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色选机、X射线分选机等矿石拣选技术发展现状
来源:中国粉体技术网    更新时间:2016-11-17 09:14:08    浏览次数:
 
 
最新矿石拣选技术

  1、什么是矿石拣选技术
  拣选技术是根据矿石组分不同所反映的易被检测的物理特性(光性、放射性、磁性及电性等)的差异,通过各种检测方法进行鉴别,并依靠一定外力将矿石或废石分离出来的一种物理分选方法。
  在矿石进入中细碎和磨矿之前,将围岩或废石及早拣选出来,可提高精矿品位和选矿回收率,大大降低消耗,提高企业经济效益和竞争力。
  2、矿石拣选技术主要组成
  矿石拣选机通常由给料系统、照射和检测系统、信号处理系统和分离执行系统4个部分组成。
  (1)给料系统
  给料系统的作用主要是输送矿石,并让矿石间隔、稳定地单层通过照射和检测、分离区域,以保证检测和分离的精准性。拣选机的给料方式通常为带式和斜槽式等。

 

  带式给料系统对矿石进行一段距离的加速,使其稳定地通过照射检测区域。北京矿冶研究总院矿石拣选机设计的带式给料系统具有给料平稳、输送物料种类多、照射和检测系统安装空间大、给矿量大等特点;给矿速度在2-5m/s范围可调,以满足检测和分离系统的工作要求。这种给矿系统在国外也被普遍采用,如德国Commodas公司生产的ROM系列分选机也采用这种方式给料,带速最高可达到6m/s,分选6-75mm粒度的矿石时,处理量达到了100t/h。
  斜槽式给料系统利用整个斜槽面导矿,给矿面大,矿石沿着滑板平面下落完成检测和分离过程。这种给矿系统适合于粒度大、形状相对规则、不易翻转、干燥的块矿,具有结构简单、紧凑、可靠的特点。
  除此之外,通道式给料系统也有所应用,这种给矿系统的每个槽道具有较好的单列单层排列效果,结构紧凑,但不利于设备处理量的提高。如俄罗斯Rados公司生产的CPφ-2-300型X射线辐射分选机设备采用4个槽道,分选150-300mm粗粒度矿石时处理量也仅为20-50 t/h,较一般的分选机处理量要小。
  (2)照射和检测系统
  照射和检测系统是矿石拣选设备的核心部分,其作用是对矿石的特征信息进行收集以作为矿石分选的依据。特征信息包括矿石的光学性质、磁性、导电性、放射性以及各种射线照射下的吸收或辐射射线等。照射部分主要功能是提供光源或射线源,检测系统主要功能是对矿石在光源、射线等外部条件作用下,利用传感器检测其反馈信息,其直接影响因素为传感器的采集时间、灵敏度和空间分辨率等参数。

 
表1 拣选设备主要应用的检测技术
检测技术 分选特征 检测元器件 检测穿透性 空间分辨率 典型设备
颜色等表面
光性(Color)
颜色
亮度
透明度
反射率
CCD线
扫描摄像机
表面 0.1mm 摩根森Mikrosort分选机
宾德科Minexx分选机
Redwave ROX-C分选机
Comex OSX分选机
X射线投射
(XRT)
吸收
X射线
闪烁计数器 穿透 0.5mm Commodas X射线分选机
Steinert XSS T分选机
X射线荧光
(XRF)
辐射
X射线荧光
闪烁计数器 表面 - πCX荧光金刚石分选机
Steinert XSSF分选机
Redwave ROX XRF分选机
Rados X射线辐射分选机
近红外射线
(NIR)
近红外射线的反射和吸收 光谱仪 表面 5mm Commodas PRO NIR分选机
Redwave ROX-NIR分选机
Steinert UniSort PR分选机
电磁感应
(EM)
导电、磁化系数 电磁场产生和感应线圈 穿透 3mm Commodas EM 分选机
Steinert ISS分选机
放射性
(Radiometirc)
放射性 闪烁探测器 穿透 - yAC-50型放射分选机

  目前,正在研究或已经成功应用的矿石分选的检测技术就多达十几种,其中,颜色表面光学性质检测是发展最早、应用较广泛的一种检测技术,已经成熟应用于色选机。

色选机工作原理动态图
 色选机工作原理动态图

  X射线透射技术检测矿石对X射线的吸收情况,吸收情况又主要由矿石元素的原子序数、密度和厚度决定,通过利用高低双能X射线(DE-XRT)可以消除矿石厚度对检测的影响,从而获得被检测矿石元素原子序数信息。X射线透射技术因对矿石具有穿透性检测能力,不受灰尘、含水量、表面污渍、形状和尺寸等因素制约,提高了检测的准确性。

X射线分选机工作原理
X射线分选机工作原理

  X射线荧光技术是指矿石表层进行X射线照射,矿石元素原子被激发,外层电子跃迁时释放出特定能量,辐射出射线(荧光)可作为分选依据。
  另外,近红外线分选也因能克服或减少矿石的外形、温度、含水量等因素对射线的吸收或反射造成的影响,也受到研究者关注。但X射线荧光和近红外技术也存在一定不足,只能针对表面进行检测。
  在应用上,德国Commodas公司已经实现了颜色、X射线透射、近红外、电磁感应等7种传感器技术的工业应用,也出现了如奥利地Redwave ROX-NIR/C分选机同时应用了近红外和颜色分选2种检测技术的应用情况,将不同类型的传感器搭配应用,提高了检测的效率和准确性,并拓展了应用范围。目前微波红外、激光诱导荧光以及激光诱导击穿光谱等技术也正在被探索试验应用到矿石检测上来。
  (3)信号处理系统
  信号处理系统是矿石分选机的大脑中枢神经,具有分析和决策功能。信号处理系统主要由工控机、操作显示屏以及传输数据线等构成。信号处理系统除了基本的分析处理、判断、发送指令等功能外,还有分选过程监测、工作条件异常报警等功能。
  信号处理系统对检测系统获取的特征信息进行高速处理,主要是形成矿块的检测图像,并对图形或数据进行基本的噪声处理,然后运用一系列算法分析加工图像或数据,得到的分析结果与预定的阀值进行对比,完成废石和矿石识别工作,进而做出分离动作的决断;如果需要分离,则产生驱动信号,经过延时和功率放大过程,最终驱动分离系统精准动作,将目标矿石或废石分离出来,反之则不。

 
信息处理系统的基本工作流程
信息处理系统的基本工作流程

  在信号处理系统的工业应用上,为了提高系统的工作效率,挪威Comex公司OSX光电分选机应用计算机和FPGA可编程器进行组合工作。计算机完成检测结果接收、图像形成和转换、噪声的筛选过滤、图像算法分析、分选阀值定义、分离执行动作的延迟时间的计算或设定一系列工作。而FPGA主要存储分选系统的驱动程序,由其来驱动分离执行系统,而不是计算机驱动,使得计算机能够有更多内存空间来完成图像处理等方面的工作,从而实现整套信号处理系统高效运转。Titech分选机采用MicroSort PACT分选控制系统,该系统集成了分选所需的控制和反馈元件,具有分析矿石图像、存储物料的特征和位置、调整喷射系统动作时间、测试和调整高速电磁阀等功能。
  (4)分离执行系统
  分离执行系统的作用主要是接收信息处理系统的信号,及时启动分离执行机构动作,将矿石或废石从原有运动轨迹中分离出来。目前应用成熟的分离执行系统主要是喷射和打板式分离执行系统。

 
表2 分离执行系统特点
类型 频率范围 粒度范围 排料方式 特点 典型设备
打板分离 10-50mm 击打 分离力大,结构简单 Rados X射线辐射分选机
Comex OSX系列分选机(大颗粒)
50-300mm
喷射分离 0.3-10mm 喷射 响应迅速、精准性高 Commodas分选机、摩根森Msort分选、Redwave分选机、宾德科Minexx分选机、Steinert分选机、Comex OSX系列分选机(小颗粒)
10-50mm
50-300mm
 
打板分离和喷射分离

  打板式分离执行系统主要结构为电磁线圈、推杆、打板、机架和复位弹簧等。信号处理系统产生信号,启动电磁线圈充电产生磁场吸附推杆,推杆带动打板动作完成对矿石和废石的击打分离过程,击打完成后打板由复位弹簧控制复位。这种分离系统结构简单,推动力较大,但相对喷气分离执行系统,打板式分离动作频率要低很多,目前主要应用在大块矿石的分离上。俄罗斯Rados公司的X射线辐射分选机分离系统采用了高速电磁板分离装置,如CPφ-4-150型分选机,其分离装置每秒动作6-8次,可以分选30-150mm粒度范围矿石,处理量为10-25 t/h。最近,该设备的分离装置也改为气动驱动。
  喷射式分离执行系统是目前拣选设备应用最为广泛的一种分离形式。北京矿冶研究总院设计了一套高效、精准的喷射分离系统来分离矿石。该喷射分离系统主要由供气系统、高速电磁阀和高压喷嘴板等部件组成,供气系统主要由空压机、储气罐和空气净化装置等组成,高速电磁阀和高压喷嘴是喷射执行机构。当反应频率每秒高达数百次的高速电磁阀接收到信息处理系统的驱动信号,开启一对一控制的喷嘴的气阀,使高压空气通过喷嘴喷出,从而使被喷射矿石偏离原来的运动轨迹。整套分离系统可通过调节或设计不同工作气压、高速电磁阀响应频率、喷嘴的结构和间距、喷射位置、喷射时间来提高喷射分离精度,实现对不同粒度矿石的有效拣选。
  不同粒度的矿石可应用不同的分离系统,如挪威Comex OSX分选机设计了两套分离系统,对于粒度大于100 mm的矿石采用打板式分离执行系统,而粒度小于100 mm的矿石则采用喷射式分离执行系统。
3、矿石拣选机的应用
  矿石拣选机的机械结构以及工作原理基本相同,主要的差异还在于检测方式。目前,颜色、X射线透射、X射线荧光以及近红外等几种检测技术的分选机,都有一些较好的试验或应用成果。
  (1)色选机的应用
  国外颜色分选机种类众多,在矿石拣选上技术较为成熟。

矿石色选机应用现场
矿石色选机应用现场

  西班牙某石英矿应用了摩根森MikroSort AT颜色分选机,将含铁较高的石英砾剔除。该机利用两侧的彩色线阵相机对矿石进行双面扫描,将淡黄色或灰色的含铁石英砾识别分选出来。通过该设备的一次分选,石英中的铁含量由0.15%降到了0.05%以下。
  2015年,广西平桂飞碟桂华成珊瑚矿首次引进了1台德国有色金属颜色分选机,预计相应的合格矿品位提升13%左右,抛废率比原来提高约10%。
  (2)X射线透射分选机的应用
  X射线透射分选机在金属矿山上的应用是拣选研究关注的重点。如南非某铬矿应用了斜槽式X射线分选机,处理60-20 mm粒度的铬矿,处理量为70t/h。品位为32%的原矿通过X射线透射分选,品位提高到36%,回收率达到97%。
  奥地利米特希尔钨矿通过带式X射线分选机将其品位由0.21%提高了0.40%,富集比达到1.88,钨的回收率达到97.3%。

 
X射线分选机应用现场

  (3)X射线荧光分选机的应用
  X射线荧光分选技术应用方面,国内矿石拣选工作研究者结合俄罗斯X射线辐射分选机在国内金属矿山开展了工业试验研究工作。如河南某钥矿2008年在国内首次利用该分选机将原矿钥品位从0.167%提高到0.217%,平均富集比约为1.3。
  4、小结
  随着拣选技术的不断发展和应用,检测技术种类不断增多,分离执行系统响应能力不断增强,单机处理量越来越大,可分选物料范围和分选粒级不断得到扩展。预计未来5年,主要工作将集中在提高拣选精度、降低设备成本、扩大拣选矿种和推进工业应用等方面。
  我国虽然研究工作开展的很早,但成熟技术与设备以及应用与国外相比还有较大差距,而且由于国内矿石复杂、难选,也为研究开发及应用拣选技术和设备带来不少难题。目前,国内矿山企业普遍面临成本、降耗以及环保等压力,这必将为研究开发出适合于国情的拣选技术及其设备创造良好环境。
(摘自:矿石拣选技术和设备的研究和进展,作者:朱道瑶)


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