件可以仿真计算出聚乙烯圆筒的最佳半径。在铁矿浆浓度20%、品位65%的条件下，改变聚乙烯圆桶半径仿真矿浆的特征伽玛能谱，统计铁峰计数随圆桶半径变化数据，结果见图2。

从图2可以看到，当聚乙烯圆桶半径为8 cm时，铁峰计数达到最大。

2 检测试验

2.1 标准试验

采用图3所示系统结构的PGNAA分析仪对铁矿浆进行品位检测。通过循环泵、矿浆缓冲槽实现动态循环检测，避免铁矿浆沉淀，保证检测精度。

图3 试验系统组成示意

标定铁矿浆样品采用工业铁氧化物粉末配制，共配制了8种不同品位的铁矿浆样品，Fe、Ti、SiO2品位标定曲线分别见图4、图6和图8。改变每种试验样品的浓度，检验矿浆浓度变化对检测结果的影响程度，Fe、Ti、SiO2检测品位与理论品位值对照曲线分别见图5、图7和图9。

图4 Fe品位标定曲线

从图4～图9中可以看出，Fe、Ti、SiO2的品位标定曲线线性拟合度R2均超过了0.99，说明应用PGNAA分析仪对标准铁矿浆样品中的Fe、Ti、SiO2品位检测具有较高的检测精度；当标准样品浓度变化后，PGNAA分析仪的检测结果未发生较大偏差，检测结果依旧在理论值附近波动，说明PGNAA分析仪的检测结果不受标准矿浆浓度变化影响。