專利名稱：用于分析材料的方法和設(shè)備的制作方法
用于分析材料的方法和設(shè)備發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總的涉及用于分析材料的方法和設(shè)備。本發(fā)明應(yīng)用于、但不是排它性應(yīng)用于確定材料中組分的濃度，并因此確定材料的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本發(fā)明應(yīng)用于、但不是排它性應(yīng)用于確定開采的礦石中組分例如金屬的濃度，并因此確定礦石例如鐵礦石的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
背景技術(shù)：
有各種各樣的方法和裝置可用來分析材料。
除了其它要求，具體方法或裝置的選擇還取決于可以在給定的時(shí)間中加以分析的材料的量。
例如，透射電子顯微鏡(TEM)在材料性能表征中是有價(jià)值的手段，但是樣品分析是緩慢的過程。典型地，材料的樣品必須制備成薄得足以讓電子束可穿透。雖然通過TEM 分析可以獲得高程度的信息，但是在單日內(nèi)可以制備和分析的樣品數(shù)非常有限。此外，TEM 分析的成本過高。
在大體積的材料需要被進(jìn)行性能表征的情況下，需要高通量的分析方法和裝置。 這類應(yīng)用的實(shí)例是廢物回收利用，其中，例如玻璃需要與金屬和塑料區(qū)別開。
另一個(gè)實(shí)例涉及性能表征采礦所得材料。在這方面，用于對開采出的材料的顆粒進(jìn)行分析的一種方法公開在授予Slight的美國專利3，655，964中。
該方法包括將開采的材料傳輸通過在χ-輻射發(fā)生源與一系列χ-輻射檢測器之間的間隙中兩個(gè)能級的χ-輻射場；以及確定透射通過開采材料的χ-輻射的強(qiáng)度。
在檢測器處獲得關(guān)于一個(gè)能級上的透射χ-輻射的強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)與已知材料的已知X-輻射吸收系數(shù)結(jié)合使用，以確定已知材料的標(biāo)稱厚度。然后，結(jié)合在另一個(gè)能級上的透射X-輻射的檢測器處獲得的數(shù)據(jù)來使用所確定的厚度，以計(jì)算礦石的 X-射線吸收系數(shù)。將計(jì)算出的系數(shù)對照在另一個(gè)能級上的已知材料的已知系數(shù)進(jìn)行比較。 如果計(jì)算出的X-輻射吸收系數(shù)與已知材料的已知系數(shù)對應(yīng)，則將開采出的材料鑒別為已知材料。如果計(jì)算出的X-輻射吸收系數(shù)不與已知材料的已知系數(shù)對應(yīng)，則用其它已知材料的替代X-輻射吸收系數(shù)重復(fù)該過程，直至發(fā)現(xiàn)匹配。
該方法要求保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是在材料性能表征中不再要考慮顆粒的厚度。
本申請人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這個(gè)方法的問題在于Slight公開的方法有局限性，并且在實(shí)踐中不可能實(shí)現(xiàn)。具體在于 1. Slight設(shè)想的單能量X-輻射束在實(shí)踐中不能獲得或是不可能的，并且忽視了線束硬化和線束散射的影響，而這些影響導(dǎo)致不可能對性能表征作出準(zhǔn)確的評定。
2.使用脈沖高度分析器不可能對以大于lm/s的速度通過檢測器計(jì)數(shù)器的顆粒進(jìn)行操作。因此，這大大限制了該方法的通量能力。
3.來自單個(gè)能量源、順序布置的能量源或順序布置的檢測計(jì)數(shù)器的脈動(dòng)能級的具體化設(shè)計(jì)不能確保在各個(gè)能級上分析相同段和取向的顆粒。這引入了分析誤差，并在高速 /高通量應(yīng)用中隨著顆粒位置、取向和軌跡的改變更顯著而特別明顯。
另外，申請人已經(jīng)發(fā)覺Slight沒有公開如何通過Slight公開的分析方法來確定材料組分的濃度。
本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的用于分析材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供改進(jìn)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應(yīng)用中確定材料的組分的濃度。
具體地說，本申請人已經(jīng)確定，將鐵礦石的顆粒暴露于包含一定范圍內(nèi)的能量的 X-輻射并測量兩個(gè)或更多個(gè)能級或能量范圍內(nèi)的透射X-輻射的強(qiáng)度，能夠以高速和高通量能力確定顆粒中材料組分的濃度。申請人還已經(jīng)確定，以高速和高通量能力能夠基于顆粒內(nèi)的組分濃度來執(zhí)行分類。
本發(fā)明提供了用于分析包含組分的材料的顆粒的方法，方法包含下述步驟 (a)將材料的顆粒暴露于具有一定范圍內(nèi)的X-輻射能量的X-輻射下； (b)檢測透射穿過顆粒的兩個(gè)不同能級或兩個(gè)不同能量范圍內(nèi)的X-輻射強(qiáng)度；和 (c)根據(jù)相應(yīng)檢測出的強(qiáng)度確定顆粒中存在的組分的濃度。
基于這種方法，礦石例如含鐵礦石和含賤金屬和貴金屬的礦石諸如含銅、鎳、金、 鉬和銀的礦石的材料分析更為準(zhǔn)確，因?yàn)榻档土擞煽勺兊姆墙M成參數(shù)(例如礦石顆粒的厚度、孔隙度、形狀和尺寸)所引入的礦石濃度等級計(jì)算中的誤差。
方法中將材料暴露于χ-輻射的步驟(a)可以包括在50kV至400kV的電壓下操作 X-輻射源。
檢測χ-輻射強(qiáng)度的步驟(b)可以包括檢測在兩個(gè)不同的、非重疊的能量范圍中的 X-輻射強(qiáng)度。
確定組分濃度的步驟(C)可以包括通過使用不同能級或不同能量范圍處的檢測強(qiáng)度和至少一個(gè)常數(shù)執(zhí)行數(shù)值計(jì)算，來計(jì)算參數(shù)，即指示出組分濃度的值(以下稱為“值” 而不是“參數(shù)”)，其中選擇所述至少一個(gè)常數(shù)以便降低材料厚度對計(jì)算的值的影響。
因?yàn)闄z測的輻射強(qiáng)度與相應(yīng)的不同能級或能量范圍相關(guān)聯(lián)，所以強(qiáng)度典型地對輻射透射穿過的材料的厚度有不同的依賴性。選擇至少一個(gè)常數(shù)來減少顆粒的非組成參數(shù)的變動(dòng)對計(jì)算的值的影響，并因此本發(fā)明的實(shí)施方案具有顯著的實(shí)用優(yōu)勢，即計(jì)算的值和材料濃度的相關(guān)信息的準(zhǔn)確度提高。
可以選擇所述至少一個(gè)常數(shù)，使得計(jì)算的濃度在比方說5-15mm、5-25mm、l-25mm 乃至l-50mm的厚度范圍內(nèi)，很大程度上與材料的非組成參數(shù)無關(guān)。
計(jì)算值的步驟可以包括形成與檢測出的第一和第二輻射強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)的第一和第二量的比率，所述第一和第二輻射強(qiáng)度與第一和第二能級或第一和第二能量范圍相關(guān)，從而減少非組成參數(shù)例如顆粒厚度和孔隙度、取向、位置和密度對濃度計(jì)算的影響。
一個(gè)能量范圍可以是較低能量范圍，而另一個(gè)能量范圍可以是較高能量范圍。能量范圍可以是重疊范圍。能量范圍也可以是非重疊范圍。
方法可以包括將顆粒相對于輻射源和用于檢測第一和第二輻射強(qiáng)度的檢測器移動(dòng)。
可以實(shí)施方法，使得基本上實(shí)時(shí)地計(jì)算值。因此，則可以基本上實(shí)時(shí)地提供關(guān)于組分的濃度的信息。
計(jì)算出的值可以指示礦石的等級，例如鐵礦石等級。
計(jì)算值的步驟可以包括計(jì)算第一量與第二量的比率，所述第一量是與第一能級或第一能量范圍相關(guān)聯(lián)的檢測出的第一強(qiáng)度I1的函數(shù)，而第二量是與第二能級或第二能量范圍相關(guān)聯(lián)的檢測出的第二強(qiáng)度I2的函數(shù)。
值可以是下述比率的值
權(quán)利要求
1.一種用于分析包含組分的材料的顆粒的方法，所述方法包含下列步驟(a)將材料的顆粒暴露于具有一定范圍內(nèi)的χ-輻射能量的χ-輻射下；(b)檢測透射穿過顆粒的兩個(gè)不同能級或兩個(gè)不同能量范圍的χ-輻射強(qiáng)度；和(c)根據(jù)相應(yīng)檢測出的強(qiáng)度確定顆粒中存在的組分的濃度。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中，將材料暴露于輻射下的步驟(a)包括在50kV至400kV 的電壓下操作χ-輻射源。
3 權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中，檢測χ-輻射強(qiáng)度的步驟(b)包括檢測兩個(gè)不同的、非重疊能量范圍中的χ-輻射強(qiáng)度。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，確定組分的濃度的步驟(c)包括通過使用在不同能級或不同能量范圍下檢測出的強(qiáng)度和至少一個(gè)常數(shù)執(zhí)行數(shù)值計(jì)算，來計(jì)算指示組分的濃度的值，并且選擇所述至少一個(gè)常數(shù)以便減少材料的厚度對計(jì)算的值的影響。
5.權(quán)利要求4所述的方法，包括選擇所述至少一個(gè)常數(shù)，使得計(jì)算出的濃度在很大程度上與材料的非組成參數(shù)無關(guān)。
6.權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的方法，其中，計(jì)算所述值包括計(jì)算與檢測出的第一和第二輻射強(qiáng)度有關(guān)的第一和第二量的比率，所述第一和第二輻射強(qiáng)度與第一和第二能級或第一和第二能量范圍相關(guān)聯(lián)，從而減少非組成參數(shù)例如顆粒厚度和孔隙度、取向、位置和密度對濃度計(jì)算的影響。
7.權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，計(jì)算所述值包括計(jì)算第一量與第二量的比率，所述第一量是與第一能級或第一能量范圍相關(guān)聯(lián)的檢測到的第一強(qiáng)度I1的函數(shù)，且第二量是與第二能級或第二能量范圍相關(guān)聯(lián)的檢測到的第二強(qiáng)度I2的函數(shù)。
8.權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，計(jì)算所述值包括計(jì)算如下比率is)+b~/ Kk-方程式1其中k是第一常數(shù)，b是第二常數(shù)，以及Itl指示出材料暴露下受到的輻射強(qiáng)度。
9.權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的方法，包括通過分析不同材料組成物的第一和第二強(qiáng)度對厚度和孔隙度的依賴性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定所述至少一個(gè)常數(shù)，所述不同材料組成物諸如不同等級的礦石。
10.權(quán)利要求4至9中任一項(xiàng)所述的方法，包括通過顯示數(shù)據(jù)的數(shù)值計(jì)算來確定所述至少一個(gè)常數(shù)。
11.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，檢測兩個(gè)不同能級或能量范圍下的 χ-輻射強(qiáng)度的步驟(b)包括對透射穿過每個(gè)顆粒的χ-輻射的強(qiáng)度進(jìn)行多次測量。
12.權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，檢測兩個(gè)不同能級或能量范圍的 χ-輻射強(qiáng)度的步驟(b)包括沿著每個(gè)顆粒的長度并跨其寬度對透射穿過每個(gè)顆粒的χ-輻射的強(qiáng)度進(jìn)行多次測量；以及確定組分的濃度的步驟(c)進(jìn)一步包括將步驟(b)中的測量值取平均，以確定并對每個(gè)顆粒的濃度取平均。
13.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，將顆粒暴露于χ-輻射的步驟(a)包括將顆粒以至少5m/s傳送通過χ-輻射束。
14.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，將顆粒暴露于χ-輻射的步驟(a)包括以至少IOOtph的通量傳送顆粒。
15.一種用于處理與材料的組成相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的方法，包括根據(jù)相對于χ-輻射檢測器檢測到的透射穿過基本上相同體積的材料的輻射強(qiáng)度來計(jì)算值，以獲得關(guān)于材料的組成的信息，所檢測到的輻射強(qiáng)度是透射穿過材料的輻射的強(qiáng)度并與相應(yīng)的不同能級或能量范圍相關(guān)聯(lián)，并且計(jì)算所述值還包括利用至少一個(gè)常數(shù)執(zhí)行數(shù)值計(jì)算，選擇所述至少一個(gè)常數(shù)以便減少材料的非組成參數(shù)對計(jì)算出的值的影響。
16.一種用于分析包含組分的材料的顆粒的設(shè)備，包括(a)χ-輻射源，用于產(chǎn)生至少第一和第二能級或第一和第二能量范圍內(nèi)的χ-輻射束；(b)檢測器，用于檢測由χ-輻射源產(chǎn)生的χ-輻射；(c)傳送裝置，用于相對于χ-輻射源傳送材料的顆粒，使得顆粒在所述χ-輻射源和檢測器之間通過；和(d)用于根據(jù)檢測出的第一和第二能級或第一和第二能量范圍的χ-輻射來確定每個(gè)顆粒中組分的濃度的裝置。
17.權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，濃度確定裝置適合通過根據(jù)由檢測器檢測出的 χ-輻射強(qiáng)度來計(jì)算值，從而確定濃度。
18.權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述檢測器包括χ-輻射傳感器的兩個(gè)陣列，其中，各個(gè)陣列都被構(gòu)造用于檢測不同能級或不同能量范圍的χ-輻射。
19.權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，χ-輻射傳感器的各個(gè)陣列都被布置為使得在使用中穿過顆粒的相同X-輻射束照射到各個(gè)陣列中相應(yīng)的X-輻射傳感器上。
20.權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，檢測器包括χ-輻射傳感器的兩個(gè)陣列以及兩個(gè)濾光片，所述兩個(gè)濾光片分別位于X-輻射源和X-輻射傳感器的各陣列之間， 并且所述濾光片均適合于使得不同能級或不同能量范圍的X-輻射能夠透射到相應(yīng)的陣列上。
21.一種用于指令計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被安排為使得當(dāng)加載在計(jì)算機(jī)中時(shí)，所述計(jì)算機(jī)按照用于分析材料的組成的方法運(yùn)行，所述方法包含下列步驟根據(jù)檢測出的輻射強(qiáng)度來計(jì)算值，以獲得關(guān)于材料的組成的信息，所述輻射強(qiáng)度是透射穿過材料的輻射的強(qiáng)度并與相應(yīng)的不同能級或不同能量范圍相關(guān)聯(lián)，并且計(jì)算所述值還包括利用至少一個(gè)常數(shù)執(zhí)行數(shù)值計(jì)算，選擇所述至少一個(gè)常數(shù)使得減少材料的非組成參數(shù)對所計(jì)算的值的影響。
22.權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)程序，其中，計(jì)算所述值的方法步驟包括計(jì)算第一和第二量的比率，所述第一和第二量分別同與相應(yīng)的第一能級和第二能級或能量范圍相關(guān)聯(lián)地檢測到的強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)。
23.權(quán)利要求21或權(quán)利要求22所述的計(jì)算機(jī)程序，其中，計(jì)算所述值的方法步驟包括生成第一量與第二量的比率，所述第一量是與第一能級或能量范圍相關(guān)聯(lián)的檢測出的第一強(qiáng)度I1的函數(shù)，而所述第二量是與第二能級或能量范圍相關(guān)聯(lián)的檢測出的第二強(qiáng)度I2的函數(shù)，并且所述至少一個(gè)常數(shù)可以是兩個(gè)常數(shù)之一。
24.權(quán)利要求23所述的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述值是下述比率的值
其中k是第一所選常數(shù)，b是第二所選常數(shù)，以及Itl指示出材料暴露下受到的輻射強(qiáng)度。
25.計(jì)算機(jī)，其被安排用于接收來自權(quán)利要求21至對任一項(xiàng)中所述的計(jì)算機(jī)程序的指令。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于分析包含組分的材料的顆粒的方法。該方法包括下列步驟將材料顆粒暴露于具有一定范圍內(nèi)的x-輻射能量的x輻射，檢測透射穿過所述顆粒的兩個(gè)不同能級的x-輻射強(qiáng)度，以及根據(jù)檢測出的強(qiáng)度確定組分的濃度。
文檔編號(hào)G01N23/06GK102187206SQ200980141603
公開日2011年9月14日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者安德烈·加布里埃爾·皮得考克, 羅賓·格林伍德-史密斯, 特雷弗·霍伊爾 申請人:技術(shù)資源有限公司