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应用中子活化技术检测烧结矿成分试验
2018-07-24
常规方法取样检测分析烧结矿主要成分存在固有取样误差,影响分析结果精度,且烧 结矿成分波动大时,检测结果难以反映实际成分组成。基于中子活化技术的中子活化分析仪无需 取样即可对烧结矿中TFe、CaO、SiO2、碱度等指标进行标定检测,精度非常理想。国内某钢厂6 个 烧结矿样品检测试验结果表明,中子活化分析仪检测结果与实际值拟合度很高,精度较为理想,避 免了常规检测分析方法存在的取样误差,分析结果具有实时性。
Serial No. 590 June. 2018 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 590期 2018 年 6 月第 6 期 ∗ 应用中子活化技术检测烧结矿成分试验 1 ,2 赵ꢀ 龙 ( 1. 丹东东方测控技术股份有限公司;2. 吉林大学物理学院) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 常规方法取样检测分析烧结矿主要成分存在固有取样误差,影响分析结果精度,且烧 结矿成分波动大时,检测结果难以反映实际成分组成。 基于中子活化技术的中子活化分析仪无需 取样即可对烧结矿中 TFe、CaO、SiO2 、碱度等指标进行标定检测,精度非常理想。 国内某钢厂 6 个 烧结矿样品检测试验结果表明,中子活化分析仪检测结果与实际值拟合度很高,精度较为理想,避 免了常规检测分析方法存在的取样误差,分析结果具有实时性。 关键词ꢀ 烧结矿ꢀ 中子活化技术ꢀ 碱度ꢀ 成分检测 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2018. 06. 072 ꢀ ꢀ 瞬发伽玛中子活化分析技术(PGNAA) 是一种 表 1ꢀ 烧结矿与冷返矿组成分析 % 快速、无接触、无损的多元素在线分析技术,已经在 煤炭、 水 泥、 氧 化 铝、 铜 矿、 环 保 等 行 业 得 到 应 成品矿 冷返矿 序号 CaO SiO2 6. 28 6. 32 6. 46 TFe TFe CaO SiO2 [ 1-10] 5 5 5 4. 30 13. 18 13. 32 13. 59 52. 50 15. 38 6. 45 6. 36 6. 45 用 。 1 2 3 4. 13 51. 89 54. 58 16. 66 16. 56 烧结成品矿(简称烧结矿) 作为炼铁的主要原 4. 22 料,其质量的提升尤其是碱度波动性的下降有利于 改善炼铁厂的产能和效益。 据统计,高炉原料碱度 波动值由 0. 1 降至 0. 075 时,高炉增产 1. 5% ,焦比 ꢀ ꢀ 成品矿可代表粗粒烧结矿样品,冷返矿可代表 细粒度烧结矿样品。 人工取样难以做到全断面取 样,容易忽略部分细粒样品成分贡献,从而产生人工 取样误差。 自动取样器全断面取样取样量较大,无 法做到高频率取样。 当原料成分波动较大时,也无 法代表烧结矿实际成分的波动情况。 [ 11-12] 降低 0. 8% 。 目前烧结矿碱度检测大多采用人 工或自动取样器取样、人工制样后送荧光分析仪化 验的方式。 采用自动取样器取样时,采样频率一般 为 1 次/ h,如采用人工取样,取样频率会更小。 当烧 结机工作状态变化时,不同粒度的成品矿碱度差异 较大。 将中子活化分析仪应用在烧结矿检测工艺 点,实时在线全断面检测烧结矿成分,不仅可以解决 人工取样的取样误差问题,还可以解决取样器取样 频率低、代表性不强的弊端,为炼铁厂提供及时、准 确的烧结矿成分信息,为稳定烧结机工作状态、改善 烧结矿指标提供基本信息。 2ꢀ 在线全断面取样检测试验 2. 1ꢀ 静态刻度校准试验 旁线式 PGNAA 分析仪放射源采用 Cf-252 自发 中子裂变源,探测器采用大体积闪烁体探测器,通过 静态刻度校准试验分析各个成分含量的变化斜率。 试验采用自制试验样品, 试验样品碱度为 0. 5 ~ 7. 0,主要成分分析结果见表 2,TFe、CaO、SiO2 、碱度 标定对照曲线见图 1 ~ 图 4。 1 ꢀ 常规取样分析方法弊端 表 2ꢀ 试验样品主要成分分析结果 % 国内某烧结厂 成 品 矿 与 冷 返 矿 碱 度 分 别 为 2 . 10,7. 57,成分相差较大,铁、氧化钙、二氧化硅指 成分 含量 TFe CaO SiO 2 标见表 1。 45 ~ 58 6 ~ 16 2 ~ 12 ꢀ ꢀ 从图 1 ~ 图 4 可以看到,在较大范围内,中子活 ꢀ ꢀ ∗辽宁省科学技术计划项目(编号:2017220010);国家重大科 化分析仪对 TFe、CaO、SiO2 、碱度均具有极高的检测 精度。 学仪器设备开发专项(编号:2012YQ240121);丹东市科技攻关计划 ( 编号:17106)。 赵ꢀ 龙(1983—),男,工程师,118000 辽宁省丹东市滨江中路 2. 2ꢀ 检测对照试验 136 号。 为验证中子活化分析仪对烧结矿主要成分的实 2 61 总第 590 期 现代矿业 2018 年 6 月第 6 期 表 3ꢀ 烧结矿样品主要成分分析结果 % 样品 TFe SiO 2 CaO # 1 2 样 样 55. 17 55. 23 54. 53 56. 96 56. 10 57. 19 6. 15 6. 2 12. 79 12. 73 13. 21 11. 01 11. 59 10. 56 # 东烧样 二烧样 三烧样 西烧样 6. 77 5. 41 5. 89 5. 28 图 1ꢀ TFe 含量标定对照曲线 独立化验。 丹东质量监督检验所化验结果见表 4, 国家钢铁材料测试中心化验结果见表 5,中子活化 旁线分析仪检测结果见表 6。 为消除各化验室化验 结果的固定偏差,分别将丹东质量监督检验所化验 结果、国家钢铁材料测试中心化验结果、中子活化旁 线分析仪检测结果与样品成分精准值进行线性拟 合,结果见表 7。 ■ ● —化验室; —分析仪 表 4ꢀ 丹东质量监督检验所化验结果 % 样品 TFe SiO 2 CaO # 1 2 样 样 56. 44 56. 44 54. 6 4. 97 5. 23 5. 69 3. 95 4. 56 4. 67 11. 66 17. 01 17. 95 15. 12 11. 81 11. 34 图 2ꢀ CaO 含量标定对照曲线 # ■ ● —化验室; —分析仪 东烧样 二烧样 三烧样 西烧样 58. 83 56. 63 57. 91 表 5ꢀ 国家钢铁材料测试中心化验结果 % 样品 TFe SiO 2 CaO # 1 2 样 样 55. 21 55. 41 53. 8 6. 28 6. 39 6. 85 5. 54 5. 26 6. 33 12. 36 12. 43 13. 25 10. 47 10. 5 # 东烧样 二烧样 三烧样 西烧样 图 3ꢀ SiO2 含量标定对照曲线 56. 92 57. 03 55. 86 ■ ● —化验室; —分析仪 11. 68 表 6ꢀ 中子活化分析仪分析结果 % 样品 TFe SiO 2 CaO # 1 2 样 样 55. 27 55. 14 54. 46 56. 85 56. 45 57. 01 6. 21 6. 09 6. 82 5. 38 5. 79 5. 42 12. 62 12. 84 13. 3 # 东烧样 二烧样 三烧样 西烧样 11. 04 11. 33 10. 76 图 4ꢀ 碱度标定对照曲线 ■ ● —化验室; —分析仪 际检测效果,采用国内某钢厂 6 个烧结车间烧结矿 样品进行检测对照试验。 烧结矿样品主要成分分析 结果见表 3,可以作为精准值评价不同检测方法的 精度。 表 7ꢀ 化验结果与样品精准值拟合线性拟合度 2 线性拟合度 R 化验单位 TFe SiO 2 CaO 丹东质量监督检验所 国家钢铁材料测试中心 中子活化分析仪 0. 84 0. 75 0. 32 0. 97 0. 3 0. 6 0. 59 0. 97 ꢀ ꢀ 为模拟取样、制样误差,在实验室内将每种样品 混合均匀,随机取样并送交国内两家不同单位进行 62 0. 97 2 ꢀ ꢀ ꢀ 赵ꢀ 龙:应用中子活化技术检测烧结矿成分试验ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2018 年 6 月第 6 期 [ [ [ 2] ꢀ 张ꢀ 伟,魏晓云,李海柱,等. 电厂入炉煤煤质成分在线监测 J]. 科技资讯,2017,15(29):80-81. ꢀ 从表 7 可以看出,中子活化分析仪分析结果线 [ 性拟合度远远高于其他两家机构化验结果,丹东质 量监督检验所和国家钢铁材料测试中心作为第三方 检测机构,化验结果检测精度很高,因此误差主要产 生于取样环节。 旁线中子活化分析仪对烧结矿进行 实时采样、成分分析能避免人工取样、制样的误差, 从而有效保证检测精度。 3]ꢀ 吴志强,刘永超,李岩峰. 中子活化水泥在线分析仪最小成本 自动配矿算法研究[J]. 现代矿业,2018(1):181-184. 4]ꢀ 张ꢀ 伟,赵ꢀ 龙,李岩峰. 中子活化分析仪放射源监测系统 [ J]. 现代矿业,2017,33(8):188-189. [5]ꢀ 张ꢀ 伟,赵ꢀ 龙,许ꢀ 旭,等. 水泥生料三种率值的误差理论分 析[J]. 山东工业技术,2017(19):274-274. [ 6]ꢀ 刘永超,张ꢀ 伟,龚亚林,等. 中子活化元素在线分析仪在氧化 铝生产中的节能分析[J]. 世界有色金属,2014(6):49-51. 3 ꢀ 结ꢀ 论 通过试验可以看到中子活化技术检测烧结成品 [ 7]ꢀ 宋青锋,龚亚林,张ꢀ 伟,等. 利用 PGNAA 系统对铝土矿石进 行在线检测的可行性研究[J]. 中国矿业,2015(10):171-174. 矿中的全铁、碱度指标具有非常理想的精度,TFe、 SiO2 、CaO 线性拟合度均高达 0. 97,因此中子活化技 术可应用在烧结矿成分在线检测领域。 [8]ꢀ 宋青锋,张ꢀ 伟,龚亚林,等. 利用瞬发 γ 中子活化技术对铜镍 矿石进行在线检测的应用研究[ J]. 世界有色金属,2014,422 ( 2):45-51. 试验仅采用中 子 活 化 技 术 检 测 烧 结 矿 中 的 TFe、CaO、SiO2 和碱度指标,而 FeO 也是衡量烧结矿 成分的一个重要指标。 下一步将进行 FeO 在线检 测试验,从而为烧结矿一站式的化学成分在线检测 仪表提供数据支持。 [ [ 9]ꢀ 刘业绍,张ꢀ 伟,龚亚林,等. 中子活化多元素分析仪:有色领 域的绿色仪表[J]. 世界有色金属,2014(7):52-53. 10]ꢀ 张ꢀ 伟,赵ꢀ 龙,许ꢀ 旭,等. 采用 PGNAA 技术对水体中元素 进行测量的模拟研究[J]. 现代矿业,2017,33(10):139-140. [11]ꢀ 郭晓影. 提高烧结矿碱度稳定率的研究[ D]. 沈阳:东北大 学, 2009. 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 12]ꢀ 王ꢀ 忠. 提高烧结矿质量的实践[J]. 安徽冶金,2003(2):25- 7. 2 [ 1]ꢀ 魏晓云,宋青锋,黄铭鹏,等. 中子活化在线煤质分析仪在燃煤 电厂的应用[J]. 热电技术,2015(2):16-18. ( 收稿日期 2018-05-09) ꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁꢁ 报告[R]. 石家庄:华北有色工程勘察院有限公司,2014. ( 上接第 248 页)随时调整注浆参数,后续注浆采用 # [ [ [ 2]ꢀ 吕ꢀ 斌,闫满志,刘万富,等. 冷冻凿井法在田兴铁矿 1 副井的 双液浆。 注浆参数见表 2。 应用[J]. 现代矿业,2011(11):107-109. 表 2ꢀ 注浆材料及浆液配比参数 3]ꢀ 闫满志,程晓博,刘天林,等. 地表预注浆技术治理田兴铁矿井 筒涌水[J]. 矿冶工程,2014,34(1):24-27. 浆液配比 浆液名称 备注 水灰比 (0. 5 ~ 1) ∶1 体积比 4]ꢀ 张惠武,杨天亮,张建群. 深立井大突水淹井静水抛碴注浆堵 水施工实践[J]. 中国矿山工程,2015,44(1):45-47. 水泥单液浆 ꢂ 根据涌水情况进行调整, 水玻璃浓度为 35°Be′ 水泥-水玻璃双液浆 (0. 75 ~ 1) ∶1 1 ∶1 [5]ꢀ 司志群,成文福,田军先. 静水抛碴注浆法治理深井突水[ J]. 煤矿开采,2009,14(1):89-91. 4 ꢀ 结ꢀ 语 [ [ [ [ [ 6]ꢀ 赵继忠,罗ꢀ 元,刘友军,等. 庙口煤矿风井井筒静水位预注浆 防治水设计与施工[J]. 煤炭工程,2010(10):20-22. 7]ꢀ 翟会超,南世卿,胡巍巍. 田兴铁矿静水止浆垫治水技术研究 [J]. 有色金属:矿山部分,2015(1):92-94. # 田兴铁矿 1 副井突发大量涌水,在确定不能封 堵涌水后,将工人和部分设备升井,确保了人员安 全。 通过治理方案比选,采用静水止浆垫注浆施工 方案,封堵涌水和注浆效果良好,施工工期短,造价 费用低;待排完井筒的积水后,止浆垫在注浆期间也 没有漏浆、 跑浆现象, 爆破掘进后工作面涌水小 8]ꢀ 李术才,韩伟伟,张庆松,等. 地下工程动水注浆速凝浆液黏度 时变特性研究[J]. 岩石力学与工程学报,2013,32(1):1-7. 9]ꢀ 冷ꢀ 云,等. 最新矿山井巷工程施工综合技术与标准规范实用 手册[M]. 长春:吉林电子出版社,2005. 3 于 5 m / h,为后续施工创造了条件。 10]ꢀ 李海燕,王ꢀ 琦,江ꢀ 贝,等. 深立井大水工作面注浆堵水技 术[J]. 煤炭学报,2011(9):444-448. 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 ( 收稿日期 2018-04-02) [ 1]ꢀ 刘大金. 河北省滦县田兴铁矿、大贾庄铁矿水文地质补充勘探 2 63
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