矿物分选装置及矿物分选方法

1.本发明一般涉及选矿技术领域，具体涉及一种矿物分选装置及矿物分选方法。


背景技术：

2.锂和硼作为有价矿产资源，在高新技术、军工产业以及民生产品中均有广泛的应用。
3.矿物分选是根据矿物中不同矿物的物理、化学性质，把矿物破碎摩细以后，采用浮选法、重选法、磁选法、电选法等方法分选出有用矿物。
4.随着产业的发展和环境保护要求的提高，上述传统矿物分选技术存在着一系列的问题：
5.1、基建投资高。需要建设一些列厂房和设施，例如浮选法需要考虑磨矿、浮选、精尾矿浓缩脱水、锅炉、尾矿库等设施建设；重选法需要考虑磁选、重介质旋流器、重介质配置、精尾矿脱水等设施建设。
6.2、环境污染重。尤其是浮选法，需要添加多种化学药剂，容易造成水体及土壤污染。
7.3、耗水量大。重介质旋流器和浮选都是湿法选矿技术，通常处理一吨原矿需要消耗淡水3-11m3。重介质选矿的水经过沉淀之后可以循环利用，而浮选因为加入了大量的药剂，生产水需要经过长期净化后才能回用一部分。
8.4、运行成本较高。浮选法处理一吨原矿的成本大约120元，重选法处理一吨原矿的成本大约30-40元。
9.5、能耗较高。浮选需要通过磨矿控制入选粒度，磨矿非常耗能；重选法需要通过重介质输送泵控制介质流量和压力，泵的功率大能耗高；再加上其他设备，建设一座日处理1000吨的小型选矿厂，用电功率基本都在1000kw以上。
10.6、产品质量不稳定。主要受矿物性质和操作人员技术水平的影响比较大，矿物品位经常发生变化，若不及时调整，就容易导致精矿品位偏低，杂质增加，影响销售和下游加工。


技术实现要素：

11.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种矿物分选装置及分选方法。
12.根据本发明的第一方面，提供一种矿物分选装置，其包括：输送机构、位于所述输送机构上方的第一光源组件、位于所述输送机构下方的第一探测器组件以及分选机构；
13.所述第一光源组件用于发射照射矿物的中子射线和x射线；
14.所述第一探测器组件用于探测并获取x射线在被矿物衰减和不被矿物衰减下的探测数据、中子射线在被矿物衰减和不被矿物衰减下的探测数据；
15.所述分选机构用于分离所述矿物。
16.进一步地，所述第一光源组件包括相互独立的第一光源和第二光源，所述第一光
源用于发射照射矿物的中子射线，所述第二光源用于发射照射矿物的x射线，所述第一光源和所述第二光源在所述输送机构的输送方向上依次设置。
17.进一步地，所述第一探测器组件包括相互独立的中子探测器和x射线探测器。
18.进一步地，矿物分选装置还包括设置在所述输送机构的输送方向的一侧方的第二光源组件和另一侧方的第二探测器组件。
19.进一步地，所述分选机构为喷吹装置，所述喷吹装置设置为将离开所述输送机构的矿物进行分离。
20.进一步地，所述喷吹装置包括高压喷嘴，所述高压喷嘴包括阵列分布的喷气孔。
21.根据本发明的第二方面，提供一种矿物分选方法，其适用于矿物分选系统，所述矿物分选系统包括上述的矿物分选装置和控制器，所述方法包括如下步骤：
22.s10：对矿物照射中子和x射线进行双模成像；
23.s20：根据双模成像结果将所述矿物区分为不同品位的矿物；
24.s30：分离所述不同品位的矿物。
25.进一步地，步骤s10包括如下步骤：
26.s11：利用探测器组件探测x射线在被矿物衰减和不被矿物衰减下的探测数据、中子射线在被矿物衰减和不被矿物衰减下的探测数据，获得x射线无矿物探测数据、x射线有矿物探测数据、中子无矿物探测数据和中子有矿物探测数据；
27.s12：根据x射线无矿物探测数据、x射线有矿物探测数据、中子无矿物探测数据和中子有矿物探测数据，确定所述矿物中每个像素点处的元素对于中子和x射线的微分截面的比值，基于所述比值进行双模成像。
28.进一步地，步骤s20包括如下步骤：
29.s21：基于每个像素点处的元素对于中子和x射线的微分截面的所述比值，确定每个像素点处的元素种类；
30.s22：基于各个像素点处的元素种类确定出目标元素的分布，计算出所述目标元素在所述矿物中的占比，将所述占比作为所述目标元素的品位；
31.s23：根据所述目标元素的所述品位确定所述矿物是精矿还是贫矿。
32.进一步地，所述步骤s23包括：
33.将所述矿物中的所述目标元素的所述品位与预设的品位阈值相比较，基于预设的品位阈值与精矿、贫矿的对应关系，确定所述矿物是精矿还是贫矿。
34.本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
35.根据本发明实施例提供的矿物分选装置及矿物分选方法，利用矿物中不同元素的中子截面不同，矿物中不同元素的光子截面也不同的特性，光源组件提供中子射线、x射线这两种射线，基于两种射线进行双模成像分析，确定出矿物中元素的种类和分布，计算出目标元素在矿物中的占比，将占比作为目标元素的品位，从而能够完成矿物的甄别和分析。该方案特别地能够完成锂矿或硼矿的分选。根据本发明实施例提供的矿物分选装置及矿物分选方法，可减小环境污染、降低耗水、降低选矿成本且降低能耗，并确保选矿产品质量的稳定可靠。
附图说明
36.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
37.图1为锂矿物中各常见元素的中子(能量25.3mev)截面和光子(能量511kev)截面的示意图；
38.图2为锂矿物中各常见材料的(分子)中子(能量25.3mev)截面和(分子)光子(能量511kev)截面的示意图；
39.图3为本发明实施例提供的矿物分选装置的结构示意图；
40.图4为本发明实施例提供的矿物分选方法的流程示意图；
41.图5为本发明实施例提供的某锂矿物在双模探测成像技术下的成像示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
43.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
44.本发明提供一种基于双模探测成像的矿物分选技术，利用矿物中的不同元素和物质(例如氧化物)对于中子和x射线的微分截面的比值，确定矿物中各元素的种类和占比，即利用中子和x射线对矿物的探测，根据矿物对于中子和x射线的不同的衰减能力，实现矿物中元素种类和占比的确定。
45.其中，中子在矿物中的透射服从指数规律，如公式(1)：
[0046][0047]
公式(1)中，i
n,0
是射入矿物之前或没有穿透矿物的中子数量，in穿透矿物之后的中子数量，两者通过实验可测量的；i是矿物中的元素编号，m是元素的总数量，σi是元素i的中子衰减截面，都是已知量；ni是矿物中的原子i的数密度(1/cm3)，它与矿物的类型有关，显然是未知量；d是矿物的大小，由于破碎过程不可能是均匀的，因此就某一个待测的矿物来说，d也是未知量。如果把整个矿物当做一个均质材料，公式(1)可改写成公式(2)：
[0048][0049]
attn是矿物对中子的衰减，由可测量的i
n,0
和in计算得到，因此attn也是可测值，μ
m,n
是矿物中各原子的平均质量衰减系数(cm2/g)，tm是矿物的质量厚度(g/cm2),μ
m,n
和tm显然都是未知量。tm是一个由矿物大小决定的量，并不能反映物质的属性。μ
m,n
反映了原子核的微观属性(物理意义是每个原子核的截面与原子质量的比值)，因此可以用来分辨物质，实现矿物分选。但是，由于只有一个测量值attn，无法同时得到两个未知量tm和μ
m,n
，因此无法得到物质属性，至此无法进行矿物的分选。
[0050]
光子和中子一样，都是中性射线，其在矿物中的衰减服从指数下降的规律，故可以利用光子(这里用x，即采用x射线来穿透矿物)、中子双模成像来进行矿物分选，故公式(2)
可以改写为公式(3)：
[0051][0052]
att
x
是矿物对光子的衰减，i
x,0
和i
x
分别是没有穿透和穿透了矿物之后的光子数量，μ
m,x
是矿物中各原子对光子的平均质量衰减系数，由于是同一个矿物，因此tm没有改变。结合公式(2)和(3)，我们可以得到公式(4)：
[0053][0054]
在公式(4)中，f因子由元素对中子的微分截面σn和对光子的微分截面σ
x
的比值决定(此处用到了一个近似，原子核的质量mn近似等于原子的质量ma，这是显然成立的)。
[0055]
图1为锂矿物中各种常见元素的中子(能量25.3mev)截面和光子(能量511kev)截面的示意图；图2为锂矿物中各种常见材料的(分子)中子(能量25.3mev)截面和(分子)光子(能量511kev)截面的示意图。参照图1和图2，锂矿中各种元素和氧化物等，不仅中子截面不同，光子截面也存在差异，其中锂(li)元素或氧化锂(li2o)具有显著大的中子反应截面，以及相对较小的光子反应截面。如上所述，attn是矿物对中子的衰减，可由测量和计算得到，是可测值，att
x
是矿物对光子的衰减，可由测量和计算得到，也是可测值，因此可通过测量和计算得到矿物的f因子的大小。根据上述的公式(4)，f因子也表示为矿物对中子的微分截面σn和对光子的微分截面σ
x
的比值，实际就是图1、图2中的斜率倒数。由图1和图2可见，作为中子截面很大、而光子截面很小的元素/材料，li、li2o具有最小的斜率，也即最大的f因子。当矿物中的锂品位发生变化时，锂对于f因子的贡献也会发生变化，通过对锂矿的f因子的测量，就可以分析锂矿中锂元素的含量，实现品位分析。
[0056]
同样地，和锂一样，硼的热中子截面也远大于矿物中的其它大部分元素，因此也具备高的中子分析敏感性，这使得可以利用x射线、中子双模成像来进行硼矿分选，即上述使用f因子进行矿物分选的原理同样适用于硼矿的分选。
[0057]
如图3所示，本发明实施例提供一种矿物分选装置，包括：输送机构1、位于输送机构1上方的第一光源组件2、位于输送机构1下方的第一探测器组件3和分选机构4；
[0058]
输送机构1用于输送矿物6；
[0059]
第一光源组件2用于发射照射矿物6的中子射线和x射线；
[0060]
第一探测器组件3用于探测并获取x射线在被矿物衰减和不被矿物衰减下的探测数据、中子射线在被矿物衰减和不被矿物衰减下的探测数据；
[0061]
分选机构4用于分离矿物6。
[0062]
根据本实施例提供的矿物分选装置，第一光源组件2为同时提供中子射线和x射线的光源，第一探测器组件可以探测透射经过矿物并衰减后的中子射线和x射线，可利用这些衰减后的中子射线和x射线，对矿物进行双模成像，确定矿物中各元素的f因子，从而确定矿物中各种元素的种类，进而确定目标元素的占比。该矿物分选装置能够显著减小环境污染、降低耗水、降低选矿成本、降低能耗，且实现选矿产品质量稳定可靠。
[0063]
进一步地，第一光源组件2可以为利用一个加速器来产生中子射线和x射线(光子)两种射线的光源。其过程为电子加速器发射的高能电子在阳极靶上产生轫致辐射，阳极靶
比如钨靶、铅靶等，轫致辐射光子一部分通过光核反应制造了光中子，另一部分成为成像的x射线，两种射线同时产生，但由于两种射线的飞行速度不同，经过一定的飞行距离后，在不同的时刻照射至矿物并达到探测器组件，因此可以通过设置不同的探测时间进行区分，从而实现两种模式的成像探测。优选地，第一光源组件2以脉冲形式产生高能电子，由此以脉冲形式生成中子射线和x射线。此外，第一光源组件2可以为包括分别产生中子射线和x射线的两个光源，例如包括相互独立的第一光源和第二光源，第一光源用于发射照射矿物的中子射线，第二光源用于发射照射矿物的x射线。即两个独立的光源分别提供中子射线和x射线，第一光源和第二光源在输送机构的输送方向上依次设置，并可以基于输送机构1的输送速度确定第一光源和第二光源之间的设置距离。
[0064]
进一步地，第一光源组件2包括光中子源。光中子源可以采用慢化成热中子的光中子源，也不排除慢化不充分的光中子源。热中子束能够更好地被矿物吸收，如此有效地提高矿物分选的准确性。
[0065]
进一步地，第一探测器组件3包括中子探测器和x射线探测器。第一探测器组件可以是一个探测器实现中子和x射线的探测，也可以是两个相互独立的分别探测中子和x射线的探测器。
[0066]
本发明的实施例中，第一光源组件2可以设置一个出束口，用于x射线和中子射线的出束，也可以分开设置两个出束口，用于x射线和中子射线的分别出束。x射线可以呈扇形束、飞点束或者锥束，中子射线也可以呈扇形束、点束或者锥束。
[0067]
如果x射线和中子射线的出束口为同一个，第一探测器组件可以是一个探测器来实现中子和x射线的探测，利用x射线和中子到出束口的时间不同，可以区分出所探测到的是x射线还是中子射线。
[0068]
如果x射线和中子射线的出束口分开设置，可以在输送机构的输送方向上依次设置x射线出束口和中子射线出束口，第一探测器组件可以是x射线探测器和中子射线探测器，分别探测x射线和中子。x射线探测器对应x射线出束口，中子射线探测器对应中子射线出束口。
[0069]
进一步地，矿物分选装置的分选机构4具体可以为喷吹装置。另外，矿物分选装置还包括矿物分选料仓5。喷吹装置设置在输送机构1的一侧且喷吹装置的吹气口朝向输送机构1的末端，矿物分选料仓5设置在喷吹装置的下方。矿物分选料仓5包括精矿料仓和贫矿料仓，通过喷吹装置将矿物喷吹到精矿料仓或者贫矿料仓内，实现精矿和贫矿的分离和分选。如图3所示，矿物分选料仓5包括精矿料仓和贫矿料仓两个料仓，然而矿物分选料仓的数量可根据实际情况确定。
[0070]
进一步地，喷吹装置包括高压喷嘴，高压喷嘴包括阵列分布的喷气孔。
[0071]
矿物分选装置的喷吹装置的喷吹时机可根据输送机构1的输送速度以及喷吹装置的设置位置等来确定，可通过协同下述的控制器来实现矿物分选工作，在一次喷吹中，控制器可根据矿物的品位、位置，在矿物离开输送机构1后进行平抛运动到达喷吹位置的时刻，打开高压喷嘴中的全部或部分喷气孔，将矿物喷吹到相应的料仓中。
[0072]
本发明实施例还提供一种矿物分选系统，包括上述矿物分选装置。
[0073]
进一步地，本发明的矿物分选系统还包括破碎装置(未图示)。破碎装置设置在输送机构1的上游，用于在矿物进入输送机构1之前将其破碎。破碎装置优选可以包括振动破
碎机和筛网，筛网优选具有相隔规定距离的双层结构，且具有可调节大小的筛孔，用于将尺寸处于预定范围内的矿物供给至输送机构1。
[0074]
进一步地，本发明的矿物分选系统还可以包括控制器(未图示)。控制器可以与输送机构1、第一光源组件2、第一探测器组件3、分选机构4、破碎装置等通信连接，进而控制各部件的工作。例如，控制器用于将第一探测器组件3接收的射线信号进行处理，通过计算得到输送机构1上的矿物的各位置的f因子，并基于f因子判断矿物的品位，控制分选机构4对相应品位的矿物进行分选。例如，控制器基于矿物的双模成像图像确定矿物的尺寸，将矿物的尺寸与品位相关联，确定例如被判断为精矿的矿物的尺寸范围、进而尺寸分布规律，并根据该尺寸范围或尺寸分布规律实时调节破碎装置的筛网的筛孔大小。
[0075]
予以说明，图3所示的矿物分选装置包括在输送机构1的上方和下方对应设置一个第一光源组件2和一个第一探测器组件3。然而，也可以将一个第一光源组件2和一个第一探测器组件3分别设置在输送机构1的两个侧方。或者，矿物分选装置包括分别设置在输送机构1的上方和下方的一个第一光源组件2和一个第一探测器组件3，以及分别设置在输送机构1的两侧方的一个第二光源组件和一个第二探测器组件，由此对输送机构1上的矿物进行顶照式和侧照式的双视角检测。通过设置双视角检测方式，能够更准确地确定矿物的信息，由此确定各像素点处的元素的f因子，进而更准确地确定矿物的品位。
[0076]
另一方面，本发明实施例还提供一种矿物分选方法，适用于矿物分选系统，矿物分选系统包括上述的矿物分选装置和控制器。
[0077]
如图4所示，本发明实施例提供的矿物分选方法包括如下步骤：
[0078]
s10：对矿物照射中子和x射线进行双模成像；
[0079]
s20：根据双模成像结果将矿物区分为不同品位的矿物；
[0080]
s30：分离不同品位的矿物。
[0081]
控制器控制光源组件、输送机构、探测器组件以及分选机构工作，光源组件发射x射线和中子射线，输送机构输送矿物，由探测器组件探测并获取x射线和中子射线的探测数据。
[0082]
在一些示例性实施例中，步骤s10可包括如下步骤：
[0083]
s11：利用探测器组件探测x射线和中子在被矿物衰减和不被矿物衰减下的探测数据，获得x射线无矿物探测数据、x射线有矿物探测数据、中子无矿物探测数据和中子有矿物探测数据；
[0084]
s12：根据x射线无矿物探测数据、x射线有矿物探测数据、中子无矿物探测数据和中子有矿物探测数据，确定矿物中每个像素点处的元素对于中子和x射线的微分截面的比值，基于比值进行双模成像。
[0085]
在步骤s11中，x射线和中子在不被矿物衰减下的探测数据也可以是预先在输送机构上无矿物的状态下采集并储存的探测数据。这样可以只需针对经矿物衰减的探测数据进行处理，减轻数据处理负担。
[0086]
在一些示例性实施例中，步骤s20可包括如下步骤：
[0087]
s21：基于每个像素点处的元素对于中子和x射线的微分截面的比值，确定每个像素点处的元素种类；
[0088]
s22：基于各个像素点处的元素种类确定出目标元素的分布，计算出目标元素在矿
物中的占比，将占比作为目标元素的品位。
[0089]
s23：根据目标元素的品位确定矿物是精矿还是贫矿。
[0090]
在一些示例性实施例中，步骤s21可以包括：将每个像素点处的元素对于中子和x射线的微分截面的比值、即f因子与图1、图2中的各元素和氧化物的斜率倒数进行比较和匹配，由此确定该元素的种类。
[0091]
在一些示例性实施例中，步骤s22可以包括：基于各个像素点处的元素种类，在矿物的投影区域以不同的颜色(例如不同的灰度)标注不同的元素，由此确定出目标元素的分布，基于目标元素的分布区域(例如面积)确定出目标元素在矿物中占比，得出目标元素的品位。
[0092]
在一些示例性实施例中，步骤s23可以包括：将矿物中目标元素的品位与预设的品位的阈值相比较，基于预设的品位的阈值与精矿、贫矿的对应关系，确定矿物是精矿还是贫矿。
[0093]
其中预设的品位因子阈值与精矿、贫矿的对应关系例如可以设为：品位小于1.5％的为非精矿，品位大于等于1.5％且小于1.8％的为精矿，品位大于等于1.8％的为优质精矿。
[0094]
在进行矿选之前，可以根据不同矿场的矿样分析最优的破碎尺寸，在优选的破碎粒径范围内，利用该矿物分选方法对矿物进行双模成像，计算出品位，选出尽可能多的高品位的矿物。如上所述，也可以在矿物分选期间分析调整破碎尺寸。
[0095]
在一些优选的实施例中，矿物包括锂矿物，目标元素为锂元素；或者，矿物包括硼矿物，目标元素为硼元素。
[0096]
根据本发明的矿物分选方法，能够减小环境污染、降低耗水、降低选矿成本、降低能耗，且实现选矿产品质量稳定可靠。本发明的矿物分选方法特别适用于锂矿和硼矿的分选。
[0097]
根据本发明的矿物分选方法，通过双模成像可确定出矿物中各个位置的f因子，从而确定出矿物的各个位置的元素的种类。参照图5，利用双模成像对某锂矿物进行物质识别成像的结果(灰度显示)，但在相应的rgb(红绿蓝)模式下，可以明显看出锂矿的分布特征。这是因为，li或li2o、b或b2o3相比于其他元素，具备较高的中子分析敏感性，通过双模成像法，能够基于它们对于中子和x射线的微分截面的比值，将它们与其他元素比较容易地区分开。而对于例如钠矿而言，难以根据它们对于中子和x射线的微分截面的比值将其与例如钾矿区分开。
[0098]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0099]
本发明采用第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应局限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
[0100]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0101]
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。