锡铁山铅锌矿X射线智能分选试验研究及应用

胡生操 付金涛 郭 劲 吕 勃 韩琪菲

（1.西部矿业股份有限公司；2.长沙有色冶金设计研究院有限公司；3.北京霍里思特科技有限公司；4.西部矿业集团科技发展有限公司）

X 射线矿石智能分选技术是各种拣选方法中应用较多的一种新型、高效、清洁、环保的矿物加工技术，不但可以实现废石、夹石与矿石的分离，也能有效选别低品位矿石和高品位矿石［1］。X 射线智能分选常用于矿石预先处理，一方面可以减少进入破碎、磨浮的废石量，另一方面可以增加选矿厂的处理量，提高入选原矿品位，增加精矿产量。X射线智能分选也常用于采场，不仅可以降低采场到选矿厂的矿石运输费用、尾矿堆存费用，也可以提高矿石的回采率。X射线智能分选也常用于废石场、排土场中回收废石中的有用矿物［2］。在国家高度重视矿产资源高效开发与利用，大力倡导节能减排，碳达峰、碳中和的背景下，X 射线智能分选作为一种高效、低耗、环保，有明显经济效益和社会效益的选矿技术，正逐步受到国内外冶金矿山、能源化工企业和科研院所的关注和青睐，其工艺技术和设备也逐渐成熟。

锡铁山铅锌矿1986 年建成了年产矿100 万t 的矿山，1988 年7 月通过国家验收并正式投产，距今已30 多年。目前，矿山已堆积了大量采矿废石，不仅影响矿产资源的综合利用，而且占据大量土地资源，也存在着一定的安全环保风险。随着锡铁山中间沟—断层沟铅锌矿的开采，其采出矿中锌、硫品位远低于选矿厂设计入选品位，致使选矿厂生产成本增加，精矿产量降低，影响矿山经济效益。为了实现采矿废石的综合利用，稳定并提升选矿厂产能以及入选矿品位，开展了X射线矿石智能分选试验研究。

1 X射线智能分选技术在选矿中的应用

1.1 工作原理

X 射线分选机于上世纪六十年代由俄罗斯有色金属研究院研制，该技术是在拣选、高能射线和图像识别算法的应用结合下形成的，X射线选矿分选机能分选各种类型的块状矿石和原料，能够将废石、夹石与矿石分离，或将低品位矿石与高品位矿石分离。目前已成功应用于锑矿、锡矿、钨矿、钼矿、金矿、铜矿、铅锌矿、萤石矿、磷矿、煤矸石等矿石的预先抛尾，分选效果较好。

X 射线分选机的分选原理是利用不同矿物对X光的反射和透过程度的差异，以激发和记录分析元素的X射线特征曲线，通过光敏元件将X光的变化转变为电信号的变化，推动继电器执行机构动作，将矿物分离。X射线智能分选机工作原理见图1。

X射线分选机由布料系统、识别系统、传感系统、分离系统和智能操控系统构成，高性能探测器采集数据，通过智能算法识别矿石品位，并用气排枪喷吹已标记的高品位矿石或废石，将高品位矿石和低品位废石进行分离，以实现矿石预先抛废或废石提精［3］。

1.2 X射线智能分选技术在铅锌矿的应用

2020 年赤峰边家大院银铅锌矿在破碎筛分工段增加了预先抛废作业，X射线智能分选机原矿抛废率约40%，废石铅+锌品位低于0.20%，银品位低于8 g/t，预先抛尾作业铅、锌、银的回收率均在93%以上。赤峰宇邦矿业双尖子山银铅锌矿利用X射线智能分选机对低品位矿石进行预选富集和废石提精，抛废率约70%，废石铅+锌品位低于0.28%，银品位18 g/t，预选作业精矿铅+锌品位2.90%，银品位308 g/t，铅、锌回收率均在82%以上，银回收率在85%以上。甘肃徽县洛坝铅锌矿平均品位较低，采矿难度加大，贫化率增高，采用预先抛废后，抛废率在55%左右，废石铅+锌品位低于0.20%，铅+锌原矿品位由2.5%左右富集到了5.4%左右，铅、锌、银的抛废作业回收率均在95%以上。

通过X射线分选机进行预先抛废，大幅减少了进入细碎的磨机矿石量，降低了碎磨功耗，提高了浮选入选品位及单位时间产量，减少了浮选药剂用量，减轻了尾矿库压力。对于矿山新建项目可以减小磨机规格，节省投资。抛出的废石或围岩可用于砂石骨料或井下回填，减少固废排放，实现经济发展与环境保护双赢。

2 试验研究

2.1 原 矿

矿样取自锡铁山铅锌矿原矿堆场，破碎混匀后，铅+锌原矿品位约4.5%，远低于选矿厂设计入选铅+锌品位7.0%；另外，单独采取了高品位块矿进行建模标定。

2.2 试验设备

试验设备为霍里思特公司自主研发的智能分选机（XNDT-104），工作主皮带宽1.6 m，速度3～4 m/s，喷吹气孔间距7.0，10.0，12.5 mm，可选块矿粒度8～100 mm，处理量40～200 t/h。

2.3 试验流程

为研究矿石中金属元素的分布情况，有效调控抛废率，对原矿进行多梯队抛废试验。使用智能分选机扫描一部分原矿，获取矿石图像，通过智能识别算法，从低到高设置不同的抛废率，将原矿分为4 个梯队（S1、S2、S3、S4）。多梯队抛废试验具体试验步骤如下。

（1）对原矿设置35%左右的抛废率，从原矿中分选出低品位废石S1。

（2）对原矿设置50%左右的抛废率，从步骤（1）剩余原矿中分选出S2。

（3）对原矿设置60%左右的抛废率，从步骤（2）剩余原矿中分选出S3；最后剩余矿样为S4。

试验过程中的梯队数量和抛废率，可根据矿石性质具体情况进行调整。多梯队抛废试验流程见图2。

2.4 预研建模

当矿石通过射线源正下方时，由高压激发的X射线照射，皮带上的矿石块会减弱射线强度，使穿透矿石的X 射线因石块中所测元素含量的高低而产生不同程度的衰减。试验研究之前，先对低品位废石和高品位矿石分别进行数据采集与分析，可为X射线分选试验参数设置提供一定的参考依据。数据采集结果见图3。

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2.5 粒级对X射线分选的影响

矿石的解离度对矿物的选别及X 射线的穿透能力至关重要，原矿样品粒度为10～120 mm，考虑到锡铁山铅锌矿磨矿采用SAB 工艺，入磨矿石块度较大，故取2/5 原矿进行全粒级（10～120 mm）抛废试验，剩余矿样分成10～65 mm 和65～120 mm 2 个粒级进行试验，共3种粒级进行预选抛废试验［4］。

2.5.1 10～120 mm多梯队抛废试验

10～120 mm 全粒级多梯队预选抛废试验结果见表1。

由表1 可知，随着抛废率的增加，精矿中各金属元素回收率呈下降趋势，当10～120 mm 全粒级抛废率为41.78%时，尾矿中铅、锌品位均在0.10%以内，铅、锌、硫精矿作业回收率分别为96.97%，99.38%，94.96%。

2.5.2 10～65 mm多梯队抛废试验

10～65 mm 全粒级多梯队预选抛废试验结果见表2。抛废率与选别指标变化关系见图4、图5。

由表2可知，当10～65 mm 粒级抛废率为41.91%时，尾矿中铅、锌品位均在0.10%以内，硫品位为0.63%，铅、锌、硫精矿作业回收率分别为99.23%， 99.09%，97.54%，预选选别抛废指标较好。

2.5.3 65～120 mm多梯队抛废试验

65～120 mm 全粒级多梯队预选抛废试验结果见表3。

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由表3 可知，当65～120 mm 粒级抛废率为42.74% 时，尾矿中铅、锌、硫品位分别为0.26%，0.08%，0.80%，精矿中铅、锌、硫作业回收率分别为89.08%，97.74%，93.36%。

由粒级对X射线分选的影响试验结果可知，10～65 mm 粒级X 射线分选效果最佳，抛废率为41.91%时，尾矿中铅、锌品位均在0.10%以内，硫品位为0.63%，铅、锌、硫精矿作业回收率分别为99.23%，99.09%，97.54%，精矿中铅、锌富集达1.7 以上；10～120 mm 全粒级次之，65～120 mm 较之最差，说明粒度越细，矿物解离度越好，对X 射线透射、识别有利［5］。

3 现场应用

锡铁山铅锌矿原碎磨流程（图6）半自磨顽石粒度+10 mm，矿量≥30 t/h，直接返回半自磨机再磨，顽石作为难磨粒子很难被半自磨机内部消化，大量的顽石在磨机中循环累积，易造成半自磨机运行功率先达到瓶颈，导致钢耗、能耗上升，严重影响半自磨机产量［6］。

鉴于X 射线智能分选抛废试验研究成果，10～65 mm 粒级X 射线分选效果最佳，半自磨顽石粒度为10～60 mm，较适用于X 射线预先抛废，故引入X 射线顽石预先抛废系统，改造后碎磨流程见图7。改造后顽石抛废作业选矿生产调试指标见表4。

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由表4 可知，锡铁山铅锌矿顽石抛废率在31%～50%内均可获得较好的分选指标，抛废作业精矿铅、锌、硫回收率分别为88.27%～96.40%，89.91%～98.89%，88.35%～98.86%，废石铅+锌品位均在0.25%以内。

4 结 论

（1）X 射线智能分选技术适用于锡铁山铅锌矿，可用于原矿、半自磨顽石预先抛废以及废石提精，对企业提质增效、资源综合利用具有显著的经济和社会效益。

（2）粒级对X 射线分选效果有一定的影响，粒度太细或太粗对X射线分选系统高压喷吹装置（分离系统）不利，太粗不利于矿物的解离，以及对X光的反射和投射也有一定的影响，锡铁山铅锌矿10～65 mm粒级分选效果最佳，原矿抛废率为41.91%时，精矿铅、锌、硫抛废作业回收率分别为99.23%，99.09%，97.54%，精矿中铅、锌富集达1.7以上。

（3）锡铁山铅锌矿利用X 射线分选技术进行顽石抛废效果较好，在保证资源充分回收的前提下，可预先抛除40%左右的顽石，抛出废石可作为建材自用或销售，废石铅+锌品位在0.25%以内，就减少半自磨顽石返回量来说，预计可提高半自磨机处理量10 万t/a。