1、什么是礦石揀選技術(shù)
揀選技術(shù)是根據礦石組分不同所反映的易被檢測的物理特性（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)濟效益和競爭力。
2、礦石揀選技術(shù)主要組成
礦石揀選機通常由給料系統、照射和檢測系統、信號處理系統和分離執行系統4個(gè)部分組成。
?。?）給料系統
給料系統的作用主要是輸送礦石，并讓礦石間隔、穩定地單層通過(guò)照射和檢測、分離區域，以保證檢測和分離的精準性。揀選機的給料方式通常為帶式和斜槽式等。
帶式給料系統對礦石進(jìn)行一段距離的加速，使其穩定地通過(guò)照射檢測區域。北京礦冶研究總院礦石揀選機設計的帶式給料系統具有給料平穩、輸送物料種類(lèi)多、照射和檢測系統安裝空間大、給礦量大等特點(diǎn)；給礦速度在2-5m/s范圍可調，以滿(mǎn)足檢測和分離系統的工作要求。這種給礦系統在國外也被普遍采用，如德國Commodas公司生產(chǎn)的ROM系列分選機也采用這種方式給料，帶速最高可達到6m/s，分選6-75mm粒度的礦石時(shí)，處理量達到了100t/h。
斜槽式給料系統利用整個(gè)斜槽面導礦，給礦面大，礦石沿著(zhù)滑板平面下落完成檢測和分離過(guò)程。這種給礦系統適合于粒度大、形狀相對規則、不易翻轉、干燥的塊礦，具有結構簡(jiǎn)單、緊湊、可靠的特點(diǎn)。
除此之外，通道式給料系統也有所應用，這種給礦系統的每個(gè)槽道具有較好的單列單層排列效果，結構緊湊，但不利于設備處理量的提高。如俄羅斯Rados公司生產(chǎn)的CPφ-2-300型X射線(xiàn)輻射分選機設備采用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，較一般的分選機處理量要小。
?。?）照射和檢測系統
照射和檢測系統是礦石揀選設備的核心部分，其作用是對礦石的特征信息進(jìn)行收集以作為礦石分選的依據。特征信息包括礦石的光學(xué)性質(zhì)、磁性、導電性、放射性以及各種射線(xiàn)照射下的吸收或輻射射線(xiàn)等。照射部分主要功能是提供光源或射線(xiàn)源，檢測系統主要功能是對礦石在光源、射線(xiàn)等外部條件作用下，利用傳感器檢測其反饋信息，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。
表1 揀選設備主要應用的檢測技術(shù)
| 檢測技術(shù) |
分選特征 |
檢測元器件 |
檢測穿透性 |
空間分辨率 |
典型設備 |
顏色等表面
光性（Color） |
顏色
亮度
透明度
反射率 |
CCD線(xiàn)
掃描攝像機 |
表面 |
0.1mm |
摩根森Mikrosort分選機
賓德科Minexx分選機
Redwave ROX-C分選機
Comex OSX分選機 |
X射線(xiàn)投射
（XRT） |
吸收
X射線(xiàn) |
閃爍計數器 |
穿透 |
0.5mm |
Commodas X射線(xiàn)分選機
Steinert XSS T分選機 |
X射線(xiàn)熒光
（XRF） |
輻射
X射線(xiàn)熒光 |
閃爍計數器 |
表面 |
- |
πCX熒光金剛石分選機
Steinert XSSF分選機
Redwave ROX XRF分選機
Rados X射線(xiàn)輻射分選機 |
近紅外射線(xiàn)
（NIR） |
近紅外射線(xiàn)的反射和吸收 |
光譜儀 |
表面 |
5mm |
Commodas PRO NIR分選機
Redwave ROX-NIR分選機
Steinert UniSort PR分選機 |
電磁感應
（EM） |
導電、磁化系數 |
電磁場(chǎng)產(chǎn)生和感應線(xiàn)圈 |
穿透 |
3mm |
Commodas EM 分選機
Steinert ISS分選機 |
放射性
（Radiometirc） |
放射性 |
閃爍探測器 |
穿透 |
- |
yAC-50型放射分選機 |
目前，正在研究或已經(jīng)成功應用的礦石分選的檢測技術(shù)就多達十幾種，其中，顏色表面光學(xué)性質(zhì)檢測是發(fā)展最早、應用較廣泛的一種檢測技術(shù)，已經(jīng)成熟應用于色選機。
色選機工作原理動(dòng)態(tài)圖
X射線(xiàn)透射技術(shù)檢測礦石對X射線(xiàn)的吸收情況，吸收情況又主要由礦石元素的原子序數、密度和厚度決定，通過(guò)利用高低雙能X射線(xiàn)（DE-XRT）可以消除礦石厚度對檢測的影響，從而獲得被檢測礦石元素原子序數信息。X射線(xiàn)透射技術(shù)因對礦石具有穿透性檢測能力，不受灰塵、含水量、表面污漬、形狀和尺寸等因素制約，提高了檢測的準確性。
X射線(xiàn)分選機工作原理
X射線(xiàn)熒光技術(shù)是指礦石表層進(jìn)行X射線(xiàn)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(xiàn)（熒光）可作為分選依據。
另外，近紅外線(xiàn)分選也因能克服或減少礦石的外形、溫度、含水量等因素對射線(xiàn)的吸收或反射造成的影響，也受到研究者關(guān)注。但X射線(xiàn)熒光和近紅外技術(shù)也存在一定不足，只能針對表面進(jìn)行檢測。
在應用上，德國Commodas公司已經(jīng)實(shí)現了顏色、X射線(xiàn)透射、近紅外、電磁感應等7種傳感器技術(shù)的工業(yè)應用，也出現了如奧利地Redwave ROX-NIR/C分選機同時(shí)應用了近紅外和顏色分選2種檢測技術(shù)的應用情況，將不同類(lèi)型的傳感器搭配應用，提高了檢測的效率和準確性，并拓展了應用范圍。目前微波紅外、激光誘導熒光以及激光誘導擊穿光譜等技術(shù)也正在被探索試驗應用到礦石檢測上來(lái)。
（3）信號處理系統
信號處理系統是礦石分選機的大腦中樞神經(jīng)，具有分析和決策功能。信號處理系統主要由工控機、操作顯示屏以及傳輸數據線(xiàn)等構成。信號處理系統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)程監測、工作條件異常報警等功能。
信號處理系統對檢測系統獲取的特征信息進(jìn)行高速處理，主要是形成礦塊的檢測圖像，并對圖形或數據進(jìn)行基本的噪聲處理，然后運用一系列算法分析加工圖像或數據，得到的分析結果與預定的閥值進(jìn)行對比，完成廢石和礦石識別工作，進(jìn)而做出分離動(dòng)作的決斷；如果需要分離，則產(chǎn)生驅動(dòng)信號，經(jīng)過(guò)延時(shí)和功率放大過(guò)程，最終驅動(dòng)分離系統精準動(dòng)作，將目標礦石或廢石分離出來(lái)，反之則不。
信息處理系統的基本工作流程
在信號處理系統的工業(yè)應用上，為了提高系統的工作效率，挪威Comex公司OSX光電分選機應用計算機和FPGA可編程器進(jìn)行組合工作。計算機完成檢測結果接收、圖像形成和轉換、噪聲的篩選過(guò)濾、圖像算法分析、分選閥值定義、分離執行動(dòng)作的延遲時(shí)間的計算或設定一系列工作。而FPGA主要存儲分選系統的驅動(dòng)程序，由其來(lái)驅動(dòng)分離執行系統，而不是計算機驅動(dòng)，使得計算機能夠有更多內存空間來(lái)完成圖像處理等方面的工作，從而實(shí)現整套信號處理系統高效運轉。Titech分選機采用MicroSort PACT分選控制系統，該系統集成了分選所需的控制和反饋元件，具有分析礦石圖像、存儲物料的特征和位置、調整噴射系統動(dòng)作時(shí)間、測試和調整高速電磁閥等功能。
?。?）分離執行系統
分離執行系統的作用主要是接收信息處理系統的信號，及時(shí)啟動(dòng)分離執行機構動(dòng)作，將礦石或廢石從原有運動(dòng)軌跡中分離出來(lái)。目前應用成熟的分離執行系統主要是噴射和打板式分離執行系統。
表2 分離執行系統特點(diǎn)
| 類(lèi)型 |
頻率范圍 |
粒度范圍 |
排料方式 |
特點(diǎn) |
典型設備 |
| 打板分離 |
低 |
10-50mm |
擊打 |
分離力大，結構簡(jiǎn)單 |
Rados X射線(xiàn)輻射分選機
Comex OSX系列分選機（大顆粒） |
| 50-300mm |
| 噴射分離 |
高 |
0.3-10mm |
噴射 |
響應迅速、精準性高 |
Commodas分選機、摩根森Msort分選、Redwave分選機、賓德科Minexx分選機、Steinert分選機、Comex OSX系列分選機（小顆粒） |
| 中 |
10-50mm |
| 低 |
50-300mm |
打板式分離執行系統主要結構為電磁線(xiàn)圈、推桿、打板、機架和復位彈簧等。信號處理系統產(chǎn)生信號，啟動(dòng)電磁線(xiàn)圈充電產(chǎn)生磁場(chǎng)吸附推桿，推桿帶動(dòng)打板動(dòng)作完成對礦石和廢石的擊打分離過(guò)程，擊打完成后打板由復位彈簧控制復位。這種分離系統結構簡(jiǎn)單，推動(dòng)力較大，但相對噴氣分離執行系統，打板式分離動(dòng)作頻率要低很多，目前主要應用在大塊礦石的分離上。俄羅斯Rados公司的X射線(xiàn)輻射分選機分離系統采用了高速電磁板分離裝置，如CPφ-4-150型分選機，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，該設備的分離裝置也改為氣動(dòng)驅動(dòng)。
噴射式分離執行系統是目前揀選設備應用最為廣泛的一種分離形式。北京礦冶研究總院設計了一套高效、精準的噴射分離系統來(lái)分離礦石。該噴射分離系統主要由供氣系統、高速電磁閥和高壓噴嘴板等部件組成，供氣系統主要由空壓機、儲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行機構。當反應頻率每秒高達數百次的高速電磁閥接收到信息處理系統的驅動(dòng)信號，開(kāi)啟一對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)的運動(dòng)軌跡。整套分離系統可通過(guò)調節或設計不同工作氣壓、高速電磁閥響應頻率、噴嘴的結構和間距、噴射位置、噴射時(shí)間來(lái)提高噴射分離精度，實(shí)現對不同粒度礦石的有效揀選。
不同粒度的礦石可應用不同的分離系統，如挪威Comex OSX分選機設計了兩套分離系統，對于粒度大于100 mm的礦石采用打板式分離執行系統，而粒度小于100 mm的礦石則采用噴射式分離執行系統。
3、礦石揀選機的應用
礦石揀選機的機械結構以及工作原理基本相同，主要的差異還在于檢測方式。目前，顏色、X射線(xiàn)透射、X射線(xiàn)熒光以及近紅外等幾種檢測技術(shù)的分選機，都有一些較好的試驗或應用成果。
?。?）色選機的應用
國外顏色分選機種類(lèi)眾多，在礦石揀選上技術(shù)較為成熟。
礦石色選機應用現場(chǎng)
西班牙某石英礦應用了摩根森MikroSort AT顏色分選機，將含鐵較高的石英礫剔除。該機利用兩側的彩色線(xiàn)陣相機對礦石進(jìn)行雙面掃描，將淡黃色或灰色的含鐵石英礫識別分選出來(lái)。通過(guò)該設備的一次分選，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臺德國有色金屬顏色分選機，預計相應的合格礦品位提升13%左右，拋廢率比原來(lái)提高約10%。
?。?）X射線(xiàn)透射分選機的應用
X射線(xiàn)透射分選機在金屬礦山上的應用是揀選研究關(guān)注的重點(diǎn)。如南非某鉻礦應用了斜槽式X射線(xiàn)分選機，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(xiàn)透射分選，品位提高到36%，回收率達到97%。
奧地利米特希爾鎢礦通過(guò)帶式X射線(xiàn)分選機將其品位由0.21%提高了0.40%，富集比達到1.88，鎢的回收率達到97.3%。
X射線(xiàn)分選機應用現場(chǎng)
?。?）X射線(xiàn)熒光分選機的應用
X射線(xiàn)熒光分選技術(shù)應用方面，國內礦石揀選工作研究者結合俄羅斯X射線(xiàn)輻射分選機在國內金屬礦山開(kāi)展了工業(yè)試驗研究工作。如河南某鑰礦2008年在國內首次利用該分選機將原礦鑰品位從0.167%提高到0.217%，平均富集比約為1.3。
4、小結
隨著(zhù)揀選技術(shù)的不斷發(fā)展和應用，檢測技術(shù)種類(lèi)不斷增多，分離執行系統響應能力不斷增強，單機處理量越來(lái)越大，可分選物料范圍和分選粒級不斷得到擴展。預計未來(lái)5年，主要工作將集中在提高揀選精度、降低設備成本、擴大揀選礦種和推進(jìn)工業(yè)應用等方面。
我國雖然研究工作開(kāi)展的很早，但成熟技術(shù)與設備以及應用與國外相比還有較大差距，而且由于國內礦石復雜、難選，也為研究開(kāi)發(fā)及應用揀選技術(shù)和設備帶來(lái)不少難題。目前，國內礦山企業(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)出適合于國情的揀選技術(shù)及其設備創(chuàng )造良好環(huán)境。
（摘自：礦石揀選技術(shù)和設備的研究和進(jìn)展，作者：朱道瑤）
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