基于激光誘導擊穿光譜的廢舊礦石分選方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術屬于激光光譜檢測與礦石分選領域，本發明專利技術公開了一種基于激光誘導擊穿光譜的廢舊礦石分選方法及裝置，包括礦石粉碎機、過濾器、傳送裝置、樣品形貌檢測系統、LIBS檢測系統、機械分選與礦石收集系統、測控系統。粉碎機和過濾器用于將大塊的廢舊礦石粉粹成體積、形狀類似的小塊礦石；樣品形貌檢測系統用于獲取樣品的平均高度和外形尺寸，進而控制LIBS檢測系統的聚焦距離及掃描范圍；LIBS檢測系統用于檢測礦石的物質成分，確定礦石品位；機械分選系統根據檢測結果將礦石和廢石分別輸送到不同的礦石收集槽；測控系統用于對裝置各功能部件進行統一協調控制。

Waste ore sorting method and device based on laser induced breakdown spectrum

The invention belongs to the field of laser spectrum detection and ore separation, the invention discloses a waste ore sorting method and device based on laser induced breakdown spectroscopy, including ore crusher, filter, transmission device, sample topography detection system, LIBS detection system, mechanical separation and control of ore collection system, system. Pulverizer and filter for waste ore powder into small chunks of pure ore volume and shape similar; sample topography detection system for obtaining a sample of the average height and size, and then the LIBS detection system focusing distance and scanning range; substance LIBS detection system for detection of ore, ore grade determination; mechanical separation system according to the testing results of ore and rock were transported to different ore collecting tank; measurement and control system for coordinated control of the various functional components of the device.

【技術實現步驟摘要】
基于激光誘導擊穿光譜的廢舊礦石分選方法及裝置
本專利技術屬于激光光譜檢測
，涉及一種基于激光誘導擊穿光譜技術的礦物成分檢測方法和機械化自動分選裝置，適用于礦石品位的快速檢測與分選。
技術介紹
據不完全統計，目前我國擁有的礦山數量大約在12萬座左右，其中在上世紀六十年代到八十年代開采的礦山，由于當時技術條件的限制，大多采用露天開采的方式，在采礦過程中產生了大量廢石，由于廢石的礦物品位較低(1～2％)，傳統的選礦方法，如比色法、比重法和懸浮法等，過程復雜且成本較高，二次開采不具備經濟效益，因此大量的廢石被囤積下來，然而這些廢石常年累月的堆積不僅破壞了當地的生態環境，而且占用了大量的土地面積。因此，研究一種檢測速度快、分析成本低的廢舊礦石二次開采方法，不僅可以實現對廢舊礦石的無害化處置、減少環境污染，還可以從廢舊礦石中回收大量的礦物成分，從而擴大礦山資源、延長礦山壽命，具有公益性和經濟性雙重特性。激光誘導擊穿光譜(LaserInducedBreakdownSpectroscopy,LIBS)技術是近年來新興的一種物質成分檢測技術，通過在樣品表面聚焦一束高能量脈沖激光，對樣品進行燒蝕并產生等離子體，然后再利用光譜儀檢測等離子體的特征光譜，實現對樣品成分的定性和定量分析。LIBS技術具有分析速度快、無需樣品前處理和遠距離探測等優勢，適用于廢舊礦石成分的快速分析，而且LIBS技術具有表面清潔能力，可以在分析前去除廢石表面的氧化層。但是廢舊礦石經過破碎后，大多呈現出形狀不規則且表面凸凹，傳統的LIBS技術不具備樣品高度實時監測和調整功能，因此會因為激光離焦導致信號穩定性較差，另外廢舊礦石表面成分分布不均勻，傳統LIBS技術不具備面陣掃描功能，只能對單一點進行分析，不足以代表礦石的整體屬性。
技術實現思路
針對傳統LIBS技術在礦石快速分選過程中存在的問題，本專利技術提出了一種基于激光誘導擊穿光譜技術的礦物成分檢測新方法，并設計一套機械化自動分選裝置。具體來說，利用激光誘導擊穿光譜技術，通過樣品形貌檢測系統獲取樣品平均高度與形狀參數，用于控制LIBS檢測系統的聚焦距離及掃描范圍，再結合光譜數據處理方法，改善光譜分析結果，進而通過機械自動化裝置達到對不同品位礦石快速分選的目的。本專利技術的技術方案是：一種基于激光誘導擊穿光譜的廢舊礦石分選方法及裝置，裝置主要包括：粉碎機、過濾器、傳送裝置、樣品形貌檢測系統、LIBS檢測系統、機械分選與礦石收集系統和測控系統。礦石的快速分選方法包括如下步驟：(1)從礦山上挖掘的大塊礦石首先進入粉碎機進行破碎，然后利用過濾器對破碎后礦石的形狀和體積進行篩選，體積適中的礦石直接進入傳送帶準備檢測，體積過小的礦石作為殘渣排出，體積過大的礦石輸送回粉碎機進行再次破碎。(2)傳送帶主要用于運送礦石樣品，本專利技術主要包括兩條傳送帶，兩條傳送帶之間的間隔要小于礦石樣品最小外接矩形的短邊，以保證礦石樣品不會掉落，同時當樣品通過兩條傳送帶之間的縫隙時，會裸露出下表面，可用于LIBS檢測系統對礦石下表面的分析。(3)傳送帶將體積適中的礦石輸送到樣品形貌檢測系統，該系統由一個激光投影儀、CCD相機和數據處理系統組成，當樣品經過檢測區域內，激光投影儀將一條狹窄的光帶投影到礦石樣品的3D表面，在非投影器的觀察視角下由CCD采集礦石樣品圖像，此時將會看到一條呈現扭曲的曲線，利用數據處理系統分析礦石樣品表面呈現的激光投影曲線，通過分析結果可以精確重建礦石樣品表面的幾何結構，其中礦石樣品的平均高度參數主要用于控制LIBS檢測系統聚焦透鏡的高度；礦石樣品的數字化輪廓信息用于控制LIBS檢測系統掃描振鏡的掃描范圍。(4)LIBS檢測系統主要用于檢測礦石樣品的物質成分，其中由激光器產生一束高能量脈沖激光(不小于200mJ)，脈沖激光經過分束子系統變成四束激光，其中每兩束激光為一組，分別用于礦石樣品上、下兩個表面的分析，每組激光分別經過掃描與聚焦子系統，對樣品進行線掃描，再配合傳送帶對礦石樣品的運動控制，實現對礦石的上下表面的掃描分析，每次測試產生的激光誘導等離子體光譜經過振鏡反射后，進入光譜信號采集子系統進行分光與光電轉換，并將采集的光譜信號傳輸給數據分析子系統。其中涉及的三個子系統的結構和工作步驟如下：①分束子系統：該系統包括3個能量分束比為1:1的分束鏡和1個反射鏡，初始激光經過第一分束鏡變換為兩束能量相等的第一激光和第二激光，其中第一激光傳輸路徑與初始激光相同，第一激光經過第一分束鏡后入射至第二分束鏡，再次變換為兩束能量相等的第三激光和第四激光，兩束激光傳播路徑呈90°夾角，且所構成的平面平行于樣品表面所在平面，其中第二激光傳輸路徑垂直于樣品表面所在平面入射至反射鏡，經過反射鏡后第二激光傳輸路徑變換為平行于初始激光傳輸路徑，入射至第三分束鏡，第二激光經第三分束鏡變換為兩束能量相等的第五激光和第六激光，兩束激光傳播路徑呈90°夾角，且所構成的平面平行于樣品表面所在平面，最終初始激光經3個分束鏡和1個反射鏡被分成4束能量相等的激光，入射至掃描與聚焦子系統。②掃描與聚焦子系統：該系統包括4個振鏡和4個聚焦鏡，振鏡1和2、聚焦鏡1和2安裝在傳送帶上方，振鏡3和4、聚焦鏡3和4安裝在傳送帶下方。由分束子系統產生的二級反射激光1和二級透射激光1分別入射到振鏡1和2，經過反射后入射到聚焦鏡1和2，并聚焦到樣品上表面；由分束子系統產生的二級反射激光2和二級透射激光2分別入射到振鏡3和4，經過反射后入射到聚焦鏡3和4，并聚焦到樣品下表面。通過改變四個掃面振鏡的偏置電流，調節掃描振鏡的反射角，進而實現對樣品上下表面的線陣掃描。其中聚焦鏡1和2的高度根據樣品形貌檢測系統獲取的樣品平均高度進行調節，另外4個聚焦鏡的焦距優選大于300mm，利用透鏡的長焦深降低樣品表面凸凹不平導致的離焦現象。當礦石樣品表面凸凹不平時會產生離焦情況，大焦距透鏡在離焦情況下光斑尺寸變化較小，激光的單位面積峰值功率變化較小，因此可以降低LIBS檢測系統因樣品離焦產生的光譜信號抖動。③光譜信號采集子系統：該系統包括光學鏡組、光纖探測器和光譜分光檢測器，其中光學鏡組用于收集激光誘導等離子體光譜，光纖探測器用于將礦石樣品上下表面產生的四路光譜信號匯聚并傳輸給分光檢測器，分光檢測器用于將復合光變為單色光，再由檢測器檢測不同波長的光譜信號強度。光譜信號采集子系統各部分的詳細技術方案如下：1)光學鏡組包括四個掃描振鏡(與掃描與聚焦子系統共用)、四個長焦深聚焦透鏡(與掃描與聚焦子系統共用)、四個打孔反射鏡，首先對掃描振鏡和長焦深聚焦透鏡進行光學鍍膜，使其可以同時反射和聚焦激光脈沖和等離子體特征光譜，等離子體特征光譜按照激光入射的反方向傳輸，經過長焦深聚焦透鏡和掃描振鏡，入射到打孔反射鏡上，再由打孔反射鏡將其發射進入光纖探測器，其中打孔反射鏡的孔徑要略大于激光光斑直徑，以便脈沖激光的順利通過。2)光纖探測器包括一根一分四共融端子光纖、四個聚焦透鏡和四個同軸機械組件構成，打孔反射鏡將等離子體特征光譜平行反射到聚焦透鏡，由聚焦透鏡將其耦合僅一分四光纖的子端子，四路光譜信號由一分四共融端子光纖匯聚，由母端子將匯聚后的光譜信號傳輸給光譜分光檢測器，其中每個聚焦透鏡與一分四光纖的子端子通過同本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于激光誘導擊穿光譜的廢舊礦石分選方法，其特征在于該方法包括以下步驟：1)首先將原始礦石經過破碎和過濾，對礦石體積進行篩選；2)傳送帶上運輸的礦石樣品在進行LIBS檢測之前，需要利用激光投影法檢測樣品的外觀形貌，根據所獲取的樣品高度信息調節LIBS檢測系統中聚焦透鏡的高度，根據所獲取的樣品輪廓信息調節LIBS檢測系統中掃描振鏡的掃描范圍；3)LIBS檢測裝置將一束高能量脈沖激光分成能量相等的四束激光，其中每兩束激光為一組，分別用于樣品上表面和下表面的分析，單束激光經過掃描振鏡和聚焦透鏡對樣品進行線陣掃描和聚焦，獲取樣品原子發射光譜信號；4)針對獲取的光譜信號利用權值判定方法或模式識別方法進行數據處理，判斷樣品礦物含量屬性。

【技術特征摘要】
1.一種基于激光誘導擊穿光譜的廢舊礦石分選方法，其特征在于該方法包括以下步驟：1)首先將原始礦石經過破碎和過濾，對礦石體積進行篩選；2)傳送帶上運輸的礦石樣品在進行LIBS檢測之前，需要利用激光投影法檢測樣品的外觀形貌，根據所獲取的樣品高度信息調節LIBS檢測系統中聚焦透鏡的高度，根據所獲取的樣品輪廓信息調節LIBS檢測系統中掃描振鏡的掃描范圍；3)LIBS檢測裝置將一束高能量脈沖激光分成能量相等的四束激光，其中每兩束激光為一組，分別用于樣品上表面和下表面的分析，單束激光經過掃描振鏡和聚焦透鏡對樣品進行線陣掃描和聚焦，獲取樣品原子發射光譜信號；4)針對獲取的光譜信號利用權值判定方法或模式識別方法進行數據處理，判斷樣品礦物含量屬性。2.一種基于激光誘導擊穿光譜的廢舊礦石分選裝置，該裝置包括：礦石粉碎機(1)、過濾器(2)、傳送裝置(3)、樣品形貌檢測系統(4)、LIBS檢測系統(5)、機械分選與礦石收集系統(6)及測控系統(7)，其中礦石粉碎機(1)將礦石粉碎成小塊礦石，經過濾器(2)對礦石形狀進行篩選后，在傳送裝置(3)的運送下，經過樣品形貌檢測系統(4)獲取礦石樣品表面特征，再經過LIBS檢測系統(5)獲取礦石樣品礦物含量信息，根據礦物含量信息由機械分選與礦石收集系統(6)對礦石進行分選，測控系統(7)在礦石分選過程中負責對裝置各功能部件進行統一協調控制；樣品形貌檢測系統(4)基于激光投影法采集樣品上表面形貌信息；LIBS檢測系統(5)具有激光分束、振鏡掃描、多路光譜信號原位采集以及基于模式識別技術的數據分析功能，可以實現對礦石樣品表面的快速、準確的面陣掃描分析。3.根據權利要求2所述的一種基于激光誘導擊穿光譜的廢舊礦石分選裝置，其特征在于：所述的傳送裝置(3)由兩條傳送帶組成，兩條傳送帶之間的間隔可調整為不會使礦石樣品掉落，且當樣品通過兩條傳送帶之間的縫隙時，會裸露出下表面，用于LIBS檢測系統對礦石下表面的分析。4.根據權利要求2所述的一種基于激光誘導擊穿光譜的廢舊礦石分選裝置，其特征在于：所述的樣品形貌檢測系統(4)包括激光投影儀、CCD相機和數據處理系統，激光投影儀將一條狹窄光帶投影到樣品表面，在樣品表面呈現出與樣品形貌相關的曲線，利用CCD相機采集該曲線的數字圖像，再經過數字處理系統對采集的數字圖像進行分析，獲取樣品表面形貌信息。5.根據權利要求2所述的一種基于激光誘導擊穿光譜的廢舊礦石分選裝置，其特征在于：所述的LIBS檢測系統(5)包括分束子系統、掃描與聚焦子系統、光譜信號采集子系統和數據分析子系統。6.根據權利要求5所述的一種基于激光誘導擊穿光譜的廢舊礦石分選裝置，其特征在于：所述的分束子系統包括3個能量分束比為1:1的分束鏡和1個反射鏡，初始激光經過第一分束鏡變換為兩束能量相等的第一激光和第二激光，其中第一激光傳輸路徑與初始激光相同，第一激光經過第一分束鏡后入射至第二分束鏡，再次變換為兩束能量相等的第三激光和第四激光，兩束激光傳播路徑呈90°夾角，且所構成的平面平行于樣品表面所在平面，其中第二激光傳輸路徑垂直于樣品表面所在平面入射至反射鏡，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊光，王成皓，李穎超，劉可，田地，邱春玲，姚立，李春生，孫玉橋，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林,22