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铁矿石类鉴别系统Oreids技术方案
2022-02-03 10:52:19   


一、应用概述
  我国80%的铁矿石需求来自进口,2020年铁矿石进口量达到创纪录的11.7亿吨。随着我国对进口“洋垃圾”的明令禁止,若在大宗进口铁矿石中掺杂废渣与尾渣等各类固体废物,对海关监管带来新的风险与挑战。

      铁矿石除了品位之外,还要充分考虑其物质组成和利用价值,铁矿石类样品在物相组成、元素含量与其它物质存在差异,铁矿石鉴别系统(OreIDs)采用单波长X射线荧光光谱法(HS XRF®)对铁矿石类样品进行元素含量成分分析和谱图鉴别,通过快速基本参数法(Fast FP®)得到铁矿石中各元素含量与背景组成,进一步通过谱图库检索与成分鉴别算法得到铁矿石相似度判定。


• 单波长 X 射线荧光光谱仪原理

   单波长X射线荧光光谱仪(HS XRF)采用全聚焦型双曲面弯晶技术,全聚焦型双曲面弯晶将X射线光管出射谱中靶材特征射线衍射聚焦到样品一点,大幅降低或消除X射线管出射谱中连续散射线背景对样品元素谱的干扰,提升元素检测信噪比,相对传统XRF检出限降低1-2个数量级,单波长X射线荧光光谱仪实现对微量和痕量元素的检测分析。

• 快速基本参数法
   基本参数法(FP)是XRF定量分析的一项重要技术,其通过对X射线荧光物理学明确的物理现象建立基本参数库和数学模型,经过大量计算直接得到样品中各元素的含量,解决了XRF基体效应、元素间吸收增强效应、谱线重叠干扰、探测器各种效应等对定量分析的复杂性和不确定性,实现欠缺标准样品情况下的样品元素定量分析。北京安科慧生研发的快速基本参数法(Fast FP)是全面的基本参数法,在样品适应性、定量精度、扩展性等方面处于领先地位。




• 铁矿石类三维鉴别数学模型OreIDs
   XRF能谱包括元素谱、背景谱、主量元素散射线谱等丰富信息,为成分鉴别提供科学数据信息,进而也可以建立相关的标准谱库。
   三维鉴别模型的建立,一维是建立铁矿石单波长X射线荧光光谱与基本参数参比数据库,扫描大量的实际铁矿石样品和标准铁矿石样品的谱图,并对谱图进行聚类算法分析,建立铁矿石类参比数据库;二维是进行正常铁矿石主成分分析(PCA),设定主量元素含量区间;三维是扫描分析各类矿渣、尾渣、其它矿石、各类固体废物,建立伪铁矿石谱图与元素含量库,并进行聚类分析,得到可靠的数学模型。
   铁矿石类三维鉴别数学模型OreIDs具有扩展和学习功能,可以扩展到其它矿石类鉴别,通过分析大量样品,算法自学习,不断提升其判断准确度。


二、鉴别结果统计分析

铁矿石类鉴定系统OreIDs对铁矿石类、其它矿石类、固体废物(废渣、矿渣、污泥等)相似度鉴别结果统计如下:

样品类别 样品数量(个) 相似度区间(0-100%)
铁矿石样品 97 91.8-99.7
铁矿石标准物质 22 91.5-99.7
疑似铁矿石 2 69.6-71.6
其它矿石样品 20 75.0-46.8
固体废物类样品 25 44.9-74.2


进一步验证了铁矿石标准样品与铁合金炉渣一定比例混合后Oreids相似度得分值:

样品 Oreids相似度得分值
铁矿石标准样品ZbK308 99.5
铁合金炉渣3# 64.1
Zbk90%+炉渣10% 88.7
Zbk80%+炉渣20% 82.5
Zbk70%+炉渣30% 78.5
Zbk60%+炉渣40% 73.9


三、系统方案
 



 
四、应用特点
    样品处理简单
     除了取样代表性外,仅需对铁矿石样品现场粉碎至细度为毫米级别的颗粒;

    鉴别速度快
     单个从样品制备、仪器分析到得到鉴别结果8分钟以内;

  相似度统计结果
  90%-99.9%为铁矿石类,85%-89.9%为可疑样品,<85%为非铁矿石类或铁矿石掺杂样品;

  危害元素定量信息
 单波长X射线荧光光谱仪与基本参数法,可以直接得到铁矿石中30多个元素定量结果,包括铁元素含量、杂质元素含量、危害重金属元素含量

     扩展性强
  Oreids可以扩展分析其它类矿石样品,建立其它类矿石的鉴别算法

     环境适应性强
      适应-10℃~40℃环境下检测,可以完成现场和实验室分析。




五、说明
 铁矿石掺杂固体废物的鉴别是一项十分复杂的分析过程,本方法仅就铁矿石元素成分与含量并建立全球铁矿石数据库,并不能代表铁矿石所有物理化学特性。




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