专利名称：通过x射线拣选从含碳酸钙的岩石中分离矿物杂质的方法
通过χ射线拣选从含碳酸钙的岩石中分离矿物杂质的方法本发明涉及从诸如石灰石、白垩和大理石的沉积和变质成因的碳酸钙岩石中分离伴生矿物杂质的方法。天然碳酸盐由于其众多应用而在世界经济中具有极大重要性。根据其不同用途， 诸如碳酸钙在纸张和涂料工业中的用途，最终产品具有难以满足的严格质量规范。因此，需要有效的、理想地是自动的技术来拣选并分离矿物杂质，所述矿物杂质通常包含作为在碳酸钙岩石内的散粒、团块、层或作为侧岩(side rock)的含变化量的白云石和氧化硅的岩石或矿物，诸如燧石或石英形式的氧化硅、长石、闪岩、云母片岩和伟晶岩。诸如采矿或废物工业的许多领域中的目标是获得自动拣选材料混合物的有效方法。在这方面，自动颗粒拣选是指基于通过诸如照相机、X射线传感器和检测线圈的电子传感器测量的检测到的颗粒性质来分离颗粒本体流。根据颗粒的特性来选择合适的技术。因此，有许多种不同的拣选技术，然而，它们大部分视具体颗粒性质而具有非常有限的适用性。例如，光学拣选需要颗粒的足够颜色对比度，密度分离仅在颗粒的比重差足够的情况下才有可能，且选择性开采关于时间和成本几乎无效。在待拣选的颗粒不具有允许自动化的可靠特性的情况下，不得不使用人工拣选。特别在采矿领域，用于粗糙且块度材料的高通量自动拣选器的可利用性改善了采矿和研磨二者的总效率。通过使用自动岩石拣选以便预富集，开采具有较低平均品位、但具有高品位的局部剖面、带或矿脉的非均质矿床是有可能的。通过在研磨前预拣选矿块，可以显著降低总研磨成本。用于矿物加工应用的光学拣选器依赖于使用一种或多种颜色线性扫描照相机和来自专门设计的光源的照明。通过照相机，可以检测到许多独特性质，包括形状、面积、亮度、颜色、均质性等。典型的应用涉及各种基础金属和贵金属矿石、诸如石灰石和宝石石料的工业矿物。光学拣选器常用来拣选碳酸钙岩石。然而，如所提到的，一旦颜色对比度不够高， 分离就会变得困难。例如，燧石可为灰色、褐色或黑色，但在一些采石场，其也像白垩一样白，使得光学拣选器不能将其从白垩中除去。此外，即使在存在足够颜色对比度的情况下， 岩石的表面也常常必须润湿或清洁以增强颜色对比度和颜色稳定性。然而，在例如白垩 (其非常软且多孔)的情况下，洗涤或甚至润湿是不可能的。因此，需要提供与主要基于颜色对比度的常用技术不同的拣选技术来从含碳酸钙的岩石中分离所述矿物杂质。X射线拣选器对于粉尘、水分和表面污染不灵敏且拣选直接基于岩屑的平均原子序数之差发生。即使没有可见的电学或磁性差别，许多材料仍然可以用X射线拣选来富集。然而，迄今为止，X射线拣选器特别用于拣选废金属、建筑废物、塑料、煤炭和含金属的岩石和矿物，但没有用于从碳酸钙岩石中除去所述矿物杂质，这主要是由于所述杂质与碳酸钙之间的平均原子密度差小。
例如，WO 2005/065848 Al涉及借助于提供有位于输送带和X射线源下游的下降段的吹出喷嘴的吹出装置、计算机控制的评价设备和至少一个传感器设备分离或拣选松散材料(bulk materials)的装置和方法。WO 2005/065848 Al中提到的松散材料为待分离的矿石和废物颗粒，诸如来自瓶罐玻璃或通常不同玻璃类型的玻璃陶瓷。GB 2，285，506也描述了基于X射线辐射分级物质的方法和设备。在所述方法中， 将颗粒用相应第一能级和第二能级的电磁辐射、通常X辐射照射。由各颗粒得出表示辐射衰减的第一值和第二值。随后得出作为第一值与第二值之差或之比的第三值，且根据第三值是否指示特定物质的颗粒的存在而将颗粒分级。在该方法的一种应用中，其用以将含金刚石的角砾云橄岩分级成由含金刚石的角砾云橄岩颗粒组成的粒级和由无用的角砾云橄岩颗粒组成的粒级。US 5339962和US 5，738，224描述了分离具有不同电磁辐射吸收和穿透特性的材料的方法。通过该方法分离的材料是与玻璃材料分离的塑料材料、与非金属分离的金属、彼此分离的不同塑料。所公开的方法在分离具有不同化学组成的物品诸如含金属、塑料、纺织物、纸张的混合物和/或在城市固体废物回收工业中和在二次材料回收工业中出现的其它这样的废料方面特别有效。WO 2006/094061 Al和WO 2008/017075 A2涉及包括光学拣选器的拣选装置，且拣
选器具有X射线管、双能检测器阵列、微处理器和空气喷射器阵列。所述装置感应X射线感应区域中样品的存在并引发鉴别和拣选样品。在特定时间下鉴别并分级样品的种类之后， 所述装置启动位于特定位置的空气喷射器阵列以将样品置于适当收集仓中。通过该装置拣选的材料是金属，诸如重量较轻的金属如铝和其与来自重量较重的金属如铁、铜和锌及其
I=Iη iοEP 0064810 Al描述了矿石拣选设备，其中选择待拣选的矿石以便根据其原子辐射吸收进行拣选。使矿石颗粒行进到X射线管下面，同时承载在输送带上。穿过矿石颗粒的X射线撞击荧光屏。在荧光屏上形成的图像通过扫描照相机扫描以根据由矿石颗粒吸收的辐射量提供拣选控制信号。特别检查的矿石为钨矿，已经证明其尤其难以使用已知检测技术分离，但其对于通过在特定情况下X射线的吸收率的测量进行的拣选特别敏感。RU 2131780涉及锰矿的浮选和拣选，其包括破碎矿石，根据大小将其分成几个粒级，磁分离细粒粒级和X射线/辐射分离粗粒粒级。锰含量小于2 %的矿石送去垃圾场且具有大于2%锰的矿石经受X射线/发光分离，提供成功实现由矿石富集锰的简化工艺方法。因此，存在如何将一种材料与另一材料分离的许多可能性。然而，迄今为止，没有发现从含碳酸钙的岩石中的碳酸钙中拣选并分离矿物杂质的有效技术，这是由于该技术需要待拣选材料具有十分不同的特性，诸如密度和颜色，对于含碳酸钙的岩石中所含的许多杂质来说，这是成问题的。因此，仍然需要从岩石的剩余组分中拣选并分离所述非所要的矿物杂质(也包含硬质、研磨性的和/或着色矿物或岩石)的备选技术，即使在碳酸钙和所述杂质之间没有不同的颜色对比度。因此，本发明的目的在于提供将非所要的伴生矿物杂质与诸如石灰石、白垩和大理石的沉积和变质成因的含碳酸钙的岩石中的碳酸钙有效分离开并除去的方法，特别是如果岩石中的颜色对比度低或颗粒的表面性质不允许产生或增强颜色对比度所需的调整(即洗涤、润湿)。本发明的目的通过如独立权利要求定义的方法实现。本发明的有利实施方案源自子权利要求及以下描述。令人惊讶地发现，使用双能量X射线透射技术的装置能够有利地用于将非所要的矿物杂质与含碳酸钙的岩石中的碳酸钙分离开并除去。该发现是令人惊讶的，因为通常X射线技术需要待分离的材料的密度具有一定差别，对于诸如碳酸钙和白云石或燧石之类的预计不能通过χ射线拣选来分离的材料却不是这样。这是迄今为止X射线拣选为何主要用于分离密度差别足够大的材料的原因，诸如用于分离轻金属和重金属，例如将铝和镁与富含诸如铜、青铜、锌和铅的重金属的部分分离开，和将塑料材料与玻璃材料分离开、将金属与非金属分离开或使不同的塑料彼此分离。从X射线源发射的X射线穿透原料并根据所扫描材料的平均原子质量和粒度而被吸收。安装在X射线源对面的X射线检测器检测透射的X射线并根据X射线强度将其转化为电信号。为了消除所扫描材料的粒度的影响，双能量技术使用单一X射线源和两个X射线检测器来扫描岩石。一个X射线检测器测量未滤光的X射线强度；第二检测器被金属滤光器覆盖且因此测量降低的X射线强度。通过形成测量的未滤光的X射线强度与滤光的X 射线强度的商，可以消除粒度的影响。所计算的X射线信号可与所扫描材料的平均原子质量相关，因此可以根据它们的平均原子质量检测并拣选不同原料。随着X辐射穿透岩石，还有效检测并拣选了相关颗粒。因此，本发明的目的通过从含碳酸钙的岩石中分离伴生矿物杂质的方法来实现， 所述方法通过以下步骤进行-将碳酸钙岩石粉碎并分级为lmm-250mm的粒度；-通过借助于下游检测区和通过计算机控制的评价设备随着由穿透所述颗粒流的辐射产生的传感器信号而可控制地除去包含不同于碳酸钙的组分的颗粒来分离碳酸钙颗粒，所述辐射由X射线源发射并在至少一个传感器设备中被捕获，其中允许所述X辐射穿过与彼此不同的能谱有关的至少两个滤光器装置，所述至少两个滤光器装置安置在所述至少一个传感器设备和传感器线路的上游，所述传感器线路具有传感器设备，传感器线路为所述至少两个滤光器中的每一个而提供。分离步骤有利地在根据WO 2005/065848的装置中进行，该专利的公开内容明确包括在本发明中。特别开发其中描述的装置和方法以提供安全配置，该安全配置不仅可以可靠地检测诸如螺钉和螺母的小金属零件，而且容许将其从流经紧随观测位置之后的吹出喷嘴的剩余本体材料中可靠分离。然而，没有迹象表明所述装置和方法也可以用于含矿物材料，如含碳酸钙的岩石。如上所述，所述装置的特点在于使用针对不同能级的两个X射线滤光器，在每种情况下，都使X射线滤光器在传感器前面，以使得可以得到关于颗粒的不同信息。或者，滤光器可直接在X射线源之后，或其可由具有不同发射能量的X射线源制成。优选地，用于分离碳酸钙颗粒的设备为吹出喷嘴，其吹出除碳酸钙外的颗粒。如果颗粒积聚在一起，则可能可以使用下落段，其中分离设备位于检测区下游的该下落段上。通过双通道系统的特定传感器上游的X辐射的适当滤光，首先产生光谱选择性。 传感器线路的配置则容许独立滤光，使得可以实现给定分离功能的最佳选择性。传感器线路各自包含多个检测器设备。用于本发明的合适检测器设备例如为装备有用于将X辐射转化为可见光的闪烁器的光电二极管阵列。典型阵列带有具有0.4或0.8mm像素光栅的64个像素(成一排)。作为材料流向的结果而由拣选产品首先切割的线路被推迟，直到数据与随后的切割线路的数据(具有另一能谱)准同时得到。因此，与时间相关的数据被转化并传输到评价电子设备。因为根据本发明的拣选为单颗粒法，所以颗粒中的每一个不得不单独存在并与其它颗粒具有足够的距离。为了实现该颗粒的个体化，可以使用两种基本类型的拣选器a) “带式”拣选器，其中进料存在于典型速度为2-5m/s的带子上(根据WO 2005/065848)或b) “斜槽型(或重力)”拣选器，其中颗粒在滑下斜槽时被个体化并被加速。检测在斜槽上或在带子上进行。虽然通常优选斜槽型拣选器，但是对于根据本发明使用X射线拣选从含碳酸钙的岩石中成功分离杂质来说，这两种类型基本都适用。优选地，对应于颗粒流宽度的传感器线路由诸如光电二极管阵列的排列起来的检测器设备形成，其有源表面可用荧光纸或其它合适的屏覆盖。滤光器优选为不同能级的X辐射经其透射的金属箔。然而，滤光器也可由晶体形成，所述晶体反射X辐射成相互不同的能级，特别是在不同立体角在不同能量范围内的X辐射。通常，覆盖了较高能谱和较低能谱。对于较高能谱来说，使用高通滤光器，其大大衰减具有较低能量含量的较低频率。高频以有限衰减而透射。为此目的，使用诸如0.45mm 厚铜箔的较高密度类别金属的金属箔是可能的。对于较低能谱来说，在给定传感器上游使用滤光器作为抑制特定较高能量波长范围的吸收滤光器。其经设计以使得吸收紧密接近于较高密度元素。为此目的，使用诸如0. 45mm厚铝箔的较低密度类别金属的金属箔是可能的。可固定滤光器的空间配置以使得通过移动颗粒，有可能产生合适滤光器-在X辐射的反射之后，例如，在对于在本体材料流上前进的颗粒在不同时间记录的两个测量结果相关的情况下，通过晶体反射X辐射到检测器线路或排上。优选将所述至少两个滤光器安置在颗粒流下方和传感器上游，且产生轫制辐射谱的X射线管安置在颗粒流上方。通过上游放置滤光器，有可能在其攻击颗粒之前限制X辐射到就以广谱发射的X 射线源而言的特定能级上。在本体材料颗粒和下游传感器之间则不需要其它滤光器。在所述装置的另一变体中，也可能用两个传感器来工作，它们彼此横向沿颗粒流放置且例如定位在颗粒流下方。通过合适的数学延迟回路，则有可能使相继获得的图像信息与各个本体材料颗粒结合且在数学评价后，使用其来控制吹出喷嘴。优选所述至少两个滤光器包括以多个能级使用的多个滤光器。穿过本体材料颗粒的X辐射的滤光优选在通过使用用于位置分辨性地捕获X辐射
7的金属箔滤光的至少两种不同光谱中发生，所述X辐射在预定能量范围内穿过整合在至少一个线路传感器中的本体材料颗粒。这可在使用传感器设备(由许多个别检测器形成的长线路)时通过穿过不同滤光器或连续捕获透射辐射或优选通过具有(在每种情况下)不同滤光器的两个传感器线路来发生，所述滤光器容许不同光谱穿过，其一方面倾向于具有软(低能量)特性，且另一方面倾向于具有硬(高能量)特性。优选进行图像区域的Z-分级和标准化以便基于在至少两个传感器线路中捕获的不同能谱的X射线光子的传感器信号确定原子密度类别。Z-变换由双通道的不同光谱成像η类平均原子密度的强度(缩写成Ζ)产生，其结合基本与X射线透射无关，因此与材料厚度无关。一种或多种所选的代表性材料的平均原子密度值的标准化使得在标准曲线的两侧上不同地分类图像区域成为可能。校准，其中在被捕获光谱上以非线性方式产生背景 (context)，使得能够“褪去”设备的影响。在标准化到特定Z(元素的原子序数或更一般来说材料的平均原子密度)期间产生的原子密度类别形成参与材料的典型密度。与此同时，计算另一通道以在整个光谱上提供所得平均透射。通过计算机辅助组合原子密度类别与到像素的透射间隔(Tmin、Tmax)，可以分配可用于材料区分的特征类别。有利地，实施特征类别形成的分段，以基于在被所述至少两个传感器线路捕获的不同X射线能谱中检测到的本体材料颗粒的平均透射以及通过Z-标准化获得的密度信息来控制吹出喷嘴。根据本发明的含碳酸钙的岩石选自包含沉积和变质成因的岩石的集合，诸如石灰石、白垩和大理石。通常，碳酸钙岩石包含作为在碳酸钙岩石内的散粒、团块、层或作为侧岩的变化量的杂质，例如其它矿物组分，诸如白云石和含氧化硅的岩石或矿物诸如燧石或石英形式的氧化硅、长石、闪岩、云母片岩和伟晶岩，它们可以根据本发明的有效且选择性方式与碳酸钙分离开。例如，可将燧石与白垩分离，将白云石与方解石分离或将伟晶岩与方解石分离。然而，本发明也涉及含混合碳酸盐的岩石，诸如白云岩，从其中分离出含氧化硅的矿物。在进行拣选和分离之前，将岩石在例如颚式、锥形或滚筒破碎机的任何合适装置中粉碎并任选例如在筛子上分级以获得l_250mm的粒度。优选所述含碳酸钙的岩石被粉碎到5mm-120mm、优选10-100mm、更优选20_80mm、 特别35-70mm、例如40_60mm的粒度。可进一步有利地提供一种或数种不同粒度的粒级，将它们各自进料到上述X射线拣选装置并根据它们的X射线透射性质进行拣选。粒级内最小粒度/最大粒度的典型比率例如为1 4，优选为1 3，更优选为 1 2，或者甚至更低，例如粒级内的粒度可为10-30mm、30-70mm或60-120mm。比率越低，对检测和射出之间的延迟时间的调节、压缩空气推动检测到的杂质从其初始轨道的成功偏转、以及平均原子密度对拣选的粒度范围的限定分类就越好。因此，通过根据本发明的方法，可以将非所要的矿物杂质与含碳酸钙的岩石中的碳酸钙分离开并除去。例如，可除去20-100wt %、更通常30-95wt %或40_90wt %、例如 50-75或60-70wt%的所含的非所要的岩石。在如上所述拣选之后，使提纯的碳酸钙例如白垩、石灰石或大理石优选经受干式或湿式粉碎步骤。为此目的，可将颗粒进料到湿式或干式破碎或研磨阶段，例如锥形破碎机、冲击式破碎机、锤式研磨机、滚筒研磨机、滚磨机如自磨机、球磨机或棒磨机。在粉碎之后，可以使用另一分级步骤(例如在筛子上，在空气分级器、旋流分离器、离心机中)来生产最终产品。与纯碳酸钙颗粒分离开的颗粒通常在开采场所回填或作为副产物销售。如下所述的附图
和实施例及实验用来说明本发明，且不应该以任何方式限制本发明。附图描述图Ia和Ib示出了根据实验1用白垩原料的10_35mm粒级(图la:拣选出的产品， 图Ib 废料)进行的X射线拣选试验的结果。图加和2b示出根据实验1用白垩原料的10_35mm粒级(图加拣选出的产品， 图2b 废料)进行的X射线拣选试验的结果。图3a和北示出了来自用根据实验2的等级2(图3a)和等级3(图3b) (35_63mm 粒级)的白垩进行的X射线拣选试验的废料。图4和4b示出了来自用根据实验2的等级4(图4a)和等级5(图4b) (35_63mm 粒级)的白垩进行的X射线拣选试验的废料。图如示出了进料中存在的矿物组分伟晶岩、闪岩、白云石和方解石(从左至右)，图恥示出了 X射线拣选之后的合格品，图5C示出了根据实验3的X射线拣选之后的废料。实施例实施例1 将燧石与白垩分离将含有约0. 5-3wt%粘土和约3-9wt%的高燧石含量的白垩原料在颚式破碎机中预破碎并在IOmm和60mm下筛分。将所得颗粒以约2 1的质量比分成10-35mm粒级和35_60mm粒级并进料到 MogensenMikroSortsAQllOl X射线拣选器中。这两个粒级通过每次用一种粒级进料机宽的一半利用拣选器的半宽来各自进行拣选。将进料以通过电磁振动进料器和倾斜斜槽产生的单一均质层的方式输送到扫描区域。从倾斜斜槽落下的岩石被扫描并以自由下落方式射出。颗粒被加速，因此在它们进入自由下落之前被分开。在斜槽正下方，颗粒由瞄准的X 射线源以约60°的张角照射。在X射线源的相对侧为双通道X射线传感器，其测量两种不同的X射线输出。画面数据的评价和各材料块的分级通过高性能工业用计算机在几毫秒内进行。实际材料废弃是在检测位置以下约150mm处的电磁阀单元来进行，其通过发射压缩空气脉冲来引导不想要的颗粒经分离板进入材料料斗。最后，可分开输送废料流和合格材料流。喷射器组件由可在7巴压力下操作的218个空气喷嘴(直径3_)组成。拣选试验对于10-35mm粒级在11. 5tph的标称通量下进行，且对于35_60mm粒级在25tph的标称通量下进行。为了确定拣选效率，对于各拣选试验通过手工拣选产品流和废料流确定废料中产品(白色岩石)的百分数和拣选出的产品中有色岩石的量。从这些图中，计算出有色岩石的回收率、白色岩石的拣选选择性和损失(表1)。表 权利要求
1.从含碳酸钙的岩石中分离伴生矿物杂质的方法，其通过以下步骤进行-将所述碳酸钙岩石粉碎并分级为lmm-250mm的粒度，-通过借助于下游检测区和通过计算机控制的评价设备随着由穿透所述颗粒流的辐射产生的传感器信号而可控制地除去包含不同于碳酸钙的组分的颗粒来分离碳酸钙颗粒，所述辐射由X射线源发射并在至少一个传感器设备中被捕获，其中允许所述X辐射穿过与彼此不同的能谱有关的至少两个滤光器装置，所述至少两个滤光器装置安置在所述至少一个传感器设备和传感器线路的上游，所述传感器线路具有多个相对于颗粒流横向安置的单独像素作为传感器设备，传感器线路为所述至少两个滤光器中的每一个而提供。
2.权利要求1的方法，其特征在于所述颗粒在输送带(“带式拣选器”)上传输或通过滑下斜槽(“斜槽型/重力拣选器”)传输。
3.权利要求1或2中任一项的方法，其特征在于对应于所述颗粒流的宽度的传感器线路由线性布置的检测器设备形成。
4.权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于所述至少两个滤光器为经其透射彼此不同能级的X辐射的金属箔。
5.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述至少两个滤光器安置在所述颗粒流下方和所述传感器上游，且产生轫制辐射谱的X射线管安置在所述颗粒流上方。
6.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述至少两个滤光器包括以多个能级使用的多个滤光器。
7.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于将穿过所述颗粒的所述X辐射滤光成通过使用用于位置分辨性地捕获所述X辐射的金属箔滤光成的至少两种不同光谱，其已经在预定能量范围内穿过整合在用于滤光器的至少一个传感器线路中的所述颗粒。
8.权利要求7的方法，其特征在于存在图像区域的Z-分级和标准化以便基于在至少两个传感器线路中捕获的不同能谱的X射线光子的传感器信号确定原子密度类别。
9.权利要求7或8中任一项的方法，其特征在于，存在特征类别形成的分段，以便基于在通过所述至少两个传感器线路捕获的不同X射线能谱中检测到的所述本体材料的所述颗粒的平均透射和通过Z-标准化获得的密度信息来控制吹出喷嘴。
10.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述含碳酸钙的岩石选自包含沉积和变质成因的岩石的集合，诸如石灰石、白垩、大理石和白云石。
11.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述矿物杂质选自包含作为在所述碳酸钙岩石内的散粒、团块、层或作为侧岩的含变化量的白云石和氧化硅的岩石或矿物的集合，诸如燧石或石英形式的氧化硅、长石、闪岩、云母片岩和伟晶岩。
12.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述含碳酸钙的岩石被粉碎到 5mm-120mm、优选10-100mm、更优选20_80mm、尤其是；35-70讓、例如40_60mm的粒度。
13.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于使被粉碎的颗粒的一种或数种不同粒级经受分离步骤。
14.权利要求13的方法，其特征在于，粒级内最小粒度/最大粒度的比率为1 4，优选为1 3，更优选为1 2。
15.权利要求13或14中任一项的方法，其特征在于，粒级内的粒度在10-30mm范围内， 优选在30-70mm范围内，更优选在60_120mm范围内。
16.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，在所述分离步骤之后，所述碳酸钙颗粒经受粉碎步骤。
17.权利要求16的方法，其特征在于，在所述粉碎步骤之后，所述碳酸钙颗粒经受分级步骤。
全文摘要
本发明涉及通过将含碳酸钙的岩石粉碎到粒度为1mm-250mm、借助于双能量X射线透射拣选装置分离碳酸钙颗粒来从含碳酸钙的岩石中分离矿物杂质的方法。
文档编号B07C5/36GK102256712SQ200980150752
公开日2011年11月23日 申请日期2009年12月16日 优先权日2008年12月19日
发明者B·塔瓦克里, M·雷辛格, T·曼格尔博格 申请人:Omya发展股份公司