基于激光诱导击穿光谱的铜物料快速检测方法

激 光 诱 导 击 穿 光 谱（Laser-induced breakdown spectroscopy，简称LIBS）技术是一种新型光谱检测技术，具有对样品要求低、检测速度快、操作简单、智能程度高、安全环保和易于维护等特点，广泛应用于航空军事探测、深海勘探、油气资源开采等领域。LIBS技术均为实验室内研究分析，需要对样品进行研磨、复杂压片等预处理。此过程操作复杂，存在样品被污染的风险，无法满足冶炼现场铜物料的快速检测需求。

本文基于LIBS激光诱导击穿光谱仪对冰铜、尾料和铜精矿中关键元素成分进行了现场快速检测。并与定点检测中心 XRF检测分析结果进行对比，探究LIBS技术对铜物料成分检测的高效性、准确性和经济性，为实现铜物料中元素成分的快速检测提供技术支撑。

01实验部分

图1原理示意图

样品测试过程中LIBS激光诱导击穿光谱仪中光谱仪光谱探测延迟时间为1.5μs，积分时间为2ms，激光能量为100 mJ，重复频率为10Hz。为了提升检测结果的代表性，通过设备中的导轨控制器实现每种样品的多点检测，每个检测点采集100组光谱数据。

02结果与讨论

建立设备模型分别选用了定点检测中心XRF成分检测的冰铜、尾料、干精矿中各元素浓度。3种物料各42个样品，其中冰铜与尾料为固体样，干精矿为粉末样，样品中各元素的含量范围如表1所示。

建立设备模型时，为了减小样品均匀性和光谱波动的影响，每种样品采集7个点位的光谱数据。每个检测点位采集100组光谱数据，共计700次测量检测，如图2所示。

表1样品中各元素的浓度范围

图2测试样品检测点位图

通过对上述样品的LIBS光谱分析，得到了各类型样品中各元素的浓度曲线。分别是冰铜、尾料和干精矿各样品中LIBS检测结果和XRF检测结果的模型比较。三种模型与定点检测中心XRF检测结果的平均相对误差如表2所示。

表2分析模型平均相对误差

将剩余的冰铜、尾料、干精矿各20份样品预处理后的进行压片制样，然后利用XRF进行成分检测。冰铜、尾料、干精矿各20份原样品的LIBS成分检测结果与冰铜、尾料、干精矿各20份压片样品的XRF成分检测结果对比。各物料现场测试结果平均相对误差对比如表3所示。

表3各物料现场测试结果平均相对误差

03结论

利用LIBS激光诱导击穿光谱仪，实现了炉前冰铜、尾料和干精矿三种物料成分的快速检测。无须样品的繁琐制备，避免研磨、压片等耗时操作，可有效提升现场样品检测的实时性和检测频次，解决了传统检测数据的滞后性问题。检测结果满足现场工艺调控需求，有助于解决冶炼行业智能化建设中感知层完善不可或缺的物料成分快速检测问题，提升了冶炼过程精细化控制和生产信息化管理水平

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主要由激光器、高分辨率光谱仪、LIBS光路收集探头、XYZ样品窗、触发延迟控制器等组成，由于其采用一体化，可扩展非常灵活，非常适合科研研究、LIBS光学应用实验、光学应用中心等用户，可以非常方便的灵活选用配置激光器和光谱仪。

审核编辑 黄宇