吳志虎

（贛州好朋友科技有限公司，江西 贛州 341000）

礦產(chǎn)資源是人類社會生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，對整個國民經(jīng)濟的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。在我國社會經(jīng)濟發(fā)展進入新時代的大背景下，經(jīng)濟增長中礦產(chǎn)資源短缺、礦產(chǎn)資源安全和礦業(yè)經(jīng)濟發(fā)展方面的矛盾不斷顯現(xiàn)。習近平總書記多次強調(diào)：“要大力節(jié)約集約利用資源，推動資源利用方式根本轉(zhuǎn)變！”

我國礦產(chǎn)資源稟賦條件較差，典型特點為：貧、雜、細，貧礦多、難選礦多。近年來，隨著礦山資源不斷枯竭，易采礦石減少、礦石貧化加劇，礦石入選品位不斷下降，破碎、球磨、藥劑等選礦成本大幅增加。新建尾礦庫審批受限，老尾礦庫庫容不足，導(dǎo)致尾礦處理成本大幅上升。歷史堆存尾礦、廢石資源浪費巨大，還帶來了巨大的環(huán)保壓力。

在我國社會經(jīng)濟發(fā)展進入新時代的大背景下，深度學習、感知技術(shù)、機器視覺、圖像識別等人工智能前沿科技，使智能光電選礦技術(shù)從實驗室走向了選廠生產(chǎn)現(xiàn)場，依托智能光電選礦機的礦石預(yù)選拋廢技術(shù)，以其高效、節(jié)能、環(huán)保的顯著，已成功應(yīng)用于鎢、錫、銻、銅、鉛鋅、鉬、金、硫、磷、煤、螢石等礦種，已成為解決經(jīng)濟增長中礦產(chǎn)資源短缺、礦產(chǎn)資源安全和礦業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，提升礦山企業(yè)科技水平和經(jīng)濟效益的重要手段。

1 國內(nèi)外智能光電選礦設(shè)備的研究進展

1905年奧地利人開始研究利用物料表面顏色差異進行分選,發(fā)明了光電分選法，由于對分選的速度和產(chǎn)品的要求較高，光電分選的發(fā)展受到了限制。60年代才開始應(yīng)用于選礦，由于要擺脫繁重的手工揀選，提高勞動生產(chǎn)率,光電分選在選礦中的應(yīng)用迅速發(fā)展，礦石揀選設(shè)備的發(fā)展達到一個高峰。

新世紀以來，隨著電子元器件的迅猛發(fā)展，以及計算機技術(shù)的不斷完善推廣，深度學習、感知技術(shù)、機器視覺、圖像識別等人工智能前沿科技，為提高光電選礦機性能提供了充足的條件。從20世紀80年代末至21世紀初，國外在基于傳感器分選技術(shù)的研究上取得了很多成就，開發(fā)了多種機械結(jié)構(gòu)和檢測技術(shù)的揀選機。21世紀以來，國外公司加大了礦石揀選設(shè)備在中國的推廣力度和專利申請力度，嘗試打開中國市場。

我國從60年代開始研究光電分選技術(shù)，1969年10月在黑鎢礦山建成我國第一座光電選礦車間并投產(chǎn)，七十年代以來有了較大的進展，八十年代初期已研制出數(shù)十種類型的揀選機。但由于當時傳感器對色差的分辨率能力有限，及數(shù)據(jù)處理電路智能化程度低等原因，造成光選機在礦山惡劣的工作環(huán)境不能正常運行，需要技術(shù)水平較高的專業(yè)人員參與日常操作維護，致使該設(shè)備投入實際應(yīng)用受限。20世紀80年代末至21世紀初，國外光電分選技術(shù)突飛猛進之時，國內(nèi)光電選礦技術(shù)的發(fā)展由于技術(shù)、管理及市場等原因出現(xiàn)了停滯。

2015年8月，國內(nèi)最早研發(fā)智能光電選礦技術(shù)的贛州好朋友科技有限公司，率先成功研制了高清智能圖像選礦機，并成功應(yīng)用于江鎢集團的鎢礦石預(yù)選，產(chǎn)品填補了國內(nèi)有色金屬預(yù)選選礦機器人的空白；2017年初，該公司基于世界領(lǐng)先的AI技術(shù)，國內(nèi)首家開拓性結(jié)合深度學習自主研發(fā)的X射線智能選礦機，率先在國內(nèi)鎢、錫、銻、鉛鋅、銅、鉬、金、磷等礦山實現(xiàn)了首臺套工業(yè)應(yīng)用；成功入選國土資源部《礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用先進適用技術(shù)推廣目錄》(第五批)；礦石預(yù)選拋廢技術(shù)，被中國有色金屬工業(yè)協(xié)會認定為鉛鋅行業(yè)首創(chuàng)，國際領(lǐng)先水平。

近三年，以贛州好朋友科技為主導(dǎo)的國內(nèi)同類產(chǎn)品蓬勃發(fā)展，截止目前已有近10家企業(yè)進入智能光電分選設(shè)備領(lǐng)域，形成了傲視國外競爭對手、群雄并起的喜人態(tài)勢。贛州好朋友科技是國內(nèi)唯一同時擁有圖像選礦技術(shù)和X射線智能選礦技術(shù)，智能光電選礦機穩(wěn)居國內(nèi)市場占有率第一，牢牢占據(jù)有色金屬礦山市場；天津美騰最早進入煤矸石智能分選領(lǐng)域，在煤炭市場獨領(lǐng)風騷；三家磁選設(shè)備不甘落后，沈陽隆基、贛州金環(huán)、山東華特先后進入智能光電分選設(shè)備領(lǐng)域；有色金屬大省湖南、河北唐山煤炭產(chǎn)區(qū)、北京大興等地均有多家企業(yè)跨界進入，美國凱瑞斯等國外智能光電選礦設(shè)備生產(chǎn)商，也在國內(nèi)建立辦事機構(gòu)，企圖在礦石預(yù)選領(lǐng)域分羹。

2 智能光電選礦機技術(shù)路線與工作原理

智能光電選礦技術(shù)發(fā)展非常迅速，主要有：色選（高清圖像識別）、X射線穿透（XRT）、X射線表面輻射（XRF）、激光誘導(dǎo)、微波等，目前世界上比較成熟的光電選礦技術(shù)，以色選（高清圖像識別）、X射線穿透（XRT）較為主流，工業(yè)應(yīng)用較多。國內(nèi)的X射線表面輻射（XRF）產(chǎn)品，未得到大面積推廣，生產(chǎn)企業(yè)大多轉(zhuǎn)型發(fā)展X射線穿透（XRT）技術(shù)；激光誘導(dǎo)、微波技術(shù)，目前國內(nèi)有贛州好朋友科技正在研發(fā)。

智能光電選礦機，無論是高清智能圖像選礦機還是X射線智能選礦機，其設(shè)備的主要構(gòu)成分為四大模塊：振動布料系統(tǒng)、X射線透射檢測系統(tǒng)（高清圖像識別系統(tǒng)）、計算機軟件算法系統(tǒng)、氣動礦廢分離系統(tǒng)。

（1）布料系統(tǒng)：由給料機、溜槽、皮帶運輸組成，兩級緩沖式給料，礦物在給料系統(tǒng)的作用下形成單層平鋪的狀態(tài)經(jīng)過檢查系統(tǒng)，在保障分揀效果同時處理量最大化。

（2）檢測系統(tǒng)：X射線透射檢測系統(tǒng)由射線發(fā)生器及射線接收器組成，礦石識別精度可達0.4mm，360度整體積內(nèi)無死角搜索礦石內(nèi)部；高清圖像識別系統(tǒng)由高亮光源和高清數(shù)碼相機組成，可以通過礦石表面特征對礦石進行高清成像。

（3）算法系統(tǒng)：通過研究礦石的顏色、紋理、光澤、大小、厚度、密度、原子序列等不同特征信息，針對性地構(gòu)建礦石的分選訓(xùn)練模型，實現(xiàn)海量礦石數(shù)據(jù)的高速、準確識別。

（4）分離系統(tǒng)：設(shè)備硬件控制部分由工控機、高速控制器、繼電器等重要原件組成，通過算法優(yōu)化可實時動態(tài)全自動噴射分離礦廢。

圖1 好朋友科技X射線智能選礦機結(jié)構(gòu)示意圖

智能光電選礦機的工作原理，通過礦石顏色、紋理、光澤、大小、密度、厚度、原子序列等不同特征信息，針對性選擇色選（高清圖像識別）或X射線穿透（XRT）技術(shù)，精確探測礦石表面特征值（顏色、紋理、光澤等），或礦石密度特征值（大小、密度、厚度）和相關(guān)組分（原子序列）對X射線反應(yīng)差異性，采用AI算法處理有效礦石數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)傳輸至氣動礦廢分離系統(tǒng)的電磁閥，全自動智能噴射裝置可精準分離礦石和廢石，實現(xiàn)含脈礦物實時、智能、精準分選。

基于世界領(lǐng)先AI技術(shù)，贛州好朋友科技在國內(nèi)首家開拓性地結(jié)合深度學習理論，設(shè)計出自適應(yīng)礦石分選模型、礦石品位變化實時跟蹤和在線優(yōu)化算法，可以在復(fù)雜礦石分選環(huán)境下，進行海量礦石數(shù)據(jù)高速、準確處理，每秒圖像中的礦石數(shù)量可以超過1000個，圖像數(shù)據(jù)處理量超過2Gb/s，廢石選出準確率99%以上，礦石選出準確率大于98%。

3 礦山資源條件與智能光電選礦機選型

3.1 礦石表面特性與光電選礦技術(shù)選擇

礦石表面特征明顯的礦石，礦廢之間有較為顯著的顏色、紋理、光澤差別，如黑鎢礦、部分銻礦及碳酸鈣、石英、磷等非金屬礦種，推薦選用色選（高清圖像識別）技術(shù)進行分選。

礦石表面特征不明顯的大多數(shù)礦種，如銅、鉛鋅、鎢、錫、銻、鉬、金銀、硫、螢石、長石、煤等，需要精確探知礦石內(nèi)部，才能準確將礦廢區(qū)分，推薦選用X射線穿透技術(shù)（XRT），利用礦石密度特征值（大小、密度、厚度）和相關(guān)組分（原子序列）對X射線反應(yīng)差異性進行礦廢分選。

針對部分礦山有回收脈石中有價非金屬礦物如石英等的需求，可以考慮X射線穿透（XRT）技術(shù)和色選（高清圖像識別）技術(shù)的聯(lián)選工藝。先用X射線穿透（XRT）技術(shù)將礦石選出，在利用色選（高清圖像識別）技術(shù)將脈石里面的石英或其他有價資源選出。贛州地區(qū)石英脈型黑鎢礦，大量采用此工藝，取得了良好的回收效果，章源鎢業(yè)等10余家礦山實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。

3.2 不同礦種與X射線智能選礦機選型

不同礦種的礦石品位、成礦條件、崁布特性、脈石性質(zhì)，都有顯著的區(qū)別。復(fù)雜多金屬礦、低品位礦，一般選擇X射線智能選礦技術(shù)分選。

一般而言，脈狀礦物具有比較好的分選效果，如鎢、錫、銻等金屬礦山，浸染狀礦物相對比較難分選，如大多數(shù)斑巖型銅礦、金礦、少部分鉛鋅礦。礦、脈原子系數(shù)差別大的礦物，較好分選。比如磷礦分選過程中，選別其中原子系數(shù)和磷差別較大的硅，取得了較好的分選效果。

鎢、錫、銻等金屬礦物，一般原礦品位均較低，且多為復(fù)雜、伴生礦，對X射線透視精度要求較高，宜選用射線強度較高的單能X射線穿透（XRT）技術(shù)，以確保精準識別微量礦物，避免出現(xiàn)因X射線強度不夠?qū)е碌淖R別精度不夠、無法識別、誤判。贛州好朋友科技單能X射線穿透（XRT）技術(shù)，應(yīng)用于鎢、錫、銻礦種，工業(yè)生產(chǎn)指標與實驗指標完全無偏差，取得了非常滿意的應(yīng)用效果，目前工業(yè)應(yīng)用已超過60臺套。

鉛鋅、銅、鉬、金銀等金屬礦物，螢石、硅、磷、煤等非金屬礦物，一般礦石與脈石原子系數(shù)相差較小，且大多數(shù)礦山實際只需回收主要目的礦物，部分礦種實際選礦作業(yè)中采用反選模式，此時宜選用雙能X射線智能選礦機。雙能X射線有利于提高目標礦物成像建模的準確率，從而提高礦石分選精度。有報道贛州好朋友科技利用反選技術(shù)，在金礦和磷礦取得了良好分選效果。

3.3 不同工況需求與智能光電選礦機適配

不同礦山的工況條件，特別是破碎工序的不同，對智能光電選礦機的要求有顯著區(qū)別。由于智能光電選礦技術(shù)是一門新興學科，大多數(shù)礦山在設(shè)計和建設(shè)時，并沒有考慮預(yù)留智能光電選礦機的安裝位置，依山而建的選礦廠，場地狹小，給智能光電選礦技術(shù)改造，變得相對困難。

目前實際工業(yè)應(yīng)用的智能光電選礦機，一般處理粒級在+10～-100mm，煤礦專用的粒級可以達到300mm。對采用傳統(tǒng)三段破碎的金屬非金屬選廠，一般中碎后的粒級在60mm以下，可直接將中碎產(chǎn)品篩分后的+10～-60mm原礦，接入智能光電選礦機進行分選，對選廠原有流程改造相對不多，容易實現(xiàn)。部分改造條件困難的，可以考慮在坑口或采場安裝智能光電選礦機，就地分選，不但可以提高選廠效率，還可減少礦石運輸成本。

部分智能選礦機選擇更低下限分選粒級，如+8～40mm，實際改造中并不具備優(yōu)勢，而且對整個選廠作業(yè)流程帶來較大沖擊。一是因為礦山中碎后的檢查篩分篩網(wǎng)孔徑大多控制在13mm左右，改變篩網(wǎng)尺寸容易導(dǎo)致破碎機產(chǎn)能不足；二是因為分選粒級下降，智能分選機設(shè)備臺時處理量將下降30%以上，在礦廢解離充分的情況下，嚴重浪費了智能選礦機的產(chǎn)能；三是篩網(wǎng)改造，中、細碎作業(yè)循環(huán)負荷均會發(fā)生改變，有可能影響整個選廠作業(yè)流程效率。

對煤礦而言，可以選擇在洗煤廠進行技術(shù)改造，也可以選擇在井下脫矸。井下排矸已經(jīng)逐漸成為市場主流，如山西等地已經(jīng)專門發(fā)文，鼓勵推廣井下排矸充填采礦。對井下脫矸的改造方案，必須選擇具有煤安認證的設(shè)備，以確保礦山生產(chǎn)安全。

礦山廢石堆的資源綜合回收，廢石品位相對較低，選礦作業(yè)回收率要求不是特別高，對智能選礦機的臺時處理量有較高要求。此時可以適當提高拋廢率，從而實現(xiàn)大處理量，快速高效回收廢石中的有價資源，取得最大化的經(jīng)濟效益。

4 智能光電選礦機在典型礦山的應(yīng)用

據(jù)相關(guān)文獻報道，大部分有色金屬、黑色金屬、非金屬和煤礦，都有智能光電設(shè)備應(yīng)用。但相對比較成熟的應(yīng)用領(lǐng)域，還是有色金屬和煤炭。

黑鎢礦應(yīng)用：江鎢集團下壟礦山，應(yīng)用了好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+15～-55mm，原礦品位0.25%的黑鎢礦石，取得了拋尾廢石品位0.03%，精礦品位2.25%，精礦回收率90%，富集比9倍，作業(yè)拋廢率90.5%的良好效果。截至目前為止，該集團累計采購好朋友科技高清智能圖像選礦機和X射線智能選礦機10臺。

白鎢礦應(yīng)用：中鎢高新遠景鎢業(yè)，應(yīng)用了4臺好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+15～-60mm，原礦品位WO3：0.28%的白鎢礦石，取得了拋尾廢石品位WO3：0.04%，精礦品位WO3：0.89%，精礦回收率89.7%，富集比3.18，作業(yè)拋廢率：72.6%的良好效果。該集團旗下修水香爐山鎢業(yè)，應(yīng)用2臺好朋友科技X射線智能選礦機，也取得了滿意的分選效果。

錫礦應(yīng)用：云錫集團老廠錫銅礦，應(yīng)用了4臺好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+10～-70mm，原礦品位Sn：0.24%、Cu：0.51%多金屬礦，取得了拋尾廢石品位Sn：0.05%、Cu：0.08%，精礦品位Sn：0.33%、Cu：0.74%，精礦回收率Sn：92.24%、Cu：94.26%，富集比：Sn：1.38、Cu：1.45，作業(yè)拋廢率：35.6%的良好效果。該集團旗下大屯礦、卡房礦，分別應(yīng)用2臺和1臺好朋友科技X射線智能選礦機，也取得了十分滿意的分選效果。

銻礦應(yīng)用：湖南黃金渣滓溪銻礦，應(yīng)用好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+10～-70mm，原礦品位Sb：2.00%的銻礦石，取得了拋尾廢石品位Sb：0.08%，精礦品位Sb：4.88%，精礦回收率97.60%，富集比2.44，作業(yè)拋廢率：60.20%的良好效果。

鉛鋅礦應(yīng)用：中金嶺南凡口鉛鋅礦，應(yīng)用好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+10～-50mm，原礦品位Pb：1.11%、Zn：1.25%的鉛鋅廢石，取得了拋尾廢石品位Pb：0.04%、Zn：0.10%，精礦品位Pb：10.74%、Zn：11.6%，精礦回收率Pb：96.76%、Zn：92.8%，富集比Pb：9.68、Zn：9.28，作業(yè)拋廢率：90.00%的良好效果。截至目前，該礦累計采購好朋友科技X射線智能選礦機8臺。

鉬礦應(yīng)用：廣西賀州裕龍鉬礦，應(yīng)用好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+10～-60mm，原礦品位Mo：0.17%的鉬礦石，取得了拋尾廢石品位Mo：0.02%，精礦品位Mo：0.73%，精礦回收率93.47%，富集比4.30，作業(yè)拋廢率：77.56%的良好效果。

金礦應(yīng)用：西部地區(qū)某金礦，應(yīng)用4臺好朋友科技高清智能圖像選礦機處理入選粒級+10～-60mm，原礦品位Au：0.60%的金礦石，取得了拋尾廢石品位Au：0.14%，精礦品位Au：1.38%，精礦回收率91.2%，富集比2.30，作業(yè)拋廢率：54.8%的良好效果。

鉛鋅銻多金屬礦應(yīng)用：華錫集團五吉鉛鋅銻礦，應(yīng)用好朋友科技X射線智能選礦機處理入選粒級+10～-60mm，原礦品位Pb+Zn+Sb：6%～9%的鉛鋅銻多金屬礦，取得了拋尾廢石品位Pb：0.07%、Zn：0.33%、Sb：0.26%，精礦品位：Pb+Zn+Sb：9%～12%，精礦回收率Pb：95%、Zn：92%、Sb：93%，富集比：1.5，作業(yè)拋廢率：45.8%的良好效果。

5 結(jié)語

目前國內(nèi)智能光電選礦設(shè)備，除智能圖像識別技術(shù)和X射線透視技術(shù)得到成熟應(yīng)用，其他如激光、微波等光電選礦技術(shù)還在研發(fā)當中，設(shè)備的型號規(guī)格也相對較少，總體而言處理能力也還有待提高。

未來隨著國內(nèi)智能光電選礦設(shè)備廠商在皮帶速度和有效選礦寬度上的發(fā)力，皮帶速度將由3.5m/s提升至6m/s，加上皮帶有效選礦寬度加寬，屆時智能光電選礦設(shè)備的適應(yīng)性將更廣，會在一定程度上簡化設(shè)備選型工作。