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鐵礦石類鑒別系統(tǒng)Oreids技術(shù)方案

一、應(yīng)用概述
       我國80%的鐵礦石需求來自進(jìn)口，2020年鐵礦石進(jìn)口量達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的11.7億噸。隨著我國對進(jìn)口“洋垃圾”的明令禁止，若在大宗進(jìn)口鐵礦石中摻雜廢渣與尾渣等各類固體廢物，對海關(guān)監(jiān)管帶來新的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)。

      鐵礦石除了品位之外，還要充分考慮其物質(zhì)組成和利用價(jià)值，鐵礦石類樣品在物相組成、元素含量與其它物質(zhì)存在差異，鐵礦石鑒別系統(tǒng)（OreIDs）采用單波長X射線熒光光譜法（HS XRF^®）對鐵礦石類樣品進(jìn)行元素含量成分分析和譜圖鑒別，通過全息基本參數(shù)法（Holospec FP 2.0）得到鐵礦石中各元素含量與背景組成，進(jìn)一步通過譜圖庫檢索與成分鑒別算法得到鐵礦石相似度判定。

• 單波長 X 射線熒光光譜儀原理

       單波長X射線熒光光譜儀（HS XRF）采用全聚焦型雙曲面彎晶技術(shù)，全聚焦型雙曲面彎晶將X射線光管出射譜中靶材特征射線衍射聚焦到樣品一點(diǎn)，大幅降低或消除X射線管出射譜中連續(xù)散射線背景對樣品元素譜的干擾，提升元素檢測信噪比，相對傳統(tǒng)XRF檢出限降低1-2個(gè)數(shù)量級，單波長X射線熒光光譜儀實(shí)現(xiàn)對微量和痕量元素的檢測分析。






• 全息基本參數(shù)法（Holospec FP 2.0）
   參數(shù)法（FP: Fundamental Parameters method）是X射線熒光領(lǐng)域的核心算法和研究重點(diǎn)。安科慧生研發(fā)人員歷時(shí)十幾年，頒布全息基本參數(shù)法-Holospec FP 2.0，將基本參數(shù)法的應(yīng)用提升到前所未有的水平。

Holospec FP與常規(guī)FP區(qū)別：
1) 全譜擬合：當(dāng)前唯一采用全譜擬合的基本參數(shù)法
2) 完整性：基本參數(shù)庫結(jié)合先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型（Advanced MM），從而完成對XRF整個(gè)物理學(xué)過程的數(shù)字化描述
3) 快速：CPU多核并行運(yùn)算結(jié)合GPU單元，采集譜圖與海量運(yùn)算同步完成
4) 可視化與支持用戶開發(fā)：可視化圖形界面與開放的參數(shù)設(shè)置

Holospec FP功能與優(yōu)勢：
1) 通過精確計(jì)算消除（或減少）XRF物理學(xué)各種效應(yīng)
2) 達(dá)到元素?zé)o標(biāo)定量分析精度
3) 減少標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)要求，快速建立XRF元素分析方法
4) 提升元素定量精度和擴(kuò)展樣品適應(yīng)性


• 鐵礦石類三維鑒別數(shù)學(xué)模型OreIDs
   XRF能譜包括元素譜、背景譜、主量元素散射線譜等豐富信息，為成分鑒別提供科學(xué)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而也可以建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)譜庫。
   三維鑒別模型的建立，一維是建立鐵礦石單波長X射線熒光光譜與基本參數(shù)參比數(shù)據(jù)庫，掃描大量的實(shí)際鐵礦石樣品和標(biāo)準(zhǔn)鐵礦石樣品的譜圖，并對譜圖進(jìn)行聚類算法分析，建立鐵礦石類參比數(shù)據(jù)庫；二維是進(jìn)行正常鐵礦石主成分分析（PCA），設(shè)定主量元素含量區(qū)間；三維是掃描分析各類礦渣、尾渣、其它礦石、各類固體廢物，建立偽鐵礦石譜圖與元素含量庫，并進(jìn)行聚類分析，得到可靠的數(shù)學(xué)模型。
   鐵礦石類三維鑒別數(shù)學(xué)模型OreIDs具有擴(kuò)展和學(xué)習(xí)功能，可以擴(kuò)展到其它礦石類鑒別，通過分析大量樣品，算法自學(xué)習(xí)，不斷提升其判斷準(zhǔn)確度。





二、鑒別結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析
鐵礦石類鑒定系統(tǒng)OreIDs對鐵礦石類、其它礦石類、固體廢物（廢渣、礦渣、污泥等）相似度鑒別結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下：

樣品類別	樣品數(shù)量（個(gè)）	相似度區(qū)間（0-100%）
鐵礦石樣品	97	91.8-99.7
鐵礦石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)	22	91.5-99.7
疑似鐵礦石	2	69.6-71.6
其它礦石樣品	20	75.0-46.8
固體廢物類樣品	25	44.9-74.2

進(jìn)一步驗(yàn)證了鐵礦石標(biāo)準(zhǔn)樣品與鐵合金爐渣一定比例混合后Oreids相似度得分值：

樣品	Oreids相似度得分值
鐵礦石標(biāo)準(zhǔn)樣品ZbK308	99.5
鐵合金爐渣3#	64.1
Zbk90%+爐渣10%	88.7
Zbk80%+爐渣20%	82.5
Zbk70%+爐渣30%	78.5
Zbk60%+爐渣40%	73.9

三、系統(tǒng)方案

 

四、應(yīng)用特點(diǎn)
     樣品處理簡單
     除了取樣代表性外，僅需對鐵礦石樣品現(xiàn)場粉碎至細(xì)度為毫米級別的顆粒；

     鑒別速度快
     單個(gè)從樣品制備、儀器分析到得到鑒別結(jié)果8分鐘以內(nèi)；

    相似度統(tǒng)計(jì)結(jié)果
     90%-99.9%為鐵礦石類，85%-89.9%為可疑樣品，＜85%為非鐵礦石類或鐵礦石摻雜樣品；

    危害元素定量信息
     單波長X射線熒光光譜儀與基本參數(shù)法，可以直接得到鐵礦石中30多個(gè)元素定量結(jié)果，包括鐵元素含量、雜質(zhì)元素含量、危害重金屬元素含量；

     擴(kuò)展性強(qiáng)
     Oreids可以擴(kuò)展分析其它類礦石樣品，建立其它類礦石的鑒別算法；

      環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)
      適應(yīng)-10℃~40℃環(huán)境下檢測，可以完成現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室分析。



五、說明
        鐵礦石摻雜固體廢物的鑒別是一項(xiàng)十分復(fù)雜的分析過程，本方法僅就鐵礦石元素成分與含量并建立全球鐵礦石數(shù)據(jù)庫，并不能代表鐵礦石所有物理化學(xué)特性。




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