基于LIBS技術(shù)的渣選尾礦中銅元素的在線檢測研究

激光誘導(dǎo)擊穿光譜是一種新型光譜檢測技術(shù)，具有安全無輻射、無須取樣制樣、原位在線非接觸檢測、分析速度快以及易于維護等特點，被譽為成分分析領(lǐng)域的“超級巨星”，已應(yīng)用于航空探測、深海探測、油氣資源勘探和工業(yè)物料質(zhì)量監(jiān)控等領(lǐng)域。

利用基于LIBS技術(shù)的激光成分分析儀和試驗室XRF設(shè)備分別對白銀有色銅尾礦中的銅元素進行在線和離線檢測，并通過重復(fù)性試驗和樣品均勻性試驗，進行在線和離線檢測結(jié)果的對比分析研究，以論證LIBS激光成分分析儀在線分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

01試驗儀器及樣品

1.1 樣品及浸出實驗

試驗儀器LIBS實驗裝置如圖1所示。試驗?zāi)繕?biāo)檢測樣品為浮選銅尾礦漿經(jīng)陶瓷過濾機除水后，落入運輸皮帶的淤泥狀銅尾礦物料，銅尾礦含水13%～16%，主要檢測元素為銅元素，試驗期間銅尾礦中銅元素含量為0.239%～0.558%。

圖1LIBS系統(tǒng)實驗裝置圖

02 實驗原理及方案

在線激光成分分析儀通過光學(xué)系統(tǒng)將高能脈沖激光聚焦在待測樣品表面，燒蝕樣品產(chǎn)生等離子體，利用光譜儀對燒蝕產(chǎn)生的等離子體發(fā)出的光進行光譜探測和光譜數(shù)據(jù)采集，結(jié)合目標(biāo)元素的特征光譜數(shù)據(jù)庫對所采集的光譜數(shù)據(jù)進行分析，即可獲得待測樣品中所含的目標(biāo)元素及對應(yīng)濃度信息。試驗原理見圖2。

圖2試驗原理示意

03浸出液的LIBS光譜分析

1. 離線檢測方法。在銅尾礦輸送方向激光成分分析儀前方位置處取樣，每天取樣8次，然后送往化驗室，使用化學(xué)方法進行成分檢測。

2. 在線檢測方法。在離線檢測取樣期間，使用激光成分分析儀進行連續(xù)在線檢測，在線檢測時間與離線取樣時間同步。在線檢測可連續(xù)進行數(shù)千點不同位置處銅尾礦中銅元素的檢測。

04實驗結(jié)果及討論

4.1試樣均勻性研究

為評估現(xiàn)場試樣的均勻性，利用國家標(biāo)準(zhǔn)（《銅精礦化學(xué)分析方法》（GB/T3884））的碘量法對試樣的銅元素進行分析，即忽略檢測儀器及檢測方法引入的誤差，檢測結(jié)果波動為樣品均勻性導(dǎo)致。按照取樣規(guī)范取5組，每組5個試樣，采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法開展均勻性檢測，試樣均勻性研究銅含量測定結(jié)果見表1。

表1試樣均勻性研究銅含量測定結(jié)果

由表1可知，5組均勻性試驗中，銅的碘量法測定結(jié)果波動的平均值為0.0092%；取置信系數(shù)k=2，以擴展不確定度表征樣品均勻性，對應(yīng)銅元素的均勻性為0.0129%。

4.2檢驗結(jié)果對比

根據(jù)銅元素的特征譜線，結(jié)合樣品中銅含量化驗值，激光成分分析儀使用偏最小二乘法分析對應(yīng)樣品的光譜信息，確定樣品中的銅含量。試驗對比分析了2023年12月具有化驗室化驗濃度信息的20份尾礦樣品的成分，銅元素的LIBS在線檢測和化驗室碘量法離線分析結(jié)果見表2。

通過對連續(xù)3d不同時段20個渣選尾礦樣品進行離線化學(xué)法化驗和在線LIBS檢測，對以化學(xué)法化驗結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)的原始數(shù)據(jù)進行分析，計算得到渣選尾礦中銅元素的在線LIBS檢測結(jié)果的平均絕對偏差為0.014%,平均相對偏差為4.79%。銅元素LIBS檢測值與化驗室化驗值相關(guān)性曲線見圖3

表2試樣中銅元素含量檢測結(jié)果比對

圖3銅元素LIBS檢測值與化驗室化驗值相關(guān)性曲線

由圖3可見，通過20個渣選尾礦樣品中銅元素LIBS檢測值與化驗室化驗值進行最小二乘線性擬合，結(jié)果表明，渣選尾礦中銅元素的在線與離線檢測結(jié)果具有良好的一致性，線性相關(guān)性R2達0.959以上。

當(dāng)浸出過程的液固比和時間一定時，隨著硝酸濃度的增加REY的浸出率顯著增加［圖3（ａ）］，對REY浸出率的影響程度從高到低依次為酸濃度、液固比、浸出時間。

在此次實驗中，較低濃度的HNO3在小液固比和短浸出時間條件下就能夠浸出樣品中大部分REY（除Ce外），但考慮到在深海進行實時探測過程中，酸溶液攜帶、作業(yè)時間以及成本等問題，希望能夠使用盡量少量的酸溶液、在盡量短的時間內(nèi)溶出更多REY，因此，在深海稀土探測過程中，REY最佳浸出條件為1.5moL·L-1HNO3、液固比2：1、浸出時間5min。

05結(jié)論

采用基于LIBS技術(shù)的激光成分分析儀對銅尾礦中的銅元素進行了在線檢測，并將在線檢測結(jié)果與化驗室離線檢測結(jié)果進行了對比分析，結(jié)果表明，在線檢測結(jié)果與離線檢測結(jié)果具有良好的一致性。均勻性試驗結(jié)果表明，在線檢測結(jié)果具有更好的穩(wěn)定性?；贚IBS技術(shù)的激光成分分析儀可滿足銅尾礦中銅元素檢測的實時性和可靠性，并可直觀實時表征渣選尾礦的銅回收率，可為浮選工藝的精準(zhǔn)調(diào)控提供有力支撐。

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