各种拣选法的理论基础

二、y吸收法（X吸收法）

y吸收法（X吸收法）是利用矿块和废石块对y-射线（或X射线）吸收能力的 不同而将其分开的一种拣选方法。

y-射线穿透物质时，由于光电效应、康普敦一吴有训效应和电子对的生成等的作 用而被吸收，见图4-1-5。y-射线的吸收与吸收体的特性有关。设y-射线能量为 "，物质的密度为原子序数为#，原子量为$，则光电效应的吸收系数T,康普敦 一吴有训散射的系数°及电子对生成的吸收系数％表示方法如下：

	# 二	LZm	(1-4)
	° 二	LZ	(1-5)
	% 二	&3 (" - 1 - 02)	(1-6)
式中 &、&2、&3 常数；
% --阿佛加德罗常数；
&——与能量有关的常数，	& =4	.1〜4.5。

图4-1-5 7吸收法探测原理图

1—y-射线源；2一矿石；3—y探测器；/0-入射y射线活度；'一射

出y-射线活度；一矿石厚度 

y-射线总的吸收系数#在数量上等于光电效应吸收系数了、康普敦一吴有训散射 效应吸收系数°及电子对生成的吸收系数％之和

矿块中含有不同的化学元素，其总线性吸收系数!可由各元素的线性吸收系数! 用加权法求得。在实际应用时，吸收体的厚度总是用克/厘米,为单位，与这样厚度单 位相对应的吸收系数称为质量吸收系数!*，它的单位为厘米2/克。质量吸收系数和线 性吸收系数的关系为= !&。

从公式（1-4）、（1-5）、（1-6）可以看出，原子序数对％-射线的吸收有很大 影响，亦即物质组成不同的矿石对％-射线的吸收能力有很大差异。实测矿石吸收前 后射线活度的数据也证明了这一点。一些矿石和脉石的总质量吸收系数有明显的差别, 可以为％吸收法拣选所利用。

表4-1-3给出一些化学元素在%辐射源的能量为0.05及0.1 MeV时的总质量吸 收系数。

表4-1-3 一些化学元素对！射线的总质量吸收系数

从表4-1-3可以看出，由于黑色、有色和稀有金属矿石有用组分的原子序数（ >25）比围岩组分的原子序数（1~ 15）大，其质量吸收系数也有明显差别。 这样就可以用y吸收法将矿石与围岩分开。如铁、铬、锡、钡、铅-锌等矿石可用此 法进行分选。

有些矿石与围岩的有效原子序数相差虽不大，但如其密度相差较大（如煤与页岩），也可用吸收法进行分选。

影响吸收法分选的因素除矿块的化学组成外，粒度大小也有影响，故需将矿石进 行严格筛分或在分选机上安装探测矿块粒度的装置。

一般用放射性同位素做y吸收法的y源。选择合适的照射源可增加吸收系数的差 别。通常用闪烁探测器或盖革计数管作为y射线探测器。

y吸收法的缺点在于其需要分选的矿石中，有用元素的品位要高，否则不易区分。 在工业上，用y吸收法成功地分选了铁矿石。

射线3-射线、X-射线、紫外线等）与物质作用时，使在原子某一层位（!、 "、#、$等）上的一个电子获得能量，此时原子呈激发状态，当其恢复到正常状态 时，多余的能量释放出来，形成的发射即为荧光。

自然界中有许多矿物可以发荧光，矿物的发光性能主要在于它们的结晶状态。发 光的中心可能是主要元素晶格的分子或离子，也可能是晶格中的杂质。在矿物中也有 很多不能发光的矿物，这些矿物主要包括电子传导性强的矿物。

荧光的颜色除与照射源的种类和波长有关外，还受矿物中杂质的影响。不同矿区 的同名矿物，如果所含杂质不同，其发射的荧光也不一样。如萤石在紫外线照射下, 可以是绿色、青色或紫色。

在工业上已广泛地应用X荧光法分选金刚石。用3荧光法分选锡、钨、镣矿石, 用紫外线荧光法分选白钨矿等也在推广过程中。

五、y中子法

上述的y吸收法、y散射法和y荧光法，都是利用能量较低的y射线与物质作用 所产生的效应来进行分选的。

能量较高的y-射线与物质作用可能产生核反应。核反应有许多种，最普通的反 应是（y、$），即y射线与物质作用后发射出中子。y中子法就是利用被测矿块受y 射线照射后其发射的中子强度之差异而将矿石和废石分开的一种选矿方法。

每个元素都有一定的3、$）反应阈，现将一些反应阈低的同位素的特性列于表 4-1-4 中。

选用合适的y照射源及中子探测器，就可对某些矿石进行有效的y中子法分选。

表4-1-4 3、反应阈低的同位素

从表4-1-4可知，铍的反应阈最低，仅为1.665兆电子伏，用y中子法分选铍 矿石得到了很好的结果。核反应式为'Be（7，!）*Be,用同位素¹²⁴Sb做y射线源最合 适，因其能量为1.693兆电子伏，高于铍的反应阈。高于铍的反应阈。

六、中子吸收法

中子吸收法是利用矿块和废石块对热中子吸收能力的差异而将其分开的一种拣选 方法。

热中子穿过物质时，由于被化学元素的原子核俘获及散射面使中子流减弱。原始 射线减弱的程度与吸收体中元素的核子性质及其含量有关。含有吸收中子能力强的元 素（如硼）的矿石，可用中子吸收法进行分选。中子射线由于被吸收而减弱，其减弱 规律也和7-射线、X-射线一样，呈指数函数的形式（参见公式1-8）。

表4-1-5给出一些化学元素及其同位素对热中子的弹性散射截面及俘获截面。 从表中可以看出，含硼、锂、镉或稀土的矿物与造岩矿物相比，有较大的中子俘获截 面，可以用中子吸收法分选这些矿石。

表4-1-5 一些元素的热中子俘获截面

七、光电法

光电分选法是利用矿物反射、透射或折射可见光能力的差别而将矿石和废石分开 的一种拣选方法。

可见光是波长为380 ~ 760毫微米的电磁波。

矿物的漫反射、颜色、透明度、半透明度等光学性质，均可用来进行光电拣选。 其中利用最广泛的光学性质是漫反射。评价矿物能否按漫反射差别进行光电拣选的主 要依据是矿物的反射率大小。一般情况下，两种矿物的反射率差值大于5 ~ 10%即可进 行光电拣选。但由于矿物原料的物质组成和表面化学性质的复杂性，它们对光的反射 在可见光谱区也是不一样的，因此对矿物原料进行光电拣选的方法也不同。全光谱分 选是利用矿物原料的全光谱反射率差别（见图4 - 1 - 6）；单光谱分选是利用矿物在可 见光谱区上某一波长范围的反射率差别（见图4 - 1 - 7；；而利用矿物原料颜色不同进 行的分选，实质是双光谱分选，即利用矿物原料在可见光谱区上，两个不同波长范围 光区的反射率之差进行对比而分选的（见图4-1-8）。

光电拣选的照射光源有白炽灯、荧光灯、石英卤素灯及激光等。照射光源的光谱 特性对全光谱分选无显著影响，只要光源稳定、均匀，白炽灯和荧光灯都可应用。单 光谱及双光谱光电分选时，光源的光谱特性与被拣选物料的光谱特性应相适应。

光电拣选时的背景选择也很重要。首先所选择的背景颜色应与物料中大多数矿物 的光谱特性相一致；其次，背景可在一定范围内消除粒度的影响，并改善分选效果。 背景一般分为两个系列：彩色系列和黑白系列。全光谱光电分选一般只用黑白系列背景。

常用的光电探测元件为各种类型的光电管，而近年来由于采用了固体摄像器，大 大地促进了光电选矿的发展。

扫描技术应用到光电拣选后，尤其是电子扫描和电子计算机的联合使用，可分辨 出矿块上直径为2毫米的斑点。在这种设备上进行拣选时，光电探测器（如固体摄像 器）首先测量出矿块上大于某一反射率所占的面积，然后计算出其占整个矿块面积的 百分数，此值与预先确定的分界值相比较，就可分选出两种产品，如精矿和尾矿。

光电拣选最早应用于金属矿的分选，后应用于非金属矿和建筑材料的分选。在我 国已广泛应用于钨矿的分选，在分选石膏、磷矿石和硼矿石的试验中，也取得了良好 的效果。

八、红外线法

用测量矿块发射或反射红外线强度的差别而将矿石和废石分开的方法，称为红外 分选法。

固体物质受热后，随着温度的升高，其原子的振动频率和振幅逐渐增加，成为可 以发射低频射线——红外线的发射源。有些矿物和围岩的热传导系数和热容量不同, 在同样的加热条件下，所吸收的热能不同，故所发射的射线也不一样，此特性可为拣 选所利用。这种方法在分选石棉时，得到了一定的应用。将含石棉纤维的矿石短时加 热后，石棉纤维发射红外线，其波长较短，而围岩发射的射线波长较长。根据此一特 性，利用红外线探测器就可将石棉分选出来。操作原理示意图见图4_1_9。

近年来以光电法分选矿石，不仅利用可见光，而且扩大到了近红外和中红外光的范围，因为有些光源的光谱范围包括可见光和红外光，而某些固体摄像器光敏特性的峰值也在红外区。所以有些肉眼不能分辨的矿物，可以利用其反射的红外线不同而进 行分选。

九、无线电谐振法（电导-磁性法）

将矿块置于一个产生无线电波的电磁场后，电磁场与矿块相互作用，由于矿块的 电性和磁性不同，其作用也不同。如矿块为导体，则矿块中产生感应电流，如为介电 质，则矿块产生极化作用。矿石的电性和磁性能使振荡电路的参数（如电流和电压的 相位、振幅和频率）发生变化，因此根据电路中参数值的变化而将矿石和废石分开的 方法叫无线电谐振分选法。由于电路参数变化的大小是与矿石（矿块）的导电性和磁 性有关，所以这种拣选方法也叫电导-磁性法。

矿石的导电性与磁性有联系，但又互相独立。根据矿石的特性，探测器可以单独 探测矿块的导电性或磁性，或两者同时探测。

矿石导电性由电阻率p和介电常数e表示，其磁性由导磁率#或磁化率k表示。 矿石、围岩的导电性和磁性与很多因素有关，如矿石的化学成分、矿物成分、结构、 构造、湿度、孔隙度等，此外，还与电磁场的频率有关。矿石的电阻率＜0在IO"到 10"$欧［姆］米之间变化，介电常数e在2到3OO法［拉］每米之间变化，磁化率K 在1O^-7到1O^-2之间变化。研究了不同频率时矿石的电性，得知能够用来进行矿石分选 的频率范围很广，从几十赫到几百兆赫。

矿石与脉石的导电性差别较大时，采用电感式自激振荡器作为无线电波发生器, 如介电特性差别较大时，则采用电容式自激振荡器。电感式和电容式两种无线电波发 生器的形式可以有不同形状，参见图4-1-10。

在无线电谐振法（电导-磁性法）的分选机中，其产生交变电磁场的部件（线圈 或电容器）可以同时就是探测电磁场变化的部件；也可以有两个部件，一个用于产生 电磁场，另一个用于探测电磁场的变化。

无线电谐振法适用于多种有色金属、黑色金属、稀有金属及煤的分选。该分选法 的灵敏度也较高，在分选铜、镣、铅、锌等重金属氧化矿及硫化矿石时，得到了较好 的结果。

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