激光探针光谱技术在矿浆中的检测研究及应用

摘要

在选矿工业中，浮选是一种非常重要且广泛使用的精矿石提取方法，而浮选过程中，矿浆的品位决定着精矿的产出。因此，对矿浆品位的快速在线检测研究及应用具有重要意义。激光探针，又称激光诱导击穿光谱（LIBS），是一种新兴的元素检测分析技术，具有快速、实时、原位等检测优点，能够满足在线检测的需求。然而，由于LIBS直接应用于矿浆检测存在液体干扰和固体颗粒沉淀问题，导致光谱强度差、检测结果不稳定，如何解决上述问题是LIBS应用于矿浆检测的关键。为此，本文通过自主设计研发了一套矿浆样品循环系统，以此为基础搭建LIBS矿浆检测平台，以克服液体干扰和固体颗粒沉淀问题，从而有效提高了光谱信号的强度和稳定性。具体研究内容及取得的成果如下： （1）针对液体干扰和固体颗粒沉淀干扰，本文自主设计研发了一套矿浆样品循环系统，并搭建了激光探针矿浆检测系统。为获得最佳的检测结果，本文对矿浆检测系统的参数进行优化。在最优的检测参数条件下，利用该系统检测铁矿浆所得到的Fe元素检测极限为0.075wt.%，且拟合得到的定标曲线的线性度可以达到0.982。通过去一交叉验证对该定标曲线进行预测检验可得，平均预测相对误差为0.218wt.%，预测均方根误差为6.96%，检测结果可信度高。 （2）为进一步提高检测光谱的光谱强度和稳定性，本文在原单脉冲LIBS的基础上引入高频脉冲光纤激光器，自主设计并搭建了光纤激光器辅助增强激光探针矿浆检测系统。分别从等离子体的产生条件和等离子体的演化过程两个方面，对光纤激光器辅助增强的机理进行了探讨和研究。结合理论和实验两方面，结果表明光纤激光器的引入能够快速蒸发样品检测点的水分，为等离子体的产生提供一个稳定的热环境，且改进后的系统产生的等离子体与原系统产生的等离子体相比，有着更高的温度和较低的密度，为高温低密度等离子体。 （3）本文通过对比原系统和改进后系统采集到的元素光谱，讨论了光纤激光器对光谱信号的改善效果。结果表明，铁元素和钙元素的谱线强度均得到提高，且其特征光谱的稳定性也有所改善。铁元素和钙元素的光谱强度最大可提高3.71和8.05倍，光谱稳定性最大可改善11.72%和9.83%。在原单脉冲LIBS系统铁元素检测极限为0.113wt.%的参数条件下，改进后系统的铁元素检测极限获得改善，可达到0.083wt.%。 综上所述，本文自主研制的激光探针检测系统能够有效地降低液体干扰和固体颗粒沉淀的影响，可对铁矿浆进行在线检测，相关成果为激光探针光谱技术在矿浆的检测研究提供了一种新的检测方法。

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