权利要求
1.一种基于光电选矿预分选地下开采
低品位磷矿的方法，其特征在于：利用光电
选矿机对开采的低品位磷矿进行分选，开采的低品位磷矿原矿经过10mm与40mm的双层
振动筛闭路筛分、光电选矿的振动布料筛后得到10-40mm的矿粒，经过输送皮带上被X射线透射后获得包含矿物信息的电信号，通过光电选矿机的矿物分类识别，由中央处理器指挥喷吹系统进行动作，将低品位磷矿石分选为含有不同P2O5品位、氧化物含量的饲料级磷酸钙、磷酸铵的原料矿与
尾矿，尾矿抛尾率<12%;所述光电选矿机执行三产品方案分选，三产品分选出的中矿再次通过光电选矿机执行二产品方案分选。
2.如权利要求1所述的一种基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的方法，其特征在于：所述三产品方案通过所述光电选矿机中的分选阈值范围进行设定分选，三产品方案的精矿分选阈值范围≥45，45>三产品方案的中矿分选阈值范围>19，三产品方案的尾矿分选阈值范围≤19。
3.如权利要求1所述的一种基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的方法，其特征在于：所述二产品方案通过光电分选矿机中分选阈值范围进行设定分选，二产品方案的精矿分选阈值范围≥36，二产品方案的尾矿反选阈值范围≤35。
4.如权利要求1或2所述的一种基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的方法，其特征在于：利用光电选矿机的三产品方案对开采的低品位磷矿分选后依次得到P2O5品位不同的精矿、中矿、尾矿，精矿中把P2O5品位>26%、MgO含量<2%，Fe2O3含量<0.85%，Al2O3含量<0.90%的精矿作为饲料级磷酸钙的原料矿，中矿用于后续光电选矿机的二产品方案再次分选，P2O5品位为3%～6%、MgO含量为10%～12%的尾矿作为地采采空区回填骨料使用。
5.如权利要求1或3所述的一种基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的方法，其特征在于：从三产品方案分选得到的P2O5品位15%～20%的中矿作为新的原矿，利用二产品方案分选得到精矿与尾矿，二产品方案分选出P2O5品位为20%～22%、MgO含量为5%～7%的精矿用作磷酸铵的原料矿;二产品方案分选出的P2O5品位为4%～8%、MgO含量为8%～11%作为地采采空区回填骨料使用。
6.如权利要求1所述的一种基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的方法，其特征在于：所述光电选矿机的原矿入选参数为10～40mm粒径、表面少泥尘;所述光电选矿机的振动布料筛参数为工作频率42～50HZ、电流6.0～6.5A、振幅7～15mm、筛网孔径10mm;所述光电选矿机的传输皮带参数为工作频率45HZ、移动速度0.4m/s，宽度2m;所述光电选矿机的X射线源参数为X射线波长0.2～0.5nm、功率10～50kv、射源温度8～40℃、X射线入射角度30～60°;所述光电选矿机的喷吹阀参数为大阀数量192、孔径2mm、喷吹压力0.4～0.65Mpa，小阀数量382、孔径1mm、喷吹压力0.2～0.55Mpa，大阀与小阀喷吹角度42～96°，进气管道0.65～0.85Mpa。
7.如权利要求1所述的一种基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的方法，其特征在于：所述方法使用的基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的系统包括振动布料筛、传输皮带、X射线源、喷吹系统与中央处理器，所述中央处理器包括数据分析与处理系统、操作和在线操作系统，所述振动布料筛的出料口位于所述传输皮带上游的上方，所述传输皮带上设有X射线源，所述传输皮带的下游尾端设有所述喷吹系统，所述X射线源的传感器与中央处理器连接。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及矿物分选技术领域，尤其涉及一种基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的系统及其方法。
背景技术
[0002]磷资源的利用涉及农业、化工、制药、食品、电子
半导体材料、环境保护等多个领域，各种形式的磷资源主要来源于磷矿石的加工处理。磷矿是一种不可再生资源，尽管国内探测已知的磷矿储量较高，但大多为中低品位的贫杂矿，随着地表磷矿的长时间开采，作为一种不可再生资源已难以从多方面满足不同磷或磷化工产品的用量需求，同时伴随而来的品位降低问题也对下游磷化工产品段产生较大影响。尽管磷矿用矿来源及用量已由地表开采进入地下开采阶段得到阶段性解决，但地下矿多为复杂的低品位磷矿，对磷化工反应过程影响较大的Fe2O3、Al2O3、MgO和SiO2等主要氧化物含量也较高，综合来看难以满足多种磷化工产品的基本质量和数量要求，为磷矿
浮选及其下游的磷化工产品对磷化合物原料的品质和工艺生产等方面带来较大影响，且同时伴随着磷资源综合利用率不高的挑战。磷矿加工利用作为其它磷资源利用工序的首要环节，也因磷矿品位下降、组分复杂面临着较大的压力。已有的化学浮选、重力选矿、磁力选矿、生物选矿等单一或联合选矿方式也将面临着对不同低品位复杂磷矿适应性不足、除杂方式单一受限、工艺复杂、高成本不绿色等难题，使用地下开采的低品位复杂难选磷矿来满足已有的多种磷化工产品的原料需求已是必须面对解决的难题。
[0003]随着技术的发展进步，光电选矿作为一种新的选矿方法在矿物加工方面卓有成效，再加上机器学习和智能算法的助推，让该设备在煤矿、金属矿方面发展出了一些新的选矿工艺，其高效精准的识别与分选原理和出色的处理能力对于不同品位的复杂磷矿有着较好的适用性，为以上问题的解决提供了一条较好的路径。通过光电选矿机用于分选地下开采的低品位复杂磷矿后发现，不论是地表矿还是地下开
采矿、亦或是组分分布不同的各样式的磷矿都能根据机器深度学习后设定的分选方案要求对原矿分选为精矿和尾矿，或者是精矿、中矿和尾矿，结合入选原矿品位和氧化物含量的不同、多样化可调的分选方案，得到的精矿、中矿和尾矿可以在一定程度上满足下游不同磷化工产品的原料矿需求，实现了地下开采低品位贫杂磷矿的多向利用。该技术无需添加任何试剂或者增加多余的成本，智能高效，适用范围广，具有广泛的工业应用前景。
[0004]为了解决上述问题，需要一种基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的系统及其方法。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的系统及其方法。
[0006]本发明的方案是：
[0007]利用光电选矿机对开采的低品位磷矿进行分选，开采的低品位磷矿原矿经过10mm与40mm的双层振动筛闭路筛分、光电选矿的振动布料筛后得到10-40mm的矿粒，经过输送皮带上被X射线透射后获得包含矿物信息的电信号，通过光电选矿机的矿物分类学习模型算法识别，由中央处理器指挥喷吹系统进行动作，将低品位磷矿石分选为含有不同P2O5品位、氧化物含量的饲料级磷酸钙、磷酸铵的原料矿与尾矿，尾矿抛尾率<12%;所述光电选矿机执行三产品方案分选，三产品分选出的中矿再次通过光电选矿机执行二产品方案分选。
[0008]作为优选的技术方案，所述三产品方案通过所述光电选矿机中的分选阈值范围进行设定分选，三产品方案的精矿分选阈值范围≥45，45>三产品方案的中矿分选阈值范围>19，三产品方案的尾矿分选阈值范围≤19。
[0009]作为优选的技术方案，所述二产品方案通过光电分选矿机中分选阈值范围进行设定分选，二产品方案的精矿分选阈值范围≥36，二产品方案的尾矿反选阈值范围≤35。
[0010]作为优选的技术方案，利用光电选矿机的三产品方案对开采的低品位磷矿分选后依次得到P2O5品位不同的精矿、中矿、尾矿，精矿中把P2O5品位>26%、MgO含量<2%，Fe2O3含量<0.85%，Al2O3含量<0.90%的精矿作为饲料级磷酸钙的原料矿，中矿用于后续光电选矿机的二产品方案再次分选，P2O5品位为3%～6%、MgO含量为10%～12%的尾矿作为地采采空区回填骨料使用。
[0011]作为优选的技术方案，从三产品方案分选得到的P2O5品位15%～20%的中矿作为新的原矿，利用二产品方案分选得到精矿与尾矿，二产品方案分选出P2O5品位为20%～22%、MgO含量为5%～7%的精矿用作磷酸铵的原料矿;二产品方案分选出的P2O5品位为4%～8%、MgO含量为8%～11%作为地采采空区回填骨料使用。
[0012]作为优选的技术方案，所述光电选矿机的原矿入选参数为10-40mm粒径、表面少泥尘;所述光电选矿机的振动布料筛参数为工作频率42-50HZ、电流6.0-6.5A、振幅7-15mm、筛网孔径10mm;所述光电选矿机的传输皮带参数为工作频率45HZ、移动速度0.4m/s，宽度2m;所述光电选矿机的X射线源参数为X射线波长0.2-0.5nm、功率10-50kv、射源温度8-40℃、X射线入射角度30-60°;所述光电选矿机的喷吹阀参数为大阀数量192、孔径2mm、喷吹压力0.4-0.65Mpa，小阀数量382、孔径1mm、喷吹压力0.2-0.55Mpa，大阀与小阀喷吹角度42-96°，进气管道0.65-0.85Mpa。
[0013]作为优选的技术方案，基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的系统包括振动布料筛、传输皮带、X射线源、喷吹系统与中央处理器，所述中央处理器包括数据分析与处理系统、操作和在线操作系统，所述振动布料筛的出料口位于所述传输皮带上游的上方，所述传输皮带上设有X射线源，所述传输皮带的下游尾端设有所述喷吹系统，所述X射线源的传感器与中央处理器连接。
[0014]本发明的优点：
[0015]本发明将低品位成分复杂磷矿进行高效分选得到不同品位、不同氧化物含量的磷矿，把这些不同类别的分选矿用于满足下游不同利用需求的饲料级磷酸钙、磷酸铵生产用矿需求，同时提前抛除部分尾矿，拓宽原开采磷矿的多途径利用，提高磷矿资源的综合利用率。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0017]1、矿物适用范围广。光电分选机中设置有多种针对不同矿物不同品位不同氧化物的分选方案选项，可以根据生产需要更换设定适应不同工艺矿物学特征的磷矿分选方案。
[0018]2、智能高效，处理能力大。光电选矿机工艺自身拥有机器学习、人工智能和大数据算法模型的优势，使其能够50-55t/h的处理量下在0.4ms内快速精准实现对不同品位磷矿的快速精准分选。
[0019]3、实现对磷资源的多途径利用。利用光电选矿机通过机器学习设定的不同分选方案能够把单一的原矿分选满足下游不同利用需求的饲料级磷酸钙、磷酸铵和尾矿的原料矿，实现了磷资源的综合利用。
[0020]4、绿色低成本。光电选矿机作为干法选矿设备，不需要添加任何化学试剂或介质参与分选，运行过程中只需要电作为能源即可正常开展分选工作。
[0021]5、可调多线程处理含量较高的氧化物。与已有磷矿分选工艺不同的是光电选矿机能够同时对矿物中倍半氧化物和其他含量多的主要氧化物实现分选，还能根据矿物类别不同随意调换不同的氧化物分选指标和参数。
附图说明
[0022]图1为本发明的工艺流程图;
[0023]图2为本发明中光电选矿机的结构示意图;
[0024]图3为本发明中光电选矿机的K值判选原理与计算过程框架图;
[0025]其中，1-振动布料器;2-传输皮带;3-X射线源;4-X射线检测传感器;5-喷吹系统;6-数据分析与处理系统及;7-操作和在线监测系统;8-开采的低品位磷矿。
具体实施方式
[0026]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0027]图2示出了基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的系统包括振动布料筛、传输皮带、X射线源、喷吹系统与中央处理器，所述中央处理器包括数据分析与处理系统、操作和在线操作系统，所述振动布料筛的出料口位于所述传输皮带上游的上方，所述传输皮带上设有X射线源，所述传输皮带的下游尾端设有所述喷吹系统，所述X射线源的传感器与中央处理器连接。
[0028]工作原理：
[0029]预先从待分选的地下开采低品位磷矿中选出具有代表性的满足饲料级磷酸钙、磷酸铵原料矿的精矿、中矿和尾矿，然后按照分选要求使用光电选矿机对各磷矿代表样品开展机器学习，再测试优化开发相应的大数据算法模型和优化工艺参数，进而依次得到针对地下开采低品位磷矿分选的成熟工艺方案。以上工作完成后把地下开采的低品位原矿投入移动破碎站经过两段一闭路的破碎筛分系统后得到符合进入光电选矿机的粒径为10-40mm的矿粒，矿粒再经由振动布料筛1形成一层无堆叠的矿层后进入输送皮带2，输送皮带2上的矿粒经过X射线源4透射后将采集的矿物信息和谱图数据传输至数据分析与处理系统6，经过大数据模型的高效计算后对所有被透射的磷矿贴上精、中、尾矿的数字虚拟标识，待输送皮带2上的磷矿从皮带抛出时被喷吹系统5精准喷吹到不同的矿区从而实现原矿的分选。其中，大数据模型中对P2O5品位>20%、MgO含量<5%的矿定义为精矿;P2O5品位<6%、MgO含量大于8%的矿定义为尾矿;而介于两者之间的矿为中矿。
[0030]在算法模型内则通过把从X射线源提取到的矿石主要光谱信息P2O5、MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、CaCO3的含量值归一化处理得到标准值，该值再和预先机器学习得到的各化合物组分的权重值代入K值计算公式中算出每块磷矿石的K值，该K值再和预先设定好的两产品或者三产品的每种产品的判选阈值Ki_{\text{threshold}}范围内做对比，K值在何种产品阈值范围内就分选为相应的产品。
[0031]如图1所示，使用光电选矿机对地下开采低品位原矿中满足饲料级磷酸钙、磷酸铵生产需求的块状原料和尾矿进行X射线扫描，获得不同矿物的相应特征参数，根据用户对原料矿中P2O5品位，Fe2O3、Al2O3、MgO和SiO2等主要氧化物的不同要求，建立算法模型，包含两或三产品分选参数设定并进行预生产调试，再通过持续优化以达到最适合的分选工艺参数，最后得到用于分选不同原矿再分别得到不同利用途径磷化工产品用矿需求二产品、三产品方案。
[0032]方案确定后把开采的原矿经过前端的移动破碎站进行筛分-破碎-筛分-布料筛分后得到用于符合光电分选10-40mm粒径要求的一层无堆叠、无团聚的矿粒层，矿层经输料皮带运送至设备的X射源下方被透射，透射采集得到的矿样分选信息和光谱数据一同进入数据处理与分析系统，通过高效的人工智能算法模型处理分析后，系统把原矿中符合精矿、中矿和尾矿要求的矿石进行数字标识，被数字标识的矿物信息传输至喷吹系统后被精准喷吹分选为不同的产品。三产品方案分选原矿后得到的精矿用作饲料级磷酸钙原料矿，中矿作为下阶段二产品方案分选的原矿，尾矿回收进行地下采空区回填。第一次分选的中矿作为第二次分选的原料，再次进入光电选矿机，二次分选出的精矿符合磷酸铵原料矿要求用于生产磷肥，尾矿回收进行地下采空区回填。
[0033]如图3所示，光电选矿二产品和三产品分选方案应用于原矿喷选前须先根据射源的X射线透射矿石后提取主要的光谱信息，并计算得出P2O5、MgO、Fe2O3、Al2O3和SiO2的含量，再对各化合物的含量值按照归一化公式计算得出各主要化合物的标准含量值，随后把这些标准化值和早先机器学习得到的各化合物的权重值一起代入K值计算公式，计算出的K值为单块矿石的实时值，最后把该K值和判定条件里预先设定好各产品的阈值Ki_{\text{threshold}}做对比，大于阈值1的选为精矿、小于阈值2的选为尾矿、介于两个阈值之间的矿选为中矿;或者是大于阈值3的选为精矿、小于阈值4的选为尾矿。根据地下开采磷矿的实际品位、机器学习结果以及分选目标，各分选方案中的各产品阈值具体如下，三产品方案中设定分选阈值K为：精矿K≥K_{\text{threshold}}=45、中矿K_{\text{threshold}}=45>K>K_{\text{threshold}}=19、尾矿K≤K_{\text{threshold}}=19;两产品方案中设定分选阈值K为：精矿K≥K_{\text{threshold}}=36、尾矿K≤K_{\text{threshold}}=35。
[0034]光电选矿机的三产品和两产品分选方案的工艺参数主要分为五个方面:a.原矿入选参数。10-40mm粒径、表面少泥尘。b.振动布料筛参数。工作频率42-50HZ、电流6.0-6.5A、振幅7-15mm、筛网孔径10mm。c.带式布料器参数。工作频率45HZ、移动速度0.4m/s，宽度2m。d.射源参数。X射线波长0.2-0.5nm、功率10-50kv、射源温度8-40℃、X射线入射角度30-60°。e.喷吹阀参数。大阀：数量192、孔径2mm、喷吹压力0.4-0.65Mpa，小阀：数量382、孔径1mm、喷吹压力0.2-0.55Mpa，大小阀喷吹角度42-96°，进气管道0.65-0.85Mpa。
[0035]实施例1
[0036]把原矿P2O5品位为18.71%、MgO含量为5.74%的地下开采低品位磷矿经过三产品方案分选后依次得到P2O5品位为26.55%的精矿、5.21%的尾矿，17.08%品位的中矿并用作后续二产品分选方案中的原矿，精矿中的Fe2O3、Al2O3、MgO和SiO2等主要氧化物含量比原矿降低，P2O5品位>26%、MgO含量<2%的精矿，作为饲料级磷酸钙的原料矿，中矿用于二产品方案再次分选，尾矿回收处理后再利用。
[0037]
[0038]实施例2
[0039]把实施例1中的中矿作为原矿，利用光电选矿机的二产品方案分选后依次得到P2O5品位为20.95%的精矿、5.25%的尾矿，精矿中的Fe2O3、Al2O3、MgO和SiO2等主要氧化物含量都比原矿降低，P2O5品位为20%-22%、MgO含量为5%-7%的精矿用作磷酸铵的原料矿，尾矿同样回收处理后再利用。
[0040]
[0041]实施例3
[0042]把原矿P2O5品位为21.90%、MgO含量为4.62%的地下开采中品位磷矿直接经过三产品方案分选后依次得到P2O5品位为28.72%的精矿、12.03%的中矿、4.89%的尾矿，精矿中的Fe2O3、Al2O3、MgO和SiO2等主要氧化物含量比原矿下降，该精矿满足饲料级磷酸钙的原料矿，中矿和尾矿进行综合回收利用。
[0043]
[0044]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
说明书附图(3)
声明：
“基于光电选矿预分选地下开采低品位磷矿的系统及其方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：云南磷化集团有限公司
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2025年04月25日 ~ 27日 
