Brevet FR2502335A1 — publié le 19820924

L'invention concerne une installation pour la mesure en continu d'éléments contenus dans un louche, de façon indépendante de la densité de ce louche, et de sa composition, en utilisant l'analyse par fluorescence Roentgen avec une chambre de mesure comportant un canal pour le passage du louche, sur les deux côtés duquel sont prévues des fenêtres de mesure, le détecteur étant disposé derrière ltune de ces fenêtres de mesures tandis qu'une source de rayonnement primaire et une cible sont disposées derrière l'autre entre de mesure,installation dans laquelle le rayonnement primaire transmis et ie rayonnement de la cible, ainsi que le rayonnement Roentgen excité, sont captés par le détecteur. Une installation du type précité, qui toutefois ne convient pas particulièrement bien à la détermination de la teneur en élément de plomb, a déjà été décrite dans une demande de brevet plus ancienne P 29 15 986.2. Du fait des besoins mondiaux croissants en matières premières, les gisements pauvres en minerai doivent aujourd'hui dtre de plus en plus exploités. De tels gisements sont principalement exploités par le procédé de flottaaion, dans lequel le minéral de valeur recherchée est obtenu à l'aide de sro- duits chimiques à partir d'une suspension aérée constituée d'un matériau d'extraction finement broyé et d'eau, que l'on appelle le "louche de flottation. Pour pouvoir exploiter économiquement de telles installations avec leur circuit de louche souvent très ramifié, une analyse en continu des écoulements de produits est d'une importance décisive, On a besoins à ce; ex et, d'appa- reillages d'analyse permettant d'indiquer aussi rapidement que possible les teneurs intéressantes en minéral au point d'une portance stratégique du processus pour permettre a@nsi une intervention rapide dans le déroulement de ce processus. Cela est particulièrement nécessaire dans le cas de la surveillance des écoulements de produits de récupération et de prod'its concerne trés sortant de 11 nstallation de production. es per@es de @@- néraux de valeur dans les écoulements de récupération, signifient des pertes financières importantes pour l'exploitant d'une telle installation. Les exigences imposées à la qualité des concentrés par l'industrie chargée de leur traitement ultérieur, sont aujourd'hui très élevées et ne peuvent entre satisfaites que difficilement. 9eul un contrôle en continu rapide de 13 qualité donne dans ce cas, à l'exploitant , la possibilité par des interventions judicieuses dans le déroulement du processus, d'éliminer dans une large mesure des productions défectueuses Les exigences ainsi imposées ne se rapportent pas seulement à une teneur déterminée en minéraux de valeur, mais comportent éga lement des teneurs fixées de façon précise en constituants considérés comme nuisibles, et dont le dépassement peut aboutir à des pertes financières considérables ou bien à la mise au rebut de l'ensemble du produit. Il est également encore aujourd'hui tout à fait courant, surtout dans les petites installations de flottation, d'effectuer le contrdle du processus au moyen d'analyses par voie humide. Ces procédés d'analyses ne peuvent pas être mis en oeuvre en continu et exigent un temps considérable. Il y a tout d'abord lieu de prélever des échantillons à partir des écoulements de produits et de les préparer de façon appropriée (sécha- ge, broyage, homogénéisation, etc...) avant que l'analyse puisse commencer. Dans le cas de ces procédés d'analyses par voie humide, il faut compter depuis l'instant où l'on prélève les échantillons, jusqu'à celui où l'on est en possession du résultat de l'analyse, avec un décalage dans ie temps de plusieurs heures, voir même jusqu'à une journée. Cela peut signifier que des productions journalières entières soient à rebuter. L'analyse très longue par voie humide est partiellement remplacée par la fluorescence Roentgen. Dans ce cas, on utilise surtout des spectromètres Roentgen dispersifs classi- ques à plusieurs canaux, avec excitation par un tube Roentgen. l'inconvénient de ces appareillages est que, malgré l'économie de temps par rapport à l'analyse par voie humide, il y a égale- ment ci, antre la prise d'échantillonset le résultat de l'ana- base, un décalage dans le temps résultant de la nécessaire préparation des échantillons. Pour réduire ce décalage darB le temps entre la prise d 'échantillons et les résultats d'analyse intervenant dans le oas des procédés indiqués jusqu'ici, on a finalement développé des appareillages et des procédés permettant une analyse directe sur l'écoulement des produits. I1 y a lieu de citer à ce sujet l'appareillage On-Stream-Analysensystem Courier 300 développé par la Firme Outokumpu Oy (Finlande). Cet appareillage dans son principe est un système de prise d'échantillons fonc tionnant en continu avec une analyse discontinue sur la base de la fluorescence Roentgen. Dans ce système, à partir de divers emplacements de prélèvements d'échantillons dans l'installation de flottation, un courant partiel de produits est amené par l'intermédiaire de pompes et de canalisations, à une batterie de cellules de mesure. Une tête de mesure mobile comportant un tube Roentgen et une partie d'analyse, parcourt à des intervalles de temps prédéterminés, les différentes cellules et détermine ainsi de façon quasi continue, les teneurs en éléments des différents courants de louche. Comme cette installation est très conteuse, elle ne peut guère être prise en considération pour une mise en oeuvre dans de petites installations de flottation. Il a en outre été développé ce que l'on appelle des sondes immergées. Dans le cas de ces appareillages, contrairement auxprocédés classiques par fluorescence Roentgen, l'excitation s'effectue par une source d'isotopes au lieu d'un tube Roentgen. Ces sondes immergées sont suspendues dans le courant de louche, dans le cas d'installations de flottation par exemple dans ce que l'on appelle les cellules de flottation. Un inconvénient dans ce cas, est le manque habituel d'homogénéité du louche dans les cellules de flottation. Aussi, une sonde supplémentaire de mesure de densité est-elle toujours nécessaire. De telleo sondes immergées sont développées par les firmes Outokumpu Oy (Finlande), Philips (Australie) et NUTMAQ (Angleterre). Tous les appareillages d'analyse sur ligne de production développés jusqu'ici sur la base de la fluorescence Roentgen, déterminent tout d'abord uniquement la teneur en élé- ments du louche. Ce ntest qu'en consentat nécessairement mesure supplémentaire de la densité du louche que l'on peut déterminer la teneur en éléments dans le produit solide. Mais comme les installations de mesure de densité ne fonctionnetnent de façon précise que dans le syetèbe à deux composants liquldsj produits solides, les résultats .-xurent être fortement fausses par axemple par des inclusions d'air dans le louche, ce à quoi on peut s'attendre dans le cas des processus de flottation ela doit entre considéré comme un inconvénient déterminant des prooedés connus d'analyses par fluorescence Roentgen. A côté des appareillages fonctionnant sur la base de la fluorescence Roentgen, on doit aussi faire mention d'appareillages d'analyses sur ligne de production qui fonctionnent selon le principe de l'analyse par activation neutronique. Dans ces appareillages, un courant partiel de louche s'écoule en continu tout d'abord à travers une cellule d'irradiation avec la source de neutrons. Làg le louche est "activé" et il s'écoule ensuite par l'intermédiaire d'un dispositif inductif de mesure de débit, dans une cellule de mesure munie d'un détecteur. là, l'activité induite est mesurée. Lors de son écoulement en retour, le louche traverse une installation de mesure de densité. Egalement, dans le cas de ces appareillages, on ne peut pas s'abstenir d'une mesure de densité. En outre, il est nécessaire de maintenir un débit de louche déterminé et toujours constant. Le but de la présente invention est de créer une installation d'analyse du type initialement mentionné, et telle que grtce à cette installation, une analyse par exemple de plomb dans des louches de flottation au sulfure de plomb/ sulfure de zinc, avec des teneurs en plomb très différentes de 0,1 % dans le courant de récupération total Jusqu'à 84 % et davantage dane le concentré de plomb, soit possible. A cet effet, l'invention concerne une installation caractérisée en ce qutentre le détecteur et la fente de mesure qui lui est associée, il est prévu une source annulaire ou bien plusieurs sources individuelles pour l'irradiation du louche autour d'un passage ouvert entre la fenêtre de mesure et le détecteur, passage constituant un collimateur pour le rayon- nement primaire et le rayonnement de la cible ainsi que potier le rayonnement Roentgen excité à partir de la source primaire et de la source annulaire. D'autres caractéristiques de l'invention appor- tent des compléments à l'installation ci-dessus définie. L'invention va être exposée plus en détail en se r érant aux dessins ci-joints dans lesquels - les figures 1 et 2 sont des coupes d'une chambre d e mesure, - les figures 3 et 4 montrent deux spectres Roentgen, - les figures 5 et 6 montrent deux résultats de mesure expérimentaux. La conception de base de l'installation de mesure (demande de brevet P 29 15 986.2) n'a pas été modifiée. Comme jusqu'à maintenant un courant partiel de louche représentatif est prélevé sur le courant des produits et est dérivé au moyen d'une pompe vers le système de mesure. Le courant de lou- che à analyser parcourt continuellement le récipient d'agitation où un courant de louche partiel représentatif est prélevé sur le louche homogénéisé. Ce courant partiel est envoyé au moyen d'une pompe par l'intermédiaire d'un débitmètre à travers la chambre de mesure 1, vissée avec l'installation de mesure sur la canalisation de refoulement de la pompe, (voir figures 1 et 2) puis ce courant partiel est renvoyé par l'intermédiaire de la chambre de sortie au récipient d'agitation ou bien au courant principal d'évacuation du louche. Le canal de louche 2 de la chambre de mesure 1 peut entre modifié en épaisseur par changement de l'entretoise 3 et être ainsi adapté à la composi- tion du louche considéré. Les parois de la chambre de mesure sont équipées dans lo canal de louche 2 avec les fanêtres de mesure 4 et 5 nécessaires dans le cas du procédé d'analyse par fluorescence Roentgen, ces fenêtres étant munies d'un film d'Hostaphan de 300 micro-mètres d'épaisseur. Au niveau des fenêtres de mesure, sont rapportées des deur côtés, les sources de rayonnement radioactifs 6 et 7. la source erfterne 6 à l'opposé du détecteur 8, revêt la source d'une source ponctuelle, tandis que la source rapportée côté détecteur est réalisée sous la forme d'une source annulaire 7. Cette source annulaire 7 entoure un collimateur 9 allant cers le détecteur 8 et qui se compose d'une douille 10 et du moulage en résine Il. La source ponctuel- le 6 émet le rayonnement primaire. Une partie de ce rayonnement primaire excite sur la cible 12 le rayonnement Roentgen de la cible 12, une autre partie excite le rayonnement Roentgen du louche 1 et également celui des éléments à analyser, (dans le cas présent du plomb). Mais la @uantité ains@ obtenue de rayonnement Roentgen spécifique de l'element, est @@ès falble et ne suffit pas enccre pour une détermination de la @@neur en éléments. En conséquence, la très majeure partie du rayonnement Roentgen du louche est obtenue gràce à la source annulaire 7 disposée côté détecteur. On utilise ainsi, aussi bien une géomètrie de transmission qu'une géomètrie de réflexion dans le principe de mesure. L'appareillage d'analyse est équipé avec un détecteur planaire intrinsèque au germanium 8 (firme PGT) avec un réservoir de 30 litres de liquide réfrigérant. Un dlspositif de sécurité coupe automatiquement la hauta tension lorsque le niveau du liquide réfrigérant est insuffisant. Le risque d'une destruction du détecteur 8 par défaillance de la réfrigération est ainsi évité, En doublant le volume du récipient, les intervalles de remplissage pour l'azote liquide sont prolongés jusqu'à environ 20 jours. Le détecteur 8 est monté à poste file dans une douille de protection 18 et il est vissé avec un dispositif d'ajustement. Ainsi, une mise en place précise et surtout reproductible de la géomètrie du détecteur 8 et de la chambre de mesure 1, est asaurée. La conception de la chambre de mesure 1 est totalement modifiée de façon nouvelle, parce que pour la détermination du plombs une autre géomètre de mesure devait être choisie. Pour obtenir un meilleur rendement en rayonnement Roentgen, il était, comme déjà mentionné nécessaire de mettre en ceuvre en supplément à la source ponctuelle radio-active 5 utilise jusque là, une source annulaire 7, qui est placée côte détecteur La chambre de mesure 1 est montée dans l'instal- lation de mesure au moyen de liaisons par vis 13. Des broches d'adaptation rapportées en supplément assurent un positionnement exact reproductible à tout moment. En outre, toutes les pièces ndividue.lles sont ajustées, Le risque d'une modification de le gécmètrie au cours des travaux de montage est ainsi évité. les deux fenêtres de mesure 4, 5 sont munies de garnitures de soutien 15. Celles-ci doivent empêcher un allongement ou un flottement possible des films 4, 5 dans le canal d'irradiation. Sur le côté de la chambre de mesure 1, opposé au détecteur 8, (avec la douille de protection 18) est rapporté le support de source 16 avec la source ponctuelle radio-active 6 (cobalt 57 et la cible 12. Corme matériau pour la cible, ll est ut@lisé pour la détermination du plomb, de l'oxyde de mercure coulé dans la résine. Le choix du mercure comme matériau pour la cible est fond sur 1 position énergétique de ses cour- Des Roentgen. C,te, détecteur, le support de source 17 est bridé avec la source annulaire radio-active 7 (cobalt 57) munie d'une protaction en tungstène 18 (partie de collimateur 11). La protec tlon en tungstène 11 (poudre métallique de tungstène enrobée dans la résine) protège le détecteur 8 du rayonnement primaire de la source annulaire 7. Le tungstène est choisi comme matériau de protection parce que, après le plomb, il possède les caractéristiques d'affaiblissement les plus favorables. Dans la direction du canal d'irradiation ou bien du détecteur 8, la protection en tungstène, pour affaiblir les courbes Roentgen propres au tungstène, est munie d'une feuille d'argent. Sur le détecteur 8 est enregistré le rayonnement primaire, le rayonnement de la cible et le rayonnement Roentgen affaibli ou bien réfléchi dans la chambre de mesure 1 par le louche, et il est converti en impulsions électriques. Après une pré-amplification et une amplification principale, ces impulsions sont reçues par un analyseur à plusieurs canaux. il applique au calculateur programmable, par l'intermédiaire d'une interface, les intégrales importantes pour l'exploitation des zones intéressantes du spectre (voir figures 3 et 4). Grâce au développement d'une nouvelle technique de normalisation, il est possible de renoncer à la correction de temps morts né- cessaire jusque là. En utilisant les courbes caractéristiques Roentgen, la formule suivante peut être établie avec Xf = facteur géomètrique ainsi que rendement en rayonnement Roentgen caractéristique #@ = = densité de l'échantillon (G/CCM) p = concentration en poids de l'élément recherché dans ''é- chantillon H = distance détecteur - échantillon d = épaisseur de l'échantillon X = #P # #P # H, Y = X + #P # #P # d #P = #oP +#fP avec #oP = coefficient d'absorption de masse de l'échantillon pour le rayonnement primaire fP = coefficient d'absorption de masse de l'échantillon pour le rayonnement Roentgen E2 = fonction exponentielle - intégrale. Les intensités de rayonnement primaire et de rayonnement de cible affaiblies à travers le louche, peuvent s'exprimer comme suit, de façon analogue à (1) IT# = KTo # exP ( - #oP # #P # d) (2) IT1 = KT1 # exP ( - #iP # #P # d) (3) Le choix de l'épaisseur correspondante de l'échantillon peut amener une réduction à zéro du second membre de l'égalité (1). Dans cette hypothèse, l'égalité (1) est modifiée comme suit t IF = Kf # CP # #P (A# + A1 # X) (4) Le produit Cp . 3 p dans cette égalité peut être exprimé par les valeurs de transmission mesurées pour le rayonnement primaire et le rayonnement de cible: CP # #P = C/@ # (a1 # L#W + a2 # L1W) (5) C-R de façon analogue on calcule "X" x + F + O + @ . L1W (6) La teneur en plomb varie dans le produit total entre des limites d'environ 0,1 % à 0,6 % pour une teneur en zinc de l'ordre de 0,5 % à 0,3 % et une densité du louche d'environ 1,175 g(cm3. Une série de louches a fait l'objet d'inves tigations, toutes les combinaisons ont alors été expérimentées à partir des densités de louches 1,10,-1,15 - 1,175 - 1,20 1,225 et à partir des concentrations en plomb dans la matière solide de 0,05 - 0,1 - 0S2 - 0,25 - 0,3 - 0,4 - 0,5 - 0,7 et 1 %. Dans tous les échantillons ia concentration en zinc était de 0,2 %. L'excitation des courbes Roentgen du plomb s'ef- fectuait au moyen d'une énergie - gamma de 122 XeV de la source annulaire 7 au cobalt 57 d'une intensité d'environ 0,5 MCi (géomètrie de réflexion) et de la source ponctuelle 5 au cobalt 57 de mdme intensité (gécmètrie de transmission). Comme cible 12, on utilise de l'oxyde de mercure enrobé dans la résine. Le choix du mercure est basé sur la position énergétique de ses courbes caractéristiques Roentgen. La courbe caractéristique alfa (70.82 KeV) est suffisamment voisine des courbes caractéristiques du plomb pour garantir que la condition #fP / #IP = Cte soit sa tisfaite. Mais elle peut cependant avec un détecteur 8 de bonne résolution, être mesurée séparément des courbes du plomb. l'é- paisseur de la cible 12 était réglée de façon telle que les intensités du rayonnement primaire (112 KeV) et du rayonnement de cible (70.82 KeV) mesurées sur un échantillon zéro, étaient à peu près identiques. Ceci permet des opérations de mesure avec un défaut statistique analogue des deux courbes. Les zones intéressantes du spectre excité dans un louche, sont -eprésentées sur les figures 3 et 4. Pour le calcul des surfaces nettes des pics une soustraction linéaire de la base était effectuée. A cet effet, la base était calculée à partir de plusieurs canaux à gauche et à droite du pic considéré. La relation représentée sur la figure 5 obte- nue expérimentalement, de l'intensité -le la courbs caractéri@- tique alpha 1 du plomb, en fonction de la concentration en plomb dans la matière solide, et en fonction de la densité du louche, montre clairement que sans l'élimination de l'influence de la densité aucune analyse quantitative n'est possible. Une première analyse de régression a été effectuée à l'aide de valeurs de mesure obtenues à partir de 28 louches différents. les résultats de mesure sont représentés graphiquement sur la figure 6. La coincidence peut être icd considérée comme bonne, ce que confirme également le valeur quadratique - Chi d environ 45,3. Les courbes en tirets sur la figure 5 délimitent une e zone de quatre écarts standard ( + - deux écarts standard de la droite de régression). 11 y a lieu dans ce cas do tenir compte que pendant la première série de mesure, des perturbations ont été observées qui étaient imputables pour partie à l'électronique, pour partie à la non-homogenéité dans le louche. Des modifications apportées au mécanisme d'agitation ont nettement amélieré le mélange du louche. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Installation pour la mesure en continu d'éléments contenus dans un louche, de façon indépendante de la densité de ce louche, et de sa composition, en utilisant l'analyse par fluorescence Roentgen avec une chambre de mesure comportant un canal pour le passage du louche, sur les deux cô- tés duquel sont prévues des fenêtres de mesure, le détecteur étant disposé derrière l'une de ces fenêtres de mesure tandis qu'une source de rayonnement primaire et une cible sont disposées derrière l'autre fenêtre de mesure, installation dans laquelle le rayonnement primaire transmis et le rayonnement de la cible, ainsi que le rayonnement Roentgen excité sont captés par le dé- tecteur, installation caractérisée en ce qu'entre le détecteur (8) et la fenêtre de mesure (5) qui lui est associée, il est prévu une source annulaire (7) ou bien plusieurs source s indivi- duelles pour l'irradiation du loucha autour d'un passage ouvert entre la entre de mesure (5) et le détecteur (8), passage cons- tituant un collimateur (9, 10, 11) pour le rayonnement primaire et le rayonnement de la cible ainsi que pour le rayonnement Roentgen excite à partir de la source primaire et de la source annulaire (6, 7). 2.- installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source annulaire ou bien les sources individuelles (7) sont maintenues dans une masSe de résine (11) avec une insertion de tungstène qui entoure une douille (îo) et constitue le collimateur (9). 3.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la douille (10) est constituée d'étain, de cadmium cu d'argent. 4.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que la cible (12) est constituée d'une masse de résine dans laquelle est fixé de l'oxy- de mercurique (o).