摘要：介紹了光電分選設備的結構及工作原理，概述了光電分選技術的發展歷程，并結合光電分選技術在不同磷礦石選礦中的研究與應用，綜述了光電分選技術在低品位磷礦石選礦和預先拋廢過程中的優勢和潛力。光電分選技術在磷礦選礦領域的應用和發展，不僅有助于獲得更穩定優異的磷礦石選別指標，還能明顯降低選礦能耗，為磷礦石的高效開發利用提供了一條新途徑，對實現我國低品位磷礦石的高效智能分選具有重要意義。

　　關鍵詞：磷礦石;光電分選技術;預選拋廢;節能降耗;選礦工藝;色選機;激光

　　引言

　　光電選礦技術常被認為是礦石預選拋廢中重要的方法之一[1]，既不像重選、磁選等技術需消耗大量水資源，也不像浮選技術需使用大量化學藥劑，其可在礦石細碎或磨礦之前提高入料品位。第二次工業革命以后，特別是在核能物理研究發展至高水平的一段時期內，物料揀選實現了與自然光、高能射線(如激光、X射線)技術等的結合[2]，這也在一定程度上促進了人工智能算法等技術在智能光電選礦領域的應用和發展。基于礦物表面分析、光線透射技術，激光分選、單雙面圖像色選等智能光電分選技術均得到了快速發展和工業應用。其中X射線透射技術(XRT)和圖像色選技術已成功應用于有色金屬、非金屬和煤炭等礦種預選拋廢，智能光電分選機技術已成為代替人工揀選的主流解決方案[3]。

　　磷礦資源為不可再生資源，也是不可替代的重要戰略資源。我國磷礦資源儲量排名世界第二，約占世界總儲量的4.8%[4]。但我國磷礦石平均P2O5品位不到17%，P2O5品位高于30%的優質磷礦資源僅占我國總磷礦資源的12%[5]。當前磷礦石品位已無法滿足直接利用的品位要求，若開采磷礦石直接經破碎、磨礦后進入選礦工藝，選礦設備不僅負載過高且還會造成礦石選別過程的低效率、高能耗、高成本。為了尋求降低選礦成本、減少設備負荷的適宜方法，磷礦石在選別前進行預選拋廢顯得尤為重要[6]。

　　1光電分選技術及裝備

　　根據礦石表面的顏色、紋理結構及對光反射率的差異進行有用礦物與脈石礦物分離的方法稱為光電選礦技術[7,8]。根據對礦石掃描和檢測方式的不同，可將光電分選技術分為色選法和光選法。其中，色選法主要是通過高清相機或探測器的單雙面圖像分析和礦物表面分析，精確探測礦石表面顏色、光澤和紋理等差異，實現礦石的預選拋廢。而光選法主要是通過光的反射和透射來勘測礦石顆粒中密度、厚度和相關化學組分的差異進行預選拋廢[9]，兩種方法相輔相成。

　　對礦物進行預選拋廢的一系列流程稱為光電選礦智能分選系統。該系統通常由給料系統、運輸系統、掃描檢測系統和分選執行系統四個部分組成[1013]。入料礦石顆粒通過特殊給礦槽，將礦石顆粒整齊平鋪在皮帶上，顆粒表面經過光照掃描后或者高清攝像機拍照和探測器掃描后判斷是否需要剔除。脈石礦物通過分選執行機構時被打入尾礦槽，有用礦物則由皮帶運輸自由下落至精礦槽[14]。

　　光電選礦智能分選系統中的光源類型較多(如白熾燈、LED燈、石英鹵素燈、X射線、紫外線、紅外線等)，分別適用于不同類型礦石的分選。LED燈一般用于顏色差異大的農作物分選[15]，X射線可以使金剛石產生熒光與脈石分開，白鎢礦在紫外線照射下產生熒光可與脈石分開，紅外線可使石棉礦物加熱后波長與脈石不同[16]。礦石顆粒的掃描檢測形式主要有兩種，一種是礦石顆粒在皮帶上運動時進行，另一種是在礦石下落過程中進行。下落過程中掃描更精確，且分選效率高，是目前常用的掃描檢測形式。

　　分選執行機構有空氣噴射器[17]、機械偏轉器[18]、連續水流噴射器[19]、打板等多種類型。空氣噴射器使用范圍廣，噴射頻率快且分選效率高，是主要的脈石剔除裝置。而打板需不斷與礦石碰撞，易磨損，且頻率受限制，效率不高，僅在粗粒級的礦物分選中使用[16]。掃描檢測系統和分選執行系統是光電智能選礦系統的核心，根據礦物的物理特性來確定其應用參數可使光電分選機的分選效率和分選壽命最大化，從而降低成本，提高選礦水平。

　　2光電分選技術發展歷程

　　光電分選技術的主要發展歷程可歸納為相應的三個階段，即初期階段、發展階段和現階段。世界范圍內早在20世紀初就誕生了光電分選技術的理念，學者們嘗試并研制出了較為簡易的光電分選設備[16]。經過不斷地發展和改造后被成功應用于谷物、大豆等農作物及石灰石、白云石等建筑材料的分離挑選。20世紀60年代以后，才開始陸續在一些礦石的分選中加以應用[20]。自70年代研制出的X射線分選設備和激光分選設備開始，光電分選技術的應用已全面進入礦石分選領域。至今全球對光電分選設備的研發和升級從未停止，不僅研制出了基于高能射線的光選機，而且還有隨拍照技術和圖像處理技術發展而開發的色選機。

　　2.1初期階段

　　20世紀初，奧地利科學家根據物料表面顏色差異開始嘗試研制光電分選機，但因對其分選速度和分選質量的要求，直到20世紀30~40年代岡森·索特克斯公司才制成了第一臺光電分選機用于種子的分選，隨后應用于種子、農作物、食品加工行業[21]。隨著高速氣閥的成功研制，學者們制造出了用于分選不同粒級物料的光電分選設備，至此光電選礦分選技術的發展開始發生質的飛躍。

　　1952年英國研發出了一種單色光度分選機用于選煤[22]，1959年Kelly和Hutter開發了一種彩色光度分選機用于分選鈾礦，除了顏色區分外還能測量每塊巖石投影面積[23]。20世紀60年代英國和加拿大等國家對光電分選設備進行了研究和改進，光電分選技術進入了礦石分選領域。美國在1964年研制了格羅邁克斯型石灰石光電分選機[24]，該設備處理量大但分選效果不佳。

　　英國索特克斯公司隨后研制了雙通道給礦的621M型光電分選機用于處理石膏、白云石、食鹽等，1966年、1967年又分別研制了811M和711M型號用于分選石灰石和菱鎂礦等，該公司研發的型號分選粒度范圍廣、處理量較小，但能較好地提升礦石品位。蘇聯也在1969研制了第一臺克瓦爾茲型光電分選機用于分選含金石英礦，分選后可去除大量石英等脈石。以上是光電分選技術研究初期全球范圍內所研發的光電分選設備的主要類型及其特性，處理粗粒級礦石時，設備的處理能力較大;但處理細粒級礦物時，由于掃描設備精確度有限，設備處理能力低。隨著礦石貧化，成分復雜，這些光電分選機已經被淘汰，不予使用。

　　2.2發展階段

　　在1939年X射線熒光(XRF)理念提出基礎上，1967年研制了第一臺X射線選煤機。1968年英國岡森·索托克斯公司和戴·比爾公司聯合研制出了第一臺采用X射線來分選1~10mm金剛石的XR21型光電分選機[25]。南非金場公司和里奧·廷托鋅礦石分選公司共同研制了M13型激光選礦機，隨后又研制了M16型[26]，當時的學者普遍認為是第一個現代化高噸位礦石光電分選機[27]。X射線、激光等技術在光電分選中的應用使光電分選技術邁上了一個新的高度。

　　1971年英國在此技術的基礎上研制了1011M和962M型激光光電分選機用于分選石膏、滑石、菱鎂礦等。我國從20世紀60年代末開始研究和應用光選技術[28]，1979年自主研制出了第一臺GXJI型X射線分選機用于分選金剛石，1982年研發生產了第一臺GSⅢ型激光選礦機，先后處理了金礦、汞礦、石膏礦和鎢礦等低品位礦石[29]。20世紀80年代蘇聯也開始研究和試生產各種X射線分選機[30]。

　　從1984年到1995年研制了JIC系列8種型號，可用于分選有色金屬、貴金屬和稀有金屬。1995年以后研制出了Yac型和CP型放射性分選機，適用于大部分礦石的分選。隨后還在不斷研制新型X射線分選機，并在2000年大量投產[31]。光電分選核心技術的突破，打破了特定礦石分選的界限，光電分選技術全面邁入礦石分選領域。

　　2.3現階段

　　國內外目前采用的大多是高能射線透射技術的光選機和高質量圖像處理技術的色選機。列出了目前國內外智能光電分選設備主要研發公司及其主要設備產品。奧地利REDWAVE公司研發的XRF光學分選機是利用X射線—熒光技術測定礦石中的元素成分不同來達到分選的目的，該技術的優點是不會因為礦石的濕度和少量污染而影響分選精度。而德國Mogensen公司研制的Msort系列色選機采用雙攝像頭探測，分選精度更高，尤其是在建筑廢料回收和礦山開采方面應用效果更好。現階段，國內外不同公司所研發的光電分選設備均有其獨立的特點和核心技術，特別是國內公司所研發的光電分選設備在設備性能和參數方面均取得了較大的突破。

　　例如，北京霍里思特智能科技有限公司研發的XNDT系列光電分選機是在XRT技術的基礎上，采用高速探測器、高精度AI算法和高速精準吹噴等核心技術，其設備廣泛應用于礦石預拋廢、廢石提精、塊煤排矸等方面。天津美騰科技股份有限公司自主研發的TDS系列智能干選機主要結合X射線技術和圖像識別技術，運用深度學習算法等先進技術，精準地對煤和矸進行識別，實現了對塊煤的快速分選。

　　為較大程度實現全粒級干選，該公司所研發的TGS系列智能梯流干選機也已于2021年成功實現了工業應用。合肥名德光電科技股份有限公司與韓國泰明株式會社一樣，其所研發的色選機均采用高分辨CCD圖像采集系統，有分選精度高、壽命長、能耗低，適用于惡劣環境的特點。國內外光電分選理論與技術的快速發展，有效促進了傳統礦石分選工藝的革新，推動著全球礦業智能分選技術的進步。

　　3磷礦石光電分選應用實例

　　目前磷礦石貧化嚴重，磷礦石開采伴隨著大量廢石和難分離的脈石礦物。在磷礦選礦前進行光電預選拋廢，不僅工藝流程簡單、場地要求不高，而且能去除大量的脈石礦物。與其它選礦方法相比，全程無水作業，可大量節省水資源，無需增加污水處理系統。光電分選技術為后續磷礦石選礦工藝降低能耗、提高礦石處理量、減少環境污染等提供了保障。至今，已有大量國內外研究學者采用不同光電分選設備對不同地區磷礦石選礦效果進行了研究，結果表明，光電分選技術在磷礦預選拋廢處置中均獲得了較好的試驗效果，為進一步的工業應用提供了數據支撐。

　　4結語與展望

　　光電分選技術可有效提升選礦過程中各環節效率，在大幅降低選礦成本的同時還能減輕環保壓力。光電分選技術從20世紀初至今已經發展了100多年，從發展歷程來看，光電分選技術實現了由自然光傳統掃描技術到X射線、激光等高能射線掃描和單雙面高清圖像處理技術的突破，實現了由特定礦石光電分選到多個礦石領域的應用。目前高能射線掃描技術和高清圖像處理技術已經取代了其他的光源和處理技術。

　　由磷礦石光電分選試驗研究和礦山工業應用結果可知，光電分選技術在磷礦石預選拋廢處理中應用十分成功，磷精礦產品品位和回收率均滿足后續工藝要求。同時，光電分選裝置簡單可靠，經濟性良好，用于磷礦石選礦，可以預先脫除一定比例的廢石，減少下游各級工序的處理量，節約能源、藥劑和水資源，降低生產成本，值得在我國磷礦特別是低品位磷礦預選工藝中推廣應用。

　　但另一方面，光電分選技術仍有許多需要改進和完善的地方。針對礦山環境惡劣，光源發射器容易受光照、溫度、濕度等因素的影響的特點，這就需要進一步提高光電分選系統的穩定性。對于礦石成分復雜，其中可能存在光學特性相近的礦物，這就需要進一步提高光電分選系統的計算精度和分選能力。相信通過研究者的不斷努力，光電分選技術會實現進一步的突破。光電分選技術作為一種高效低耗、環境友好的分選方法，必將在礦業領域取得良好的發展。

　　5參考文獻

　　[1]敖順福朱家銳徐峰等預選拋尾技術應用進展[J].礦產保護與利用,2021,41(4):157163.

　　[2]韓躍新,王澤紅,陳曉龍.X射線輻射分選技術及設備的發展與應用[J].礦產綜合利用,2013(6):1115.

　　[3]羅仙平寧湘菡王濤等智能分揀選礦技術的發展及其應用[J].金屬礦山,2019(7):113117.

　　[4]鮑榮華姜雅.2015年世界磷礦資源現狀及開發利用[J].磷肥與復肥,2017,32(4):14.

　　[5]尹麗文我國磷礦資源開發利用現狀及對有關問題的建議[J].國土資源情報,2004(10):3739.

　　[6]賈妮湖南某鎢礦XRT射線智能選礦機預選拋廢研究與應用[J].中國鎢業,2019,34(6):2024.

　　[7]盧熠昌于中山煤矸光電分選系統及抗干擾技術研究[J].礦業研究與開發,2020,40(1):144147.

　　[8]徐昌彥光電色選機在某礦分選中應用實踐及優化[J].世界有色金屬,2016(17):3132.

　　作者：楊丘1，唐遠1，郭勁2，鄧杰3，童曉蕾2，李進4，李智力1，何東升1