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鐵礦石類鑒別系統Oreids技術方案

一、應用概述
       我國80%的鐵礦石需求來自進口，2020年鐵礦石進口量達到創紀錄的11.7億噸。隨著我國對進口“洋垃圾”的明令禁止，若在大宗進口鐵礦石中摻雜廢渣與尾渣等各類固體廢物，對海關監管帶來新的風險與挑戰。

      鐵礦石除了品位之外，還要充分考慮其物質組成和利用價值，鐵礦石類樣品在物相組成、元素含量與其它物質存在差異，鐵礦石鑒別系統（OreIDs）采用單波長X射線熒光光譜法（HS XRF^®）對鐵礦石類樣品進行元素含量成分分析和譜圖鑒別，通過全息基本參數法（Holospec FP 2.0）得到鐵礦石中各元素含量與背景組成，進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，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，大幅降低或消除X射線管出射譜中連續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XRF檢出限降低1-2個數量級，單波長X射線熒光光譜儀實現對微量和痕量元素的檢測分析。






• 全息基本參數法（Holospec FP 2.0）
   參數法（FP: Fundamental Parameters method）是X射線熒光領域的核心算法和研究重點。安科慧生研發人員歷時十幾年，頒布全息基本參數法-Holospec FP 2.0，將基本參數法的應用提升到前所未有的水平。

Holospec FP與常規FP區別：
1) 全譜擬合：當前唯一采用全譜擬合的基本參數法
2) 完整性：基本參數庫結合先進的數學模型（Advanced MM），從而完成對XRF整個物理學過程的數字化描述
3) 快速：CPU多核并行運算結合GPU單元，采集譜圖與海量運算同步完成
4) 可視化與支持用戶開發：可視化圖形界面與開放的參數設置

Holospec FP功能與優勢：
1) 通過精確計算消除（或減少）XRF物理學各種效應
2) 達到元素無標定量分析精度
3) 減少標準物質要求，快速建立XRF元素分析方法
4) 提升元素定量精度和擴展樣品適應性


• 鐵礦石類三維鑒別數學模型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數據信息，進而也可以建立相關的標準譜庫。
   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參比數據庫，掃描大量的實際鐵礦石樣品和標準鐵礦石樣品的譜圖，并對譜圖進行聚類算法分析，建立鐵礦石類參比數據庫；二維是進行正常鐵礦石主成分分析（PCA），設定主量元素含量區間；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，并進行聚類分析，得到可靠的數學模型。
   鐵礦石類三維鑒別數學模型OreIDs具有擴展和學習功能，可以擴展到其它礦石類鑒別，通過分析大量樣品，算法自學習，不斷提升其判斷準確度。





二、鑒別結果統計分析
鐵礦石類鑒定系統OreIDs對鐵礦石類、其它礦石類、固體廢物（廢渣、礦渣、污泥等）相似度鑒別結果統計如下：

樣品類別	樣品數量（個）	相似度區間（0-100%）
鐵礦石樣品	97	91.8-99.7
鐵礦石標準物質	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

進一步驗證了鐵礦石標準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
鐵礦石標準樣品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、系統方案

 

四、應用特點
     樣品處理簡單
     除了取樣代表性外，僅需對鐵礦石樣品現場粉碎至細度為毫米級別的顆粒；

     鑒別速度快
     單個從樣品制備、儀器分析到得到鑒別結果8分鐘以內；

    相似度統計結果
     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法，可以直接得到鐵礦石中30多個元素定量結果，包括鐵元素含量、雜質元素含量、危害重金屬元素含量；

     擴展性強
     Oreids可以擴展分析其它類礦石樣品，建立其它類礦石的鑒別算法；

      環境適應性強
      適應-10℃~40℃環境下檢測，可以完成現場和實驗室分析。



五、說明
        鐵礦石摻雜固體廢物的鑒別是一項十分復雜的分析過程，本方法僅就鐵礦石元素成分與含量并建立全球鐵礦石數據庫，并不能代表鐵礦石所有物理化學特性。




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