XRT智能预选技术在有色金属矿山中的应用进展.pdf
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1、铜业工程 COPPER ENGINEERINGTotal 183No.5 2023总第183期2023年第5期引文格式:耿志强,吴启明,江国华,谢文波,钟文慧,程双龙.XRT智能预选技术在有色金属矿山中的应用进展 J.铜业工程,2023(5):119-126.XRT智能预选技术在有色金属矿山中的应用进展耿志强,吴启明,江国华,谢文波,钟文慧,程双龙(江西铜业股份有限公司德兴铜矿,江西 德兴 334224)摘要:随着矿产资源贫、杂、细等特点日益突出,入选矿石品位低和堆存废石量过大等问题凸显。将智能分选技术应用于矿石入选前的预先富集工序是解决该问题的一个重要途径。其中,以X射线透射技术(XRT)为
2、主导的分选成像方案已经成为有色金属矿山解决有关问题的主流方式之一,并且在钨、铅锌、钼等金属矿山的选矿过程中取得了较好的富集效果,大大提高了矿山的经济效益。本文旨在介绍XRT的发展历程及研究现状,包括分选设备的原理、特点,以及该技术在不同有色金属领域的应用情况。关键词:智能分选;X射线透射;有色金属;研究现状;应用情况doi:10.3969/j.issn.1009-3842.2023.05.016中图分类号:TD923 文献标识码:A 文章编号:1009-3842(2023)05-0119-08智能分选技术脱胎于人工手选,该技术是根据对矿石特有的物理特性,如颜色、粒度、密度、放射性、透明度、光学
3、性能等的鉴定结果,或者根据各类射线对矿石的光谱分析结果,实现价值矿石的分选。智能分选技术经历了从光选技术到射线、图像、智能算法等多种技术融合的发展过程,如图1所示。1905年,奥地利人率先研制出光选机;1947年,Sortex 公司成功制作出第一台光电分选机;1950 年,苏联研发了 APJI 型 X 射线荧光分选机1-2;20世纪6070年代,由于电子工程的发展,光电分选技术在选矿领域得到快速发展;Sortex公司在20世纪60年代又与De Beer公司联合研制了用于金刚石分选的XR系列光电分选设备以及用于处理石膏、白云石、食盐等的621M型光电分选机。中国从 20 世纪 60 年代开始研制
4、矿石分选设备,1969年建成中国第一座光电选矿车间。1979年,江西冶金学院与下垄钨矿共同研制中国第一台平皮带光选机3。进入 21 世纪,随着计算机视觉技术的发展,图像处理算法和模式识别技术得到了广泛应用。从X射线分选技术萌芽开始,国内外不同公司均发展出独有的核心技术,特别是国内相关公司所研制出的各类设备,在性能和成效方面已经取得极大突破,广泛应用于各大矿山企业。其中,X射线透射技术(XRT)成为主流4,其工作原理如图2所示。表1中列出了当前国内外XRT技术分选机的收稿日期:2023-07-27;修订日期:2023-10-08作者简介:耿志强(1984),男,安徽安庆人,博士,高级工程师,研究
5、方向:稀有金属选矿,E-mail:图1智能分选机发展历程Fig.1Development history of intelligent sorting machine119总第183期铜业工程Total 183主要研发公司及其设备。1 XRT技术的分选原理与特点1.1工作原理X射线智能选矿设备是一种新型的分选设备,其原理是利用不同原子对X射线能量衰减能力不同的特性,进行元素的识别5-7。这种智能设备能结合人工智能(AI)的计算和大数据处理,模拟人眼视觉和大脑,通过不同的光谱成像,辨析分选矿石的形状、颜色、荧光反应等,对矿石进行快速精确的定性、半定量分析,之后通过喷吹执行机构进行有效分选,从而对
6、精矿和废石进行选别,达到对原矿中有用矿物富集的目的8-9。使用该技术选矿时不需要清洗矿石,可直接进行干式分选,不会出现洗水回收等问题。有别于传统的机械打靶式分离,喷吹执行机构采用智能控制系统分离矿石与废石,具有精度高、产量大、能耗低等优势。XRT 智能分选机包括给料、射线源、信息处理、分选四大子系统。给料系统可实现均匀布料,并传输矿石匀速通过X射线识别区;射线源通常安装在传输皮带的上下部,包含射线源、探测器;信息处理系统就是与检测系统相配套的数据传输和智能分选软件;分选部分则根据分选软件分析的数据结果,智能控制气排枪喷出高压空气对矿石进行精确喷吹,实现分选10。经过一个多世纪的发展,智能分选机
7、在机械结构上已经较为成熟,在给料、传送、检测、选别等方面均有理论研究支撑11-12。1.1.1给料系统给料系统的作用是传输矿石,使矿石呈单层图2XRT预选设备示意简图Fig.2XRT equipment diagram表1国内外X射线透射分选机主要研发公司及其设备Table 1Main research and development companies and equipment of X-ray transmission sorters at home and abroad研发公司赣州好朋友科技有限公司天津美腾科技股份有限公司北京霍里思特智能科技有限公司沈阳隆基电磁科技股份有限公司赣州金环
8、磁选科技装备股份有限公司湖南军芃科技股份有限公司凯瑞斯矿业设备技术(北京)有限公司芬兰COMEX公司挪威TOMRA公司德国STEINERT公司俄罗斯公司型号HPY-天元系列HPY-慧眼系列HPY-碳金系列HPY-经典系列XRT智能选矿机XNDT系列LPNC系列SIXS系列JPXRT系列KRS系列CXR系列COM系列XSS T EVO-系列分选粒度/mm58010602535010100103008300128010100108083008300-520010120处理能力/(t h)3015040200803404020038020435406020240802002020020330-202
9、00适用范围金属矿、非金属矿、能源矿褐煤、烟煤、无烟煤等钨、锡、锑、铁、锰、硫、磷、煤等铅锌、钨、锰、钼、磷等有色金属、黑色金属、非金属矿、煤矿等有色金属、黑色金属等钨、锑、锡、铅锌、铜等有色金属;贵金属、稀有金属矿以及长石、石英等非金属矿有色金属、黑色金属、贵金属、荧光类矿石等煤、铁等煤等工业矿物、宝石、黑色金属、贵金属等金、钨、铜等-120耿志强等 XRT智能预选技术在有色金属矿山中的应用进展2023年第5期且均匀通过射线照射区与分选区域,大致可分为斜槽式和平带式两种结构。斜槽式给料系统属于振动溜槽类设备,通过振动作用实现传输功能;平带式给料系统通过振动给料机与传送带联合作业实现传输功能。
10、两种结构的给料系统其传输方式各有优缺点,斜槽式在传输时可以利用整个斜槽面引导矿石,给矿面大,适合粒度较大且形状规则不易翻转的大块矿;平带式在传输时利用传送带传送矿石,给矿量大、运行平稳,适应粒级范围大,给矿速度可以调节,处理量大,适应性强。1.1.2射线源及检测系统射线源与检测系统是四个系统中的核心部分,其作用是对矿石的特征信息进行收集,并传输至信息处理系统,包括X射线源与探测器13。X射线透射分选机的运行原理是采用探测器对通过X射线照射区的矿石进行单独扫描,得到基于粒子流的X射线衰减的平面投影,进而得到矿石表面特征、密度特征、相关组分特征等信息14。1.1.3信息处理系统与分选系统信息处理系
11、统由工业控制计算机、操作显示屏、传输数据线等组成,对探测器传回的数据进行处理,将得出的数据结果转变成电信号传至分选系统,分选系统作出反应,实现矿废分离。分选系统即分离精矿与尾矿的装置,其分离方式一般有电磁弹板法、高压气阀喷吹法等。电磁弹板法成本低,后期维护简单;气阀喷吹法具有非接触特点,但需要空压机与空气干燥机等设备,成本高15-16。因高压气阀喷吹法具有响应时间更短,且精度更高等优势,逐渐成为分选系统中的主流分离方法17。根据分选矿物中精矿与尾矿所占比例可以分为正选和反选。精矿量少,气吹精矿即为正选;尾矿量少,气吹尾矿即为反选。针对不同矿料情况可以灵活运用。1.2XRT分选的局限性X射线分选
12、机的适用性及其精确度方面有以下不足:1)对入选矿石的要求较高,需要矿石含泥量较少。2)对矿石粒级限制较大,目前市面上大部分设备要求矿石粒径在 10300 mm。针对不同粒径的矿石需要配置不同型号的设备才能起到较好的分选效果。对于过大的矿石需要先破碎再分选,对于较小的矿石分选精度较低。3)在选矿过程中存在漏选、误选现象,选出的废石中夹带有价矿石。4)由于矿石组分复杂,存在一些难以分辨的情况,导致鉴别时有误差。5)对复杂共伴生矿物处理能力较差,工艺较为复杂,针对矿石中不同元素的分选需要设置不同的联合工艺。现在已投入工业应用的设备还存在许多缺陷,与分选设备的最高选矿目标,即无误选漏选、矿石鉴别明确、
13、对矿石无太多表面和粒径要求等,还存在一定差距。6)仪器成本高。X射线透射仪器通常比传统的选矿设备更昂贵,因此引入这种技术可能需要较大的投资。7)有辐射风险。虽然 XRT 属于非破坏性技术,但对于操作人员而言,长期接触X射线可能会给自身带来一定的辐射风险。因此,需要严格遵守辐射安全规定。8)存在成分重叠。在一些复杂的矿石样本中,不同矿物的X射线透射图样可能会重叠,导致难以准确地识别和分析各个组分。针对设备的不足之处,应当从以下四个方面进行改进:一是核心算法的优化,对于不同矿种做到数据库完备,识别精确,进而解决鉴别误差问题;二是机械结构的优化,解决对矿石粒径限制大的问题和对矿石表面要求苛刻的问题;
14、三是执行机构的优化,通过提高气阀的精度解决误选漏选问题;四是多检测手段合用,在用于复杂共伴生矿物的设备中集成可见光能谱技术、XRT等多种检测手段,进而解决需要设置联合工艺的问题。总的来说,虽然 X射线分选设备对分选矿物要求偏高,但分选范围广,选矿效率高,且在极大减少人工成本的同时兼顾了对环境的保护,具有较高应用价值。未来可以朝着精准分选、多手段集成分选、全智能分选等方向发展18。1.3XRT的特点XRT应用于有色金属矿物选别时,具有以下特点:1)检测速度快。XRT可以实现快速、高效的检测,可对大批量有色金属材料进行快速分选和121总第183期铜业工程Total 183排除,提高生产效率。2)可
15、定量分析。通过 XRT,可以进行有色金属材料的定量分析,包括密度、厚度、成分等参数的准确测量,为质量控制和生产过程提供重要数据支持,根据参数可以更加灵活地选择分选方案。3)样品无需特殊处理。与使用相机成像技术时,需要对矿物进行水洗预先处理不同,XRT应用时不需要对有色金属样品进行特殊处理,可以直接对样品进行检测,节省了样品制备的时间和成本。4)可远程监测。XRT 可以与计算机网络结合,实现设备的远程监测和控制。让操作和管理更加便捷,可以在远程实时了解设备的运行状态,使操作过程更加可控,更重要的是远程监控可以使操作员远离射线源,免受辐射危害。5)可适用于复杂形状。XRT对有色金属材料的形状没有严
16、格限制,适用于复杂形状、异型材料的检测,可以满足各种特殊应用需求。6)穿透力强。X射线具有较强的穿透力,可不受厚度限制透过有色金属材料表面,深入其内部对厚壁有色金属材料进行深层检测。7)可实现非破坏性检测。XRT是一种非破坏性检测方法,检测时无需对有色金属材料进行任何物理接触或破坏,从而避免了对样品的损伤,保持了样品的完整性。除了以上特点外,XRT还可以获取多种参数,这些参数可用于其他智能化模块,满足多样化的应用需求。2 XRT在有色金属矿山的应用现状随着新型传感器技术和AI的快速发展,基于光学、X射线、激光诱导、微波等技术研发的成像技术引起了矿山企业,尤其是矿山企业分选领域的关注。其中,XR
17、T是当前应用最广泛的传感器信息采集技术,并且在钨矿、锡矿、钼矿、锑矿、铅锌矿、铜矿、锰矿、铂矿、金矿等有色金属矿山企业实现了工业应用。在实际生产中,由于每种检测传感器都有其局限性,故在面对复杂难选物料的选别时,多数企业都会尝试“传感器融合”。例如,针对澳大利亚的 Karratha 金矿,Novo Resources 公司利用 XRT和电磁感应传感器对该金矿进行分选,其中XRT可识别含有高原子质量的矿物颗粒(比如金),而电磁感应可识别因存在金属颗粒而带电荷的矿石;针对澳大利亚的Mt Todd金矿,Vista Gold公司结合XRT和激光传感器技术进行矿石分选,其中,激光传感器用于检测经XRT选后
18、矿石中的石英。纵观国际矿石智能分选市场,美国、日本等国家在矿石分选领域并没有优势,而欧洲和澳洲的技术研发以及应用均较为活跃,一直处于领先地位。就目前的发展趋势而言,矿石入选前的预富集环节对于整个矿业的发展转型、节能降耗和绿色可持续发展具有关键意义。中国企业虽然起步较晚但发展较快,如赣州好朋友科技、天津美腾科技、北京霍里思特科技等企业,甚至已经开始“走出去”开拓海外市场19-20。2.1国内应用情况2.1.1钨矿使用情况赣州金环磁选科技装备股份有限公司生产的SIXS-1400型智能矿石分选机在大吉山钨矿、漂塘钨矿成功应用21。在大吉山钨矿用于分选黑钨矿,处理粒度为1080 mm。利用4台分选设备
19、分选不同的粒级预先抛废,当粒度为6080 mm,给矿WO3品位为0.075%时,通过分选机后得到精矿品位 0.57%,废石 品位 降至 0.005%,回收 率达94.19%。在漂塘钨矿用于分选黑白钨锡矿,处理粒度为 1270 mm。当给矿 WO3品位为 0.08%,Sn品位为0.04%时,通过分选机后尾矿WO3品位低于0.02%,尾矿 Sn 品位低于 0.017%,平均抛废率在83%以上。中钨高新远景钨业的矿石为单一钨矿石,工艺矿物学表明,该矿的钨主要以白钨矿形式存在,占91.80%,其中WO3品位为0.24%22。通过赣州好朋友科技公司的P60分选设备选别后,预选WO3品位可以提高至 0.4
20、95%,富集比达到 2.32,废石中WO3品位为0.064%,低于生产上的尾矿品位,抛废率达到65.37%,见表2。2.1.2钼矿使用情况广东白石嶂钼矿矿床属气化高温热液矿床,主要钼矿物为辉钼矿,以含钼石英细脉型、钨钼石英薄脉型两种形式产出,钼平均地质品位为0.104%23。122耿志强等 XRT智能预选技术在有色金属矿山中的应用进展2023年第5期为实现矿山用水无污染、零排放的目标,矿山引入赣州好朋友科技公司 HPY-P60设备后,提高了矿石入选前的品位,大大减少了尾矿的排放量。分选结果如表3所示,钼矿品位提高了4倍,尾矿品位为0.015%,回收率达93.37%。2.1.3锑矿使用情况湖南渣
21、滓溪锑矿选矿厂引入了赣州好朋友科技公司HPY-XRT-1200型X射线智能分选机对双层筛中间产品进行了预抛废研究。在给矿粒度为1570 mm 的情况下,抛废产率为 49.41%,废石中 Sb品位为 0.08%,生产指标理想,见表4。在将双层筛中间产品全部进行抛废后,企业经济效益显著24。2.1.4铅锌矿使用情况内蒙古某铅锌矿将试验矿样破碎至-60 mm后筛分,分为1060 mm和-10 mm两个粒级,并针对1060 mm 粒级采用赣州好朋友科技公司 HPY-XRT-1400分选机进行扩大试验25。由表5看出,将细粒级产品与精矿进行合并计算,当抛废产率为 23.91%时,尾矿中 Pb 品位为0.
22、14%、损失率为2.91%,Zn品位为0.28%、损失率为3.85%,抛废后进入磨选主流程的Pb+Zn品位由2.89%提高到3.67%,抛废富集比达1.2倍,且回收率均在96%以上,指标较理想。2.1.5低品位铜矿使用情况新疆某低品位铜矿,矿石中有价元素较为单一,且原矿Cu品位较低。原矿不经预富集直接进入选矿厂,选矿成本高。该矿山从隆基光电科技有限公司引进了X射线智能分选机26,分别对粗粒级以及中细粒级矿石进行预选。经过预选后,废石作业产率达到 56.85%,精矿Cu品位提高至0.54%,作业富集比1.92,作业回收率82.82%,废石中Cu品位0.085%。使用智能分选机后,提高了入选原矿品
23、位,创造了显著的经济效益。2.1.6铀矿使用情况邹家山铀矿引进霍利斯特 XNDT-104 型分选机,对1590 mm粒级矿石进行分选,设定尾矿产率为35%后,分选结果如表6所示。结果表明,利用XRT分选铀矿石是可行的,抛废产率能够达到30%左右,尾矿中U品位能够降至0.02%以下,大大降低了生产成本,减少了处理量27。表3X射线智能选矿设备应用钼矿的结果Table 3Results of X-ray intelligent mineral processing equipment applied to molybdenum ore(%)原矿品位Mo0.175精矿品位Mo0.731废石品位Mo0
24、.015抛废率85回收率93.37表4XRT-1200型X射线智能分选应用于锑矿的结果Table 4Results of XRT-1200 intelligent X-ray separation applied to antimony ore给矿量/(t/h)41383944374140原矿品位/%1.461.531.521.401.561.541.50精矿品位/%3.072.833.042.982.682.942.89尾矿品位/%0.070.080.080.080.090.070.08尾矿产率/%53.6647.3751.2854.5543.2448.7849.41回收率/%97.4397
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- XRT 智能 预选 技术 有色金属 矿山 中的 应用 进展
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