一種銻礦浮選非均質(zhì)泡沫層礦物的拉曼光譜表征方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及拉曼光譜檢測領(lǐng)域，涉及一種對非均勻?qū)ο蟮睦庾V表征方法，尤 其涉及一種對銻浮選非均質(zhì)泡沫層礦物的拉曼光譜表征方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 銻浮選過程是通過浮選工藝增高銻礦礦石中有用成分硫化銻的純度。而硫化銻含 量的高低直接表征礦物的品位的高低，是銻浮選過程優(yōu)化控制的重要工藝指標(biāo)之一。傳統(tǒng) 的浮選生產(chǎn)過程主要通過工人觀察浮選泡沫狀態(tài)來判斷此時的浮選狀況并估計(jì)泡沫層的 有效礦物的含量從而調(diào)整藥計(jì)量，這個過程取決于操作者的經(jīng)驗(yàn)和能力，并且觀察者的主 觀因素直接影響判斷結(jié)果。此外，浮選過程中有效物質(zhì)的含量的檢測是通過不定期刮取浮 選槽泡沫，烘干、干燥后通過化學(xué)試劑比色滴定方法來測定泡沫層中硫化銻含量。因此，迫 切需要一種直接的能直觀的反應(yīng)硫化銻的物質(zhì)含量信息的手段應(yīng)用于銻浮選過程中，從而 獲取精確的硫化銻礦物含量信息。
[0003] 拉曼光譜技術(shù)是一種利用分子散射光譜，對分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行"指紋"識別的分析技 術(shù)，其通過譜峰的位置和強(qiáng)度直接反應(yīng)了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與含量信息，可以實(shí)現(xiàn)對物質(zhì)的定性 以及定量分析。并且一些研究指出拉曼光譜對硫化礦物的應(yīng)用適應(yīng)度高，光譜特性好，拉曼 特性強(qiáng)。銻浮選過程中浮選目標(biāo)物為輝銻礦，其是一種典型的硫化礦物，主要成分硫化銻， 這種硫化物具有明顯的拉曼散射效應(yīng)，從而能夠基于其拉曼光譜輝對其成分進(jìn)行檢測。此 外，拉曼光譜測量過程制樣要求不高、樣本不會被破壞且不產(chǎn)生污染，并且對樣本的形態(tài)沒 有特定的要求，無論是固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)樣本都能進(jìn)行測量。
[0004] 將拉曼光譜檢測系統(tǒng)應(yīng)用到銻浮選槽中，首先需要解決的是光譜圖譜的準(zhǔn)確獲取 進(jìn)而用于定量分析。由于浮選槽中泡沫層是不斷流動的，而單次抽取的樣本相對于整槽而 言所含有的有效信息顯得微不足道，代表性較差，即不同的抽取樣本得出的結(jié)果忽高忽低， 隨機(jī)性強(qiáng)。僅用單個樣本代表一個浮選槽的泡沫層的含量的可信度低，不能完全的表示出 槽的物質(zhì)含量信息。單點(diǎn)泡沫層樣本難以準(zhǔn)確反映泡沫層全局礦物信息。因此需要對整個 浮選槽泡沫層進(jìn)行多點(diǎn)采樣，并通過融合多個泡沫樣本之間最終作為表征該次浮選槽的泡 沫層礦物信息的合成樣本。
[0005] 然而，就單個泡沫樣本的圖譜獲取，目前普遍應(yīng)用的聚焦式拉曼光譜檢測系統(tǒng)產(chǎn) 生的激光光斑半徑通常只有微米量級，市場上大光斑探頭最大的也僅僅10毫米。其一次測 量所能檢測到的物質(zhì)，不能完全覆蓋單次測量樣本的所有的有效信息，尤其在抽取得泡沫 層樣本中硫化銻含量較低時，測量的準(zhǔn)確度更是大打折扣，造成單個樣本檢測的不準(zhǔn)確，更 深遠(yuǎn)的造成整個槽含量的不準(zhǔn)確。因此，為了解決單個泡沫層樣本光譜獲取，解決因光斑 小，光斑照射測量點(diǎn)的選擇的隨機(jī)性，造成的覆蓋信息少且隨機(jī)而帶來獲取的光譜信息不 準(zhǔn)確，以及檢測單個泡沫層樣本時獲取到的光譜譜線波動較大，無法用來準(zhǔn)確的表示出物 質(zhì)含量的準(zhǔn)確信息。因此，需要增大樣本拉曼光譜采集面積，通過提高拉曼光譜檢測系統(tǒng)產(chǎn) 生的激光光斑大小，減小單個泡沫層樣本測量過程光譜數(shù)據(jù)的波動。
[0006] 同時，盡管擴(kuò)大拉曼光譜檢測光斑可以一定程度上解決單個泡沫層樣本從浮選槽 中獲得的單次泡沫層樣本的代表性很差，并且由于光斑大小的當(dāng)前限制不可突破，單次測 量所能測量到的含量值遠(yuǎn)小于檢驗(yàn)所需的含量值，因此需要從浮選槽中多次采樣來采集不 同的拉曼光譜。然而信息和光譜的隨機(jī)性不可忽略，當(dāng)進(jìn)行分析處理時，需要按照隨機(jī)過程 的方式進(jìn)行處理，以獲得能夠表征泡沫層礦物含量的代表性光譜，包含準(zhǔn)確的含量信息，并 結(jié)合已有的大光斑拉曼檢測系統(tǒng)發(fā)展能夠準(zhǔn)確、快速表征浮選過程的泡沫層含量信息的光 譜表征方法，為下一步利用拉曼光譜定量分析技術(shù)對獲得到的表征光譜中提取信息來實(shí)現(xiàn) 準(zhǔn)確的定量分析奠定基礎(chǔ)。
[0007] 目前對于多個抽樣樣本來說，多樣本隨機(jī)處理方法大多采用樣本概率來進(jìn)行分 析，然而對于多次測量得到的泡沫層樣本來說，樣本點(diǎn)本身沒有固定的概率分布區(qū)間，需要 人為的區(qū)劃區(qū)間。根據(jù)目前的拉曼光譜譜峰定量分析技術(shù)，一般選用峰強(qiáng)作為目前的定量 分析關(guān)鍵依據(jù)。當(dāng)前對數(shù)據(jù)的分類方法大多采用聚類分析法，挖掘峰強(qiáng)含量信息的區(qū)間分 布信息，遵循數(shù)據(jù)的隨機(jī)性分布，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。因此結(jié)合大光斑拉曼檢測系統(tǒng)和隨機(jī)采 樣分析以及多個采樣樣本光斑獲得最終的非均質(zhì)泡沫層表征拉曼光譜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種銻礦浮選非均質(zhì)泡沫層礦物的拉曼光譜 表征方法，應(yīng)用了 Kaiser公司推出的拉曼固體定量分析PhAT探頭（PhAT Probe for Quantitative Raman Analysis of Solids)以及現(xiàn)有的拉曼光譜檢測儀搭建出大光斑拉曼 光譜檢測系統(tǒng)與多個泡沫層樣本光譜處理方法相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)泡沫層樣本的光譜的表 征。該方法準(zhǔn)確、有效地解決了非均質(zhì)泡沫層光譜檢測的不均和難獲得性，突破了傳統(tǒng)的簡 單的平均，從光譜分布的角度，考慮到采樣的隨機(jī)性和內(nèi)含含量值的隨機(jī)性，從而彌補(bǔ)了槽 的碩大與單次抽樣過小的矛盾，從而表征了完整的非均質(zhì)泡沫層的光譜，為銻含量光譜定 量分析提供了準(zhǔn)確、全面的光譜，對下一步利用光譜信息來實(shí)現(xiàn)定量分析奠定了基礎(chǔ)。
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明銻礦浮選非均質(zhì)泡沫層的拉曼光譜表征方法，包 括如下步驟：
[0010] 步驟一：從浮選現(xiàn)場實(shí)時運(yùn)作的同一浮選槽中多次抽取泡沫層樣本，并以純硫化 銻作為純物質(zhì)參照物，應(yīng)用大光斑拉曼光譜檢測系統(tǒng)來測量所有泡沫層樣本以及純物質(zhì)參 照物的拉曼光譜；
[0011] 步驟二：運(yùn)用平滑去噪和多項(xiàng)式擬合扣除基線來對得到的泡沫層樣本以及純硫化 銻的光譜圖譜進(jìn)行預(yù)處理；
[0012] 步驟三：建立光譜圖譜的譜峰信息表，運(yùn)用基于小波奇異性檢測的尋峰算法來檢 測經(jīng)過預(yù)處理后的泡沫層樣本圖譜和純硫化銻圖譜中譜峰的個數(shù)、并將識別到的譜峰對應(yīng) 的峰強(qiáng)進(jìn)行排序，然后保存成對應(yīng)的譜峰信息表；
[0013] 步驟四：采用基于主特征峰的匹配算法將每個泡沫層樣本的譜峰信息與純物質(zhì)硫 化銻的譜峰信息進(jìn)行匹配，如果能從泡沫層樣本i的拉曼光譜圖譜中匹配和識別出泡沫層 樣本中硫化銻的存在，則求取該泡沫層樣本i對應(yīng)主特征峰峰高i (V)，其中i為泡 沫層樣本數(shù)，如果抽取的樣本中沒有匹配和識別出硫化銻即特征峰匹配失敗，則令Rswaf+ i (V)為零；
[0014] 步驟五：采用k-means聚類方法對每個泡沫層樣本i求得的峰高R泡沫層樣φ i (V)進(jìn) 行分類，按照峰高系數(shù)的數(shù)值大小，設(shè)置聚類類別數(shù)為3,最終將其分為I、II、III類區(qū)間， 并歸納統(tǒng)計(jì)峰高i (V)分別落入I類區(qū)間的個數(shù)Np II類區(qū)間的個數(shù)N2、III類區(qū) 間的個數(shù)N3，再求各個類值區(qū)間的概率
其 中k表示的是區(qū)間的類型；i表示的是樣本的編號，不僅表示區(qū)間的概率，同時也表示樣 本i落入K區(qū)間，其對應(yīng)概率為
[0015] 步驟六：將這些泡沫層樣本按照其對應(yīng)的閾值區(qū)間概率進(jìn)行加權(quán)平均，求得最 終的峰高比例系數(shù)，
對應(yīng)的概率 Pi，最終峰高系數(shù)R，即用來完全表征該非均質(zhì)泡沫層的最終拉曼光譜：SPEC = (R/R純硫化 胃）*SPEC_^s，其中SPEC為最終求得的拉曼光譜，為純物質(zhì)的硫化銻對應(yīng)的者特征 峰峰強(qiáng)，SPEC i6awra為純物質(zhì)的硫化銻對應(yīng)的拉曼光譜。
[0016] 所述的方法，所述的步驟一中，大光斑拉曼光譜檢測系統(tǒng)是由拉曼光譜檢測儀通 訊連接拉曼固體定量分析PhAT探頭組成。
[0017] 所述的方法，所述的步驟三中，基于小波奇異性檢測的尋峰算法來建立光譜圖譜 的譜峰信息表包括以下步驟：
[0018] 步驟a、選擇Mexican hat小波作為基于小波奇異性檢測算法的小波基；
[0019] 步驟b、對光譜信號進(jìn)行小波變換；
[0020] 步驟c、利用小波變換后的極大值點(diǎn)來定位光譜信號f(x)的奇異點(diǎn)，利用小波變 換來計(jì)