一种稀土冶炼分离过程质量配分量在线监测仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于稀土湿法冶金技术领域，提供了一种稀土冶炼分离过程质量配分量在 线监测仪。用于稀土冶炼分离过程中的镧（La)、铈（Ce)、镨（Pr)、钕（Nd)、钐（Sm)、铕（Eu)、 IL (Gd)、钺（Tb)、镝（Dy)、钬（Ho)、铒 Gir)、镑（Tm)、镱（Yb)、镥（Lu)、I乙 00 十五种元素的 配分含量的测定。 技术背景
[0002] 稀土兀素因具有优异的磁、光、电性能，对改善广品性能，增加广品品种，提尚生广 效率起到了巨大的作用。被广泛应用到了冶金、军事、石油化工、玻璃陶瓷、农业和新材料等 领域。稀土是中国特有的战略资源，世界上大部分中重稀土资源来自中国。丰富的稀土矿 产资源和稀土日益广泛的应用为中国稀土工业的发展奠定了坚实的基础。由于稀土元素间 化学性质相似，稀土原料很难分离为单一的稀土元素。我国采用稀土串级萃取的方法从而 分离出单一稀土，目前我国的稀土溶剂萃取技术已达到世界先进水平，实现了稀土工业生 产的大型化、集中化和连续化。
[0003] 由于分离槽体有成百上千级，前期的分离过程会对后续的产品质量产生严重的影 响。但目前我国稀土工业生产过程自动化装备水平普遍较低，大多稀土企业依靠实验室大 型仪器离线分析（实验室ICP-AES检测方法）和中间控制分析指导生产，分析周期需要一 天甚至更长时间，导致企业生产效率低、产品质量不稳定。因此，迫切需要一种高效稳定的 稀土配分量在线监测仪，实现关键工艺点稀土配分量的实时、连续监测，反馈给工艺控制系 统，进行及时的工艺调整，从而提高产品的质量，减少物耗和能耗。
[0004] 现有稀土在线分析技术包括光纤光度分光在线分析仪，将分光光度计与反射探头 有机的结合为一体，光纤探头直接插入槽体中，该仪器理论上可以测定Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、 Er六种稀土元素；流动注射在线分光光度仪与该方法类似，采用蠕动栗进样；还有稀土浓 度分析仪，应用放射性Ba-133源与半导体探测器置于稀土槽同侧，理论上可实现对稀土总 量的测定，不能进行不同元素配分量的检测。但上述技术均仅见于文献报道，未见有实际的 工业应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种稀土冶炼分离过程质量配分量在线监测仪，在稀土冶 炼分离过程中快速、准确的测量稀土配分量，能够获得良好的灵敏度和稳定性。
[0006] 发明所涉及的分析仪主要包括单/多流路自动进样系统、X射线荧光分析系统、数 据处理系统和自动控制系统。取样栗和样品检测池通过样品输送管道联为一体，形成自动 进样系统。取样栗将串级萃取槽内的水相导入检测池中，样品输送至检测池后，由X射线光 管18产生的X射线对样品进行照射，激发稀土元素 L系特征X射线荧光（钇元素为K系谱 线激发），并用SDD型探测器19进行接收。检测后的样品通过样品输送管道重新流入萃取 槽体内。数据处理系统用信号电缆连接于分析仪的探测器上，将采集到的信号传输到计算 机，再经计算机软件的数据处理模块计算并输出样品中所有稀土元素的质量配分量，并上 传至主控室。稀土冶炼分离过程质量配分量在线监测仪可实现对稀土冶炼分离萃取槽内的 所有稀土元素配分变化的在线监测，且数据准确可靠，灵敏度较高。
[0007] 本发明是通过以下技术方案来实现的：
[0008] 单/多流路自动进样系统由蠕动栗14、样品输送管道、取样流量传感器13及样品 检测池15顺次串联组成一套液体自动进样通道；将采样管浸入指定稀土萃取槽11内的水 相中，通过蠕动栗14将待测样品注入样品检测池15,蠕动栗14的栗速可通过计算机软件进 行调节。样品检测池15采用的进样口在下，出样口在上的形式，可防止气泡的产生，样品检 测窗口位于样品检测池15的一侧，并用耐酸性的薄膜进行密封。从出样口流出的稀土溶液 样品重新栗入到稀土萃取槽11体内。样品输入及输出管道均设有取样流量传感器13,用于 监测样品输送过程是否正常。
[0009] 进样系统可以是单流路，也可以是多流路的。多流路取样时，米用多流路进、多流 路出的方式。采样栗实时抽取不同槽体内的样品，来自不同的槽体的液体分别从不同的流 路依次进入各自的样品杯进行分析。各个样品杯之间通过转盘式多流切换装置进行自动切 换，测试结束后，样品依次按照各自流路流回取样槽。
[0010] 能量色散X射线荧光检测系统由X射线光管18，SDD探测器19,散热制冷系统20， 高压电源21及高压电缆线22组成；散热制冷系统20安装在X射线光管18上方，对X射 线光管18进行散热，高压电源21通过高压电缆线22与X射线光管18连接，对X射线光 管18进行供电，X射线光管18的功率10~50W，供电后可发射X射线照射样品，可实现对 所有稀土元素的激发；SDD探测器19是一个完成的部件，内部由半导体探测器、前置放大 器、主放大器、多道分析器顺次串联组成，包含了对信号进行采集、放大、A/D转换等处理功 能，具有较高的探测效率和能量分辨率；散热制冷系统：用于降低检测过程中引起的X射线 光管和探测器温度过高。用于样品检测激发产生的强度信号。
[0011] X射线光管18与SDD探测器19呈一定角度置于样品检测池的一侧。高压电源对 X射线光管供电后，X射线光管对检测池中的样品进行激发，激发稀土元素 L系特征X射线 荧光（钇元素为K系谱线激发），并用探测器进行接收，探测器将接收到的信号放大，A/D转 换。
[0012] 数据处理系统由通信数据线、计算机3及稀土在线监测软件组成。计算机通过信 号电缆分别连接于自动进样系统的蠕动栗14、取样流量传感器13以及检测系统的X射线光 管18、SDD探测器19上，分别实现对样品输送流量、光管工作状态和SDD探测器19检测信 号的传输。计算机3接收信号并用软件计算模块进行相应的数据处理，从而实时反应萃取 槽体内稀土元素的配分含量，同时计算机的软件系统会对各部件中的电压、电流、温度、流 量等参数进行监测。
[0013] 对谱图的数据处理采用基本参数法，由特定的稀土在线监测软件对谱图进行处 理，该方法可以将复杂的稀土元素 L系特征荧光谱解开，从而得到准确的分析数据。本实验 方法的优点在于无需制备标准样品，同时也不需要绘制工作曲线。
[0014] 控制系统由PLC控制系统9和智能软件组成，PLC控制系统9能够自动完成分析 仪工作过程中的蠕动栗14的转速、采样流量、光管温度，冷却系统控制，采样时序控制等， 智能软件自动完成分析仪工作过程中光管电源、X射线荧光谱分析和数据采集处理以及所 有数据的存储。当稀土元素配分含量在2%以上时，各元素配分量结果相对误差小于5% ; 每种元素11次检测结果的相对标准偏差均小于2%，满足工艺动态控制需要。
[0015] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0016] (1)多种元素同时监测。可同时测定稀土冶炼分离过程中镧（La)、铈（Ce)、镨 (Pr)、钕（Nd)、钐（Sm)、铕（Eu)、钆（Gd)、铽（Tb)、镝（Dy)、钬（Ho)、铒（Er)、铥（Tm)、镱 (Yb)、镥（Lu)、钇（Y)十五种元素的配分含量。
[0017] (2)元素测量范围宽。稀土冶炼在线监测仪理论上可以测定配分含量范围在 0%~100%的所有稀土元素，当元素配分含量在2%以上时，其分析的相对误差小于5%。
[0018] (3)分析时间短。测试时间只需60s即可完成一次检测。
[0019] (4)测试能量低。除元素钇（Y)采用K线系激发之外，其它元素均为L线系激发， 因此检测所需要的能量较低，降低了光管的使用功率。
[0020] (5)无需制备标准样品。数据处理采用基本参数法，因而不需要制备标准样品，同 时也无需绘制工作曲线。
【附图说明】
[0021] 图1为稀土冶炼分离在线监测仪的结构示意图。其中，制冷空调1、监测仪机壳2、 计算机3、X射线荧光分析系统4、自动进样系统5、稳压电源6、温度控制器7、接线端子8、 PLC控制系统9、状态指示灯10、多路切换装置23。
[0022] 图2为稀土冶炼分离在线监测仪的单路取样流程示意图。其中，稀土萃取槽11、 取样管线12、取样流量传感器13、蠕动栗14、样品检测池15、回路流量传感器16、回路管线 17、X射线光管18、SDD探测器19、散热制冷系统20、高压电源21、高压电缆线22。
[0023] 图3为稀土冶炼分离在线监测仪的多路切换装置示意图。其中，Al~A8.检测池、 Bl~B8.检测池、Cl~C8稀土萃取槽、Dl~D8.取样流量传感器、D9~D16.回路流量传 感器、El多路切换盘。
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