矿石预选抛废技术与智能光电选矿设备选型要点

吴志虎

（赣州好朋友科技有限公司，江西 赣州 341000）

矿产资源是人类社会生存和发展的基础，对整个国民经济的发展有着至关重要的作用。在我国社会经济发展进入新时代的大背景下，经济增长中矿产资源短缺、矿产资源安全和矿业经济发展方面的矛盾不断显现。习近平总书记多次强调：“要大力节约集约利用资源，推动资源利用方式根本转变！”

我国矿产资源禀赋条件较差，典型特点为：贫、杂、细，贫矿多、难选矿多。近年来，随着矿山资源不断枯竭，易采矿石减少、矿石贫化加剧，矿石入选品位不断下降，破碎、球磨、药剂等选矿成本大幅增加。新建尾矿库审批受限，老尾矿库库容不足，导致尾矿处理成本大幅上升。历史堆存尾矿、废石资源浪费巨大，还带来了巨大的环保压力。

在我国社会经济发展进入新时代的大背景下，深度学习、感知技术、机器视觉、图像识别等人工智能前沿科技，使智能光电选矿技术从实验室走向了选厂生产现场，依托智能光电选矿机的矿石预选抛废技术，以其高效、节能、环保的显著，已成功应用于钨、锡、锑、铜、铅锌、钼、金、硫、磷、煤、萤石等矿种，已成为解决经济增长中矿产资源短缺、矿产资源安全和矿业经济发展，提升矿山企业科技水平和经济效益的重要手段。

1 国内外智能光电选矿设备的研究进展

1905年奥地利人开始研究利用物料表面颜色差异进行分选,发明了光电分选法，由于对分选的速度和产品的要求较高，光电分选的发展受到了限制。60年代才开始应用于选矿，由于要摆脱繁重的手工拣选，提高劳动生产率,光电分选在选矿中的应用迅速发展，矿石拣选设备的发展达到一个高峰。

新世纪以来，随着电子元器件的迅猛发展，以及计算机技术的不断完善推广，深度学习、感知技术、机器视觉、图像识别等人工智能前沿科技，为提高光电选矿机性能提供了充足的条件。从20世纪80年代末至21世纪初，国外在基于传感器分选技术的研究上取得了很多成就，开发了多种机械结构和检测技术的拣选机。21世纪以来，国外公司加大了矿石拣选设备在中国的推广力度和专利申请力度，尝试打开中国市场。

我国从60年代开始研究光电分选技术，1969年10月在黑钨矿山建成我国第一座光电选矿车间并投产，七十年代以来有了较大的进展，八十年代初期已研制出数十种类型的拣选机。但由于当时传感器对色差的分辨率能力有限，及数据处理电路智能化程度低等原因，造成光选机在矿山恶劣的工作环境不能正常运行，需要技术水平较高的专业人员参与日常操作维护，致使该设备投入实际应用受限。20世纪80年代末至21世纪初，国外光电分选技术突飞猛进之时，国内光电选矿技术的发展由于技术、管理及市场等原因出现了停滞。

2015年8月，国内最早研发智能光电选矿技术的赣州好朋友科技有限公司，率先成功研制了高清智能图像选矿机，并成功应用于江钨集团的钨矿石预选，产品填补了国内有色金属预选选矿机器人的空白；2017年初，该公司基于世界领先的AI技术，国内首家开拓性结合深度学习自主研发的X射线智能选矿机，率先在国内钨、锡、锑、铅锌、铜、钼、金、磷等矿山实现了首台套工业应用；成功入选国土资源部《矿产资源节约与综合利用先进适用技术推广目录》(第五批)；矿石预选抛废技术，被中国有色金属工业协会认定为铅锌行业首创，国际领先水平。

近三年，以赣州好朋友科技为主导的国内同类产品蓬勃发展，截止目前已有近10家企业进入智能光电分选设备领域，形成了傲视国外竞争对手、群雄并起的喜人态势。赣州好朋友科技是国内唯一同时拥有图像选矿技术和X射线智能选矿技术，智能光电选矿机稳居国内市场占有率第一，牢牢占据有色金属矿山市场；天津美腾最早进入煤矸石智能分选领域，在煤炭市场独领风骚；三家磁选设备不甘落后，沈阳隆基、赣州金环、山东华特先后进入智能光电分选设备领域；有色金属大省湖南、河北唐山煤炭产区、北京大兴等地均有多家企业跨界进入，美国凯瑞斯等国外智能光电选矿设备生产商，也在国内建立办事机构，企图在矿石预选领域分羹。

2 智能光电选矿机技术路线与工作原理

智能光电选矿技术发展非常迅速，主要有：色选（高清图像识别）、X射线穿透（XRT）、X射线表面辐射（XRF）、激光诱导、微波等，目前世界上比较成熟的光电选矿技术，以色选（高清图像识别）、X射线穿透（XRT）较为主流，工业应用较多。国内的X射线表面辐射（XRF）产品，未得到大面积推广，生产企业大多转型发展X射线穿透（XRT）技术；激光诱导、微波技术，目前国内有赣州好朋友科技正在研发。

智能光电选矿机，无论是高清智能图像选矿机还是X射线智能选矿机，其设备的主要构成分为四大模块：振动布料系统、X射线透射检测系统（高清图像识别系统）、计算机软件算法系统、气动矿废分离系统。

（1）布料系统：由给料机、溜槽、皮带运输组成，两级缓冲式给料，矿物在给料系统的作用下形成单层平铺的状态经过检查系统，在保障分拣效果同时处理量最大化。

（2）检测系统：X射线透射检测系统由射线发生器及射线接收器组成，矿石识别精度可达0.4mm，360度整体积内无死角搜索矿石内部；高清图像识别系统由高亮光源和高清数码相机组成，可以通过矿石表面特征对矿石进行高清成像。

（3）算法系统：通过研究矿石的颜色、纹理、光泽、大小、厚度、密度、原子序列等不同特征信息，针对性地构建矿石的分选训练模型，实现海量矿石数据的高速、准确识别。

（4）分离系统：设备硬件控制部分由工控机、高速控制器、继电器等重要原件组成，通过算法优化可实时动态全自动喷射分离矿废。

图1 好朋友科技X射线智能选矿机结构示意图

智能光电选矿机的工作原理，通过矿石颜色、纹理、光泽、大小、密度、厚度、原子序列等不同特征信息，针对性选择色选（高清图像识别）或X射线穿透（XRT）技术，精确探测矿石表面特征值（颜色、纹理、光泽等），或矿石密度特征值（大小、密度、厚度）和相关组分（原子序列）对X射线反应差异性，采用AI算法处理有效矿石数据信息，数据传输至气动矿废分离系统的电磁阀，全自动智能喷射装置可精准分离矿石和废石，实现含脉矿物实时、智能、精准分选。

基于世界领先AI技术，赣州好朋友科技在国内首家开拓性地结合深度学习理论，设计出自适应矿石分选模型、矿石品位变化实时跟踪和在线优化算法，可以在复杂矿石分选环境下，进行海量矿石数据高速、准确处理，每秒图像中的矿石数量可以超过1000个，图像数据处理量超过2Gb/s，废石选出准确率99%以上，矿石选出准确率大于98%。

3 矿山资源条件与智能光电选矿机选型

3.1 矿石表面特性与光电选矿技术选择

矿石表面特征明显的矿石，矿废之间有较为显著的颜色、纹理、光泽差别，如黑钨矿、部分锑矿及碳酸钙、石英、磷等非金属矿种，推荐选用色选（高清图像识别）技术进行分选。

矿石表面特征不明显的大多数矿种，如铜、铅锌、钨、锡、锑、钼、金银、硫、萤石、长石、煤等，需要精确探知矿石内部，才能准确将矿废区分，推荐选用X射线穿透技术（XRT），利用矿石密度特征值（大小、密度、厚度）和相关组分（原子序列）对X射线反应差异性进行矿废分选。

针对部分矿山有回收脉石中有价非金属矿物如石英等的需求，可以考虑X射线穿透（XRT）技术和色选（高清图像识别）技术的联选工艺。先用X射线穿透（XRT）技术将矿石选出，在利用色选（高清图像识别）技术将脉石里面的石英或其他有价资源选出。赣州地区石英脉型黑钨矿，大量采用此工艺，取得了良好的回收效果，章源钨业等10余家矿山实现了工业应用。

3.2 不同矿种与X射线智能选矿机选型

不同矿种的矿石品位、成矿条件、崁布特性、脉石性质，都有显著的区别。复杂多金属矿、低品位矿，一般选择X射线智能选矿技术分选。

一般而言，脉状矿物具有比较好的分选效果，如钨、锡、锑等金属矿山，浸染状矿物相对比较难分选，如大多数斑岩型铜矿、金矿、少部分铅锌矿。矿、脉原子系数差别大的矿物，较好分选。比如磷矿分选过程中，选别其中原子系数和磷差别较大的硅，取得了较好的分选效果。

钨、锡、锑等金属矿物，一般原矿品位均较低，且多为复杂、伴生矿，对X射线透视精度要求较高，宜选用射线强度较高的单能X射线穿透（XRT）技术，以确保精准识别微量矿物，避免出现因X射线强度不够导致的识别精度不够、无法识别、误判。赣州好朋友科技单能X射线穿透（XRT）技术，应用于钨、锡、锑矿种，工业生产指标与实验指标完全无偏差，取得了非常满意的应用效果，目前工业应用已超过60台套。

铅锌、铜、钼、金银等金属矿物，萤石、硅、磷、煤等非金属矿物，一般矿石与脉石原子系数相差较小，且大多数矿山实际只需回收主要目的矿物，部分矿种实际选矿作业中采用反选模式，此时宜选用双能X射线智能选矿机。双能X射线有利于提高目标矿物成像建模的准确率，从而提高矿石分选精度。有报道赣州好朋友科技利用反选技术，在金矿和磷矿取得了良好分选效果。

3.3 不同工况需求与智能光电选矿机适配

不同矿山的工况条件，特别是破碎工序的不同，对智能光电选矿机的要求有显著区别。由于智能光电选矿技术是一门新兴学科，大多数矿山在设计和建设时，并没有考虑预留智能光电选矿机的安装位置，依山而建的选矿厂，场地狭小，给智能光电选矿技术改造，变得相对困难。

目前实际工业应用的智能光电选矿机，一般处理粒级在+10～-100mm，煤矿专用的粒级可以达到300mm。对采用传统三段破碎的金属非金属选厂，一般中碎后的粒级在60mm以下，可直接将中碎产品筛分后的+10～-60mm原矿，接入智能光电选矿机进行分选，对选厂原有流程改造相对不多，容易实现。部分改造条件困难的，可以考虑在坑口或采场安装智能光电选矿机，就地分选，不但可以提高选厂效率，还可减少矿石运输成本。

部分智能选矿机选择更低下限分选粒级，如+8～40mm，实际改造中并不具备优势，而且对整个选厂作业流程带来较大冲击。一是因为矿山中碎后的检查筛分筛网孔径大多控制在13mm左右，改变筛网尺寸容易导致破碎机产能不足；二是因为分选粒级下降，智能分选机设备台时处理量将下降30%以上，在矿废解离充分的情况下，严重浪费了智能选矿机的产能；三是筛网改造，中、细碎作业循环负荷均会发生改变，有可能影响整个选厂作业流程效率。

对煤矿而言，可以选择在洗煤厂进行技术改造，也可以选择在井下脱矸。井下排矸已经逐渐成为市场主流，如山西等地已经专门发文，鼓励推广井下排矸充填采矿。对井下脱矸的改造方案，必须选择具有煤安认证的设备，以确保矿山生产安全。

矿山废石堆的资源综合回收，废石品位相对较低，选矿作业回收率要求不是特别高，对智能选矿机的台时处理量有较高要求。此时可以适当提高抛废率，从而实现大处理量，快速高效回收废石中的有价资源，取得最大化的经济效益。

4 智能光电选矿机在典型矿山的应用

据相关文献报道，大部分有色金属、黑色金属、非金属和煤矿，都有智能光电设备应用。但相对比较成熟的应用领域，还是有色金属和煤炭。

黑钨矿应用：江钨集团下垄矿山，应用了好朋友科技X射线智能选矿机处理入选粒级+15～-55mm，原矿品位0.25%的黑钨矿石，取得了抛尾废石品位0.03%，精矿品位2.25%，精矿回收率90%，富集比9倍，作业抛废率90.5%的良好效果。截至目前为止，该集团累计采购好朋友科技高清智能图像选矿机和X射线智能选矿机10台。

白钨矿应用：中钨高新远景钨业，应用了4台好朋友科技X射线智能选矿机处理入选粒级+15～-60mm，原矿品位WO3：0.28%的白钨矿石，取得了抛尾废石品位WO3：0.04%，精矿品位WO3：0.89%，精矿回收率89.7%，富集比3.18，作业抛废率：72.6%的良好效果。该集团旗下修水香炉山钨业，应用2台好朋友科技X射线智能选矿机，也取得了满意的分选效果。

锡矿应用：云锡集团老厂锡铜矿，应用了4台好朋友科技X射线智能选矿机处理入选粒级+10～-70mm，原矿品位Sn：0.24%、Cu：0.51%多金属矿，取得了抛尾废石品位Sn：0.05%、Cu：0.08%，精矿品位Sn：0.33%、Cu：0.74%，精矿回收率Sn：92.24%、Cu：94.26%，富集比：Sn：1.38、Cu：1.45，作业抛废率：35.6%的良好效果。该集团旗下大屯矿、卡房矿，分别应用2台和1台好朋友科技X射线智能选矿机，也取得了十分满意的分选效果。

锑矿应用：湖南黄金渣滓溪锑矿，应用好朋友科技X射线智能选矿机处理入选粒级+10～-70mm，原矿品位Sb：2.00%的锑矿石，取得了抛尾废石品位Sb：0.08%，精矿品位Sb：4.88%，精矿回收率97.60%，富集比2.44，作业抛废率：60.20%的良好效果。

铅锌矿应用：中金岭南凡口铅锌矿，应用好朋友科技X射线智能选矿机处理入选粒级+10～-50mm，原矿品位Pb：1.11%、Zn：1.25%的铅锌废石，取得了抛尾废石品位Pb：0.04%、Zn：0.10%，精矿品位Pb：10.74%、Zn：11.6%，精矿回收率Pb：96.76%、Zn：92.8%，富集比Pb：9.68、Zn：9.28，作业抛废率：90.00%的良好效果。截至目前，该矿累计采购好朋友科技X射线智能选矿机8台。

钼矿应用：广西贺州裕龙钼矿，应用好朋友科技X射线智能选矿机处理入选粒级+10～-60mm，原矿品位Mo：0.17%的钼矿石，取得了抛尾废石品位Mo：0.02%，精矿品位Mo：0.73%，精矿回收率93.47%，富集比4.30，作业抛废率：77.56%的良好效果。

金矿应用：西部地区某金矿，应用4台好朋友科技高清智能图像选矿机处理入选粒级+10～-60mm，原矿品位Au：0.60%的金矿石，取得了抛尾废石品位Au：0.14%，精矿品位Au：1.38%，精矿回收率91.2%，富集比2.30，作业抛废率：54.8%的良好效果。

铅锌锑多金属矿应用：华锡集团五吉铅锌锑矿，应用好朋友科技X射线智能选矿机处理入选粒级+10～-60mm，原矿品位Pb+Zn+Sb：6%～9%的铅锌锑多金属矿，取得了抛尾废石品位Pb：0.07%、Zn：0.33%、Sb：0.26%，精矿品位：Pb+Zn+Sb：9%～12%，精矿回收率Pb：95%、Zn：92%、Sb：93%，富集比：1.5，作业抛废率：45.8%的良好效果。

5 结语

目前国内智能光电选矿设备，除智能图像识别技术和X射线透视技术得到成熟应用，其他如激光、微波等光电选矿技术还在研发当中，设备的型号规格也相对较少，总体而言处理能力也还有待提高。

未来随着国内智能光电选矿设备厂商在皮带速度和有效选矿宽度上的发力，皮带速度将由3.5m/s提升至6m/s，加上皮带有效选矿宽度加宽，届时智能光电选矿设备的适应性将更广，会在一定程度上简化设备选型工作。