1、什么是礦石揀選技術(shù)
揀選技術(shù)是根據(jù)礦石組分不同所反映的易被檢測(cè)的物理特性（光性、放射性、磁性及電性等）的差異，通過(guò)各種檢測(cè)方法進(jìn)行鑒別，并依靠一定外力將礦石或廢石分離出來(lái)的一種物理分選方法。
在礦石進(jìn)入中細(xì)碎和磨礦之前，將圍巖或廢石及早揀選出來(lái)，可提高精礦品位和選礦回收率，大大降低消耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)力。
2、礦石揀選技術(shù)主要組成
礦石揀選機(jī)通常由給料系統(tǒng)、照射和檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和分離執(zhí)行系統(tǒng)4個(gè)部分組成。
?。?）給料系統(tǒng)
給料系統(tǒng)的作用主要是輸送礦石，并讓礦石間隔、穩(wěn)定地單層通過(guò)照射和檢測(cè)、分離區(qū)域，以保證檢測(cè)和分離的精準(zhǔn)性。揀選機(jī)的給料方式通常為帶式和斜槽式等。
帶式給料系統(tǒng)對(duì)礦石進(jìn)行一段距離的加速，使其穩(wěn)定地通過(guò)照射檢測(cè)區(qū)域。北京礦冶研究總院礦石揀選機(jī)設(shè)計(jì)的帶式給料系統(tǒng)具有給料平穩(wěn)、輸送物料種類(lèi)多、照射和檢測(cè)系統(tǒng)安裝空間大、給礦量大等特點(diǎn)；給礦速度在2-5m/s范圍可調(diào)，以滿足檢測(cè)和分離系統(tǒng)的工作要求。這種給礦系統(tǒng)在國(guó)外也被普遍采用，如德國(guó)Commodas公司生產(chǎn)的ROM系列分選機(jī)也采用這種方式給料，帶速最高可達(dá)到6m/s，分選6-75mm粒度的礦石時(shí)，處理量達(dá)到了100t/h。
斜槽式給料系統(tǒng)利用整個(gè)斜槽面導(dǎo)礦，給礦面大，礦石沿著滑板平面下落完成檢測(cè)和分離過(guò)程。這種給礦系統(tǒng)適合于粒度大、形狀相對(duì)規(guī)則、不易翻轉(zhuǎn)、干燥的塊礦，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、可靠的特點(diǎn)。
除此之外，通道式給料系統(tǒng)也有所應(yīng)用，這種給礦系統(tǒng)的每個(gè)槽道具有較好的單列單層排列效果，結(jié)構(gòu)緊湊，但不利于設(shè)備處理量的提高。如俄羅斯Rados公司生產(chǎn)的CPφ-2-300型X射線輻射分選機(jī)設(shè)備采用4個(gè)槽道，分選150-300mm粗粒度礦石時(shí)處理量也僅為20-50 t/h，較一般的分選機(jī)處理量要小。
?。?）照射和檢測(cè)系統(tǒng)
照射和檢測(cè)系統(tǒng)是礦石揀選設(shè)備的核心部分，其作用是對(duì)礦石的特征信息進(jìn)行收集以作為礦石分選的依據(jù)。特征信息包括礦石的光學(xué)性質(zhì)、磁性、導(dǎo)電性、放射性以及各種射線照射下的吸收或輻射射線等。照射部分主要功能是提供光源或射線源，檢測(cè)系統(tǒng)主要功能是對(duì)礦石在光源、射線等外部條件作用下，利用傳感器檢測(cè)其反饋信息，其直接影響因素為傳感器的采集時(shí)間、靈敏度和空間分辨率等參數(shù)。
表1 揀選設(shè)備主要應(yīng)用的檢測(cè)技術(shù)
| 檢測(cè)技術(shù) |
分選特征 |
檢測(cè)元器件 |
檢測(cè)穿透性 |
空間分辨率 |
典型設(shè)備 |
顏色等表面
光性（Color） |
顏色
亮度
透明度
反射率 |
CCD線
掃描攝像機(jī) |
表面 |
0.1mm |
摩根森Mikrosort分選機(jī)
賓德科Minexx分選機(jī)
Redwave ROX-C分選機(jī)
Comex OSX分選機(jī) |
X射線投射
（XRT） |
吸收
X射線 |
閃爍計(jì)數(shù)器 |
穿透 |
0.5mm |
Commodas X射線分選機(jī)
Steinert XSS T分選機(jī) |
X射線熒光
（XRF） |
輻射
X射線熒光 |
閃爍計(jì)數(shù)器 |
表面 |
- |
πCX熒光金剛石分選機(jī)
Steinert XSSF分選機(jī)
Redwave ROX XRF分選機(jī)
Rados X射線輻射分選機(jī) |
近紅外射線
（NIR） |
近紅外射線的反射和吸收 |
光譜儀 |
表面 |
5mm |
Commodas PRO NIR分選機(jī)
Redwave ROX-NIR分選機(jī)
Steinert UniSort PR分選機(jī) |
電磁感應(yīng)
（EM） |
導(dǎo)電、磁化系數(shù) |
電磁場(chǎng)產(chǎn)生和感應(yīng)線圈 |
穿透 |
3mm |
Commodas EM 分選機(jī)
Steinert ISS分選機(jī) |
放射性
（Radiometirc） |
放射性 |
閃爍探測(cè)器 |
穿透 |
- |
yAC-50型放射分選機(jī) |
目前，正在研究或已經(jīng)成功應(yīng)用的礦石分選的檢測(cè)技術(shù)就多達(dá)十幾種，其中，顏色表面光學(xué)性質(zhì)檢測(cè)是發(fā)展最早、應(yīng)用較廣泛的一種檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)成熟應(yīng)用于色選機(jī)。
色選機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖
X射線透射技術(shù)檢測(cè)礦石對(duì)X射線的吸收情況，吸收情況又主要由礦石元素的原子序數(shù)、密度和厚度決定，通過(guò)利用高低雙能X射線（DE-XRT）可以消除礦石厚度對(duì)檢測(cè)的影響，從而獲得被檢測(cè)礦石元素原子序數(shù)信息。X射線透射技術(shù)因?qū)ΦV石具有穿透性檢測(cè)能力，不受灰塵、含水量、表面污漬、形狀和尺寸等因素制約，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
X射線分選機(jī)工作原理
X射線熒光技術(shù)是指礦石表層進(jìn)行X射線照射，礦石元素原子被激發(fā)，外層電子躍遷時(shí)釋放出特定能量，輻射出射線（熒光）可作為分選依據(jù)。
另外，近紅外線分選也因能克服或減少礦石的外形、溫度、含水量等因素對(duì)射線的吸收或反射造成的影響，也受到研究者關(guān)注。但X射線熒光和近紅外技術(shù)也存在一定不足，只能針對(duì)表面進(jìn)行檢測(cè)。
在應(yīng)用上，德國(guó)Commodas公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了顏色、X射線透射、近紅外、電磁感應(yīng)等7種傳感器技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，也出現(xiàn)了如奧利地Redwave ROX-NIR/C分選機(jī)同時(shí)應(yīng)用了近紅外和顏色分選2種檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用情況，將不同類(lèi)型的傳感器搭配應(yīng)用，提高了檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，并拓展了應(yīng)用范圍。目前微波紅外、激光誘導(dǎo)熒光以及激光誘導(dǎo)擊穿光譜等技術(shù)也正在被探索試驗(yàn)應(yīng)用到礦石檢測(cè)上來(lái)。
（3）信號(hào)處理系統(tǒng)
信號(hào)處理系統(tǒng)是礦石分選機(jī)的大腦中樞神經(jīng)，具有分析和決策功能。信號(hào)處理系統(tǒng)主要由工控機(jī)、操作顯示屏以及傳輸數(shù)據(jù)線等構(gòu)成。信號(hào)處理系統(tǒng)除了基本的分析處理、判斷、發(fā)送指令等功能外，還有分選過(guò)程監(jiān)測(cè)、工作條件異常報(bào)警等功能。
信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)獲取的特征信息進(jìn)行高速處理，主要是形成礦塊的檢測(cè)圖像，并對(duì)圖形或數(shù)據(jù)進(jìn)行基本的噪聲處理，然后運(yùn)用一系列算法分析加工圖像或數(shù)據(jù)，得到的分析結(jié)果與預(yù)定的閥值進(jìn)行對(duì)比，完成廢石和礦石識(shí)別工作，進(jìn)而做出分離動(dòng)作的決斷；如果需要分離，則產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)延時(shí)和功率放大過(guò)程，最終驅(qū)動(dòng)分離系統(tǒng)精準(zhǔn)動(dòng)作，將目標(biāo)礦石或廢石分離出來(lái)，反之則不。
信息處理系統(tǒng)的基本工作流程
在信號(hào)處理系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用上，為了提高系統(tǒng)的工作效率，挪威Comex公司OSX光電分選機(jī)應(yīng)用計(jì)算機(jī)和FPGA可編程器進(jìn)行組合工作。計(jì)算機(jī)完成檢測(cè)結(jié)果接收、圖像形成和轉(zhuǎn)換、噪聲的篩選過(guò)濾、圖像算法分析、分選閥值定義、分離執(zhí)行動(dòng)作的延遲時(shí)間的計(jì)算或設(shè)定一系列工作。而FPGA主要存儲(chǔ)分選系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序，由其來(lái)驅(qū)動(dòng)分離執(zhí)行系統(tǒng)，而不是計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)，使得計(jì)算機(jī)能夠有更多內(nèi)存空間來(lái)完成圖像處理等方面的工作，從而實(shí)現(xiàn)整套信號(hào)處理系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。Titech分選機(jī)采用MicroSort PACT分選控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了分選所需的控制和反饋元件，具有分析礦石圖像、存儲(chǔ)物料的特征和位置、調(diào)整噴射系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)間、測(cè)試和調(diào)整高速電磁閥等功能。
?。?）分離執(zhí)行系統(tǒng)
分離執(zhí)行系統(tǒng)的作用主要是接收信息處理系統(tǒng)的信號(hào)，及時(shí)啟動(dòng)分離執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，將礦石或廢石從原有運(yùn)動(dòng)軌跡中分離出來(lái)。目前應(yīng)用成熟的分離執(zhí)行系統(tǒng)主要是噴射和打板式分離執(zhí)行系統(tǒng)。
表2 分離執(zhí)行系統(tǒng)特點(diǎn)
| 類(lèi)型 |
頻率范圍 |
粒度范圍 |
排料方式 |
特點(diǎn) |
典型設(shè)備 |
| 打板分離 |
低 |
10-50mm |
擊打 |
分離力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 |
Rados X射線輻射分選機(jī)
Comex OSX系列分選機(jī)（大顆粒） |
| 50-300mm |
| 噴射分離 |
高 |
0.3-10mm |
噴射 |
響應(yīng)迅速、精準(zhǔn)性高 |
Commodas分選機(jī)、摩根森Msort分選、Redwave分選機(jī)、賓德科Minexx分選機(jī)、Steinert分選機(jī)、Comex OSX系列分選機(jī)（小顆粒） |
| 中 |
10-50mm |
| 低 |
50-300mm |
打板式分離執(zhí)行系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)為電磁線圈、推桿、打板、機(jī)架和復(fù)位彈簧等。信號(hào)處理系統(tǒng)產(chǎn)生信號(hào)，啟動(dòng)電磁線圈充電產(chǎn)生磁場(chǎng)吸附推桿，推桿帶動(dòng)打板動(dòng)作完成對(duì)礦石和廢石的擊打分離過(guò)程，擊打完成后打板由復(fù)位彈簧控制復(fù)位。這種分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，推動(dòng)力較大，但相對(duì)噴氣分離執(zhí)行系統(tǒng)，打板式分離動(dòng)作頻率要低很多，目前主要應(yīng)用在大塊礦石的分離上。俄羅斯Rados公司的X射線輻射分選機(jī)分離系統(tǒng)采用了高速電磁板分離裝置，如CPφ-4-150型分選機(jī)，其分離裝置每秒動(dòng)作6-8次，可以分選30-150mm粒度范圍礦石，處理量為10-25 t/h。最近，該設(shè)備的分離裝置也改為氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
噴射式分離執(zhí)行系統(tǒng)是目前揀選設(shè)備應(yīng)用最為廣泛的一種分離形式。北京礦冶研究總院設(shè)計(jì)了一套高效、精準(zhǔn)的噴射分離系統(tǒng)來(lái)分離礦石。該噴射分離系統(tǒng)主要由供氣系統(tǒng)、高速電磁閥和高壓噴嘴板等部件組成，供氣系統(tǒng)主要由空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐和空氣凈化裝置等組成，高速電磁閥和高壓噴嘴是噴射執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)反應(yīng)頻率每秒高達(dá)數(shù)百次的高速電磁閥接收到信息處理系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，開(kāi)啟一對(duì)一控制的噴嘴的氣閥，使高壓空氣通過(guò)噴嘴噴出，從而使被噴射礦石偏離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡。整套分離系統(tǒng)可通過(guò)調(diào)節(jié)或設(shè)計(jì)不同工作氣壓、高速電磁閥響應(yīng)頻率、噴嘴的結(jié)構(gòu)和間距、噴射位置、噴射時(shí)間來(lái)提高噴射分離精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同粒度礦石的有效揀選。
不同粒度的礦石可應(yīng)用不同的分離系統(tǒng)，如挪威Comex OSX分選機(jī)設(shè)計(jì)了兩套分離系統(tǒng)，對(duì)于粒度大于100 mm的礦石采用打板式分離執(zhí)行系統(tǒng)，而粒度小于100 mm的礦石則采用噴射式分離執(zhí)行系統(tǒng)。
3、礦石揀選機(jī)的應(yīng)用
礦石揀選機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及工作原理基本相同，主要的差異還在于檢測(cè)方式。目前，顏色、X射線透射、X射線熒光以及近紅外等幾種檢測(cè)技術(shù)的分選機(jī)，都有一些較好的試驗(yàn)或應(yīng)用成果。
?。?）色選機(jī)的應(yīng)用
國(guó)外顏色分選機(jī)種類(lèi)眾多，在礦石揀選上技術(shù)較為成熟。
礦石色選機(jī)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)
西班牙某石英礦應(yīng)用了摩根森MikroSort AT顏色分選機(jī)，將含鐵較高的石英礫剔除。該機(jī)利用兩側(cè)的彩色線陣相機(jī)對(duì)礦石進(jìn)行雙面掃描，將淡黃色或灰色的含鐵石英礫識(shí)別分選出來(lái)。通過(guò)該設(shè)備的一次分選，石英中的鐵含量由0.15%降到了0.05%以下。
2015年，廣西平桂飛碟桂華成珊瑚礦首次引進(jìn)了1臺(tái)德國(guó)有色金屬顏色分選機(jī)，預(yù)計(jì)相應(yīng)的合格礦品位提升13%左右，拋廢率比原來(lái)提高約10%。
?。?）X射線透射分選機(jī)的應(yīng)用
X射線透射分選機(jī)在金屬礦山上的應(yīng)用是揀選研究關(guān)注的重點(diǎn)。如南非某鉻礦應(yīng)用了斜槽式X射線分選機(jī)，處理60-20 mm粒度的鉻礦，處理量為70t/h。品位為32%的原礦通過(guò)X射線透射分選，品位提高到36%，回收率達(dá)到97%。
奧地利米特希爾鎢礦通過(guò)帶式X射線分選機(jī)將其品位由0.21%提高了0.40%，富集比達(dá)到1.88，鎢的回收率達(dá)到97.3%。
X射線分選機(jī)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)
?。?）X射線熒光分選機(jī)的應(yīng)用
X射線熒光分選技術(shù)應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)礦石揀選工作研究者結(jié)合俄羅斯X射線輻射分選機(jī)在國(guó)內(nèi)金屬礦山開(kāi)展了工業(yè)試驗(yàn)研究工作。如河南某鑰礦2008年在國(guó)內(nèi)首次利用該分選機(jī)將原礦鑰品位從0.167%提高到0.217%，平均富集比約為1.3。
4、小結(jié)
隨著揀選技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，檢測(cè)技術(shù)種類(lèi)不斷增多，分離執(zhí)行系統(tǒng)響應(yīng)能力不斷增強(qiáng)，單機(jī)處理量越來(lái)越大，可分選物料范圍和分選粒級(jí)不斷得到擴(kuò)展。預(yù)計(jì)未來(lái)5年，主要工作將集中在提高揀選精度、降低設(shè)備成本、擴(kuò)大揀選礦種和推進(jìn)工業(yè)應(yīng)用等方面。
我國(guó)雖然研究工作開(kāi)展的很早，但成熟技術(shù)與設(shè)備以及應(yīng)用與國(guó)外相比還有較大差距，而且由于國(guó)內(nèi)礦石復(fù)雜、難選，也為研究開(kāi)發(fā)及應(yīng)用揀選技術(shù)和設(shè)備帶來(lái)不少難題。目前，國(guó)內(nèi)礦山企業(yè)普遍面臨成本、降耗以及環(huán)保等壓力，這必將為研究開(kāi)發(fā)出適合于國(guó)情的揀選技術(shù)及其設(shè)備創(chuàng)造良好環(huán)境。
（摘自：礦石揀選技術(shù)和設(shè)備的研究和進(jìn)展，作者：朱道瑤）
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
