包 锐

（吉林省有色金属地质勘查局六0二队，吉林 白山 134300）

引言

现如今矿石的需求量正在逐年上升，在对矿石进行开采的过程中，其贫化率也在进一步增长，这就体现出了矿产品检测工作的重要性。随着煤矿企业的生产，矿产品的检测不仅能够对采矿过程起到指导的作用，而且还能保障选矿工作的正常进行。近几年，伴随着传感技术的不断创新，其在矿产品中的应用也越来越广泛，主要衍生出了3种检测方式：X射线荧光光谱法、原子吸收光谱法以及激光诱导击穿光谱法，这几种方式都受到环境的制约。

1 传统矿产品检测方法概述

1.1 X射线荧光光谱法

该方法的具体原理主要是将具有放射性的同位素当作激发源，对被测的矿石样品进行照射，进而衍生出X射线[1]。考虑到矿产品中每一种元素在经过激发跃迁后，产生的X射线能量是特定的，所以可以凭借这一点对检测的X射线进行光电转换，通过转换的结果能够得知矿产品各个元素种类的具体信息，从而对矿产品的所含元素以及品位进行测定。在矿山企业的生产过程中，该方法主要应用在矿浆品位的检测工作中，而针对矿石的检测仅限于表面，不能够检测出矿石内部的信息状况，这也是它的缺陷。

1.2 原子吸收光谱法

这种检测方法又被叫作原子吸收法，主要的原理是通过对矿产品中被测元素的基态原子蒸气的谱线吸收程度进行检测，从而判断出相对应原子在矿产品中的含量大小。原子吸收光谱法与其它方法相比有着不错的灵敏度及精确度，抗干扰能力也很出色，然而对于不同种元素的分析要采用不同的灯源，同时检测的范围也有一定限度，再加上昂贵的检测设备，使其不能在矿山企业大范围推广使用。

1.3 激光诱导击穿光谱法

事实上，激光诱导击穿光谱通过强激光束分解被测材料，产生激光等离子体，然后进一步分析等离子体中的原子和离子谱线，从而获得被测材料中各种元素的类型和具体含量信息[2]。这种方法的主要优点是，它可以通过使用少量被测材料样本实现对各种元素的远程检测。同时它还有一定的缺点，比如在对物质进行检测分析的过程中，对检测的仪器以及周围的环境都有一定的要求，例如检测环境气体的成分、被测物质的物理性质以及激光的功率密度大小等等，都会影响到最终的检测结果。此外，该方法很难应用到实验室以外的其他环境中，且相关仪器设备国内目前没有，只能通过进口，这也导致其价格十分昂贵。

2 X射线透射法

根据上文的分析过程可以发现，对于传统的矿产品检测方法而言，考虑到自身的技术局限性以及检测设备的价格问题，难以在矿山企业中得到很好的实际应用。此外，以上3种检测方法无法在无损检测的同时又要保障其精准性，而将X射线透射法应用到矿产品品位的检测中，可以适用于大部分的工况，保证矿石完整性的前提下，完成高精度的检测工作。

2.1 X射线透射法原理概述

X射线透射法主要是根据X射线照射后物质产生的不同类型的物理效应对物质进行分类的方法[3]。考虑到被测材料的X射线吸收效率可能会受到许多因素的干扰，如有效原子的数量和厚度，它可以用来区分不同种类的物质，然后检测矿产品的等级。如下页图1所示，为X射线透射法的基本原理示意图。

在下页图1中，随着X射线在物体中穿过后，其自身具有的能量将会减弱，衰减的程度取决于物质本身具备的有效原子序数、厚度以及射入的X射线强度等。其具体的能量衰减规律可以通过下式进行表示：

图1 X射线透射法的基本原理示意图

式中：E为透射过程中X射线的能量值；I为透射的总X射线能量；α为透射的X射线能量最大值；N（E）为能量为E时的光子数；Pd（E）为能量为E时探测器的探测概率；T为被透射物质的厚度；μ为被透射物质能量的衰减系数。

用探测器μH（E，z）t和μL（E，z）t测量X射线透射前后的能量，比较两个值，取消除t后的对数，得到的K值仅与被测物质的有效原子序数有关。本文研究的X射线透射法检测矿产品品位正是基于K值来实现的。

2.2 阈值分割法提取矿石信息

随着X射线透射法的检测工作的进行，要提取被透射矿石的信息数据。考虑到矿石在检测的过程中是在传送带上运动的，因此X射线不但能穿透矿石，还可以穿过输送带。在这之后探测器会对衰减后的能量进行记录，这里面一部分来自矿石的能量吸收，另一部分来自输送带的能量吸收。由于受到环境及设备的影响，通过探测器来记录的能量是相对不稳定的，如图2所示，为原始信号曲线的示意图。

图2 原始信号曲线的示意图

从图2中可以看出，透射信号存在着尖峰、震荡等不稳定现象，造成此现象的主要原因是由于探测器在检测的过程中，X射线光束的强度会出现连续波动，主要通过噪声的方式出现在信号中。因此，阈值分割方法主要用于降低噪声和提取矿石信息。该方法主要根据边缘数据信息的不同下降梯度建立相应的阈值边界。最后，通过阈值边界对值进行分类，并根据需要提取所需的数据类型。如图3所示，这是主要流程图。

图3 阈值分割法流程示意图

通过阈值分割法可以将大部分的背景以及噪声过滤掉，同时把高能的K值区域较为完整的保留了下来。

3 X射线透射法的应用效果分析

为了进一步分析X射线透射法在矿产品检测中的实际应用效果，本文选取了一个黑钨矿进行了相关的检测试验。对20个黑钨矿进行了排列和标记。试验期间，对所选矿石进行了X射线透射试验，获得了高能和低能透射图像。通过阈值分割法对提取的矿石信息进行去噪和背景去除后，随机选取几组矿石进行K值计算。本试验选取9组矿石1、3、6、7、10、12、16、17和20进行相应的K值计算。计算结果如表1所示。如图4所示，这是矿石品位和K值的散点图。

表1 K值的计算结果分析

图4 矿石的品位以及K值的散点图

从图4中可以看出，对钨矿石采用X射线透射法获得的K值，可以跟随矿石的品位上升而逐步增加，而且上升的速度较为显著，同时对于高品位的矿石其K值大小可以达到低品位矿石的好几倍甚至十几倍，有着十分明显的区分度，且在准确率方面也超过了90%以上。此外，采用X射线透射技术去检测矿产品的品位，可以很好地保留矿石的完整性，不会因为检测的需要而对矿石造成破坏。综合上述的试验效果可以看出，本文将X射线透射技术应用到矿产品检测领域体现出了很好的应用效果，在具备检测能力的同时还有着较高的准确度。

4 结语

传统的矿产品检测手段，在其作业的环境或者设备的价格方面都有着一定的弊端。为此，本文提出将X射线透射技术应用到矿产品的检查工作中。在分析了该技术的具体工作原理后，为了进一步提升其检测的准确性，结合阈值分割法来提取矿石信息。最后，为了验证该项技术的可行性，采用某黑钨矿石进行了检测试验，其结果表明采用X射线透射法能够准确检测出矿产品的品位，同时在检测的过程中可以保留矿石的完整性，有极高的应用价值。