X射线荧光分选机及其应用

李建政 肖健锋 王军强 邵淑云

摘要：介绍了X射线分选技术及X射线荧光分选机的工作原理、结构组成和功能特点，以及预选工艺流程，对灵宝金源矿业股份有限公司金矿石、陕西某铅锌矿石、福建某钼矿石进行了预选试验，并获得了较好试验指标。X射线荧光分选机具有智能分析、自动分选、适应性强、操作简单等特点，是进行矿石预选的有效手段，应用前景良好。

关键词：X射线荧光分选机;预选;金矿石;铅锌矿石;钼矿石

中图分类号：TD92

文献标志码：A

文章编号：1001-1277（2022）02-0081-04

doi：10.11792/hj20220214

国内很多老矿山经过多年开发，面临资源枯竭，品位负变，采选难度持续增加的困境。受矿山采矿技术、矿体性质、围岩特征等条件的制约，采出矿石常常混入围岩和脉石矿物，矿石贫化严重，影响选矿生产技术指标，且废石综合利用率低。长期以来，矿山常用手选法人工挑拣废石，以提高入选矿石品位。手选法是根据不同矿物表面的颜色和光泽分选矿石，是使用最早、最简单的选矿方法[1]，多用于拣选大块富矿石或拣出废石，其生产效率低，劳动条件较差。X射线荧光分选机常用于矿石预选[2]，近年来被矿业界所重视。因此，开展以X射线荧光分选机为核心的预选工艺及其应用研究，有利于贯彻落实节约资源和保护环境的基本国策，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针，以资源综合效益为核心，整体提高矿产资源综合利用水平。

1 X射线荧光分选机

1.1 X射线分选技术

X射线是一种频率极高、波长极短、能量巨大的电磁波，由德国物理学家伦琴于1895年发现[3]，被称为人类延伸之眼。随着X射线基础研究和应用研究不断发展，X射线陆续被应用于各个行业领域。20世纪末，X射线开始应用于矿物、矿石的分选，其方法主要有PS法、XRT法、XRF法3种。PS法即X射线光电效应对比分析法，是通过光电感应探测器对比分析含矿物矿石和不含矿物废石之间的光电效应差异的分析方法。XRT法即X射线透射成像分析法，是通过X射线探测对比分析矿石颜色、大小、厚度、密度等特征值和相关组分的元素、原子序列的X射线影像差异的分析方法。XRF法即X射线荧光图谱分析法，是通过利用原级 X 射线光子或其他微观粒子激发矿物中的原子，使之产生特征X射线而进行元素成分分析的方法。XRF法又分为ED-XRF法和WD-XRF法。X射线分选技术可广泛应用于有色金属、黑色金属、稀有金属、贵金属、非金属等矿石的预选。

1.2 X射线荧光分选机

X射线分选机属于高效、清洁、环保的新型选矿设备[4]，目前国际代表生产企业是俄罗斯RADOS公司和挪威TOMRA公司。X射线荧光分选机是利用矿石受到X射线照射激发产生的特征X射线实现矿石分选的机械设备[5]，其收集、分析、记录的是矿石中被选元素或元素组的含量，不受矿石其他性质的影响，适宜入选的矿石粒度分为-250～+125 mm、-150～+75 mm、-80～+40 mm、-50～+25 mm 4种粒级。工业机按通道数量可分为3通道和4通道2种类型。设备单机处理量为4.5～110 t/h，最大处理量2 600 t/d。

1.3 设备工作原理及结构组成

1.3.1 工作原理

X射线荧光分选机工作原理见图1。待选矿石用振动给料机均匀给料，经过带有筛孔的布料溜槽，预先将不适合粒度分离，合格的块状矿石依靠重力下落至X射线检测机构进行检测，经分析机构计算得出某元素或元素组含量，矿石继续自由下落至执行机构（执行分析机构下达的指令），最终实现矿石分选，产品进入精矿接收槽和尾矿接收槽。

1.3.2 设备结构组成

X射线荧光分选机主要由接料斗、给矿器、分料器、X射线测量系统单元、惯性振动器、电磁振动器、高压气体储罐、控制柜、出料口等部分组成，见图2。

1.4 功能特点

1）X射线检测：用X射线高精度扫描被选矿石测定元素精确含量，属非破坏性检测。

2）智能分析：可对矿石中多种元素进行精准的定性、定量分析，测定元素从Na至U，测定质量分数从100 %至小于10-6数量级。

3）自动分选：矿石分选全自动化，完全替代人工手选，极大提高了生产效率。

4）参数可调：根据不同矿石特点及所需要达到的技术经济指标设定和调整分选技术参数。

5）逆向操作：根据矿石和废石的比例，设定弹出精矿或尾矿、废石，实现设备功效最大化。

6）集约化：集中控制、操作简单，一人可控制多台设备。

7）全程控制：计算机系统全程监控工作过程，智能调节矿石的给矿速度和目标矿石的技术参数等，实时显示和记录运行状态数据。

1.5 使用环境条件

X射线荧光分选机宜在海拔高度不超过2 000 m的室内运行，工作环境温度-20 ℃～40 ℃。当空气温度为20 ℃时，周围空气相对湿度不大于90 %;当空气温度为40 ℃时，周围空气相对湿度不大于85 %;工作电压是额定电压的0.85～1.15倍。

2 預选工艺流程

2.1 入选矿石条件

应用预选工艺流程，入选矿石应具备如下条件：

1）块状、含泥量少的矿石。粒度下限宜大于25 mm，粒度过小则设备处理能力将显著降低;粒度上限宜小于250 mm，粒度过大易存在连生体，将降低设备分选精度。

2）矿物嵌布粒度较粗的矿石。在较粗的破碎粒度下，大部分脉石矿物能单独解离，嵌布粒度过细则需较小破碎粒度才能解离。

3）贫矿石或贫化矿石。贫矿石先天品位低，贫化矿石混入的废石可能是围岩，也可能是矿体中的夹石，废石和矿石间的物理性质应有明显差别，如色泽、粒度分布、脆性、形状、密度、导磁性、导电性、放射性、荧光性、光反射性和对辐射线的吸收等。

2.2 预选流程类别

矿石预选一般设置在矿山、选矿厂破碎作业，预选流程一般分为3种：一是直接预选流程，该流程最为简单，采出矿石无需破碎直接预选，适宜矿石粒度均匀、过大块少、细粒粉状矿石较少的原矿，流程见图3;二是筛分预选流程，将原矿预先筛分，去除过大粒度和过小粒度的特殊中矿，流程见图4;三是破碎筛分预选流程，将矿石破碎后筛分，过大粒度返回破碎形成闭路，流程见图5。3种预选流程预选产出的精矿、中矿根据工艺需要可进一步破碎、磨矿和选别，尾矿可综合利用。对于易选矿石也可直接选出高品位精矿。

2.3 预选流程特点

预选流程具有如下特点：

1）可预先抛除废石，减少选矿入磨矿量，降低选矿成本;可提高选矿入选品位，在同等选矿生产规模下增加产品产量，提高企业效益。

2）预选产出的废石可综合利用，如制备建材（毛石、石子、砂等）、充填骨料，提高企业经济效益。

3）预选流程为干式作业，生产中不使用水，无废水产生，动力消耗低，属节能、环保工艺;选矿固体废物排放量减少，有利于保护环境，减少环境保护税支出。

4）预选流程自动化程度高，控制精确，流程简单实用，无大型振动设备，便于安装，工艺指标稳定。

3 X射线荧光分选机的应用

试验设备为智能X射线荧光能量散射矿石分选机（下称“X射线分选机”），设备型号CP4-150，处理粒度30～150 mm，处理能力20～30 t/h，溜槽数量4个，整机功率5 kW，工作电源380 V、50 Hz，适用温度-30 ℃～40 ℃。

3.1 灵宝金源矿业股份有限公司金矿石预选试验

试样金矿石采自地处小秦岭金矿区的灵宝金源矿业股份有限公司石英脉型金矿床，采样8.6 t，开展了半工业试验。石英脉型金矿床是中国重要的金矿床工业类型之一，样品属于金-石英-金属硫化物型金矿石，有用矿物主要为自然金和银金矿，金属矿物主要为黄铁矿，脉石矿物主要为石英，样品粒度0～300 mm，原矿金品位2.34 g/t。采用PE500×750颚式破碎机粗碎（产品粒度<150 mm），粗碎产品全部进行筛分，筛孔孔径30 mm×30 mm，筛分试验结果见表1。筛分得到的0～30 mm筛下物不适合采用X射线分选机预选，筛上物进行预选半工业试验，得到预选精矿和预选尾矿。筛上物预选试验结果见表2。由表2可知：预选抛尾率（预选尾矿产率）32.55 %，抛尾金品位0.14 g/t，金损失率（预选尾矿金回收率）1.95 %。预选精矿和筛下物合并后金品位3.40 g/t，金品位提高1.06 g/t。

3.2 陕西某铅锌矿石预选试验

试样铅锌矿石采自陕西某沉积变质热液改造型铅锌矿床。矿石中金属矿物主要是闪锌矿，其次为方铅矿，方铅矿分布极不均匀。试样粒度控制在30～150 mm，共进行了3批次试验，结果见表3。由表3可知：随着抛尾率的进一步提高，预选精矿品位明显提高，金属损失率变化不大;当抛尾率为55.09 %时，锌富集比1.94，锌损失率13.42 %;铅富集比2.12，铅损失率3.48 %。

3.3 福建某钼矿石预选试验

试样钼矿石采自福建某中型钼矿床，属硫化钼矿石，矿石类型以石英细脉型、裂隙型为主，以辉钼矿-黄铁矿型最为普遍，辉钼矿-黄铁矿-磁铁矿型次之，金属矿物主要有辉钼矿、磁铁矿、镜铁矿、黄铁矿，脉石矿物主要为石英、钾长石、斜长石、绢云母、黑云母及绿泥石等，辉钼矿主要呈星点状、细脉状、团块状及薄膜状分布于以石英脉为主的裂隙中。矿石经过破碎，目測粒度<100 mm，根据委托方要求，粒度控制在30～80 mm，对样品进行了筛分，-30 mm粒级占14.90 %，30～80 mm粒级用于试验，钼品位0.073 %（拣块化验值），钼矿石波长416～440 nm，分选阈值0.4～1.0。试验结果见表4。该钼矿石在阈值0.7时，钼回收率93.32 %，富集比2.48，抛尾率62.50 %。

4 结 语

X射线荧光分选机在俄罗斯等国家已工业应用20多年，设备融合了物理分析方法和自动化分选技术，性能稳定可靠，是代替矿石手选的高效智能化设备。以X射线荧光分选机为核心装备的预选工艺流程配置简单、灵活、实用，是实现各类贫矿石综合利用的有效途径，可提高矿产资源综合利用水平和综合效益。利用X 射线荧光分选机对金矿石、铅锌矿石、钼矿石等有色金属矿石进行预选试验，均取得了较好的技术指标。目前，国内众多矿山企业已经认识到矿石预选的重要现实意义，越发关注预选工艺发展，X射线荧光分选机有望成为矿石选别的重要预选手段之一。

[参 考 文 献]

[1] 杨小平.物理选矿[M].北京：冶金工业出版社，2014.

[2] 鞠志强，李艳军.X-射线分选机在大井子铜锌矿山的应用[J].金属矿山，2019（2）：135-140.

[3] 刘明宝，印万忠，高莹.X射线辐射预选技术[J].有色金属（选矿部分），2011（增刊1）：177-180.

[4] 费德罗夫，张岩.X-射线分选技术及分选机[J].矿山机械，2008，36（23）：110-113.

[5] 印万忠，吴尧，韩跃新，等.X射线辐射分选原理及应用[J].中国矿业，2011，20（12）：88-92.

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