基于双能X射线透射传感器技术分选矿石的探讨及应用.pdf

2 4 2 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．z 1 ．0 5 5 基于双能x 射线透射传感器技术 分选矿石的探讨及应用 尚红亮1 ，一，史佩伟1 ”，朱道瑶1 ”，成磊1 ’2 1 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 ；2 ．北矿机电科技有限责任公司，北京1 0 0 1 6 0 摘要双能X 射线透射法分选矿石属于基于传感器分选技术的一种，可实现对金属矿石的预选，具有显著经济及社会 效益。通过介绍双能X 射线透射法的工作原理及结构组成，分析了该方法的分选特性；经试验及工业应用研究证明，该方法 可适用于金矿等贵金属、铜铅锌等有色金属矿石的分选，具有识别准确度高、分辨精度高及工艺流程短等优点。 关键词双能X 射线透射；传感器分选技术；金属矿石 中图分类号T D 4 6 1 ；T D 6 7 9文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 S 0 - 0 2 4 2 - 0 4 D i s c u s s i o na n dA p p l i c a t i o no fS o r t i n gO r eb a s e do nD u a l E n e r g yX - r a yT r a n s m i s s i o nS e n s o rT e c h n o l o g y S H A N GH o n g l i a n g J ”。S H IP e i w e i | 1 2 ，Z H UD a o y a o m ．C H E N GL e i l 2 J ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e r i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a ； 2 ．B G R I M MM a c h i n e r y A u t o m a t i o nT e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t O r es o r t i n gb yd u a le n e r g yX r a yt r a n s m i s s i o ni so n eo fs e n s o r b a s e ds o r t i n gt e c h n o l o g y ，w h i c hc a n r e a l i z et h ep r e c o n c e n t r a t i o no fm e t a lo r e ，i th a so b v i o u se c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s ．T h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no f w o r k i n gp r i n c i p l ea n ds t r u c t u r eo fd u a le n e r g yX r a yt r a n s m i s s i o nm e t h o d ，t h es o r t i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h em e t h o di s a n a l y z e d ．P r o v e db ye x p e r i m e n tr e s e a r c ha n di n d u s t r i a la p p l i c a t i o n ，t h i sm e t h o dc a nb ea p p l i e di nt h es e p a r a t i o no f g o l da n do t h e rp r e c i o u sm e t a l s ，c o p p e r z i n ca n do t h e rn o n f e r r o u sm e t a lo r e s ，a n dh a st h ea d v a n t a g e so fh i g h r e c o g n i t i o na c c u r a c y ，h i g hr e s o l u t i o np r e c i s i o n ，s h o f lp r o c e s sa n dS Oo n ． K e yw o r d s d u a le n e r g y ；X r a yt r a n s m i s s i o n ；X - r a yt r a n s m i s s i o n ；m e t a lo r e s 人工拣选是一种古老的分选方法并且现仍在一 些小型矿山上应用，如钨矿、盐矿或煤矿的预分选。 随着工业化发展，人工拣选已经逐渐被取代。自2 0 世纪5 0 年代以来，基于传感器分选 也可称为“自动 拣选” 开始发展并得到工业应用⋯。基于传感器分 选是采用光谱传感器识别物料颗粒表面或内部特性 并通过机械或气动的方式将不同物料分开，从而实 现物料分选。基于传感器分选主要应用于物料的预 分选，实现预选抛废，具有显著经济及环境效益。 基于传感器分选设备主要由四部分组成，即给 料系统、照射及探测系统、信息处理系统、分选执行 系统心J 。其中给料系统及分选执行系统基本相同， 主要不同之处在于传感器的种类及相应的数据处理 系统，其主要决定了设备的分选性能。 随着计算机科学技术发展，传感器种类已涵盖 收稿日期2 0 1 7 - 0 7 - 0 7 作者简介尚红亮 1 9 8 2 ． ，男，河北邢台人，硕士，高级工程师。 几乎整个电磁频谱，主要有辐射 R M 、X 射线透射 X R T 、X 射线荧光 X R F 、颜色 C o l o r 、光度 P M 、近红外 N I R 、红外 I R 及电磁 E M 等传感 技术⋯，可应用范围包括放射性矿石、贵金属矿石、 基本金属矿石以及非金属矿石。 目前在金属矿物加工领域，已工业应用的传感 器技术主要包括颜色、x 射线透射、近红外、x 射线 荧光及辐射等，任何一种传感器分选技术，在确定其 适用性前，都需对每一种矿石进行可拣选性研究，如 矿石成脉特征、矿物工艺学特征等，在其数据处理系 统中进行针对性算法优化设计，才可以实现最佳分 选指标。在传感器技术当中，与只是探测矿石表面 信息的其它传感器不同，x 射线透射法可以探测矿 石体信息，可以取得矿石内部的相关信息，反映矿石 特征准确度更高；而且x 射线透射法探测不需清洗 万方数据 2 0 1 7 年增刊尚红亮等基于双能x 射线透射传感器技术分选矿石的探讨及应用 矿石，工艺流程短，应用范围广。 1 X 射线透射法 x 射线透射法是利用物料受到x 射线照射后产 生的不同物理效应来分选物料的方法。即当x 射线 照在物质上时，一部分被物质所吸收。x 射线的穿 透力与物质密度有关，利用差别吸收这种性质可以 把密度不同的物质区分开来j 。x 射线产生强度衰 减的特性满足朗伯一比尔定律 A l o g I k b c 式中A 一吸光度 r 一入射光强度／透射光强度，叫做透射比或透 光度 k 一吸收系数，与吸收物质性质及人射光波长有关 b 一吸收层厚度 c 一吸光物质浓度 密度 x 射线透射系统根据穿透模块数量可分为单能 及双能。单能采用单一的穿透模块，输出为一个能 量等级穿透数据；双能采用两个穿透模块，输出一高 一低两个能量等级穿透数据HJ 。根据朗伯比尔定 律，相同密度的物质若厚度不同，x 射线的衰减就不 同，所以仅靠单能x 射线无法准确识别物质种类。 双能x 射线系统通过两个穿透模块输出两组衰减数 据，通过两组数据处理，可以同时得到被测物质的外 形及原子序号信息，以消除物质厚度的影响，提高识 别的准确性。双能系统根据射线源的不同，又可分 为真双能和伪双能两种。其中真双能系统采用两个 独立的能够产生高低两种不同能量的x 射线源和两 组响应不同能谱的探测器；伪双能系统采用单一x 射线源产生连续的x 射线能谱，使用上下两组探测 器。目前主要应用的是伪双能系统，伪双能探测器 通过在低能探测器后设置铜过滤片将低能信号过 滤，从而实现高低能两组信号探测，其原理图如图l 所示‘5 1 。 朗伯一比尔定律是建立在单色能谱的基础上 的，虽然通过双能探测系统可以消除厚度影响，但x 射线源产生的是连续能谱，需通过修正单色谱下的 朗伯一比尔定律，才可得到等效连续谱下的衰减公 式；然后根据高低能衰减公式得出物质属性即与物 质有效原子序数相关的信息，结合物质有效原子序 数可以定性判断该物质种类及其含量，通过设定合 适阈值就可实现物质识别。 V ’ l J 7 一 A N o O E ．，|L 阴极＼_ T u B E 射线膏 』 ＼一 _ f‘目日1 物体 1 ／L ’E R ．一 [ 1 ／1 R＼．o 惫片。。／一广7 ＼ 几’；1 ／ 图1伪双能X 射线透射探测系统原理图 F i g ．1P r i n c i p l ed i a g r a mo fp s e u d od u a le n e r g y X - r a yt r a n s m i s s i o nd e t e c t i o ns y s t e m 众所周知，伪双能X 射线透射技术已广泛应用 于机场、火车站、地铁等场所的安检，用于防止携带 危险品上飞机、火车等公共交通工具。在矿石分选 领域，伪双能x 射线透射分选是根据矿石的x 射线 吸收特征用来分选矿石的。基于伪双能x 射线透射 传感器的分选设备组成如图2 所示M 1 。经筛分后的 被检测矿石，通过振动给料器以单层状态给入到以 一定速度运转的检测皮带上，当矿石经过x 射线照 射区域后，信息处理系统将收到的传感器信号进行 分析处理，并将判断结果发至执行系统，执行系统通 过改变目标矿石的运动轨迹，从而实现矿石的分选。 2 研究概况 X 射线透射分选法分选的矿石要具有不同的x 射线吸收特性，目前已应用在煤矿、钻石、工业矿物 具有经济价值的非金属矿石和矿物 、贱金属 除贵 金属及稀有金属外的有色金属 、重金属及贵金属矿 石等领域。 在x 射线透射法识别物质方面的研究，目前国 内主要集中在安检领域，而在矿石方面的理论及应 用研究相对较少；在国外，除安检领域外，如德国亚 琛工业大学、荷兰代尔夫特理工大学、南非M i n t e k 研 究院、挪威T O M R A 公司及德国S T E I N E R T 公司等均 在金属矿石识别及分选领域有较多研究，并已实现 工、I k 应用。 万方数据 2 4 4 有色金属 选矿部分 3试验研究 固团 图2 伪双能X 射线透射分选设备组成 F i g ．2 S t r u c t u r eo fp s e u d od u a le n e r g yX r a yt r a n s m i s s i o ns o r t i n ge q u i p m e n t 1 一给料；2 一x 射线发生器；3 一双能探测器；4 一信息处理系统；5 一执行机构；6 、7 - - 产品 3 ．1 金矿 德国亚琛工业大学的H e n n i n gK n a p p 等人针对 南非某金矿1 0 0k g 矿样进行了伪双能x 射线透射 法试验，该矿样取自重介质分选的尾矿，这部分尾矿 是作为原工艺系统的最终尾矿。矿样粒级为一2 2 6m m ，含金1 ．4 5g ／t ，经过x 射线透射法拣选机分选 后，精矿品位达到3 ．8 3g ／t ，回收率约为8 4 ％。这部 分精矿可以给入到原分选流程，以提高金回收率MJ 。 根据试验情况，该金矿已建立中试线。如图3 所示。 3 ．2 铅锌矿 加拿大英属哥伦比亚大学Y a n gT o n g 针对P e n d O r e i l l e 矿山的密西西比河谷型铅锌矿进行了多种传 感器分选试验，其中伪双能x 射线透射法针对该矿 石具有良好的分选性。7J 。试验中为了验证最佳分选 粒级，将矿样筛分为包括 7 5 、一7 5 5 3 、一5 3 3 7 ．5 、一3 7 ．5 2 6 ．5 、一2 6 ．5 1 9 、一1 9 1 3 ．2 以及 一1 3 ．2m m 共七个粒级，通过对多粒级分选试验，最 佳分选粒级为一3 7 ．5 2 6 ．5m m ，分选指标如表1 所示。 3 ．3 钼矿 美国J o s e p hL e s s a r d 等人针对俄罗斯某钼矿进 行了伪双能x 射线透射法试验，原矿样粒级一3 0 1 m ，钼品位0 ．0 4 1 ％～0 ．0 4 7 ％。通过前期研究矿石 中金属钼的分布状态，发现9 0 ％以上的钼分布在小 于2 0 ％的矿粒中，所以预选抛废意义明显。在进行 x 射线透射法试验中，通过设置不同阈值，分选指标 如表2 所示旧J 。 4 工业应用 。．。图三．．南非某专可x 射线透射法中孽警。 M i t t e r s i l l 白钨矿是目前最大的中欧洲钨矿床，位 F i g 3 P i l 0 ‘l i n eo fx r a ．y t r a n s m i s s i o nm e 山o d 幻a 于奥地1 1 1 1 利1 ．1 ．1 5 萨聂薹莉；。肖苫车羞磊荔。茅柒；芜 g o l dm i n ei nS o u t hA f r i c aj ～■。⋯⋯．、亍9 ～ 。一。⋯”9 ⋯。⋯。 一 年开始露天开采，直到1 9 8 6 年结束。1 9 7 8 年开始井 表1 T a b l e1 P e n dO r e i l l e 矿山铅锌矿分选指标 S e p a r a t i o ni n d e xo fl e a d z i n co r eo fP e n dO r e i l l e ，0 7 0 万方数据 2 0 1 7 年增刊尚红亮等基于双能x 射线透射传感器技术分选矿石的探讨及应用 表2俄罗斯某钼矿分选指标 T a b l e2 S e p a r a t i o ni n d e xo fo n eM oo r ei nR u s s i a ，％ 下开采，与露天开采并行。目前精矿每年产量达4 8 万t 。随着开采品位的不断下降，由最早的W O ，品 位0 ．7 ％，已降至目前0 ．2 7 ％，同时随着环保要求的 提高，对其进行预选抛废就显得十分必要。该矿自 2 0 0 7 年就在现场安装了x 射线透射 X R T 分选设 备，经过1 8 个月的调试及试验，在给料粒度一2 8 1 6m m 条件下，实现了尾矿W O ，品位小于0 ．0 4 ％， 抛废率不小于3 0 ％的优良指标。2 0 0 9 年，该设备并 入生产线中，处理量达到2 0t ／h ，实际生产指标超过 预期。x 射线透射分选机年产生尾矿3 万t ，可作为 市政工程原料，同时降低了最终尾矿量。 在首台x 射线透射分选机分选应用成功后，该 选厂进行了大粒级矿石分选研究，购买安装了第二 台皮带式x 射线透射分选机，分选粒度一6 0 2 8 m m ，处理量增大至6 5t ／h 。目前两台X R T 分选机每 年实现1 5 万吨抛废。下图是两台x 射线透射分选 机现场照片如图4 所示一o 。 图4X 射线透射分选机现场照片 M i t t e r s i l l F i g ．4 X - r a yt r a n s m i s s i o ns o r t e rs i t ep i c t u r e M i t t e r s i l l 5总结 基于传感器分选技术属于智能识别及分选技 术，随着传感器技术及相应算法的发展，分选物料对 象范围不断拓宽，识别精度及分选准度不断提高，已 满足工业应用要求。通过采用传感器分选技术，可 实现如放射性金属、贵金属以及有色金属等矿石的 块矿预选，从而大大降低矿物后续磨选成本，具有显 著经济及社会效益。 x 射线透射法通过x 射线透射物体后的衰减能 量值反映出矿石内部信息，为分辨矿石提供数据理 论基础，属于传感器分选方法的一种。目前国内外 相关研究机构通过双能X 射线透射法进行了如金 矿、铜矿、钼矿、铅锌矿及钨矿等金属矿石的试验及 工业应用研究，证明该方法具有分辨精度高、工艺流 程短、应用范围广等优点，应用广泛。 参考文献 [ 1 ] W O T R U B AH ，H A R B E C KH ．S e n s o r B a s e dS o r t i n g [ J ] ． U l l m a n n ，sE n c y c l o p e d i ao fI n d u s t r i a lC h e m i s t r y ．G e r m a n ． 2 0 1 2 ，3 2 3 9 5 - 4 0 4 ． [ 2 ] 孙传尧．选矿工程师手册第l 册[ M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 1 5 8 9 2 ． [ 3 ] P R E T ZT ，Q U I C K E RP ，W O T R U B A H ．S e n s o r t e c h n o l o g i e s i m p u l s e s f o rt h er a wm a t e r i a l s i n d u s t r y [ M ] ．S h a k e r ，A a c h e n ，2 0 1 4 ．5 4 - 6 3 ． [ 4 ] 孙丽娜，原培新．x 射线安检设备中探测技术研究[ J ] ．中 国测试技术．2 0 0 6 5 ．2 0 - 2 1 ，1 2 1 ． [ 5 ] R I C H A R D D ．R ． M A C D O N A L D ．D e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o no fad u a l e n e r g yx r a yi m a g i n gs y s t e mf o r o r g a n i c m a t e r i a ld e t e c t i o ni na n a i r p o r ts e c u r i t y a p p l i c a t i o n [ J ] ．P r o c e e d i n g so fS P I E ，2 0 0 1 ，4 3 0 1 3 1 - 4 1 ． [ 6 ] K N A P PH ，N E U B E R TK ，S C H R O P PC ，e ta 1 ．V i a b l e A p p l i c a t i o n so fS e n s o r B a s e dS o r t i n gf o rt h eP r o c e s s i n go f M i n e r a lR e s o u r c e s [ J ] ．C h e m B i o E n gR e v i e w s ，2 0 1 4 3 8 6 9 5 ． [ 7 ] Y A NT O N G ．T e c h n i c a lA m e n a b i l i t yS t u d y o fL a b o r a t o r y S c a l eS e n s o r B a s e dO r eS o r t i n gO naM i s s i s s i p p iV a l l e y T y p eL e a d - Z i n cO r e [ D ] ．C a n a d a T h eu n i v e r s i t yo fB r i t i s h C o l u m b i a ，2 0 1 2 4 1 5 1 ． [ 8 ] L E S S A R DJ ，B A K K E RJD ，M C H U G HL ．D e v e l o p m e n to f o r es o r t i n ga n di t s i m p a c to nm i n e r a lp r o c e s s i n ge c o n o m i c s [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 4 ，6 5 2 8 8 - 9 7 ． [ 9 ] C H R I S T O P H E RR ，A L E X A N D E RM ．X r a y t r a n s m i s s i o n b a s e ds o r t i n ga tt h eM i t t e r s i l l t u n g s t e nm i n e [ c ] ．X X V I I I n t e r n a t i o n a lM i n e r a lP r o c e s s i n gC o n g r e s s I M P C ，2 0 1 4 ， C h a p t e r1 6 1 1 0 ． 万方数据