[发明专利]用于分析材料的方法和设备

说明书

发明领域

本发明总的涉及用于分析材料的方法和设备。本发明应用于、但不是排它性应用于确定材料中组分的浓度，并因此确定材料的经济价值。本发明应用于、但不是排它性应用于确定开采的矿石中组分例如金属的浓度，并因此确定矿石例如铁矿石的经济价值。

背景技术

有各种各样的方法和装置可用来分析材料。

除了其它要求，具体方法或装置的选择还取决于可以在给定的时间中加以分析的材料的量。

例如，透射电子显微镜(TEM)在材料性能表征中是有价值的手段，但是样品分析是缓慢的过程。典型地，材料的样品必须制备成薄得足以让电子束可穿透。虽然通过TEM分析可以获得高程度的信息，但是在单日内可以制备和分析的样品数非常有限。此外，TEM分析的成本过高。

在大体积的材料需要被进行性能表征的情况下，需要高通量的分析方法和装置。这类应用的实例是废物回收利用，其中，例如玻璃需要与金属和塑料区别开。

另一个实例涉及性能表征采矿所得材料。在这方面，用于对开采出的材料的颗粒进行分析的一种方法公开在授予Slight的美国专利3,655,964中。

该方法包括：将开采的材料传输通过在x-辐射发生源与一系列x-辐射检测器之间的间隙中两个能级的x-辐射场；以及确定透射通过开采材料的x-辐射的强度。

在检测器处获得关于一个能级上的透射x-辐射的强度的数据，并将所述数据与已知材料的已知x-辐射吸收系数结合使用，以确定已知材料的标称厚度。然后，结合在另一个能级上的透射x-辐射的检测器处获得的数据来使用所确定的厚度，以计算矿石的x-射线吸收系数。将计算出的系数对照在另一个能级上的已知材料的已知系数进行比较。如果计算出的x-辐射吸收系数与已知材料的已知系数对应，则将开采出的材料鉴别为已知材料。如果计算出的x-辐射吸收系数不与已知材料的已知系数对应，则用其它已知材料的替代x-辐射吸收系数重复该过程，直至发现匹配。

该方法要求保护的优点是在材料性能表征中不再要考虑颗粒的厚度。

本申请人已经认识到这个方法的问题在于Slight公开的方法有局限性，并且在实践中不可能实现。具体在于：

1.Slight设想的单能量x-辐射束在实践中不能获得或是不可能的，并且忽视了线束硬化和线束散射的影响，而这些影响导致不可能对性能表征作出准确的评定。

2.使用脉冲高度分析器不可能对以大于1m/s的速度通过检测器计数器的颗粒进行操作。因此，这大大限制了该方法的通量能力。

3.来自单个能量源、顺序布置的能量源或顺序布置的检测计数器的脉动能级的具体化设计不能确保在各个能级上分析相同段和取向的颗粒。这引入了分析误差，并在高速/高通量应用中随着颗粒位置、取向和轨迹的改变更显著而特别明显。

另外，申请人已经发觉Slight没有公开如何通过Slight公开的分析方法来确定材料组分的浓度。

本发明的目的是提供改进的用于分析材料的方法。

发明内容

本发明提供改进的用于分析材料的方法，所述方法使得可以在要求高速和高通量的应用中确定材料的组分的浓度。

具体地说，本申请人已经确定，将铁矿石的颗粒暴露于包含一定范围内的能量的x-辐射并测量两个或更多个能级或能量范围内的透射x-辐射的强度，能够以高速和高通量能力确定颗粒中材料组分的浓度。申请人还已经确定，以高速和高通量能力能够基于颗粒内的组分浓度来执行分类。

本发明提供了用于分析包含组分的材料的颗粒的方法，方法包含下述步骤：

(a)将材料的颗粒暴露于具有一定范围内的x-辐射能量的x-辐射下；

(b)检测透射穿过颗粒的两个不同能级或两个不同能量范围内的x-辐射强度；和

(c)根据相应检测出的强度确定颗粒中存在的组分的浓度。

基于这种方法，矿石例如含铁矿石和含贱金属和贵金属的矿石诸如含铜、镍、金、铂和银的矿石的材料分析更为准确，因为降低了由可变的非组成参数(例如矿石颗粒的厚度、孔隙度、形状和尺寸)所引入的矿石浓度等级计算中的误差。

方法中将材料暴露于x-辐射的步骤(a)可以包括在50kV至400kV的电压下操作x-辐射源。

检测x-辐射强度的步骤(b)可以包括检测在两个不同的、非重叠的能量范围中的x-辐射强度。

确定组分浓度的步骤(c)可以包括通过使用不同能级或不同能量范围处的检测强度和至少一个常数执行数值计算，来计算参数，即指示出组分浓度的值(以下称为“值”而不是“参数”)，其中选择所述至少一个常数以便降低材料厚度对计算的值的影响。