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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，通过全息基本参数法（Holospec FP 2.0）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。






• 全息基本参数法（Holospec FP 2.0）
   参数法（FP: Fundamental Parameters method）是X射线荧光领域的核心算法和研究重点。安科慧生研发人员历时十几年，颁布全息基本参数法-Holospec FP 2.0，将基本参数法的应用提升到前所未有的水平。

Holospec FP与常规FP区别：
1) 全谱拟合：当前唯一采用全谱拟合的基本参数法
2) 完整性：基本参数库结合先进的数学模型（Advanced MM），从而完成对XRF整个物理学过程的数字化描述
3) 快速：CPU多核并行运算结合GPU单元，采集谱图与海量运算同步完成
4) 可视化与支持用户开发：可视化图形界面与开放的参数设置

Holospec FP功能与优势：
1) 通过精确计算消除（或减少）XRF物理学各种效应
2) 达到元素无标定量分析精度
3) 减少标准物质要求，快速建立XRF元素分析方法
4) 提升元素定量精度和扩展样品适应性


• 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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