X射线辐射预选技术.pdf

2 0 1 1 年增刊1有色金属 选矿部分1 7 7 D O I 1 0 ．3 6 3 9 ，j ．i s s n l 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 1 ．z 1 ．0 4 0 X 射线辐射预选技术 刘明宝，印万忠，高莹 东北大学资源与土木工程学院，沈阳1 1 0 0 0 4 摘要介绍x 射线辐射分选的理论基础和新型矿石预选设备x 射线分选机的研究现状及其组成、工作原理和测 量操作系统在分选机上所起的作用，分析x 射线辐射分选机在流程中的配置情况。指出研究和应用x 射线辐射分选技术在 目前我国矿石日趋贫化的现状下所具有的重要现实意义和战略意义。 关键词预选；x 射线辐射分选；综述；拣选；选矿 中图分类号T I M 5 5 ．9 ；T D 9 2 5 A文献标识码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 1 S 0 - 0 1 7 7 - - 0 4 O r eS o r t i n gb yX - r a yS e p a r a t i o nT e c h n o l o g y L ／UM i n g b a o ，Y I NW a n z h o n g ，G A OH 叼 C o l l e g eo f R e s o u r c e sa n dC i v i lE n g i n e e r i n g ，N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g1 10 0 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o no ft h eX - r a ys e p a r a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h er e s e a r c hs t a t u s ， c o m p o s i t i o n ，w o r kp r i n c i p l eo ft h en o v e lo r ep r e - - e o n c e n t r a t i o nX - r a ys e p a r a t o ra n dt h ee f f e c to fm e a s u r e m e n t c o n t r o ls y s t e mo nt h eX r a y s e p a r a t o r a r ei n t r o d u c e d ．T h ea r r a n g e m e n to ft h eX - r a ys e p a r a t o ri nt h e f l o w s h e e to ft h em i n e r a lp r o c e s s i n gi s a n a l y z e da n dt h er e a l i s t i c a n ds t r a t e g i c s i g n i f i c a n c eu n d e rt h ep r e s e n t s t a t u so ft h eg r a d u a l l yd e c l i n i n go r eg r a d ei no u rc o u n t r ya r ep o i n t e do u t ． K e yw o r d s o r ep r e - c o n c e n t r a t i o n ；X - r a ys e p a r a t i o n ；r e v i e w ；s o r t i n g ；b e n e f i c i a t i o n 矿石表面原子受到x 射线光子轰击后会辐射 出被激发原子的特征x 射线，每种元素的特征X 射线均是唯一的，因此可以利用元素特征x 射线 分选矿石，该方法称为x 辐射分选法。x 射线辐射 分选技术是近年来发展起来的一种新型、高效、清 洁、环保的可分选各种矿石和原料的工艺。俄罗斯 P A J I O C 公司在2 0 世纪9 0 年代成立的用X 射线辐 射分选法进行试验和分选矿石的公司，这也是到目 前为止国际上唯一的一个研究和试验用X 射线辐 射方法分选矿石的公司[ 1 ] 。 1x 射线辐射分选理论基础 x 射线是1 8 9 5 年德国物理学家伦琴在研究阴 极射线时发现的。经研究证明，X 射线为波长5 1 0 电一1 0l , l l n 的电磁波，就其本质而言，它与可见 光、红外线、紫外线、伽马射线以及宇宙射线是相 同的，均属电磁辐射。从量子力学知识可以知道， X 射线也具有波粒二象性，既可以看作电磁波，也 可以看作粒子。看作粒子时的能量和看作电磁波时 的波长有着一一对应的关系，其能量E 与波长Z 之 间的关系为E h c ／1 ，式中h 为普朗克常数，C 为 光速。 X 射线可通过用高速电子流轰击金属靶的方式 获得，从X 射线管中发射出来的x 射线可以分为 两种类型。一种是具有连续波长的x 射线，构成 连续x 射线谱，它与可见光的白光相似，故也成 为多色X 射线。另一种是在连续图谱的基础上叠 加若干具有一定波长的谱线，构成标识 特征 X 射 线图谱，它与可见光中的单色光相似，所以也称为 单色x 射线。 在电子束轰击阳极的过程中．当某个具有足够 能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是 萋全项县国家科技部国际合作重大项目 2 0 1 0 D F R 7 0 0 6 0 收稿日期2 0 1 卜0 3 ～3 0 作者简介刘明宝 1 9 8 2 ． ，男．山东寿光县人，博士，主要从事矿物浮选理论与技术和复杂多金属矿分离技术等方面的研究。 万方数据 1 7 8 有色金属 选矿部分2 0 1 1 年增刊1 在低能级上出现空位，原子的系统能量以此而升 高，处于激发状态。这种激发状态是不稳定的，随 后便有较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁， 使原子的系统能量重新降低而趋于稳定。在原子系 统中，电子从高能级向低能级的这种跃迁将以光子 的形式辐射出标识x 射线，其辐射频率由式 1 决定，式中B ，，E 广分别为低能级和高能级中 电子的能量；W 。，，W 棚别为激发低能级和高能 级中的电子所做的功。 砌加l - 如；既 玑l - 形砬 1 标识x 射线图谱的激发和辐射过程可以用图1 所示的原子能级图来描述。 从原子物理学的知识可以知道，对于每一种化 学元素的原子来说，其核外电子都以各自特有的能 量在各自的固定轨道上运行，也就是说其核外电子 都有其特定的能级结构，当内层电子获得足够能量 之后会脱离原子的束缚，称之为自由电子。此时内 层电子轨道上由于自由电子的逃逸而形成空位，这时 的原子就处于激发态。此刻，其他的外层 K ，L ， M ，N ，⋯ 电子便会补充这一空位，原子物理学 称之为跃迁，同时以发出x 射线的形式放出能量。 由原子物理学知识可知，每一种元素原子的核 外电子能级结构都是特定的。因此，当原子被激发 后，它放出的X 射线的能量也是特定的，故称之 为特征x 射线。通过测定特征x 射线的存在与否， 便可以确定相应元素的存在与否，而特征x 射线 的强度 x 射线光子的多少 则表示相应元素的含 量。这正是x 射线辐射分选的理论基础。 L J L 1 rr ‘ 上 ’ - K 态 L 态 M 态 N 态 击走价原子 中性原子 图l 原子能级图 F i g ．1 A t o m i ce n e r g yl e v df i g u r e 2X 射线辐射分选机 2 ．1 发展现状 x 射线分选机是基于上述的原子理论研究成功 的。世界上第一台工业用x 射线辐射分选机是在 2 0 世纪9 0 年代由俄国的P A J I O C 公司生产的，后 经研究人员数年的不断升级换代，目前该公司已经生 产出几种不同型号的分选机，其型号及性能见表l 。 表1X 射线分选机特性 T a b l e1 C h a r a c t e r i s t i c so fX r a ys e p a r a t o r 质量不超过 分选机I k g 1 6 0 03 9 0 04 1 0 04 4 0 0 塑塑鱼 丝． Q Q． Q Q 矾 阢 吼 吼 o ▲●●●●●●l 万方数据 2 0 1 1 年增刊1刘明宝等x 射线辐射预选技术 1 7 9 - 2 ．2 X 射线分选机的组成 X 射线分选机外形如图2 所示[ 2 】。分选机由给 矿设备、执行装置、分选产品的接收装置、操控系 统等组成。 2 ．3 分选机的工作原理 分选机的工作原理如图3 所示。矿石由矿仓进 入给料斗，在电磁振动设备的作用下矿石在给料盘 中平稳前行，等矿石运行到齿形分级机时，小于 2 0m m 的矿石将被分离出去，剩下的矿石进入分 选溜槽，由于给料盘和分选溜槽之间的速度差，矿 石在溜槽中分散形成矿单矿石流，这样矿石便可以 逐个从槽边缘下落到x 射线组件测量区。在x 射 线组件测量区每块矿石都要受到x 射线的第一次 辐射并在矿石的表层产生矿石表面元素原子的第二 次辐射特征x 射线的激发 二次x 射线 ，然后在 检波计数器上记录二次x 射线形成光谱，x 射线光 谱由元素x 射线特征辐射曲线和第一次x 射线辐 射的散射曲线组成。分选机的测控系统对光谱进行 分析，按照设定的分离阈值进行分析，确定每块矿 石中是否存在测定元素以及测定元素的含量与分离 阈值的关系。当测定元素的含量超过分离阈值时， 操控系统形成控制信号启动执行机构，执行机构启 动时，依靠弹板的击打作用使高品位矿石偏离轨 道，落人接收槽，最后进入矿石输送带 精矿 ，小 于分离阈值的贫矿石自然下落到另一个接收槽进人 另一条输送带 尾矿 。执行装置辨别精矿和尾矿的 标准取决于操控系统设定的分离阈值。操控系统可 以实现两种机制选择有用矿物 精矿 ；选择废石 尾矿 1 3 】。 2 ．4 分选机的测量控制系统 图2X 射线分选机外形 F i g ．2 O u t l i n eo fX r a ys e p a r a t o r X 射线 电磁分 图3X 射线分选机工作原理 F i g ．3 W o r kp r i n c i p l eo fX r a ys e p a r a t o r 原矿 精矿尾矿 图4 对原矿进行初步分选 F i g ．4 T h ef i r s t s e p a r a t i o no fr a wo r e 分选机的测量操控系统是整个分选机的核心部 件，其主要用于完成以下任务J 当x 射线照射 到矿物表面时，可测量矿石的大小，从而确定不同 粒度矿石的不同适应条件；计数器记录矿石的二次 特征x 射线强度参数并与分离阈值相比较；比较 结果出来以后，激发执行机构脉冲，从而从矿石流 中挑选有用矿石；不同种类的矿石，分选机的分离 参数需重新设定；调节分选及动力设备的运行，齿 形分级机、给料盘和执行装置；在操控室的控制电 脑界面上显示分选的过程和结果，所有系统的操控 都是由中央控制室的操控计算机来完成的。 可以看出，X 射线辐射分选机外形结构紧凑， 原理先进，控制系统自动化程度高，在选矿行业具 有广阔的应用前景。 3x 射线辐射分选机在流程中的安装 布置方法 根据选别工艺的不同要求，x 射线辐射分选机 在流程中的安装布置方法可以分为几种，分别如图 4 至图6 所示。 甍飞 万方数据 1 8 0 有色金属 选矿部分2 0 1 1 年增刊1 低品 原矿 精矿 图5 排除大粒度杂质提高入选品级 F i g ．5 I m p r o v i n gg r a d eo fl a Wo r ea c c o r d i n gt o e x c l u d i n gl a r g es i z ei m p u r i t y 原矿 精矿 尾矿尾矿 精矿3 图6 进行多级分选得到不同粒度的精矿 F i g ．6 C c o n c e n t r a t e 而t l ld i f f e r e n ts i z ec l a s s a c c o r d i n gt os e v e r a l - s t e ps e p a r a t i o n 4 结论 我国矿产资源利用水平比较低，资源浪费严 重，随着我国高品位资源的日益减少，如何提高我 国资源利用水平，减少资源浪费，经济有效的利用 低品位矿石等工作是选矿工作者亟需解决的问题。 因此，拣选工艺的重要性日益凸显，尤其是X 射线 辐刺哆进教．术的应用对实现我国矿山的可持续性发展 和节能减排工作具有重要的战略意义和社会意义。 x 射线辐射分选的理论基础为矿石表面每一种 元素的原子核外电子的能级结构都是特定的，原子 被激发后电子由外层轨道向内层轨道跃迁时放出的 x 射线的能量也是特定的，故称之为特征X 射线。 通过测定特征x 射线的存在与否，便可以确定相 应元素的存在与否，而特征X 射线光谱的强弱则 表示该元素含量的多寡。 由不同元素具有不同的特征x 射线可知，x 射 线辐射分选机可广泛应用于金属、非金属矿和其它 稀有矿石的预选中。并且可根据分选工艺要求，X 射线辐射分选机可以灵活地安排配置在流程的任何 适当位置。 X 射线辐射分选技术以及工艺是在近年来逐渐 发展成熟起来的的一种新型的、低成本和环保高效 的预选工艺，尤其是对日趋贫化的原矿在一段粗碎 后，通过X 射线分选机的选别，可提前丢弃部分 的尾矿，从而减少人磨废石，提高人选品位，降低 选矿成本，大幅度地提高选矿厂综合经济效益。因 此，对X 射线辐射分选以及分选机的研究具有重 要的现实意义和战略意义。 参考文献 [ 1 ] 汪淑慧．分选矿石的x 射线辐射分选法[ J ] ．国外金属 矿选矿，2 0 0 7 8 4 - - 8 ． [ 2 ] 费德洛夫，张岩．x 一射线分选技术及分选机E J ] ．矿 山机械，2 0 0 8 2 3 l l o _ 11 3 ． [ 3 ] 刘广宇．x 一射线分选机在钼矿预选中的试验与研究[ J ] ． 现代矿业，2 0 0 9 1 0 7 5 7 7 ， 万方数据