矿石品位自动检测系统的设计

杨万柱

[摘要]边界品位是单个试样有益组分含量的最低指标，据此划分矿石和废石的界限。因此对矿石品位的检测是采矿生产中的重要环节。本文即分析了矿石品位自动检测系统的设计。

[关键词]矿石品位 自动检测 系统 取样 矿石品位仪

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-9-393-1

1系统需要满足的条件

1.1矿石的组成成分要相对稳定

由于矿石一般由多种成分构成，该系统将矿石看作一种特定物质进行处理，故要求矿石的组成成分要相对稳定。只有这样，才可以保证重量、体积、品位的数学公式的稳定。

1.2装矿车辆

装矿车辆是轨道车辆且相对固定，最好为单一车种。为便于该系统的实施， 矿石体积的有效简易测量，装矿车辆不要过于复杂，否则，系统的建立较为繁琐。

1.3矿石装载松散程度

矿石装载松散程度 （也称松散系数）相对稳定。

2矿床中的矿床取样

2.1钻探取样

第一，严格按照标岩心取样规则，在矿体及其顶底板的样品采取率要高于80% ，当厚矿体岩心采取率低于标准取样率时，立即停止取样；

第二，分段取样方式是针对矿体的不同特性取样困难而言，当取样矿体较厚，矿化均匀，岩心取样率差异小，可将周围矿石一起采样作为样品，反之如果矿体内部结构复杂，岩心取样率差异大，必须采取连续分段取样方式进样品采集。

2.2自然露头与坑探工程中取样

自然露头与坑探工程中取样的常用取样方式有：刻槽取样法、岩体剥层取样法、岩心打眼取样法、矿床方格取样法、矿床拣块取样法以及全面取样法。

3矿石的化学分析

3.1全分析法

全分析法就是对矿石中所含的所有成分进行全面测量分析法，全分析法对于分析结果要求高，成分比例图要求达到完整，样品在进行全分析之前，先进行光谱全分析，通过光谱全分析确定样品成分组成而后对其所有元素（除痕迹元素外）进行全分析，为此全分析法成本比较高，每一种类型或品级矿石只能一两个，全分析其优势体现在矿床勘察的初期进行，对勘察矿床后期工作有着指导作用。

3.2普通分析

普通分析只是针对矿石的有用成分或者开发成分的进行分析，其他成分则是忽略，如果其他成分的工业价值高，则应列入基本分析项目，不同分析是针对有用元素的分方法，所以运用普通分析法必须对每个样品都进行系统分析，以确定的有用成分含量、比例。

3.3组合分析

组合分析法是系统分析矿石中有用成、和杂质的含量、分布状况，以便计算出有用成分的储量以及杂质的比例，组合分析法适用于多元素的矿石分析，其分析可以参照全分析结果进行，组合样品需要依据各个样品的某一种特性，例如样品的原始长度、质量等等，但是必须要是矿石类型、品矿石级以及样品的原始取样方法都是一样的样品，这样才能保证组合分析结果的准确性。

4矿石品位自动检测系统的设计

4.1矿石品位仪测量原理

矿石品位仪主要利用电子对湮灭效应。用高能伽马射线照射矿石，当伽马射线的能量大于2个电子的静止质量对应的能量时，即Eγ>1.022MeV，将会产生电子对效应，生成正、负电子对。电子对效应生成的正电子很不稳定，它很快和周围的其他负电子产生湮没辐射，生成一对方向相反、能量相等（Eγ=0.511MeV）的伽马光子。测定湮没辐射的强度就可得到电子对的产生几率，其几率又和矿石中的金属含量有关。在矿石厚度足够厚，矿石密度、粒度基本不变时，品位计算的经验公式为：PW=A·X2+B·X+C，式中。PW为矿石品位；A、B、C为系数；X为电子对峰计数。

4.2MCNP 软件构建几何模型

首先根据实验研究目标和需要分析的问题建立起合理的结构模型，这样能够摒弃不必要的外界因素的影响，有针对性地对结构实行优化，提高装置的性能。所谓合理的结构模型，是指既能反映实验装置的主要特性，又能避免对要分析问题构成干扰的不确定因素的影响。例如，矿石品位仪在测量过程中主要的不确定因素影响有：装置外壳对伽马射线的散射作用、皮带支架对伽马射线的散射作用、皮带运行过程中的震动影响，以及温度引起伽马探测器的探测效率变化和增益改变等。如果建立起简易、合理的矿石品位仪模拟装置，在模拟计算的过程中，这些干扰因素都可以排除。在此前提下，利用MCNP软件，建立了矿石品位仪模拟实验装置，如图所示。

此矿石品位仪简易模拟装置主要由放射源、铅屏蔽体、物料和伽马探测器几部分组成。伽马放射源为60Co 和226Ra 两种，伽马探测器为100 mm×100 mm NaI 探测器。伽马放射源与探测器之间用铅屏蔽体隔开。为了研究伽马探测器安装位置对电子对峰的测量效果影响，本工作选取了 4 个不同安装位置比较它们的测量效果，图中 1、2、3、4为标记的位置。

蒙特卡罗模拟的大致过程为：MCNP软件生成随机数，实现对已知分布的抽样，模拟跟踪伽马射线在测量系统内的输运过程，最后在探测器区域记录模拟的探测结果。伽马输运的路径大致是：放射源按60Co或226Ra能量分布谱各向同性发射，其发射的高能伽马射线（大于1.02MeV）与物料中的原子发生电子对湮灭效应，产生0.511MeV的伽马射线，这种能量的伽马射线被处于位置1、2、3或4的伽马探测器接收，形成电子对峰。为了避免放射源放射的伽马射线直接入射到探测器，被探测器记录而对电子对峰计数形成干扰，放射源右侧放置铅屏蔽体，用以屏蔽直射入伽马探测器的伽马射线。

参考文献

[1]陈隆玉. 一种确定区域矿石品位的算法[J]. 铀矿冶. 2008（03）.

[2]龚亚林，张伟，赵中华，吴志强，宋青锋，陶俊涛. 矿石品位仪的测量结构优化[J]. 同位素. 2009（02）.