X射線熒光分選機及其應用

李建政 肖健鋒 王軍強 邵淑云

摘要：介紹了X射線分選技術及X射線熒光分選機的工作原理、結構組成和功能特點，以及預選工藝流程，對靈寶金源礦業股份有限公司金礦石、陜西某鉛鋅礦石、福建某鉬礦石進行了預選試驗，并獲得了較好試驗指標。X射線熒光分選機具有智能分析、自動分選、適應性強、操作簡單等特點，是進行礦石預選的有效手段，應用前景良好。

關鍵詞：X射線熒光分選機;預選;金礦石;鉛鋅礦石;鉬礦石

中圖分類號：TD92

文獻標志碼：A

文章編號：1001-1277（2022）02-0081-04

doi：10.11792/hj20220214

國內很多老礦山經過多年開發，面臨資源枯竭，品位負變，采選難度持續增加的困境。受礦山采礦技術、礦體性質、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，礦石貧化嚴重，影響選礦生產技術指標，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，其生產效率低，勞動條件較差。X射線熒光分選機常用于礦石預選[2]，近年來被礦業界所重視。因此，開展以X射線熒光分選機為核心的預選工藝及其應用研究，有利于貫徹落實節約資源和保護環境的基本國策，堅持節約優先、保護優先、自然恢復為主的方針，以資源綜合效益為核心，整體提高礦產資源綜合利用水平。

1 X射線熒光分選機

1.1 X射線分選技術

X射線是一種頻率極高、波長極短、能量巨大的電磁波，由德國物理學家倫琴于1895年發現[3]，被稱為人類延伸之眼。隨著X射線基礎研究和應用研究不斷發展，X射線陸續被應用于各個行業領域。20世紀末，X射線開始應用于礦物、礦石的分選，其方法主要有PS法、XRT法、XRF法3種。PS法即X射線光電效應對比分析法，是通過光電感應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礦物中的原子，使之產生特征X射線而進行元素成分分析的方法。XRF法又分為ED-XRF法和WD-XRF法。X射線分選技術可廣泛應用于有色金屬、黑色金屬、稀有金屬、貴金屬、非金屬等礦石的預選。

1.2 X射線熒光分選機

X射線分選機屬于高效、清潔、環保的新型選礦設備[4]，目前國際代表生產企業是俄羅斯RADOS公司和挪威TOMRA公司。X射線熒光分選機是利用礦石受到X射線照射激發產生的特征X射線實現礦石分選的機械設備[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。工業機按通道數量可分為3通道和4通道2種類型。設備單機處理量為4.5～110 t/h，最大處理量2 600 t/d。

1.3 設備工作原理及結構組成

1.3.1 工作原理

X射線熒光分選機工作原理見圖1。待選礦石用振動給料機均勻給料，經過帶有篩孔的布料溜槽，預先將不適合粒度分離，合格的塊狀礦石依靠重力下落至X射線檢測機構進行檢測，經分析機構計算得出某元素或元素組含量，礦石繼續自由下落至執行機構（執行分析機構下達的指令），最終實現礦石分選，產品進入精礦接收槽和尾礦接收槽。

1.3.2 設備結構組成

X射線熒光分選機主要由接料斗、給礦器、分料器、X射線測量系統單元、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

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行精準的定性、定量分析，測定元素從Na至U，測定質量分數從100 %至小于10-6數量級。

3）自動分選：礦石分選全自動化，完全替代人工手選，極大提高了生產效率。

4）參數可調：根據不同礦石特點及所需要達到的技術經濟指標設定和調整分選技術參數。

5）逆向操作：根據礦石和廢石的比例，設定彈出精礦或尾礦、廢石，實現設備功效最大化。

6）集約化：集中控制、操作簡單，一人可控制多臺設備。

7）全程控制：計算機系統全程監控工作過程，智能調節礦石的給礦速度和目標礦石的技術參數等，實時顯示和記錄運行狀態數據。

1.5 使用環境條件

X射線熒光分選機宜在海拔高度不超過2 000 m的室內運行，工作環境溫度-20 ℃～40 ℃。當空氣溫度為20 ℃時，周圍空氣相對濕度不大于90 %;當空氣溫度為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 預選工藝流程

2.1 入選礦石條件

應用預選工藝流程，入選礦石應具備如下條件：

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解離，嵌布粒度過細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應有明顯差別，如色澤、粒度分布、脆性、形狀、密度、導磁性、導電性、放射性、熒光性、光反射性和對輻射線的吸收等。

2.2 預選流程類別

礦石預選一般設置在礦山、選礦廠破碎作業，預選流程一般分為3種：一是直接預選流程，該流程最為簡單，采出礦石無需破碎直接預選，適宜礦石粒度均勻、過大塊少、細粒粉狀礦石較少的原礦，流程見圖3;二是篩分預選流程，將原礦預先篩分，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種預選流程預選產出的精礦、中礦根據工藝需要可進一步破碎、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 預選流程特點

預選流程具有如下特點：

1）可預先拋除廢石，減少選礦入磨礦量，降低選礦成本;可提高選礦入選品位，在同等選礦生產規模下增加產品產量，提高企業效益。

2）預選產出的廢石可綜合利用，如制備建材（毛石、石子、砂等）、充填骨料，提高企業經濟效益。

3）預選流程為干式作業，生產中不使用水，無廢水產生，動力消耗低，屬節能、環保工藝;選礦固體廢物排放量減少，有利于保護環境，減少環境保護稅支出。

4）預選流程自動化程度高，控制精確，流程簡單實用，無大型振動設備，便于安裝，工藝指標穩定。

3 X射線熒光分選機的應用

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

3.1 靈寶金源礦業股份有限公司金礦石預選試驗

試樣金礦石采自地處小秦嶺金礦區的靈寶金源礦業股份有限公司石英脈型金礦床，采樣8.6 t，開展了半工業試驗。石英脈型金礦床是中國重要的金礦床工業類型之一，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顎式破碎機粗碎（產品粒度<150 mm），粗碎產品全部進行篩分，篩孔孔徑30 mm×30 mm，篩分試驗結果見表1。篩分得到的0～30 mm篩下物不適合采用X射線分選機預選，篩上物進行預選半工業試驗，得到預選精礦和預選尾礦。篩上物預選試驗結果見表2。由表2可知：預選拋尾率（預選尾礦產率）32.55 %，拋尾金品位0.14 g/t，金損失率（預選尾礦金回收率）1.95 %。預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 陜西某鉛鋅礦石預選試驗

試樣鉛鋅礦石采自陜西某沉積變質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，共進行了3批次試驗，結果見表3。由表3可知：隨著拋尾率的進一步提高，預選精礦品位明顯提高，金屬損失率變化不大;當拋尾率為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 福建某鉬礦石預選試驗

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，輝鉬礦主要呈星點狀、細脈狀、團塊狀及薄膜狀分布于以石英脈為主的裂隙中。礦石經過破碎，目測粒度<100 mm，根據委托方要求，粒度控制在30～80 mm，對樣品進行了篩分，-30 mm粒級占14.90 %，30～80 mm粒級用于試驗，鉬品位0.073 %（揀塊化驗值），鉬礦石波長416～440 nm，分選閾值0.4～1.0。試驗結果見表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 語

X射線熒光分選機在俄羅斯等國家已工業應用20多年，設備融合了物理分析方法和自動化分選技術，性能穩定可靠，是代替礦石手選的高效智能化設備。以X射線熒光分選機為核心裝備的預選工藝流程配置簡單、靈活、實用，是實現各類貧礦石綜合利用的有效途徑，可提高礦產資源綜合利用水平和綜合效益。利用X 射線熒光分選機對金礦石、鉛鋅礦石、鉬礦石等有色金屬礦石進行預選試驗，均取得了較好的技術指標。目前，國內眾多礦山企業已經認識到礦石預選的重要現實意義，越發關注預選工藝發展，X射線熒光分選機有望成為礦石選別的重要預選手段之一。

[參 考 文 獻]

[1] 楊小平.物理選礦[M].北京：冶金工業出版社，2014.

[2] 鞠志強，李艷軍.X-射線分選機在大井子銅鋅礦山的應用[J].金屬礦山，2019（2）：135-140.

[3] 劉明寶，印萬忠，高瑩.X射線輻射預選技術[J].有色金屬（選礦部分），2011（增刊1）：177-180.

[4] 費德羅夫，張巖.X-射線分選技術及分選機[J].礦山機械，2008，36（23）：110-113.

[5] 印萬忠，吳堯，韓躍新，等.X射線輻射分選原理及應用[J].中國礦業，2011，20（12）：88-92.

3837500338257