基于LIBS技术的渣选尾矿中铜元素的在线检测研究

激光诱导击穿光谱是一种新型光谱检测技术，具有安全无辐射、无须取样制样、原位在线非接触检测、分析速度快以及易于维护等特点，被誉为成分分析领域的“超级巨星”，已应用于航空探测、深海探测、油气资源勘探和工业物料质量监控等领域。

利用基于LIBS技术的激光成分分析仪和试验室XRF设备分别对白银有色铜尾矿中的铜元素进行在线和离线检测，并通过重复性试验和样品均匀性试验，进行在线和离线检测结果的对比分析研究，以论证LIBS激光成分分析仪在线分析数据的准确性。

01试验仪器及样品

1.1 样品及浸出实验

试验仪器LIBS实验装置如图1所示。试验目标检测样品为浮选铜尾矿浆经陶瓷过滤机除水后，落入运输皮带的淤泥状铜尾矿物料，铜尾矿含水13%～16%，主要检测元素为铜元素，试验期间铜尾矿中铜元素含量为0.239%～0.558%。

图1LIBS系统实验装置图

02 实验原理及方案

在线激光成分分析仪通过光学系统将高能脉冲激光聚焦在待测样品表面，烧蚀样品产生等离子体，利用光谱仪对烧蚀产生的等离子体发出的光进行光谱探测和光谱数据采集，结合目标元素的特征光谱数据库对所采集的光谱数据进行分析，即可获得待测样品中所含的目标元素及对应浓度信息。试验原理见图2。

图2试验原理示意

03浸出液的LIBS光谱分析

（1）离线检测方法。在铜尾矿输送方向激光成分分析仪前方位置处取样，每天取样8次，然后送往化验室，使用化学方法进行成分检测。

（2）在线检测方法。在离线检测取样期间，使用激光成分分析仪进行连续在线检测，在线检测时间与离线取样时间同步。在线检测可连续进行数千点不同位置处铜尾矿中铜元素的检测。

04实验结果及讨论

4.1试样均匀性研究

（3）为评估现场试样的均匀性，利用国家标准（《铜精矿化学分析方法》（GB/T3884））的碘量法对试样的铜元素进行分析，即忽略检测仪器及检测方法引入的误差，检测结果波动为样品均匀性导致。按照取样规范取5组，每组5个试样，采用国家标准方法开展均匀性检测，试样均匀性研究铜含量测定结果见表1。

表1试样均匀性研究铜含量测定结果

由表1可知，5组均匀性试验中，铜的碘量法测定结果波动的平均值为0.0092%；取置信系数k=2，以扩展不确定度表征样品均匀性，对应铜元素的均匀性为0.0129%。

4.2检验结果对比

根据铜元素的特征谱线，结合样品中铜含量化验值，激光成分分析仪使用偏最小二乘法分析对应样品的光谱信息，确定样品中的铜含量。试验对比分析了2023年12月具有化验室化验浓度信息的20份尾矿样品的成分，铜元素的LIBS在线检测和化验室碘量法离线分析结果见表2。

通过对连续3d不同时段20个渣选尾矿样品进行离线化学法化验和在线LIBS检测，对以化学法化验结果为标准的原始数据进行分析，计算得到渣选尾矿中铜元素的在线LIBS检测结果的平均绝对偏差为0.014%,平均相对偏差为4.79%。铜元素LIBS检测值与化验室化验值相关性曲线见图3

表2试样中铜元素含量检测结果比对

图3铜元素LIBS检测值与化验室化验值相关性曲线

由图3可见，通过20个渣选尾矿样品中铜元素LIBS检测值与化验室化验值进行最小二乘线性拟合，结果表明，渣选尾矿中铜元素的在线与离线检测结果具有良好的一致性，线性相关性R2达0.959以上。

当浸出过程的液固比和时间一定时，随着硝酸浓度的增加REY的浸出率显著增加［图3（ａ）］，对REY浸出率的影响程度从高到低依次为酸浓度、液固比、浸出时间。

在此次实验中，较低浓度的HNO3在小液固比和短浸出时间条件下就能够浸出样品中大部分REY（除Ce外），但考虑到在深海进行实时探测过程中，酸溶液携带、作业时间以及成本等问题，希望能够使用尽量少量的酸溶液、在尽量短的时间内溶出更多REY，因此，在深海稀土探测过程中，REY最佳浸出条件为1.5moL·L-1HNO3、液固比2：1、浸出时间5min。

05结论

采用基于LIBS技术的激光成分分析仪对铜尾矿中的铜元素进行了在线检测，并将在线检测结果与化验室离线检测结果进行了对比分析，结果表明，在线检测结果与离线检测结果具有良好的一致性。均匀性试验结果表明，在线检测结果具有更好的稳定性。基于LIBS技术的激光成分分析仪可满足铜尾矿中铜元素检测的实时性和可靠性，并可直观实时表征渣选尾矿的铜回收率，可为浮选工艺的精准调控提供有力支撑。

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审核编辑 黄宇