一種稀土冶煉分離過程質量配分量在線監測儀的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于稀土濕法冶金技術領域，提供了一種稀土冶煉分離過程質量配分量在 線監測儀。用于稀土冶煉分離過程中的鑭（La)、鈰（Ce)、鐠（Pr)、釹（Nd)、釤（Sm)、銪（Eu)、 IL (Gd)、鉞（Tb)、鏑（Dy)、鈥（Ho)、鉺 Gir)、鎊（Tm)、鐿（Yb)、镥（Lu)、I乙 00 十五種元素的 配分含量的測定。 技術背景
[0002] 稀土兀素因具有優異的磁、光、電性能，對改善廣品性能，增加廣品品種，提尚生廣 效率起到了巨大的作用。被廣泛應用到了冶金、軍事、石油化工、玻璃陶瓷、農業和新材料等 領域。稀土是中國特有的戰略資源，世界上大部分中重稀土資源來自中國。豐富的稀土礦 產資源和稀土日益廣泛的應用為中國稀土工業的發展奠定了堅實的基礎。由于稀土元素間 化學性質相似，稀土原料很難分離為單一的稀土元素。我國采用稀土串級萃取的方法從而 分離出單一稀土，目前我國的稀土溶劑萃取技術已達到世界先進水平，實現了稀土工業生 產的大型化、集中化和連續化。
[0003] 由于分離槽體有成百上千級，前期的分離過程會對后續的產品質量產生嚴重的影 響。但目前我國稀土工業生產過程自動化裝備水平普遍較低，大多稀土企業依靠實驗室大 型儀器離線分析（實驗室ICP-AES檢測方法）和中間控制分析指導生產，分析周期需要一 天甚至更長時間，導致企業生產效率低、產品質量不穩定。因此，迫切需要一種高效穩定的 稀土配分量在線監測儀，實現關鍵工藝點稀土配分量的實時、連續監測，反饋給工藝控制系 統，進行及時的工藝調整，從而提高產品的質量，減少物耗和能耗。
[0004] 現有稀土在線分析技術包括光纖光度分光在線分析儀，將分光光度計與反射探頭 有機的結合為一體，光纖探頭直接插入槽體中，該儀器理論上可以測定Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、 Er六種稀土元素；流動注射在線分光光度儀與該方法類似，采用蠕動栗進樣；還有稀土濃 度分析儀，應用放射性Ba-133源與半導體探測器置于稀土槽同側，理論上可實現對稀土總 量的測定，不能進行不同元素配分量的檢測。但上述技術均僅見于文獻報道，未見有實際的 工業應用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種稀土冶煉分離過程質量配分量在線監測儀，在稀土冶 煉分離過程中快速、準確的測量稀土配分量，能夠獲得良好的靈敏度和穩定性。
[0006] 發明所涉及的分析儀主要包括單/多流路自動進樣系統、X射線熒光分析系統、數 據處理系統和自動控制系統。取樣栗和樣品檢測池通過樣品輸送管道聯為一體，形成自動 進樣系統。取樣栗將串級萃取槽內的水相導入檢測池中，樣品輸送至檢測池后，由X射線光 管18產生的X射線對樣品進行照射，激發稀土元素 L系特征X射線熒光（釔元素為K系譜 線激發），并用SDD型探測器19進行接收。檢測后的樣品通過樣品輸送管道重新流入萃取 槽體內。數據處理系統用信號電纜連接于分析儀的探測器上，將采集到的信號傳輸到計算 機，再經計算機軟件的數據處理模塊計算并輸出樣品中所有稀土元素的質量配分量，并上 傳至主控室。稀土冶煉分離過程質量配分量在線監測儀可實現對稀土冶煉分離萃取槽內的 所有稀土元素配分變化的在線監測，且數據準確可靠，靈敏度較高。
[0007] 本發明是通過以下技術方案來實現的：
[0008] 單/多流路自動進樣系統由蠕動栗14、樣品輸送管道、取樣流量傳感器13及樣品 檢測池15順次串聯組成一套液體自動進樣通道；將采樣管浸入指定稀土萃取槽11內的水 相中，通過蠕動栗14將待測樣品注入樣品檢測池15,蠕動栗14的栗速可通過計算機軟件進 行調節。樣品檢測池15采用的進樣口在下，出樣口在上的形式，可防止氣泡的產生，樣品檢 測窗口位于樣品檢測池15的一側，并用耐酸性的薄膜進行密封。從出樣口流出的稀土溶液 樣品重新栗入到稀土萃取槽11體內。樣品輸入及輸出管道均設有取樣流量傳感器13,用于 監測樣品輸送過程是否正常。
[0009] 進樣系統可以是單流路，也可以是多流路的。多流路取樣時，米用多流路進、多流 路出的方式。采樣栗實時抽取不同槽體內的樣品，來自不同的槽體的液體分別從不同的流 路依次進入各自的樣品杯進行分析。各個樣品杯之間通過轉盤式多流切換裝置進行自動切 換，測試結束后，樣品依次按照各自流路流回取樣槽。
[0010] 能量色散X射線熒光檢測系統由X射線光管18，SDD探測器19,散熱制冷系統20， 高壓電源21及高壓電纜線22組成；散熱制冷系統20安裝在X射線光管18上方，對X射 線光管18進行散熱，高壓電源21通過高壓電纜線22與X射線光管18連接，對X射線光 管18進行供電，X射線光管18的功率10~50W，供電后可發射X射線照射樣品，可實現對 所有稀土元素的激發；SDD探測器19是一個完成的部件，內部由半導體探測器、前置放大 器、主放大器、多道分析器順次串聯組成，包含了對信號進行采集、放大、A/D轉換等處理功 能，具有較高的探測效率和能量分辨率；散熱制冷系統：用于降低檢測過程中引起的X射線 光管和探測器溫度過高。用于樣品檢測激發產生的強度信號。
[0011] X射線光管18與SDD探測器19呈一定角度置于樣品檢測池的一側。高壓電源對 X射線光管供電后，X射線光管對檢測池中的樣品進行激發，激發稀土元素 L系特征X射線 熒光（釔元素為K系譜線激發），并用探測器進行接收，探測器將接收到的信號放大，A/D轉 換。
[0012] 數據處理系統由通信數據線、計算機3及稀土在線監測軟件組成。計算機通過信 號電纜分別連接于自動進樣系統的蠕動栗14、取樣流量傳感器13以及檢測系統的X射線光 管18、SDD探測器19上，分別實現對樣品輸送流量、光管工作狀態和SDD探測器19檢測信 號的傳輸。計算機3接收信號并用軟件計算模塊進行相應的數據處理，從而實時反應萃取 槽體內稀土元素的配分含量，同時計算機的軟件系統會對各部件中的電壓、電流、溫度、流 量等參數進行監測。
[0013] 對譜圖的數據處理采用基本參數法，由特定的稀土在線監測軟件對譜圖進行處 理，該方法可以將復雜的稀土元素 L系特征熒光譜解開，從而得到準確的分析數據。本實驗 方法的優點在于無需制備標準樣品，同時也不需要繪制工作曲線。
[0014] 控制系統由PLC控制系統9和智能軟件組成，PLC控制系統9能夠自動完成分析 儀工作過程中的蠕動栗14的轉速、采樣流量、光管溫度，冷卻系統控制，采樣時序控制等， 智能軟件自動完成分析儀工作過程中光管電源、X射線熒光譜分析和數據采集處理以及所 有數據的存儲。當稀土元素配分含量在2%以上時，各元素配分量結果相對誤差小于5% ; 每種元素11次檢測結果的相對標準偏差均小于2%，滿足工藝動態控制需要。
[0015] 本發明與現有技術相比具有如下優點：
[0016] (1)多種元素同時監測。可同時測定稀土冶煉分離過程中鑭（La)、鈰（Ce)、鐠 (Pr)、釹（Nd)、釤（Sm)、銪（Eu)、釓（Gd)、鋱（Tb)、鏑（Dy)、鈥（Ho)、鉺（Er)、銩（Tm)、鐿 (Yb)、镥（Lu)、釔（Y)十五種元素的配分含量。
[0017] (2)元素測量范圍寬。稀土冶煉在線監測儀理論上可以測定配分含量范圍在 0%~100%的所有稀土元素，當元素配分含量在2%以上時，其分析的相對誤差小于5%。
[0018] (3)分析時間短。測試時間只需60s即可完成一次檢測。
[0019] (4)測試能量低。除元素釔（Y)采用K線系激發之外，其它元素均為L線系激發， 因此檢測所需要的能量較低，降低了光管的使用功率。
[0020] (5)無需制備標準樣品。數據處理采用基本參數法，因而不需要制備標準樣品，同 時也無需繪制工作曲線。
【附圖說明】
[0021] 圖1為稀土冶煉分離在線監測儀的結構示意圖。其中，制冷空調1、監測儀機殼2、 計算機3、X射線熒光分析系統4、自動進樣系統5、穩壓電源6、溫度控制器7、接線端子8、 PLC控制系統9、狀態指示燈10、多路切換裝置23。
[0022] 圖2為稀土冶煉分離在線監測儀的單路取樣流程示意圖。其中，稀土萃取槽11、 取樣管線12、取樣流量傳感器13、蠕動栗14、樣品檢測池15、回路流量傳感器16、回路管線 17、X射線光管18、SDD探測器19、散熱制冷系統20、高壓電源21、高壓電纜線22。
[0023] 圖3為稀土冶煉分離在線監測儀的多路切換裝置示意圖。其中，Al~A8.檢測池、 Bl~B8.檢測池、Cl~C8稀土萃取槽、Dl~D8.取樣流量傳感器、D9~D16.回路流量傳 感器、El多路切換盤。
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