X射線透射選礦技術(shù)在崇義縣某鎢礦的試驗研究*

馮伯翰，武秀琪，張 艷

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東韶關(guān) 512126）

0 引言

我國已探明的鎢資源儲量居世界首位，約有222萬t[1]。金屬作為戰(zhàn)略性不可替代稀有金屬，隨著不斷的開采，易選的高品位鎢礦已越來越稀缺，因此對鎢的選礦技術(shù)要求也越來越高，世界各國對鎢礦資源的開發(fā)利用也更加重視[2-4]。如何在低品位鎢礦中有效選出鎢礦原石，保證鎢及其他伴生貴金屬的回收率，成為一個亟待解決的問題。

X 射線透射技術(shù)是一種在國內(nèi)國際上非常成熟的應(yīng)用技術(shù)，廣泛用于食品、果蔬等領(lǐng)域，目前也應(yīng)用在礦物分選中。國內(nèi)的研究人員在X 射線透射研究方向上進行了大量的研究[5-8]。毛東輝等[9]將X 射線識別技術(shù)運用在黃銅、鋁合金等非金屬回收上，減少了物料厚度對識別金屬準確性的影響。朱文魁等[10]利用低能X 射線透射成像技術(shù)，對煙草葉片中的煙梗進行在線監(jiān)測，并采用電磁閥控制壓縮空氣將煙梗從傳送帶中剔除。葛丁等[11]通過雙能X 射線實現(xiàn)對礦石和品味的雙重識別。但是目前對于X 射線透射技術(shù)在鎢礦內(nèi)實際生產(chǎn)試驗的研究尚少。基于此，本文以江西贛州崇義某鎢礦的黑鎢礦原礦為研究對象，開展X 射線透射選礦技術(shù)的研究，分別對28～35 mm、35～45 mm 和45～120 mm 的原礦進行拋分處理，并進行選礦工藝流程的智能化改造。試驗結(jié)果表明：XRT 射線選礦技術(shù)能夠有效提高選礦效率和鎢礦品味。

1 礦石性質(zhì)和X射線透射選礦技術(shù)工作原理

該鎢礦為單一鎢礦，基本以黑鎢礦形式存在，礦石中WO3含量為0.28%[12]。脈石組成成分主要為SiO2，其次為Al2O3和Fe2O3。礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。

表1 礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果

本試驗采用的X 射線透射智能選礦設(shè)備由振動給料斗、高速礦石傳送皮帶、射線源、射線探測器、高壓氣罐和氣排槍組成。振動給料斗的主要作用是將送來的礦石在進入檢測區(qū)域時形成穩(wěn)定的礦石流，給料斗中設(shè)計有圓弧形溜槽，保證礦料的均勻。射線源同時發(fā)射兩束能量不同的X射線，實現(xiàn)對同一物料的密度和品味檢測。高壓氣罐和氣排槍組成選礦設(shè)備的執(zhí)行機構(gòu)，是設(shè)備的核心部件之一，具有動作周期短、工作穩(wěn)定可靠的特點。選礦工作原理為：X 射線穿透礦石后，不同成分的礦石由于密度不同，對X 射線吸收能力也不同，使得傳送帶下方的探測器接受到的X 射線能量產(chǎn)生差異[13-15]。X 射線探測器接受到射線信號后，產(chǎn)生正比于輻射能量的電信號，通過算法對氣排槍的閥門進行控制，將礦石吹入不同的分料倉中，經(jīng)過分料皮帶傳送至下一工序。設(shè)備工作原理簡圖如圖1所示。

圖1 X射線透射智能選礦設(shè)備工作原理

2 原礦預(yù)選拋廢試驗

2.1 原礦28～120 mm粒級預(yù)選拋廢初試驗

使用X 射線透射智能選礦設(shè)備對28～120 mm 粒級原礦進行預(yù)選拋廢初試驗，根據(jù)該鎢礦實際情況將粒級分為28～45 mm中粒級和45～120 mm粗粒級兩個等級，設(shè)置皮帶初始運行速度為1 m/s。根據(jù)初試驗結(jié)果對氣罐氣壓、氣排槍閥門控制參數(shù)、皮帶速度等設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化，初驗結(jié)果如表2所示。

表2 初試驗拋廢結(jié)果

初試驗結(jié)果表明，X 射線透射技術(shù)在有用礦的識別率較高，體現(xiàn)在兩個粒級的尾礦中有用礦占比均不超過0.3%；但在廢石的識別上，X 射線透射選礦設(shè)備出現(xiàn)將廢石錯誤劃入有用礦的現(xiàn)象，廢石在中粒級和粗粒級的精礦中占比分別為27.71%和29.25%。

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，精礦中混入較多廢石的原因主要是由于有用礦和廢石同時下落，氣排槍將兩者同時吹入精礦中，使得廢石誤入精礦區(qū)域中，通過調(diào)試皮帶的傳送速度和振動給料的頻率可以有效改善此現(xiàn)象。

2.2 原礦多粒級預(yù)選拋廢試驗

使用X 射線透射智能選礦設(shè)備對礦樣進行預(yù)選拋廢試驗，樣本來自于礦樣中隨機抽取的30 塊樣本，共計953.6 kg。根據(jù)該鎢礦的礦石特性將樣本按照礦樣粒度分為3個粒級進行分選試驗，試驗流程如圖2所示，各粒度礦樣質(zhì)量如表3所示，試驗結(jié)果如表4所示。

表4 多粒級預(yù)選拋廢試驗結(jié)果

圖2 試驗流程

表3 各粒度礦樣質(zhì)量表

由試驗結(jié)果可知，X 射線透射選礦設(shè)備能夠顯著提升精礦的品味和貴金屬的回收率。隨著粒度增加，WO3、Cu、Mo的回收率逐漸增加，其中在45～120 mm粒度范圍內(nèi)WO3、Cu、Mo 回收率分別達到97.15%、82.85%和72.64%；在45～120 mm 粒度范圍內(nèi)拋分精礦WO3、Cu、Mo 的品味分別達到1.85%、0.51%和0.072%，尾礦中WO3、Cu、Mo品味均分別不超過0.55%、0.2%和0.05%；WO3、Cu、Mo 的富集比最高分別達到5.10%、4.55%和4.00%，說明X射線透射技術(shù)在拋分廢石、提高金屬品味和回收率上取得了顯著效果。

3 選礦工藝流程改造

3.1 改造前選礦工藝流程

選礦廠原采用多級手選+圖像選礦機的揀選工藝，圖像選礦機負責(zé)選出白色礦物及連生體。原礦出窿后經(jīng)扒欄后選出廢石，合格礦進入單層振動篩中，礦泥進入螺旋機中進一步篩選，單層振動篩篩選出大于50 mm 的大顆粒礦石，在3 層粗手選皮帶中回收有用礦石；其余礦石進入雙層振動篩中，劃分出小于16 mm 和在16～50 mm 范圍內(nèi)的原礦石，經(jīng)過色選機和手選皮帶剔除廢石和石英石等白色礦物，合格礦石進入礦倉儲存。具體工藝流程如圖3所示。

圖3 改造前選礦工藝流程

3.2 改造后選礦工藝流程

改造思路為：原礦經(jīng)扒欄、篩分后，小于16 mm 粒級的礦石進入重選合格礦倉；大于50 mm 粒級的礦石經(jīng)圓錐破碎機破碎后形成閉路；16～50 mm粒級的礦石進入X 射線選礦機，選出含礦礦物進入礦倉，包含少量廢石和石英石的廢石返回圖像選礦機再次分選，選出礦石及石英石等有回收價值礦物，廢石經(jīng)皮帶運至廢石堆場堆放。礦石及石英石等有回收價值礦物再經(jīng)破碎、篩分后，小于16 mm 的礦物進入合格礦倉，大于16 mm 以上的礦物再經(jīng)皮帶運送至安晶龍選礦機分選出純石英和連生體。具體工藝流程如圖4所示。

圖4 改造后選礦工藝流程

X 射線透射智能選礦設(shè)備于2022 年5 月安裝完畢，2022 年6 月主要進行設(shè)備調(diào)試和小規(guī)模工業(yè)試驗，2022年7 月進入正常運行狀態(tài)。選取2022 年7 月19 日—2022年7 月25 日生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表，如表5 所示。由表可知，在日均給礦量600 t以上的情況下，經(jīng)過X 射線透射智能選礦等設(shè)備分選，計重拋廢率不低于75%，當原礦在恰當粒度范圍內(nèi)時產(chǎn)量可達到45 t/h。尾礦WO3品味在0.03%以內(nèi)，Cu品味在0.05%以內(nèi)，拋廢效果理想。

表5 X射線透射智能選礦設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)

3.3 經(jīng)濟效益和社會效益分析

3.3.1 經(jīng)濟效益

根據(jù)該廠歷年統(tǒng)計結(jié)果測算，X 射線透射智能選礦設(shè)備年平均運行300 d，每天運行16 h，對所有的原礦進行預(yù)選拋廢，可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益。

（1）生產(chǎn)成本

采用X 射線透射智能選礦設(shè)備進行預(yù)選拋廢后，可以減少手選車間工作人員50 人，預(yù)計可減少人工生產(chǎn)成本180萬/年（按人均成本3 000元/月計算），節(jié)約電能消耗約100 kW，折合電費每年節(jié)省約13 萬元。因此，節(jié)省生產(chǎn)成本共180萬元/年+ 13萬元/年= 193萬元/年。

（2）設(shè)備折舊

X 射線透射智能選礦設(shè)備購置成本折舊攤銷（按5年計）80萬元/年。

（3）生產(chǎn)利潤

年均提前拋出廢石：

560噸/天× 300天/年= 168 000噸/年

節(jié)約重選工序處理成本：

15元/噸× 168 000噸/年= 252萬元/年

綜上所述，X 射線透射智能選礦設(shè)備新增直接效益為：193萬元/年-80萬元/年+252萬元/年=365萬元/年。

3.3.2 社會效益

采用X 射線透射智能選礦設(shè)備還產(chǎn)生下述顯著的社會效益：（1）將之前不具有回收利用價值的低品位黑鎢礦資源充分利用，有利于緩解我國鎢礦資源供給不足的情況，同時延長了鎢礦的開采年限，緩解了鎢礦相關(guān)從業(yè)人員潛在的失業(yè)風(fēng)險；（2）預(yù)先拋出廢石，大幅度減少了后期浮選藥劑的用量，降低了環(huán)境污染壓力；（3）分揀效率的提升有助于提高尾礦庫的安全穩(wěn)定性，延長尾礦庫的使用年限，減少對土地的占用。

通過以上流程改造，粗手選車間取消了人工手選作業(yè)，實現(xiàn)機械化、智能化選礦作業(yè)。同時還可以選出作為伴生產(chǎn)品的石英礦，回收后為企業(yè)創(chuàng)造新的經(jīng)濟價值。

4 結(jié)束語

本文通過在崇義鎢礦的試驗對X 射線透射技術(shù)進行研究，包括X 射線透射選礦設(shè)備的調(diào)試、多粒級預(yù)選拋廢試驗和選礦工藝流程的改造，實現(xiàn)自動精準識別和區(qū)分原礦中的有用礦和廢石，在礦石運送到傳送帶末端時控制氣排槍噴射系統(tǒng)對有用礦施加高壓氣流，從而改變其運動軌跡，落入分料倉中，實現(xiàn)有用礦與廢石的快速、精準分揀。

對不同粒度的原礦石的拋廢效果理想，體現(xiàn)了X 射線透射技術(shù)對礦石樣品較強的適應(yīng)性，WO3、Cu、Mo的回收率分別達到85%、80%和70%以上。

X 射線透射智能選礦技術(shù)能夠有效提高精礦的品味和貴金屬的回收率，WO3富集比大于3.80，實際生產(chǎn)計重拋廢率達到75%以上，日均處理礦石量可達600 t，大幅度提高選礦量，降低企業(yè)的選礦成本，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。