激光誘導擊穿光譜是一種新型光譜檢測技術，具有安全無輻射、無須取樣制樣、原位在線非接觸檢測、分析速度快以及易于維護等特點，被譽為成分分析領域的“超級巨星”，已應用于航空探測、深海探測、油氣資源勘探和工業物料質量監控等領域。

利用基于LIBS技術的激光成分分析儀和試驗室XRF設備分別對白銀有色銅尾礦中的銅元素進行在線和離線檢測，并通過重復性試驗和樣品均勻性試驗，進行在線和離線檢測結果的對比分析研究，以論證LIBS激光成分分析儀在線分析數據的準確性。

01試驗儀器及樣品

1.1 樣品及浸出實驗

試驗儀器LIBS實驗裝置如圖1所示。試驗目標檢測樣品為浮選銅尾礦漿經陶瓷過濾機除水后，落入運輸皮帶的淤泥狀銅尾礦物料，銅尾礦含水13%～16%，主要檢測元素為銅元素，試驗期間銅尾礦中銅元素含量為0.239%～0.558%。

圖1LIBS系統實驗裝置圖

02 實驗原理及方案

在線激光成分分析儀通過光學系統將高能脈沖激光聚焦在待測樣品表面，燒蝕樣品產生等離子體，利用光譜儀對燒蝕產生的等離子體發出的光進行光譜探測和光譜數據采集，結合目標元素的特征光譜數據庫對所采集的光譜數據進行分析，即可獲得待測樣品中所含的目標元素及對應濃度信息。試驗原理見圖2。

圖2試驗原理示意

03浸出液的LIBS光譜分析

（1）離線檢測方法。在銅尾礦輸送方向激光成分分析儀前方位置處取樣，每天取樣8次，然后送往化驗室，使用化學方法進行成分檢測。

（2）在線檢測方法。在離線檢測取樣期間，使用激光成分分析儀進行連續在線檢測，在線檢測時間與離線取樣時間同步。在線檢測可連續進行數千點不同位置處銅尾礦中銅元素的檢測。

04實驗結果及討論

4.1試樣均勻性研究

（3）為評估現場試樣的均勻性，利用國家標準（《銅精礦化學分析方法》（GB/T3884））的碘量法對試樣的銅元素進行分析，即忽略檢測儀器及檢測方法引入的誤差，檢測結果波動為樣品均勻性導致。按照取樣規范取5組，每組5個試樣，采用國家標準方法開展均勻性檢測，試樣均勻性研究銅含量測定結果見表1。

表1試樣均勻性研究銅含量測定結果

由表1可知，5組均勻性試驗中，銅的碘量法測定結果波動的平均值為0.0092%；取置信系數k=2，以擴展不確定度表征樣品均勻性，對應銅元素的均勻性為0.0129%。

4.2檢驗結果對比

根據銅元素的特征譜線，結合樣品中銅含量化驗值，激光成分分析儀使用偏最小二乘法分析對應樣品的光譜信息，確定樣品中的銅含量。試驗對比分析了2023年12月具有化驗室化驗濃度信息的20份尾礦樣品的成分，銅元素的LIBS在線檢測和化驗室碘量法離線分析結果見表2。

通過對連續3d不同時段20個渣選尾礦樣品進行離線化學法化驗和在線LIBS檢測，對以化學法化驗結果為標準的原始數據進行分析，計算得到渣選尾礦中銅元素的在線LIBS檢測結果的平均絕對偏差為0.014%,平均相對偏差為4.79%。銅元素LIBS檢測值與化驗室化驗值相關性曲線見圖3

表2試樣中銅元素含量檢測結果比對

圖3銅元素LIBS檢測值與化驗室化驗值相關性曲線

由圖3可見，通過20個渣選尾礦樣品中銅元素LIBS檢測值與化驗室化驗值進行最小二乘線性擬合，結果表明，渣選尾礦中銅元素的在線與離線檢測結果具有良好的一致性，線性相關性R2達0.959以上。

當浸出過程的液固比和時間一定時，隨著硝酸濃度的增加REY的浸出率顯著增加［圖3（ａ）］，對REY浸出率的影響程度從高到低依次為酸濃度、液固比、浸出時間。

在此次實驗中，較低濃度的HNO3在小液固比和短浸出時間條件下就能夠浸出樣品中大部分REY（除Ce外），但考慮到在深海進行實時探測過程中，酸溶液攜帶、作業時間以及成本等問題，希望能夠使用盡量少量的酸溶液、在盡量短的時間內溶出更多REY，因此，在深海稀土探測過程中，REY最佳浸出條件為1.5moL·L-1HNO3、液固比2：1、浸出時間5min。

05結論

采用基于LIBS技術的激光成分分析儀對銅尾礦中的銅元素進行了在線檢測，并將在線檢測結果與化驗室離線檢測結果進行了對比分析，結果表明，在線檢測結果與離線檢測結果具有良好的一致性。均勻性試驗結果表明，在線檢測結果具有更好的穩定性。基于LIBS技術的激光成分分析儀可滿足銅尾礦中銅元素檢測的實時性和可靠性，并可直觀實時表征渣選尾礦的銅回收率，可為浮選工藝的精準調控提供有力支撐。

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審核編輯 黃宇