可改变工艺配置的仪器——在线中子活化分析仪.pdf

全国水泥生科质量控制应用技术研讨交流套论文集 可改变工艺配置的仪器i 中子活化分析仪 唐鸿均国家建材局信息中心( 1 0 0 8 3 1 ) 岳庆寅中国水泥协会( 1 0 0 8 3 1 ) 干法水泥生产过程中生料质量控制系统占据工艺设备的主要部分包括预均化堆场、生料 磨配料、均化库等在保证生料质量的条件下．如何简化工艺、降低投资、缩小占地面积一 直是水泥界追求的目标美国G a m m aM e t r i c 公司开发出中子活化分析仪P G N A A ( P r o m p t G a m m aN e u t r o nA c t i v a t i o nA n a l y s i s ) ，该仪器在1 9 8 3 年原本是一种煤分析试验室仪器．受 到美国水泥界的重视，并提出应用于水泥生产中的要求1 9 8 4 年美国水泥协会资助其在水 泥厂中试用．经过十年的改进完善至1 9 9 4 年才有现在这种型式——利用皮带输送机的在 线多元素分析仪H o l d e r b a ．n k 公司在应用方面又做了大量的工作才使之实用化目前已广 泛应用于国外水泥厂，对提高生科质量简化工艺设备起着重要作用。

华新水泥公司在4 0 0 0 t ／d 新工艺线中已应用2 台多元素分析仪1 台安装在预均 化堆场石灰石迸料皮带输送机上，测量人预均化堆场石灰石的化学成分；另1 台安装于库底 配料送人生料磨的皮带输送$ h h ，测量配合料的化学成分，以调节配料比例这种方法对传 统的生料质量控制系统而言称为前馈控制 早在8 0 年代岳阳_ 水泥厂就已经把中子活化分析仪应用于生料配料控制中，可惜未 引起足够重视最近有报导铝业已经开发出此类产品应用于检测控制现仅以P G N A A 的结构 和应用情况进行简要介绍 1 基本原理 中子活化分析是利用同位索锎( c 忍} 中子源产生的热中子轰击被测样品元素的原子核， 使某些元素变成另外元素的放射性同位素，这些放射性恩位素再经过某种衰变释放出特征射 线又恢复到稳态f 如图1 ) 每种元素在两个方面对中子活化过程有不同的反应有些元素比 其他元素更容易活化，如铁、硫、氯，而碳和氧很不容易活化元素间另—个主要区别是每 种元素发射其特有的1 射线熊谱如钙能产生不同数量1 射线即4 ．4 2 M e V 和6 ．4 2 M e V 通 壕于棒 热：+ 一毒 鬻帑：乏主黧篡= 过检测这些放射性粒子的能量，就可以判 图l 原子核活化过程 1 3 6全国水泥生料质量控制应用技术研讨交流会论文集 瞬发叮射线中子活化是指在高强度的同位素中子源发出的热中子辐照下，样品中各元素 的原子核俘获中子，在极短的时问( 约l o 。

1 4 8 ) 内，释放出能量约2 —1 0 M e v 的射线通过高分 辨率的能谱仪接收，根据各特征峰的位置( 道数) 和强度( 峰面积) 进行元素的定性定量分析 在定量分析时，特征峰强度一般用测量时间内的总计数【N ) 表示它与元素的含量( c ) 有如下 关系，即：N = K C + b 其中K 、b 与中子源、探测器、辐照装置等有关，在同一试验中均为常数 从分析仪的断面图( 图2 ) 可以看出中子源透过输送皮带 活化皮带上的物料，物料产生的7 射线照射到硫碘探测器 探测器的硫碘化台物受射线的作用产生光脉冲，射线探测器 的光电倍增管和电子电路形成一种合成光谱，然后利用微处 理机和分析软件将这种光谱还原成它的组成部分即元素的 本身；大批量的平均元素组成就计算出来了物料的流速利 用皮带输送机的测速表测出计算机软件还能计算出物料的 氧化物和按不同率值标准计算出物料率值、矿物组成和烧失 量等 可分析的物料成分：s i o z 、A l z O s 、F e - 0 3 、C a O 、M g O 、T i 晚、 N 出O 、M m 0 3 、S O a 、C I 和水分 2 分析仪的组成 该分析仪由屏蔽装置、密封式电子箱、操作控制台和参 考标准组成( 见图3 ) ，下面分别进行介绍。

2 ．1 屏蔽装置 核仪器使用中最重要的问题是防护问题，特别是中子仪 器对防护的要求更严格该仪器的屏蔽装置能确保射线水平 低于国际原子委员会( I A E A ) 和核标准委员会( N R C ) 所规定的标准它由铅制的7 个部分组成 用放置探测器和为中子源提供屏蔽，并支持传输皮带的负载部分它形成4 5 角的滑床使 输送皮带也成为4 5 角的槽形空载输送皮带为平带从屏蔽装置的下部通过屏蔽装置与密 封电子箱之间的信号线利用柔性管相连 2 ．2 参考标准 它用于仪器的检验和校准．它是用已知的与被测物料成分相同的化合物制成，它的形状 与输送带上的物料相同 2 ，3 密封电子箱 密封电子箱内有电子部件和温控装置它是一个封闭的、高强度和恒温的箱体，既可以保 护内部设备又能防尘、防湿和防水这就使内部的电子设备有—个清洁、恒温的环境，对仪 器运行十分有利箱内有： 1 台高速工业计算机用于索成分的分析并控制和监视分析仪的内部操作 全国水泥生料质量控制应_ } } l 技术研讨交流套论文集 高频调制解调器用于与操作控制台通讯，并可以与仪器制造公司的控制中心通讯，进行 仪器的维护工作另有—个备用的调制器用于和其他操作站或工厂的计算机系统通讯。

探测器及其电子元件的温控系统 U P S 不间断电源 2 ．4 操作控制台 操作控制台是—个计算机系统，包括计算机、高清晰度2 0 寸彩色监视器、打印机、解 凋器、U P S 和使用手册，它与分析仪用同轴电缆相联．它提供现时与历史物料成分和状态的 信息，并控制工艺过程如原料配比、堆场内料堆的形成等它的功能： 从用户和分析仪取得数据：显示3 1 d 的数据分析资料：监视器显示流程图、分析结果和 设备状态；报警；选择控制功能如原料配比或料堆的准存；与工厂的D C $ 和P L C 系统的通汛 2 ．5 仪器的使用条件 皮带的宽度8 0 0 ．1 5 0 0 n m ，在滑床的槽型角度为4 5 皮带输送机在测量部分最好水平 安装．最大输送角度要小于1 8 输送皮带为高分子材料制成，不能有金属加强丝 为了提高分析精度和稳定性对通过物料负载也有一些要求，因为分析仪器的探测器受安 装高度的限制，所在输送带上的物料高度也根据带宽不同面有限制 3 在水泥厂的应用 连续、和全流程分析比常规的分析系统提供了更快速更准确的分析资料，所以它能 完成对原料的实时地优化处理料状原料，在水泥厂利用它可以控制预均化和原料磨的配料。

3 ．1 预均化堆场 中子活化分析仪为料堆处理提供了一种软件为P R E B O S ( 预混合优化系统P r e - - - B l e n d i n g O p t i m i z a t i o nS y s t e m ) 软件它安装在操作控制台，有自动和手动两种形式手动的P R E B O S 被用于单个翻斗车的情况( 如图4 ) ，在操作控制台根据分析仪的显示数据去指挥往破碎机送 料的翻斗车的装载矿石操作，即从那个工作面取矿以满足均化的需要自动的P R E B O S 用于 多种原料的预配料，每种原料都有—个料库和喂料机，由中子活化分析仪的物料成分按要求 的率值通过网络指挥工厂的控制系统调整各种原料的配比( 图5 ) ，即各喂料机的喂料量 阿s 舟自动的P R ￡芏K 葛的工芭诧疆 P R B O S 提供下述功能：6 种原料的配比；混合料的三率值指标；特定间隔的比例如每5 0 0 t 物料；低成本的配料方案；可以做连续式或间歇式预均化方案；提供一堆料的成分、数量和 1 3 8全国水泥生料质量控制应用技术研讨交流会论文集 堆内每层的成分 这种控制方法节省过去取样处理系统的投资，能够充分利用矿山资源，减少或简化预均 化堆场。

它的实时分析功能使分析数据能够较好地代表堆场内的物料成分 3 ．2 生料配比 分析仪为生料配比控制提供一种称为咖sc 生料配比优化系统R a w m i xO p t i m i z a t i o n S y s t e m ) 软件，它适时地控制原料的喂料比例，使之按生料质量的要求铷备理想的水泥生料 ( 图6 ) R A M O S 配料如石灰石、粘土和铁矿石达到三种质量控制目标如I S F 、S M 和I M 三率值 中子活化分析仪可以装在原料磨的人磨端 田6 震化饿磨头配料 R A M O S 分两步进行控制： 首先，它根据分析仪每分钟的分析数据分析混合料，如喂料机相应的喂料量，估计出每 种原料的化学成分；然后按生料质量要求计算出各种原料的配比，各种原料喂料机的喂料量 由R A M O S 计算出的喂料量可有两种方法控制喂料机的喂料量：工厂有P L C 系统则经过网络利 用工厂控制系统去调节喂料量；如工厂没有P L C 系统则操作控制台提供4 2 0 m A D C 或0 —1 0 V D C 信号供配料控制系统去调节喂料量P ．A M O S 可以在操作控制台的屏幕上显示原料混合质量， 原料的配比和喂料量。

4 结束语 华新水泥公司的两套中子活化分析仪已经停止使用，因为该仪器本身经过这些年来的 应用已经成熟，但是对我国的具体条件尚需观察工艺方面的效果华新水泥公司是在已经建 成的预均化堆场、生料均化库的条件下采用此种分析仪所不能在预均化库和生料均化库的改 进方面再做工作，但也创造—个对比的环境今后需要有关方面做大量的对比试验、统计、 分析工作，以便在改变工艺布置、设备选型方面提出建议，以降低投资，提高人窑生料质量， 充分利用矿山资源等 过去自动化设备主要是按工艺的要求进行配置．保证生产线高效、经济运行，对工艺线 的建设影响较小，而中子活化分析仪将有可能影响工艺布置，在此特别说明，以引起大 家关注。