礦石預選拋廢技術與智能光電選礦設備選型要點

吳志虎

（贛州好朋友科技有限公司，江西 贛州 341000）

礦產資源是人類社會生存和發展的基礎，對整個國民經濟的發展有著至關重要的作用。在我國社會經濟發展進入新時代的大背景下，經濟增長中礦產資源短缺、礦產資源安全和礦業經濟發展方面的矛盾不斷顯現。習近平總書記多次強調：“要大力節約集約利用資源，推動資源利用方式根本轉變！”

我國礦產資源稟賦條件較差，典型特點為：貧、雜、細，貧礦多、難選礦多。近年來，隨著礦山資源不斷枯竭，易采礦石減少、礦石貧化加劇，礦石入選品位不斷下降，破碎、球磨、藥劑等選礦成本大幅增加。新建尾礦庫審批受限，老尾礦庫庫容不足，導致尾礦處理成本大幅上升。歷史堆存尾礦、廢石資源浪費巨大，還帶來了巨大的環保壓力。

在我國社會經濟發展進入新時代的大背景下，深度學習、感知技術、機器視覺、圖像識別等人工智能前沿科技，使智能光電選礦技術從實驗室走向了選廠生產現場，依托智能光電選礦機的礦石預選拋廢技術，以其高效、節能、環保的顯著，已成功應用于鎢、錫、銻、銅、鉛鋅、鉬、金、硫、磷、煤、螢石等礦種，已成為解決經濟增長中礦產資源短缺、礦產資源安全和礦業經濟發展，提升礦山企業科技水平和經濟效益的重要手段。

1 國內外智能光電選礦設備的研究進展

1905年奧地利人開始研究利用物料表面顏色差異進行分選,發明了光電分選法，由于對分選的速度和產品的要求較高，光電分選的發展受到了限制。60年代才開始應用于選礦，由于要擺脫繁重的手工揀選，提高勞動生產率,光電分選在選礦中的應用迅速發展，礦石揀選設備的發展達到一個高峰。

新世紀以來，隨著電子元器件的迅猛發展，以及計算機技術的不斷完善推廣，深度學習、感知技術、機器視覺、圖像識別等人工智能前沿科技，為提高光電選礦機性能提供了充足的條件。從20世紀80年代末至21世紀初，國外在基于傳感器分選技術的研究上取得了很多成就，開發了多種機械結構和檢測技術的揀選機。21世紀以來，國外公司加大了礦石揀選設備在中國的推廣力度和專利申請力度，嘗試打開中國市場。

我國從60年代開始研究光電分選技術，1969年10月在黑鎢礦山建成我國第一座光電選礦車間并投產，七十年代以來有了較大的進展，八十年代初期已研制出數十種類型的揀選機。但由于當時傳感器對色差的分辨率能力有限，及數據處理電路智能化程度低等原因，造成光選機在礦山惡劣的工作環境不能正常運行，需要技術水平較高的專業人員參與日常操作維護，致使該設備投入實際應用受限。20世紀80年代末至21世紀初，國外光電分選技術突飛猛進之時，國內光電選礦技術的發展由于技術、管理及市場等原因出現了停滯。

2015年8月，國內最早研發智能光電選礦技術的贛州好朋友科技有限公司，率先成功研制了高清智能圖像選礦機，并成功應用于江鎢集團的鎢礦石預選，產品填補了國內有色金屬預選選礦機器人的空白；2017年初，該公司基于世界領先的AI技術，國內首家開拓性結合深度學習自主研發的X射線智能選礦機，率先在國內鎢、錫、銻、鉛鋅、銅、鉬、金、磷等礦山實現了首臺套工業應用；成功入選國土資源部《礦產資源節約與綜合利用先進適用技術推廣目錄》(第五批)；礦石預選拋廢技術，被中國有色金屬工業協會認定為鉛鋅行業首創，國際領先水平。

近三年，以贛州好朋友科技為主導的國內同類產品蓬勃發展，截止目前已有近10家企業進入智能光電分選設備領域，形成了傲視國外競爭對手、群雄并起的喜人態勢。贛州好朋友科技是國內唯一同時擁有圖像選礦技術和X射線智能選礦技術，智能光電選礦機穩居國內市場占有率第一，牢牢占據有色金屬礦山市場；天津美騰最早進入煤矸石智能分選領域，在煤炭市場獨領風騷；三家磁選設備不甘落后，沈陽隆基、贛州金環、山東華特先后進入智能光電分選設備領域；有色金屬大省湖南、河北唐山煤炭產區、北京大興等地均有多家企業跨界進入，美國凱瑞斯等國外智能光電選礦設備生產商，也在國內建立辦事機構，企圖在礦石預選領域分羹。

2 智能光電選礦機技術路線與工作原理

智能光電選礦技術發展非常迅速，主要有：色選（高清圖像識別）、X射線穿透（XRT）、X射線表面輻射（XRF）、激光誘導、微波等，目前世界上比較成熟的光電選礦技術，以色選（高清圖像識別）、X射線穿透（XRT）較為主流，工業應用較多。國內的X射線表面輻射（XRF）產品，未得到大面積推廣，生產企業大多轉型發展X射線穿透（XRT）技術；激光誘導、微波技術，目前國內有贛州好朋友科技正在研發。

智能光電選礦機，無論是高清智能圖像選礦機還是X射線智能選礦機，其設備的主要構成分為四大模塊：振動布料系統、X射線透射檢測系統（高清圖像識別系統）、計算機軟件算法系統、氣動礦廢分離系統。

（1）布料系統：由給料機、溜槽、皮帶運輸組成，兩級緩沖式給料，礦物在給料系統的作用下形成單層平鋪的狀態經過檢查系統，在保障分揀效果同時處理量最大化。

（2）檢測系統：X射線透射檢測系統由射線發生器及射線接收器組成，礦石識別精度可達0.4mm，360度整體積內無死角搜索礦石內部；高清圖像識別系統由高亮光源和高清數碼相機組成，可以通過礦石表面特征對礦石進行高清成像。

（3）算法系統：通過研究礦石的顏色、紋理、光澤、大小、厚度、密度、原子序列等不同特征信息，針對性地構建礦石的分選訓練模型，實現海量礦石數據的高速、準確識別。

（4）分離系統：設備硬件控制部分由工控機、高速控制器、繼電器等重要原件組成，通過算法優化可實時動態全自動噴射分離礦廢。

圖1 好朋友科技X射線智能選礦機結構示意圖

智能光電選礦機的工作原理，通過礦石顏色、紋理、光澤、大小、密度、厚度、原子序列等不同特征信息，針對性選擇色選（高清圖像識別）或X射線穿透（XRT）技術，精確探測礦石表面特征值（顏色、紋理、光澤等），或礦石密度特征值（大小、密度、厚度）和相關組分（原子序列）對X射線反應差異性，采用AI算法處理有效礦石數據信息，數據傳輸至氣動礦廢分離系統的電磁閥，全自動智能噴射裝置可精準分離礦石和廢石，實現含脈礦物實時、智能、精準分選。

基于世界領先AI技術，贛州好朋友科技在國內首家開拓性地結合深度學習理論，設計出自適應礦石分選模型、礦石品位變化實時跟蹤和在線優化算法，可以在復雜礦石分選環境下，進行海量礦石數據高速、準確處理，每秒圖像中的礦石數量可以超過1000個，圖像數據處理量超過2Gb/s，廢石選出準確率99%以上，礦石選出準確率大于98%。

3 礦山資源條件與智能光電選礦機選型

3.1 礦石表面特性與光電選礦技術選擇

礦石表面特征明顯的礦石，礦廢之間有較為顯著的顏色、紋理、光澤差別，如黑鎢礦、部分銻礦及碳酸鈣、石英、磷等非金屬礦種，推薦選用色選（高清圖像識別）技術進行分選。

礦石表面特征不明顯的大多數礦種，如銅、鉛鋅、鎢、錫、銻、鉬、金銀、硫、螢石、長石、煤等，需要精確探知礦石內部，才能準確將礦廢區分，推薦選用X射線穿透技術（XRT），利用礦石密度特征值（大小、密度、厚度）和相關組分（原子序列）對X射線反應差異性進行礦廢分選。

針對部分礦山有回收脈石中有價非金屬礦物如石英等的需求，可以考慮X射線穿透（XRT）技術和色選（高清圖像識別）技術的聯選工藝。先用X射線穿透（XRT）技術將礦石選出，在利用色選（高清圖像識別）技術將脈石里面的石英或其他有價資源選出。贛州地區石英脈型黑鎢礦，大量采用此工藝，取得了良好的回收效果，章源鎢業等10余家礦山實現了工業應用。

3.2 不同礦種與X射線智能選礦機選型

不同礦種的礦石品位、成礦條件、崁布特性、脈石性質，都有顯著的區別。復雜多金屬礦、低品位礦，一般選擇X射線智能選礦技術分選。

一般而言，脈狀礦物具有比較好的分選效果，如鎢、錫、銻等金屬礦山，浸染狀礦物相對比較難分選，如大多數斑巖型銅礦、金礦、少部分鉛鋅礦。礦、脈原子系數差別大的礦物，較好分選。比如磷礦分選過程中，選別其中原子系數和磷差別較大的硅，取得了較好的分選效果。

鎢、錫、銻等金屬礦物，一般原礦品位均較低，且多為復雜、伴生礦，對X射線透視精度要求較高，宜選用射線強度較高的單能X射線穿透（XRT）技術，以確保精準識別微量礦物，避免出現因X射線強度不夠導致的識別精度不夠、無法識別、誤判。贛州好朋友科技單能X射線穿透（XRT）技術，應用于鎢、錫、銻礦種，工業生產指標與實驗指標完全無偏差，取得了非常滿意的應用效果，目前工業應用已超過60臺套。

鉛鋅、銅、鉬、金銀等金屬礦物，螢石、硅、磷、煤等非金屬礦物，一般礦石與脈石原子系數相差較小，且大多數礦山實際只需回收主要目的礦物，部分礦種實際選礦作業中采用反選模式，此時宜選用雙能X射線智能選礦機。雙能X射線有利于提高目標礦物成像建模的準確率，從而提高礦石分選精度。有報道贛州好朋友科技利用反選技術，在金礦和磷礦取得了良好分選效果。

3.3 不同工況需求與智能光電選礦機適配

不同礦山的工況條件，特別是破碎工序的不同，對智能光電選礦機的要求有顯著區別。由于智能光電選礦技術是一門新興學科，大多數礦山在設計和建設時，并沒有考慮預留智能光電選礦機的安裝位置，依山而建的選礦廠，場地狹小，給智能光電選礦技術改造，變得相對困難。

目前實際工業應用的智能光電選礦機，一般處理粒級在+10～-100mm，煤礦專用的粒級可以達到300mm。對采用傳統三段破碎的金屬非金屬選廠，一般中碎后的粒級在60mm以下，可直接將中碎產品篩分后的+10～-60mm原礦，接入智能光電選礦機進行分選，對選廠原有流程改造相對不多，容易實現。部分改造條件困難的，可以考慮在坑口或采場安裝智能光電選礦機，就地分選，不但可以提高選廠效率，還可減少礦石運輸成本。

部分智能選礦機選擇更低下限分選粒級，如+8～40mm，實際改造中并不具備優勢，而且對整個選廠作業流程帶來較大沖擊。一是因為礦山中碎后的檢查篩分篩網孔徑大多控制在13mm左右，改變篩網尺寸容易導致破碎機產能不足；二是因為分選粒級下降，智能分選機設備臺時處理量將下降30%以上，在礦廢解離充分的情況下，嚴重浪費了智能選礦機的產能；三是篩網改造，中、細碎作業循環負荷均會發生改變，有可能影響整個選廠作業流程效率。

對煤礦而言，可以選擇在洗煤廠進行技術改造，也可以選擇在井下脫矸。井下排矸已經逐漸成為市場主流，如山西等地已經專門發文，鼓勵推廣井下排矸充填采礦。對井下脫矸的改造方案，必須選擇具有煤安認證的設備，以確保礦山生產安全。

礦山廢石堆的資源綜合回收，廢石品位相對較低，選礦作業回收率要求不是特別高，對智能選礦機的臺時處理量有較高要求。此時可以適當提高拋廢率，從而實現大處理量，快速高效回收廢石中的有價資源，取得最大化的經濟效益。

4 智能光電選礦機在典型礦山的應用

據相關文獻報道，大部分有色金屬、黑色金屬、非金屬和煤礦，都有智能光電設備應用。但相對比較成熟的應用領域，還是有色金屬和煤炭。

黑鎢礦應用：江鎢集團下壟礦山，應用了好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+15～-55mm，原礦品位0.25%的黑鎢礦石，取得了拋尾廢石品位0.03%，精礦品位2.25%，精礦回收率90%，富集比9倍，作業拋廢率90.5%的良好效果。截至目前為止，該集團累計采購好朋友科技高清智能圖像選礦機和X射線智能選礦機10臺。

白鎢礦應用：中鎢高新遠景鎢業，應用了4臺好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+15～-60mm，原礦品位WO3：0.28%的白鎢礦石，取得了拋尾廢石品位WO3：0.04%，精礦品位WO3：0.89%，精礦回收率89.7%，富集比3.18，作業拋廢率：72.6%的良好效果。該集團旗下修水香爐山鎢業，應用2臺好朋友科技X射線智能選礦機，也取得了滿意的分選效果。

錫礦應用：云錫集團老廠錫銅礦，應用了4臺好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+10～-70mm，原礦品位Sn：0.24%、Cu：0.51%多金屬礦，取得了拋尾廢石品位Sn：0.05%、Cu：0.08%，精礦品位Sn：0.33%、Cu：0.74%，精礦回收率Sn：92.24%、Cu：94.26%，富集比：Sn：1.38、Cu：1.45，作業拋廢率：35.6%的良好效果。該集團旗下大屯礦、卡房礦，分別應用2臺和1臺好朋友科技X射線智能選礦機，也取得了十分滿意的分選效果。

銻礦應用：湖南黃金渣滓溪銻礦，應用好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+10～-70mm，原礦品位Sb：2.00%的銻礦石，取得了拋尾廢石品位Sb：0.08%，精礦品位Sb：4.88%，精礦回收率97.60%，富集比2.44，作業拋廢率：60.20%的良好效果。

鉛鋅礦應用：中金嶺南凡口鉛鋅礦，應用好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+10～-50mm，原礦品位Pb：1.11%、Zn：1.25%的鉛鋅廢石，取得了拋尾廢石品位Pb：0.04%、Zn：0.10%，精礦品位Pb：10.74%、Zn：11.6%，精礦回收率Pb：96.76%、Zn：92.8%，富集比Pb：9.68、Zn：9.28，作業拋廢率：90.00%的良好效果。截至目前，該礦累計采購好朋友科技X射線智能選礦機8臺。

鉬礦應用：廣西賀州裕龍鉬礦，應用好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+10～-60mm，原礦品位Mo：0.17%的鉬礦石，取得了拋尾廢石品位Mo：0.02%，精礦品位Mo：0.73%，精礦回收率93.47%，富集比4.30，作業拋廢率：77.56%的良好效果。

金礦應用：西部地區某金礦，應用4臺好朋友科技高清智能圖像選礦機處理入選粒級+10～-60mm，原礦品位Au：0.60%的金礦石，取得了拋尾廢石品位Au：0.14%，精礦品位Au：1.38%，精礦回收率91.2%，富集比2.30，作業拋廢率：54.8%的良好效果。

鉛鋅銻多金屬礦應用：華錫集團五吉鉛鋅銻礦，應用好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+10～-60mm，原礦品位Pb+Zn+Sb：6%～9%的鉛鋅銻多金屬礦，取得了拋尾廢石品位Pb：0.07%、Zn：0.33%、Sb：0.26%，精礦品位：Pb+Zn+Sb：9%～12%，精礦回收率Pb：95%、Zn：92%、Sb：93%，富集比：1.5，作業拋廢率：45.8%的良好效果。

5 結語

目前國內智能光電選礦設備，除智能圖像識別技術和X射線透視技術得到成熟應用，其他如激光、微波等光電選礦技術還在研發當中，設備的型號規格也相對較少，總體而言處理能力也還有待提高。

未來隨著國內智能光電選礦設備廠商在皮帶速度和有效選礦寬度上的發力，皮帶速度將由3.5m/s提升至6m/s，加上皮帶有效選礦寬度加寬，屆時智能光電選礦設備的適應性將更廣，會在一定程度上簡化設備選型工作。