X射線熒光分選機(jī)及其應(yīng)用

李建政 肖健鋒 王軍強(qiáng) 邵淑云

摘要：介紹了X射線分選技術(shù)及X射線熒光分選機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成和功能特點(diǎn)，以及預(yù)選工藝流程，對靈寶金源礦業(yè)股份有限公司金礦石、陜西某鉛鋅礦石、福建某鉬礦石進(jìn)行了預(yù)選試驗(yàn)，并獲得了較好試驗(yàn)指標(biāo)。X射線熒光分選機(jī)具有智能分析、自動分選、適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡單等特點(diǎn)，是進(jìn)行礦石預(yù)選的有效手段，應(yīng)用前景良好。

關(guān)鍵詞：X射線熒光分選機(jī);預(yù)選;金礦石;鉛鋅礦石;鉬礦石

中圖分類號：TD92

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-1277（2022）02-0081-04

doi：10.11792/hj20220214

國內(nèi)很多老礦山經(jīng)過多年開發(fā)，面臨資源枯竭，品位負(fù)變，采選難度持續(xù)增加的困境。受礦山采礦技術(shù)、礦體性質(zhì)、圍巖特征等條件的制約，采出礦石常常混入圍巖和脈石礦物，礦石貧化嚴(yán)重，影響選礦生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，且廢石綜合利用率低。長期以來，礦山常用手選法人工挑揀廢石，以提高入選礦石品位。手選法是根據(jù)不同礦物表面的顏色和光澤分選礦石，是使用最早、最簡單的選礦方法[1]，多用于揀選大塊富礦石或揀出廢石，其生產(chǎn)效率低，勞動條件較差。X射線熒光分選機(jī)常用于礦石預(yù)選[2]，近年來被礦業(yè)界所重視。因此，開展以X射線熒光分選機(jī)為核心的預(yù)選工藝及其應(yīng)用研究，有利于貫徹落實(shí)節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主的方針，以資源綜合效益為核心，整體提高礦產(chǎn)資源綜合利用水平。

1 X射線熒光分選機(jī)

1.1 X射線分選技術(shù)

X射線是一種頻率極高、波長極短、能量巨大的電磁波，由德國物理學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)[3]，被稱為人類延伸之眼。隨著X射線基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究不斷發(fā)展，X射線陸續(xù)被應(yīng)用于各個行業(yè)領(lǐng)域。20世紀(jì)末，X射線開始應(yīng)用于礦物、礦石的分選，其方法主要有PS法、XRT法、XRF法3種。PS法即X射線光電效應(yīng)對比分析法，是通過光電感應(yīng)探測器對比分析含礦物礦石和不含礦物廢石之間的光電效應(yīng)差異的分析方法。XRT法即X射線透射成像分析法，是通過X射線探測對比分析礦石顏色、大小、厚度、密度等特征值和相關(guān)組分的元素、原子序列的X射線影像差異的分析方法。XRF法即X射線熒光圖譜分析法，是通過利用原級 X 射線光子或其他微觀粒子激發(fā)礦物中的原子，使之產(chǎn)生特征X射線而進(jìn)行元素成分分析的方法。XRF法又分為ED-XRF法和WD-XRF法。X射線分選技術(shù)可廣泛應(yīng)用于有色金屬、黑色金屬、稀有金屬、貴金屬、非金屬等礦石的預(yù)選。

1.2 X射線熒光分選機(jī)

X射線分選機(jī)屬于高效、清潔、環(huán)保的新型選礦設(shè)備[4]，目前國際代表生產(chǎn)企業(yè)是俄羅斯RADOS公司和挪威TOMRA公司。X射線熒光分選機(jī)是利用礦石受到X射線照射激發(fā)產(chǎn)生的特征X射線實(shí)現(xiàn)礦石分選的機(jī)械設(shè)備[5]，其收集、分析、記錄的是礦石中被選元素或元素組的含量，不受礦石其他性質(zhì)的影響，適宜入選的礦石粒度分為-250～+125 mm、-150～+75 mm、-80～+40 mm、-50～+25 mm 4種粒級。工業(yè)機(jī)按通道數(shù)量可分為3通道和4通道2種類型。設(shè)備單機(jī)處理量為4.5～110 t/h，最大處理量2 600 t/d。

1.3 設(shè)備工作原理及結(jié)構(gòu)組成

1.3.1 工作原理

X射線熒光分選機(jī)工作原理見圖1。待選礦石用振動給料機(jī)均勻給料，經(jīng)過帶有篩孔的布料溜槽，預(yù)先將不適合粒度分離，合格的塊狀礦石依靠重力下落至X射線檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測，經(jīng)分析機(jī)構(gòu)計(jì)算得出某元素或元素組含量，礦石繼續(xù)自由下落至執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行分析機(jī)構(gòu)下達(dá)的指令），最終實(shí)現(xiàn)礦石分選，產(chǎn)品進(jìn)入精礦接收槽和尾礦接收槽。

1.3.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)組成

X射線熒光分選機(jī)主要由接料斗、給礦器、分料器、X射線測量系統(tǒng)單元、慣性振動器、電磁振動器、高壓氣體儲罐、控制柜、出料口等部分組成，見圖2。

1.4 功能特點(diǎn)

1）X射線檢測：用X射線高精度掃描被選礦石測定元素精確含量，屬非破壞性檢測。

2）智能分析：可對礦石中多種元素進(jìn)行精準(zhǔn)的定性、定量分析，測定元素從Na至U，測定質(zhì)量分?jǐn)?shù)從100 %至小于10-6數(shù)量級。

3）自動分選：礦石分選全自動化，完全替代人工手選，極大提高了生產(chǎn)效率。

4）參數(shù)可調(diào)：根據(jù)不同礦石特點(diǎn)及所需要達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)定和調(diào)整分選技術(shù)參數(shù)。

5）逆向操作：根據(jù)礦石和廢石的比例，設(shè)定彈出精礦或尾礦、廢石，實(shí)現(xiàn)設(shè)備功效最大化。

6）集約化：集中控制、操作簡單，一人可控制多臺設(shè)備。

7）全程控制：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)全程監(jiān)控工作過程，智能調(diào)節(jié)礦石的給礦速度和目標(biāo)礦石的技術(shù)參數(shù)等，實(shí)時顯示和記錄運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

1.5 使用環(huán)境條件

X射線熒光分選機(jī)宜在海拔高度不超過2 000 m的室內(nèi)運(yùn)行，工作環(huán)境溫度-20 ℃～40 ℃。當(dāng)空氣溫度為20 ℃時，周圍空氣相對濕度不大于90 %;當(dāng)空氣溫度為40 ℃時，周圍空氣相對濕度不大于85 %;工作電壓是額定電壓的0.85～1.15倍。

2 預(yù)選工藝流程

2.1 入選礦石條件

應(yīng)用預(yù)選工藝流程，入選礦石應(yīng)具備如下條件：

1）塊狀、含泥量少的礦石。粒度下限宜大于25 mm，粒度過小則設(shè)備處理能力將顯著降低;粒度上限宜小于250 mm，粒度過大易存在連生體，將降低設(shè)備分選精度。

2）礦物嵌布粒度較粗的礦石。在較粗的破碎粒度下，大部分脈石礦物能單獨(dú)解離，嵌布粒度過細(xì)則需較小破碎粒度才能解離。

3）貧礦石或貧化礦石。貧礦石先天品位低，貧化礦石混入的廢石可能是圍巖，也可能是礦體中的夾石，廢石和礦石間的物理性質(zhì)應(yīng)有明顯差別，如色澤、粒度分布、脆性、形狀、密度、導(dǎo)磁性、導(dǎo)電性、放射性、熒光性、光反射性和對輻射線的吸收等。

2.2 預(yù)選流程類別

礦石預(yù)選一般設(shè)置在礦山、選礦廠破碎作業(yè)，預(yù)選流程一般分為3種：一是直接預(yù)選流程，該流程最為簡單，采出礦石無需破碎直接預(yù)選，適宜礦石粒度均勻、過大塊少、細(xì)粒粉狀礦石較少的原礦，流程見圖3;二是篩分預(yù)選流程，將原礦預(yù)先篩分，去除過大粒度和過小粒度的特殊中礦，流程見圖4;三是破碎篩分預(yù)選流程，將礦石破碎后篩分，過大粒度返回破碎形成閉路，流程見圖5。3種預(yù)選流程預(yù)選產(chǎn)出的精礦、中礦根據(jù)工藝需要可進(jìn)一步破碎、磨礦和選別，尾礦可綜合利用。對于易選礦石也可直接選出高品位精礦。

2.3 預(yù)選流程特點(diǎn)

預(yù)選流程具有如下特點(diǎn)：

1）可預(yù)先拋除廢石，減少選礦入磨礦量，降低選礦成本;可提高選礦入選品位，在同等選礦生產(chǎn)規(guī)模下增加產(chǎn)品產(chǎn)量，提高企業(yè)效益。

2）預(yù)選產(chǎn)出的廢石可綜合利用，如制備建材（毛石、石子、砂等）、充填骨料，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3）預(yù)選流程為干式作業(yè)，生產(chǎn)中不使用水，無廢水產(chǎn)生，動力消耗低，屬節(jié)能、環(huán)保工藝;選礦固體廢物排放量減少，有利于保護(hù)環(huán)境，減少環(huán)境保護(hù)稅支出。

4）預(yù)選流程自動化程度高，控制精確，流程簡單實(shí)用，無大型振動設(shè)備，便于安裝，工藝指標(biāo)穩(wěn)定。

3 X射線熒光分選機(jī)的應(yīng)用

試驗(yàn)設(shè)備為智能X射線熒光能量散射礦石分選機(jī)（下稱“X射線分選機(jī)”），設(shè)備型號CP4-150，處理粒度30～150 mm，處理能力20～30 t/h，溜槽數(shù)量4個，整機(jī)功率5 kW，工作電源380 V、50 Hz，適用溫度-30 ℃～40 ℃。

3.1 靈寶金源礦業(yè)股份有限公司金礦石預(yù)選試驗(yàn)

試樣金礦石采自地處小秦嶺金礦區(qū)的靈寶金源礦業(yè)股份有限公司石英脈型金礦床，采樣8.6 t，開展了半工業(yè)試驗(yàn)。石英脈型金礦床是中國重要的金礦床工業(yè)類型之一，樣品屬于金-石英-金屬硫化物型金礦石，有用礦物主要為自然金和銀金礦，金屬礦物主要為黃鐵礦，脈石礦物主要為石英，樣品粒度0～300 mm，原礦金品位2.34 g/t。采用PE500×750顎式破碎機(jī)粗碎（產(chǎn)品粒度<150 mm），粗碎產(chǎn)品全部進(jìn)行篩分，篩孔孔徑30 mm×30 mm，篩分試驗(yàn)結(jié)果見表1。篩分得到的0～30 mm篩下物不適合采用X射線分選機(jī)預(yù)選，篩上物進(jìn)行預(yù)選半工業(yè)試驗(yàn)，得到預(yù)選精礦和預(yù)選尾礦。篩上物預(yù)選試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知：預(yù)選拋尾率（預(yù)選尾礦產(chǎn)率）32.55 %，拋尾金品位0.14 g/t，金損失率（預(yù)選尾礦金回收率）1.95 %。預(yù)選精礦和篩下物合并后金品位3.40 g/t，金品位提高1.06 g/t。

3.2 陜西某鉛鋅礦石預(yù)選試驗(yàn)

試樣鉛鋅礦石采自陜西某沉積變質(zhì)熱液改造型鉛鋅礦床。礦石中金屬礦物主要是閃鋅礦，其次為方鉛礦，方鉛礦分布極不均勻。試樣粒度控制在30～150 mm，共進(jìn)行了3批次試驗(yàn)，結(jié)果見表3。由表3可知：隨著拋尾率的進(jìn)一步提高，預(yù)選精礦品位明顯提高，金屬損失率變化不大;當(dāng)拋尾率為55.09 %時，鋅富集比1.94，鋅損失率13.42 %;鉛富集比2.12，鉛損失率3.48 %。

3.3 福建某鉬礦石預(yù)選試驗(yàn)

試樣鉬礦石采自福建某中型鉬礦床，屬硫化鉬礦石，礦石類型以石英細(xì)脈型、裂隙型為主，以輝鉬礦-黃鐵礦型最為普遍，輝鉬礦-黃鐵礦-磁鐵礦型次之，金屬礦物主要有輝鉬礦、磁鐵礦、鏡鐵礦、黃鐵礦，脈石礦物主要為石英、鉀長石、斜長石、絹云母、黑云母及綠泥石等，輝鉬礦主要呈星點(diǎn)狀、細(xì)脈狀、團(tuán)塊狀及薄膜狀分布于以石英脈為主的裂隙中。礦石經(jīng)過破碎，目測粒度<100 mm，根據(jù)委托方要求，粒度控制在30～80 mm，對樣品進(jìn)行了篩分，-30 mm粒級占14.90 %，30～80 mm粒級用于試驗(yàn)，鉬品位0.073 %（揀塊化驗(yàn)值），鉬礦石波長416～440 nm，分選閾值0.4～1.0。試驗(yàn)結(jié)果見表4。該鉬礦石在閾值0.7時，鉬回收率93.32 %，富集比2.48，拋尾率62.50 %。

4 結(jié) 語

X射線熒光分選機(jī)在俄羅斯等國家已工業(yè)應(yīng)用20多年，設(shè)備融合了物理分析方法和自動化分選技術(shù)，性能穩(wěn)定可靠，是代替礦石手選的高效智能化設(shè)備。以X射線熒光分選機(jī)為核心裝備的預(yù)選工藝流程配置簡單、靈活、實(shí)用，是實(shí)現(xiàn)各類貧礦石綜合利用的有效途徑，可提高礦產(chǎn)資源綜合利用水平和綜合效益。利用X 射線熒光分選機(jī)對金礦石、鉛鋅礦石、鉬礦石等有色金屬礦石進(jìn)行預(yù)選試驗(yàn)，均取得了較好的技術(shù)指標(biāo)。目前，國內(nèi)眾多礦山企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到礦石預(yù)選的重要現(xiàn)實(shí)意義，越發(fā)關(guān)注預(yù)選工藝發(fā)展，X射線熒光分選機(jī)有望成為礦石選別的重要預(yù)選手段之一。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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