包 銳

（吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局六0二隊(duì)，吉林 白山 134300）

引言

現(xiàn)如今礦石的需求量正在逐年上升，在對(duì)礦石進(jìn)行開采的過程中，其貧化率也在進(jìn)一步增長，這就體現(xiàn)出了礦產(chǎn)品檢測(cè)工作的重要性。隨著煤礦企業(yè)的生產(chǎn)，礦產(chǎn)品的檢測(cè)不僅能夠?qū)Σ傻V過程起到指導(dǎo)的作用，而且還能保障選礦工作的正常進(jìn)行。近幾年，伴隨著傳感技術(shù)的不斷創(chuàng)新，其在礦產(chǎn)品中的應(yīng)用也越來越廣泛，主要衍生出了3種檢測(cè)方式：X射線熒光光譜法、原子吸收光譜法以及激光誘導(dǎo)擊穿光譜法，這幾種方式都受到環(huán)境的制約。

1 傳統(tǒng)礦產(chǎn)品檢測(cè)方法概述

1.1 X射線熒光光譜法

該方法的具體原理主要是將具有放射性的同位素當(dāng)作激發(fā)源，對(duì)被測(cè)的礦石樣品進(jìn)行照射，進(jìn)而衍生出X射線[1]。考慮到礦產(chǎn)品中每一種元素在經(jīng)過激發(fā)躍遷后，產(chǎn)生的X射線能量是特定的，所以可以憑借這一點(diǎn)對(duì)檢測(cè)的X射線進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，通過轉(zhuǎn)換的結(jié)果能夠得知礦產(chǎn)品各個(gè)元素種類的具體信息，從而對(duì)礦產(chǎn)品的所含元素以及品位進(jìn)行測(cè)定。在礦山企業(yè)的生產(chǎn)過程中，該方法主要應(yīng)用在礦漿品位的檢測(cè)工作中，而針對(duì)礦石的檢測(cè)僅限于表面，不能夠檢測(cè)出礦石內(nèi)部的信息狀況，這也是它的缺陷。

1.2 原子吸收光譜法

這種檢測(cè)方法又被叫作原子吸收法，主要的原理是通過對(duì)礦產(chǎn)品中被測(cè)元素的基態(tài)原子蒸氣的譜線吸收程度進(jìn)行檢測(cè)，從而判斷出相對(duì)應(yīng)原子在礦產(chǎn)品中的含量大小。原子吸收光譜法與其它方法相比有著不錯(cuò)的靈敏度及精確度，抗干擾能力也很出色，然而對(duì)于不同種元素的分析要采用不同的燈源，同時(shí)檢測(cè)的范圍也有一定限度，再加上昂貴的檢測(cè)設(shè)備，使其不能在礦山企業(yè)大范圍推廣使用。

1.3 激光誘導(dǎo)擊穿光譜法

事實(shí)上，激光誘導(dǎo)擊穿光譜通過強(qiáng)激光束分解被測(cè)材料，產(chǎn)生激光等離子體，然后進(jìn)一步分析等離子體中的原子和離子譜線，從而獲得被測(cè)材料中各種元素的類型和具體含量信息[2]。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是，它可以通過使用少量被測(cè)材料樣本實(shí)現(xiàn)對(duì)各種元素的遠(yuǎn)程檢測(cè)。同時(shí)它還有一定的缺點(diǎn)，比如在對(duì)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析的過程中，對(duì)檢測(cè)的儀器以及周圍的環(huán)境都有一定的要求，例如檢測(cè)環(huán)境氣體的成分、被測(cè)物質(zhì)的物理性質(zhì)以及激光的功率密度大小等等，都會(huì)影響到最終的檢測(cè)結(jié)果。此外，該方法很難應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室以外的其他環(huán)境中，且相關(guān)儀器設(shè)備國內(nèi)目前沒有，只能通過進(jìn)口，這也導(dǎo)致其價(jià)格十分昂貴。

2 X射線透射法

根據(jù)上文的分析過程可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于傳統(tǒng)的礦產(chǎn)品檢測(cè)方法而言，考慮到自身的技術(shù)局限性以及檢測(cè)設(shè)備的價(jià)格問題，難以在礦山企業(yè)中得到很好的實(shí)際應(yīng)用。此外，以上3種檢測(cè)方法無法在無損檢測(cè)的同時(shí)又要保障其精準(zhǔn)性，而將X射線透射法應(yīng)用到礦產(chǎn)品品位的檢測(cè)中，可以適用于大部分的工況，保證礦石完整性的前提下，完成高精度的檢測(cè)工作。

2.1 X射線透射法原理概述

X射線透射法主要是根據(jù)X射線照射后物質(zhì)產(chǎn)生的不同類型的物理效應(yīng)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類的方法[3]?？紤]到被測(cè)材料的X射線吸收效率可能會(huì)受到許多因素的干擾，如有效原子的數(shù)量和厚度，它可以用來區(qū)分不同種類的物質(zhì)，然后檢測(cè)礦產(chǎn)品的等級(jí)。如下頁圖1所示，為X射線透射法的基本原理示意圖。

在下頁圖1中，隨著X射線在物體中穿過后，其自身具有的能量將會(huì)減弱，衰減的程度取決于物質(zhì)本身具備的有效原子序數(shù)、厚度以及射入的X射線強(qiáng)度等。其具體的能量衰減規(guī)律可以通過下式進(jìn)行表示：

圖1 X射線透射法的基本原理示意圖

式中：E為透射過程中X射線的能量值；I為透射的總X射線能量；α為透射的X射線能量最大值；N（E）為能量為E時(shí)的光子數(shù)；Pd（E）為能量為E時(shí)探測(cè)器的探測(cè)概率；T為被透射物質(zhì)的厚度；μ為被透射物質(zhì)能量的衰減系數(shù)。

用探測(cè)器μH（E，z）t和μL（E，z）t測(cè)量X射線透射前后的能量，比較兩個(gè)值，取消除t后的對(duì)數(shù)，得到的K值僅與被測(cè)物質(zhì)的有效原子序數(shù)有關(guān)。本文研究的X射線透射法檢測(cè)礦產(chǎn)品品位正是基于K值來實(shí)現(xiàn)的。

2.2 閾值分割法提取礦石信息

隨著X射線透射法的檢測(cè)工作的進(jìn)行，要提取被透射礦石的信息數(shù)據(jù)?？紤]到礦石在檢測(cè)的過程中是在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的，因此X射線不但能穿透礦石，還可以穿過輸送帶。在這之后探測(cè)器會(huì)對(duì)衰減后的能量進(jìn)行記錄，這里面一部分來自礦石的能量吸收，另一部分來自輸送帶的能量吸收。由于受到環(huán)境及設(shè)備的影響，通過探測(cè)器來記錄的能量是相對(duì)不穩(wěn)定的，如圖2所示，為原始信號(hào)曲線的示意圖。

圖2 原始信號(hào)曲線的示意圖

從圖2中可以看出，透射信號(hào)存在著尖峰、震蕩等不穩(wěn)定現(xiàn)象，造成此現(xiàn)象的主要原因是由于探測(cè)器在檢測(cè)的過程中，X射線光束的強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)連續(xù)波動(dòng)，主要通過噪聲的方式出現(xiàn)在信號(hào)中。因此，閾值分割方法主要用于降低噪聲和提取礦石信息。該方法主要根據(jù)邊緣數(shù)據(jù)信息的不同下降梯度建立相應(yīng)的閾值邊界。最后，通過閾值邊界對(duì)值進(jìn)行分類，并根據(jù)需要提取所需的數(shù)據(jù)類型。如圖3所示，這是主要流程圖。

圖3 閾值分割法流程示意圖

通過閾值分割法可以將大部分的背景以及噪聲過濾掉，同時(shí)把高能的K值區(qū)域較為完整的保留了下來。

3 X射線透射法的應(yīng)用效果分析

為了進(jìn)一步分析X射線透射法在礦產(chǎn)品檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用效果，本文選取了一個(gè)黑鎢礦進(jìn)行了相關(guān)的檢測(cè)試驗(yàn)。對(duì)20個(gè)黑鎢礦進(jìn)行了排列和標(biāo)記。試驗(yàn)期間，對(duì)所選礦石進(jìn)行了X射線透射試驗(yàn)，獲得了高能和低能透射圖像。通過閾值分割法對(duì)提取的礦石信息進(jìn)行去噪和背景去除后，隨機(jī)選取幾組礦石進(jìn)行K值計(jì)算。本試驗(yàn)選取9組礦石1、3、6、7、10、12、16、17和20進(jìn)行相應(yīng)的K值計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如表1所示。如圖4所示，這是礦石品位和K值的散點(diǎn)圖。

表1 K值的計(jì)算結(jié)果分析

圖4 礦石的品位以及K值的散點(diǎn)圖

從圖4中可以看出，對(duì)鎢礦石采用X射線透射法獲得的K值，可以跟隨礦石的品位上升而逐步增加，而且上升的速度較為顯著，同時(shí)對(duì)于高品位的礦石其K值大小可以達(dá)到低品位礦石的好幾倍甚至十幾倍，有著十分明顯的區(qū)分度，且在準(zhǔn)確率方面也超過了90%以上。此外，采用X射線透射技術(shù)去檢測(cè)礦產(chǎn)品的品位，可以很好地保留礦石的完整性，不會(huì)因?yàn)闄z測(cè)的需要而對(duì)礦石造成破壞。綜合上述的試驗(yàn)效果可以看出，本文將X射線透射技術(shù)應(yīng)用到礦產(chǎn)品檢測(cè)領(lǐng)域體現(xiàn)出了很好的應(yīng)用效果，在具備檢測(cè)能力的同時(shí)還有著較高的準(zhǔn)確度。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的礦產(chǎn)品檢測(cè)手段，在其作業(yè)的環(huán)境或者設(shè)備的價(jià)格方面都有著一定的弊端。為此，本文提出將X射線透射技術(shù)應(yīng)用到礦產(chǎn)品的檢查工作中。在分析了該技術(shù)的具體工作原理后，為了進(jìn)一步提升其檢測(cè)的準(zhǔn)確性，結(jié)合閾值分割法來提取礦石信息。最后，為了驗(yàn)證該項(xiàng)技術(shù)的可行性，采用某黑鎢礦石進(jìn)行了檢測(cè)試驗(yàn)，其結(jié)果表明采用X射線透射法能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出礦產(chǎn)品的品位，同時(shí)在檢測(cè)的過程中可以保留礦石的完整性，有極高的應(yīng)用價(jià)值。