錫鐵山鉛鋅礦X射線智能分選試驗研究及應用

胡生操 付金濤 郭 勁 呂 勃 韓琪菲

（1.西部礦業股份有限公司；2.長沙有色冶金設計研究院有限公司；3.北京霍里思特科技有限公司；4.西部礦業集團科技發展有限公司）

X 射線礦石智能分選技術是各種揀選方法中應用較多的一種新型、高效、清潔、環保的礦物加工技術，不但可以實現廢石、夾石與礦石的分離，也能有效選別低品位礦石和高品位礦石［1］。X 射線智能分選常用于礦石預先處理，一方面可以減少進入破碎、磨浮的廢石量，另一方面可以增加選礦廠的處理量，提高入選原礦品位，增加精礦產量。X射線智能分選也常用于采場，不僅可以降低采場到選礦廠的礦石運輸費用、尾礦堆存費用，也可以提高礦石的回采率。X射線智能分選也常用于廢石場、排土場中回收廢石中的有用礦物［2］。在國家高度重視礦產資源高效開發與利用，大力倡導節能減排，碳達峰、碳中和的背景下，X 射線智能分選作為一種高效、低耗、環保，有明顯經濟效益和社會效益的選礦技術，正逐步受到國內外冶金礦山、能源化工企業和科研院所的關注和青睞，其工藝技術和設備也逐漸成熟。

錫鐵山鉛鋅礦1986 年建成了年產礦100 萬t 的礦山，1988 年7 月通過國家驗收并正式投產，距今已30 多年。目前，礦山已堆積了大量采礦廢石，不僅影響礦產資源的綜合利用，而且占據大量土地資源，也存在著一定的安全環保風險。隨著錫鐵山中間溝—斷層溝鉛鋅礦的開采，其采出礦中鋅、硫品位遠低于選礦廠設計入選品位，致使選礦廠生產成本增加，精礦產量降低，影響礦山經濟效益。為了實現采礦廢石的綜合利用，穩定并提升選礦廠產能以及入選礦品位，開展了X射線礦石智能分選試驗研究。

1 X射線智能分選技術在選礦中的應用

1.1 工作原理

X 射線分選機于上世紀六十年代由俄羅斯有色金屬研究院研制，該技術是在揀選、高能射線和圖像識別算法的應用結合下形成的，X射線選礦分選機能分選各種類型的塊狀礦石和原料，能夠將廢石、夾石與礦石分離，或將低品位礦石與高品位礦石分離。目前已成功應用于銻礦、錫礦、鎢礦、鉬礦、金礦、銅礦、鉛鋅礦、螢石礦、磷礦、煤矸石等礦石的預先拋尾，分選效果較好。

X 射線分選機的分選原理是利用不同礦物對X光的反射和透過程度的差異，以激發和記錄分析元素的X射線特征曲線，通過光敏元件將X光的變化轉變為電信號的變化，推動繼電器執行機構動作，將礦物分離。X射線智能分選機工作原理見圖1。

X射線分選機由布料系統、識別系統、傳感系統、分離系統和智能操控系統構成，高性能探測器采集數據，通過智能算法識別礦石品位，并用氣排槍噴吹已標記的高品位礦石或廢石，將高品位礦石和低品位廢石進行分離，以實現礦石預先拋廢或廢石提精［3］。

1.2 X射線智能分選技術在鉛鋅礦的應用

2020 年赤峰邊家大院銀鉛鋅礦在破碎篩分工段增加了預先拋廢作業，X射線智能分選機原礦拋廢率約40%，廢石鉛+鋅品位低于0.20%，銀品位低于8 g/t，預先拋尾作業鉛、鋅、銀的回收率均在93%以上。赤峰宇邦礦業雙尖子山銀鉛鋅礦利用X射線智能分選機對低品位礦石進行預選富集和廢石提精，拋廢率約70%，廢石鉛+鋅品位低于0.28%，銀品位18 g/t，預選作業精礦鉛+鋅品位2.90%，銀品位308 g/t，鉛、鋅回收率均在82%以上，銀回收率在85%以上。甘肅徽縣洛壩鉛鋅礦平均品位較低，采礦難度加大，貧化率增高，采用預先拋廢后，拋廢率在55%左右，廢石鉛+鋅品位低于0.20%，鉛+鋅原礦品位由2.5%左右富集到了5.4%左右，鉛、鋅、銀的拋廢作業回收率均在95%以上。

通過X射線分選機進行預先拋廢，大幅減少了進入細碎的磨機礦石量，降低了碎磨功耗，提高了浮選入選品位及單位時間產量，減少了浮選藥劑用量，減輕了尾礦庫壓力。對于礦山新建項目可以減小磨機規格，節省投資。拋出的廢石或圍巖可用于砂石骨料或井下回填，減少固廢排放，實現經濟發展與環境保護雙贏。

2 試驗研究

2.1 原 礦

礦樣取自錫鐵山鉛鋅礦原礦堆場，破碎混勻后，鉛+鋅原礦品位約4.5%，遠低于選礦廠設計入選鉛+鋅品位7.0%；另外，單獨采取了高品位塊礦進行建模標定。

2.2 試驗設備

試驗設備為霍里思特公司自主研發的智能分選機（XNDT-104），工作主皮帶寬1.6 m，速度3～4 m/s，噴吹氣孔間距7.0，10.0，12.5 mm，可選塊礦粒度8～100 mm，處理量40～200 t/h。

2.3 試驗流程

為研究礦石中金屬元素的分布情況，有效調控拋廢率，對原礦進行多梯隊拋廢試驗。使用智能分選機掃描一部分原礦，獲取礦石圖像，通過智能識別算法，從低到高設置不同的拋廢率，將原礦分為4 個梯隊（S1、S2、S3、S4）。多梯隊拋廢試驗具體試驗步驟如下。

（1）對原礦設置35%左右的拋廢率，從原礦中分選出低品位廢石S1。

（2）對原礦設置50%左右的拋廢率，從步驟（1）剩余原礦中分選出S2。

（3）對原礦設置60%左右的拋廢率，從步驟（2）剩余原礦中分選出S3；最后剩余礦樣為S4。

試驗過程中的梯隊數量和拋廢率，可根據礦石性質具體情況進行調整。多梯隊拋廢試驗流程見圖2。

2.4 預研建模

當礦石通過射線源正下方時，由高壓激發的X射線照射，皮帶上的礦石塊會減弱射線強度，使穿透礦石的X 射線因石塊中所測元素含量的高低而產生不同程度的衰減。試驗研究之前，先對低品位廢石和高品位礦石分別進行數據采集與分析，可為X射線分選試驗參數設置提供一定的參考依據。數據采集結果見圖3。

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2.5 粒級對X射線分選的影響

礦石的解離度對礦物的選別及X 射線的穿透能力至關重要，原礦樣品粒度為10～120 mm，考慮到錫鐵山鉛鋅礦磨礦采用SAB 工藝，入磨礦石塊度較大，故取2/5 原礦進行全粒級（10～120 mm）拋廢試驗，剩余礦樣分成10～65 mm 和65～120 mm 2 個粒級進行試驗，共3種粒級進行預選拋廢試驗［4］。

2.5.1 10～120 mm多梯隊拋廢試驗

10～120 mm 全粒級多梯隊預選拋廢試驗結果見表1。

由表1 可知，隨著拋廢率的增加，精礦中各金屬元素回收率呈下降趨勢，當10～120 mm 全粒級拋廢率為41.78%時，尾礦中鉛、鋅品位均在0.10%以內，鉛、鋅、硫精礦作業回收率分別為96.97%，99.38%，94.96%。

2.5.2 10～65 mm多梯隊拋廢試驗

10～65 mm 全粒級多梯隊預選拋廢試驗結果見表2。拋廢率與選別指標變化關系見圖4、圖5。

由表2可知，當10～65 mm 粒級拋廢率為41.91%時，尾礦中鉛、鋅品位均在0.10%以內，硫品位為0.63%，鉛、鋅、硫精礦作業回收率分別為99.23%， 99.09%，97.54%，預選選別拋廢指標較好。

2.5.3 65～120 mm多梯隊拋廢試驗

65～120 mm 全粒級多梯隊預選拋廢試驗結果見表3。

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由表3 可知，當65～120 mm 粒級拋廢率為42.74% 時，尾礦中鉛、鋅、硫品位分別為0.26%，0.08%，0.80%，精礦中鉛、鋅、硫作業回收率分別為89.08%，97.74%，93.36%。

由粒級對X射線分選的影響試驗結果可知，10～65 mm 粒級X 射線分選效果最佳，拋廢率為41.91%時，尾礦中鉛、鋅品位均在0.10%以內，硫品位為0.63%，鉛、鋅、硫精礦作業回收率分別為99.23%，99.09%，97.54%，精礦中鉛、鋅富集達1.7 以上；10～120 mm 全粒級次之，65～120 mm 較之最差，說明粒度越細，礦物解離度越好，對X 射線透射、識別有利［5］。

3 現場應用

錫鐵山鉛鋅礦原碎磨流程（圖6）半自磨頑石粒度+10 mm，礦量≥30 t/h，直接返回半自磨機再磨，頑石作為難磨粒子很難被半自磨機內部消化，大量的頑石在磨機中循環累積，易造成半自磨機運行功率先達到瓶頸，導致鋼耗、能耗上升，嚴重影響半自磨機產量［6］。

鑒于X 射線智能分選拋廢試驗研究成果，10～65 mm 粒級X 射線分選效果最佳，半自磨頑石粒度為10～60 mm，較適用于X 射線預先拋廢，故引入X 射線頑石預先拋廢系統，改造后碎磨流程見圖7。改造后頑石拋廢作業選礦生產調試指標見表4。

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由表4 可知，錫鐵山鉛鋅礦頑石拋廢率在31%～50%內均可獲得較好的分選指標，拋廢作業精礦鉛、鋅、硫回收率分別為88.27%～96.40%，89.91%～98.89%，88.35%～98.86%，廢石鉛+鋅品位均在0.25%以內。

4 結 論

（1）X 射線智能分選技術適用于錫鐵山鉛鋅礦，可用于原礦、半自磨頑石預先拋廢以及廢石提精，對企業提質增效、資源綜合利用具有顯著的經濟和社會效益。

（2）粒級對X 射線分選效果有一定的影響，粒度太細或太粗對X射線分選系統高壓噴吹裝置（分離系統）不利，太粗不利于礦物的解離，以及對X光的反射和投射也有一定的影響，錫鐵山鉛鋅礦10～65 mm粒級分選效果最佳，原礦拋廢率為41.91%時，精礦鉛、鋅、硫拋廢作業回收率分別為99.23%，99.09%，97.54%，精礦中鉛、鋅富集達1.7以上。

（3）錫鐵山鉛鋅礦利用X 射線分選技術進行頑石拋廢效果較好，在保證資源充分回收的前提下，可預先拋除40%左右的頑石，拋出廢石可作為建材自用或銷售，廢石鉛+鋅品位在0.25%以內，就減少半自磨頑石返回量來說，預計可提高半自磨機處理量10 萬t/a。