CN103827660A - 处理开采出的物质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于处理开采出的物质的设备，所述开采出的物质诸如是开采出的矿石。设备包括施加器（2），该施加器用于使得物质的碎块向下移动层接受电磁辐射的照射。施加器包括管（4），该管用于容纳碎块的移动层，所述施加器管具有上入口和下出口以及在上入口与下出口之间增大的横截面面积。

Description

处理开采出的物质

技术领域

本发明涉及用于处理开采出的物质的方法和设备。

本发明还涉及一种施加器，所述施加器在用于处理开采出的物质的方法和设备中使用以使得开采出的物质的碎块接受电磁辐射的照射。

术语“开采出”的物质在此被理解为包括金属物质和非金属物质。含铁矿石和含铜矿石是金属物质的示例。煤是非金属物质的示例。术语“开采出”的物质在此被理解为包括但是并不局限于：（a）原矿物质；和（b）在物质被开采出之后并且在分选之前经受至少初破碎或类似的粒度缩减的原矿物质。开采出的物质包括堆放成堆的开采出的物质。

尽管非排他地，但是本发明特别涉及用于处理开采出的物质以促进随后从所述开采出的物质中回收有价值物质（诸如，有价值的金属）的方法和设备。

本发明还涉及用于从已经进行上述处理的开采出的物质中回收有价值物质（诸如有价值的金属）的方法和设备。

尽管非排他地，但是本发明特别涉及用于以高生产量处理低品位开采出的物质的方法和设备。

背景技术

本申请人研发了针对开采出的物质进行自动分选的方法和设备。

一般而言，由本申请人研发的分选开采出的物质的方法包括以下步骤：

（a）使得开采出的物质的碎块接受电磁辐射的照射；

（b）根据碎块的成分（包括品位）或构造或另外特征来检测和评估碎块；和

（c）根据步骤（b）中的评估结果来物理分离碎块。

本申请人所知的自动矿石技术局限于低生产量系统。在这些低生产量分选系统中使用的一般方法是在平置皮带上运送矿石碎块通过分选机。尽管在高达大约200t/h的生产量的条件下就大于10mm的碎块而言平置皮带是已证实的有效手段，但是传送带不能满足对于实现在诸如分选颗粒尺寸大于10mm的低品位矿石的采矿工业中的多种应用所要求规模的经济性所需的500-1000t/h的更大生产量的需要。

本申请人还研发了一种用于通过使得碎块接受电磁辐射的照射而在开采出的物质的碎块中形成微破裂的方法和设备。碎块中的微破裂有助于对碎块进行下游处理，以从碎块中回收有价值物质（诸如有价值的金属）。下游处理的选项例如包括堆浸，其中，微破裂允许溶浸液渗透到碎块中并且提高有价值金属的回收率。另一种下游处理的选项包括：粉碎碎块并且形成较小的碎块；在浮选回路中处理所述较小的碎块；形成精矿；以及熔炼精矿，从而回收有价值的金属。与在上述讨论的矿石分选技术的情况中一样，本申请人已知的用于在开采出的物质的碎块中形成微破裂的技术局限于低生产量系统。

在分选碎块和在碎块中形成微破裂的领域中，本申请人认为关于技术发展途径的问题与以高生产量处理开采出的物质有关。

上述描述并不应当理解为认可澳大利亚或其他国家的一般常识。

发明内容

一般而言，本发明提供了一种用于处理开采出的物质的设备，所述开采出的物质诸如是开采出的矿石，所述设备包括施加器，所述施加器用于使得所述物质的碎块的移动层接受电磁辐射的照射，所述施加器包括管，所述管用于容纳碎块的移动层，所述管具有上入口和下出口以及在上入口与下出口之间增大的横截面面积。

本发明基于通过提供施加器管来实现，所述管具有在管的上入口与下出口之间增大的横截面面积，其减小了：

（a）碎块的移动层与管之间的摩擦；和

（b）由移动层施加给管的向外的压力。

减小摩擦力/拽力的总体结果是使得可能在柱塞流（plug flow）条件下实施操作，即，在管的整个横截面上进行匀速运动的条件下碎块顺着管向下匀速运动。从操作观点来看，柱塞流是碎块顺着管向下运动的理想形式。另外，摩擦力/拽力的减小降低了管的磨损和碎块因与管接触而导致的碎裂。因此，设备的操作寿命延长并且灰尘产生量减小。

术语“碎块”在此被理解为指的是鉴于用于实施该方法的设备对开采出的物质进行操纵和处理能力以及下游处理要求而具有任何适当尺寸的开采出的物质。在矿石分选的背景中，相关因素包括与检测充分信息以便准确评估碎块中的开采出的物质有关的事项。还应当指出的是，如在此所使用的，本领域中的一些技术人员可能将术语“碎块”理解为所述的“颗粒”更好。本发明将这两个术语作为同义词使用。

术语“施加器”在此被理解为指的是一种腔室，所述腔室用于在其中接受且保持电磁辐射。

术语“层”在此被理解为指的是层中的毗邻碎块相互接触。

在使用中，在施加器中大批量地对开采出的物质进行处理—与逐一处理碎块相反。更加特别地，开采出的物质进料（诸如开采出的矿石）被供应到施加器管的上入口，并且作为开采出的物质层（诸如碎块相互接触的堆积层）运动通过施加器管至管的下出口端。当碎块从施加器管的上入口运动到下出口时，碎块在施加器中接受电磁辐射的照射。

设备可以包括用于施加器的电磁辐射源。

在任意给定的情况中所需的施加器管的横截面面积的变化程度取决于多种因素，所述多种因素包括但不局限于：设备的目标生产量；开采出的物质的矿物性质和成分；包括碎块尺寸分布的碎块尺寸；层中的堆积密度；电磁辐射的功率强度和其它特征；和所需的在管内的照射时间。类似地，在任何给定的情况中选择施加器管的宽度和长度均取决于包括上述因素的因素范围。

施加器管的横截面面积在上入口与下出口之间的变化程度可以高达5%。

施加器管的横截面面积在上入口与下出口之间的变化程度可以高达10%。

施加器管的横截面面积在上入口与下出口之间的变化程度可以高达20%。

施加器管的横截面面积在上入口与下出口之间的变化程度可以为至少2%。

施加器管的横截面面积可以沿着管的长度在管的上入口与下出口之间连续增加。

施加器管可以沿着管的长度在上入口与下出口之间向外发散或向外展开。

施加器管的发散或展开程度可以沿着管的长度变化。

当以竖直剖面观察时施加器管的壁是平直的。

当以竖直剖面观察时施加器管的壁可以是曲面的。

施加器管的壁可以是任何适当的其它形状。

施加器管可以沿着管的长度在上入口与下出口之间包括连续分段，其中，每个分段均具有从分段的上端部至下端部增大的横截面面积范围，并且每个分段均限定了单独区域，用于使得碎块在所述区域中接受电磁辐射的照射。

利用这种布置方案，设备可以包括用于每个区域的电磁辐射源，其中，每个电磁辐射源均适于以一频率操作，所述频率根据该区域的横截面面积范围进行选择。

施加器可以包括扼流件，所述扼流件用于分隔施加器管中的每个区域，以防止电磁辐射从一个区域中逃逸到另一区域中。

施加器管可以包括管的长度的具有一致横截面面积的至少一个分段。

施加器管的具有一致横截面面积的分段可以是管从上入口延伸的第一分段。施加器管的长度的其余部分可以连续增加至管的下出口。

施加器管的具有一致横截面面积的分段可以是管的在两个其它分段之间的过渡部分，所述过渡部分沿着这些分段连续增加。

施加器管可以是耐磨损管。

施加器管可以由耐磨损材料形成。

施加器管可以包括耐磨损材料的内衬。

在此，在设备中处理开采出的物质的背景下来理解术语“耐磨损”。

施加器管可以竖直布置。

施加器管可以相对于竖直方向成一角度

角度可以处于与竖直方向成高达30°的范围内。

施加器管在上入口处可以为至少80mm宽。

施加器管在上入口处可以为至少150mm宽。

施加器管在上入口处可以为至少200mm宽。

施加器管在上入口处可以为至少500mm宽。

施加器管可以为至少250mm长。

施加器管可以为至少1m长。

施加器管可以为至少2m长。

施加器管可以具有任何适当的横向轮廓。例如，管可以具有圆形横截面。

施加器可以包括位于上入口上游的扼流件和位于下出口下游的扼流件，以用于防止电磁辐射经由上入口和下出口从施加器管中逃逸出。

位于施加器管的下出口下游的扼流件可以呈旋转阀的形式，诸如旋转星形轮，用于控制物质从施加器管的排放。

施加器可以适于在开采出的物质连续运动（例如柱塞流的方式）通过施加器管并且当所述物质运动通过施加器时接受电磁辐射的照射的情况下持续操作。

施加器可以适于在任何适当的电磁辐射下操作。例如，辐射可以是X射线辐射、微波辐射和射频辐射。

电磁辐射可以是脉冲式电磁辐射或连续电磁辐射。

对施加器中照射参数（诸如，辐射类型、照射时间和辐射能量）的选择可以基于关于开采出的物质的已知信息和针对开采出的物质的下游处理选项。

在施加器适于在微波辐射下操作时，施加器管可以包括倾斜波导管，该倾斜波导管用于将微波辐射引导到施加器管中。

波导管可以相对于施加器管的壁成布儒斯特角。

“布儒斯特角”也被称作偏振角，在此被理解为指的是入射角，具有特定偏振角的电磁辐射优选以该入射角传递通过表面而没有反射。

进一步举例说明，在施加器适于在微波辐射下操作时，施加器可以包括：围绕施加器管的圆周定位的环形电路，所述环形电路用于将电磁辐射供应至施加器管；和位于施加器管与环形电路之间的一系列可透微波辐射的窗或开口，用于允许微波辐射从环形电路传递到施加器管。

在施加器适于在射频辐射下操作的情况中，施加器可以包括位于施加器管内的第一电极和位于施加器管外部或形成为施加器管的至少一部分的第二电极，或者皆位于施加器管外部的两个电极。

根据本发明，提供了一种用于分选开采出的物质（诸如，开采出的矿石）的设备，所述设备包括：

（a）施加器，所述施加器用于使得向下运动的物质的碎块的移动层接受电磁辐射的照射，所述施加器包括管，所述管用于容纳碎块的移动层，所述管具有上入口和下出口以及在上入口与下出口之间增大的横截面面积；

（b）检测和评估系统，所述检测和评估系统用于检测和评估碎块的一个或多个特征；和

（c）呈分离器形式的分选装置，所述分选装置用于响应于检测和评估系统的评估结果将碎块分离成多股流。

施加器可以具有上述特征。

设备可以包括碎块分散组件，所述碎块分散组件用于从施加器分散碎块，使得碎块从碎块分散组件的上入口向下并且向外运动并且将碎块从碎块分散组件的下出口以相互不接触的单个分离开的碎块形式排出。碎块分散组件可以具有上入口和下出口以及向下且向外延伸的分散表面，碎块能够在所述分散表面上从上入口运动到下出口，并且所述分散表面允许在碎块到达下出口时碎块被分散成单个分离开的碎块。在使用这种布置方案时，来自施加器管的下出口的碎块被供应至碎块分散组件的上入口。碎块顺着碎块分散组件的分散表面通过例如滑动和/或翻滚方式向下运动。碎块在分散表面上从碎块分散组件的上入口向下并且向外运动至碎块分散组件的下出口。分散表面允许碎块分散成分散状态，在所述分散状态下，碎块相互不接触并且作为单个分离开的碎块运动而且以这种分散状态从碎块分散组件排出。

碎块分散组件的分散表面可以是圆锥形表面，或者是圆锥形表面的向下且向外延伸的分段。

分散表面可以是布置成向下且向外延伸的圆锥形构件的上表面或者圆锥形构件的分段，或者是布置成向下且向外延伸的截头圆锥形构件的上表面或者截头圆锥构件的分段。

圆锥形表面可以限定任何适当的锥角，即，相对于水平轴线的任何适当角度。

圆锥形表面可以相对于水平轴线成至少30°角。

圆锥形表面可以相对于水平轴线成至少45°角。

圆锥形表面可以相对于水平轴线成至少75°角。

碎块分散组件的分散表面可以是倾斜板的上表面，所述倾斜板诸如是倾斜的平板。

碎块分散组件的分散表面可以是远离彼此向外并且向下延伸的一对板（诸如，一对平板或一对曲面板）的上表面。

碎块分散组件可以包括由分散表面部分地限定的腔室。

腔室可以是圆锥形腔室或截头圆锥形腔室。

碎块分散组件可以适于作为第二电磁辐射施加器操作，用于当碎块顺着分散表面向下运动时使得碎块接受电磁辐射的照射。在那种情况中，设备可以包括用于腔室的电磁辐射源。在使用这种布置方案时，开采出的物质在两个施加器（即，呈施加器形式的腔室；以及上游（就物质的运动方向而言）施加器）中接受电磁辐射的照射。

根据任意给定情况的要求，可以在两个施加器中使用相同或不同的照射条件。例如，可以选择上游施加器中的电磁辐射，以致使碎块微破裂从而破碎成较小的尺寸，也可以选择下游碎块分散组件中的电磁辐射，以有助于分选碎块。在这种布置方案中，可以鉴于开采出的物质的特征选择上游施加器中的操作条件，以使得碎块在上游施加器中和/或当碎块运动通过下游碎块分散组件和/或在下游处理步骤（诸如传统的粉碎步骤）中分裂成较小的碎块。进一步举例说明，可以选择一个施加器中的电磁辐射以允许检测和评估一个特征，而可以选择另一个施加器以允许检测和评估碎块的另一个特征。

检测和评估系统可以包括传感器，所述传感器用于检测每个碎块对于电磁辐射的响应（诸如热响应）。

检测和评估系统可以包括用于检测碎块的其它特征的传感器。传感器可以包括以下传感器中的任意一种或多种：（i）近红外（“NIR”）传感器（用于检测成分）；（ii）光学传感器（用于检测尺寸和构造）；（iii）声波传感器（用于检测对于溶浸的内部结构和研磨尺寸）；（iv）激光诱导光谱（“LIBS”）传感器（用于检测成分）；和（v）磁性传感器（用于检测矿物性质和构造）；（vi）X射线传感器，用于测量不含硫化物的矿物和脉石成分，诸如铁或页岩。这些传感器中的每一种均能够提供关于碎块中的开采出的物质的性质的信息，例如，在传感器名称后面的括号中所提及的信息。

检测和评估系统可以包括处理器，所述处理器用于例如使用考虑了感测数据的算法来分析针对每个碎块的数据以及用于对碎块分类以分选碎块和/或对碎块进行下游处理（诸如堆浸和熔炼）。

碎块评估可以基于碎块中有价值金属的品位。碎块评估可以基于另一特征（这还可描述为性质），诸如碎块的硬度、构造、矿物性质、结构完整性和多孔性中的一种或多种。一般而言，碎块评估的目的是促进分选碎块和/或对碎块进行下游处理。根据矿藏的具体环境，对这些性质的具体组合可以或多或少地有助于提供用于分选碎块和/或对碎块进行下游处理的有用信息。

检测和评估系统可以适于产生响应于碎块评估结果而选择性致动分离器的控制信号。

碎块分散组件的下出口可以适于如向下坠落的碎块幕帘一样排出碎块。对于碎块的高生产量分析来说，物质幕帘是常规形式。

用于响应于检测和评估系统的评估结果将碎块分离成多股流的分离器可以是任何适当的分离器。举例来说，分离器可以包括多个空气喷嘴，所述空气喷嘴能够选择性地致动以使得碎块沿运动路径移动。

设备可以适于以任何适当的生产量来分选开采出的物质。在任何给定情况中所需的生产量取决于一定范围的因素，所述因素包括但不局限于上游操作和下游操作的操作要求。

设备可以适于每小时分选至少100吨开采出的物质。

设备可以适于每小时分选至少250吨开采出的物质。

设备可以适于每小时分选至少500吨开采出的物质。

设备可以适于每小时分选至少1000吨开采出的物质。

开采出的物质可以是包含有价值物质（诸如有价值的金属）的任何开采出的物质。有价值物质的示例是矿物（诸如包括金属氧化物或金属硫化物的矿物）中有价值的金属。包含金属氧化物的有价值物质的特定示例是铁矿石和红土镍矿石。包含金属硫化物的有价值物质的特定示例是含铜矿石。有价值物质的其它示例是盐和煤。

尽管非排他但是特别地，申请人关注的领域是呈下述形式的开采出的物质：（a）包括呈硫化物形式的含铜矿物（诸如黄铜矿）的矿石；以及（b）铁矿石。

尽管非排他，但是本发明特别地可应用于分选低品位的开采出的物质。

术语“低”品位在此被理解为指的是开采出的物质中的有价值物质（诸如金属）的经济价值仅仅略微大于开采和回收以及运送该有价值物质至消费者所耗费的成本。

在任何给定的情况中，对于“低”品位的关注将取决于有价值物质的经济价值、开采成本和在特定时间点从开采出的物质中回收有价值物质的其它成本。对有价值物质的关注可能相对高但仍然视作“低”品位。对铁矿石来说就是这种情况。

在呈铜硫化物矿物形式的有价值物质的情况中，当前“低”品位矿石是按重量计矿石中含铜少于1.0wt.%（典型地少于0.6wt.%）的原矿石。从技术观点来看，尤其是在需要分选非常大量矿石（典型地需要每小时分选10,000吨矿石）的情况中并且在贫矿碎块在矿石中所占的比例小于包含经济可回收的铜的矿石所占的比例的情况中，从贫矿碎块中分选具有如此低含量的铜的矿石是一项具有挑战性的任务。

在含铜矿石的背景中使用时，术语“贫”碎块在此被理解为指的是无铜或含有很少量的铜而不能从碎块中经济地回收的碎块。

在有价值物质的背景中以更一般意义使用时，术语“贫”碎块在此被理解为指的是无有价值物质或有价值物质的量低到不能从碎块中经济地回收的碎块。

根据本发明，提供了一种施加器，该施加器用于使得物质的碎块的向下运动的运动层接受电磁辐射的照射，所述施加器呈管的形式，所述管用于容纳碎块的移动层，所述管具有上入口和下出口以及在上入口与下出口之间增大的横截面面积。

根据本发明，提供了一种处理开采出的物质的方法，所述开采出的物质诸如是开采出的矿石，所述方法包括：使得开采出的物质的碎块层向下运动通过上述电磁辐射施加器，并且使得碎块在运动通过施加器时接受电磁辐射的照射。

所述方法可以包括使得碎块经由自重进给向下运动通过电磁辐射施加器。

所述方法可以包括使得碎块经由压力进给向下运动通过电磁辐射施加器。

所述方法可以包括使得碎块以至少0.5m/s的速度向下运动通过施加器。

所述方法可以包括使得碎块以至少0.6m/s的速度向下运动通过施加器。

所述方法可以包括以每小时至少100吨的生产量分选开采出的物质。

所述方法可以包括以每小时至少250吨的生产量分选开采出的物质。

所述方法可以包括以每小时至少500吨的生产量分选开采出的物质。

所述方法可以包括以每小时至少1000吨的生产量分选开采出的物质。

根据本发明，提供了一种分选开采出的物质的方法，所述开采出的物质诸如是开采出的矿石，所述方法包括以下步骤：

（a）使得开采出的物质的碎块层向下运动通过上述电磁辐射施加器，并且使得碎块在其运动通过施加器时接受电磁辐射的照射；

（b）检测碎块的一个或多个特征；

（c）评估碎块的所述一个或多个特征；和

（d）响应于碎块的所述一个或多个特征的评估结果将碎块分选成多股流；

所述方法可以包括：将已经接受电磁辐射的照射的碎块供应至分散组件，并且允许碎块在分散组件的分散表面上从上入口向下并且向外运动至下出口，以使得碎块分散成单个分离开的碎块而且作为单个分离开的碎块从分散组件排出。

所述方法可以包括：使得碎块在分散组件的分散表面上向下并且向外运动时接受电磁辐射的照射。

所述方法的步骤（a）如上所述与处理开采出的物质的更一般的方法相关。

检测步骤（b）可以包括检测每个碎块对于接受电磁辐射的照射的响应，所述相应诸如是热响应。

评估步骤（c）可以包括分析每个碎块的响应，以识别碎块中的有价值物质。

检测步骤（b）并不局限于感测开采出的物质的碎块对于电磁辐射的响应，而是扩展为感测碎块的其它特征。例如，步骤（b）还可以扩展为使用以下传感器中的一种或多种：（i）近红外（“NIR”）传感器（用于检测成分）；（ii）光学传感器（用于检测尺寸和构造）；（iii）声波传感器（用于检测针对溶浸的内部结构和研磨尺寸）；（iv）激光诱导光谱（“LIBS”）传感器（用于检测成分）；和（v）磁性传感器（用于检测矿物性质和构造）；（vi）X射线传感器，用于测量不含硫化物的矿物成分和脉石成分，诸如铁或页岩。这些传感器中的每一种均能够提供关于碎块中的开采出的物质的性质的信息，例如，在传感器名称后面的括号中所提及的信息。

所述方法可以包括对被分选的物质进行粉碎的下游处理步骤，该粉碎步骤作为用于从开采出的物质中回收有价值物质的下游选项的预处理步骤。

所述方法可以包括混合被分选的物质的下游处理步骤，所述分选步骤作为用于从开采出的物质中回收有价值物质的下游选项的预处理步骤。

所述方法可以包括将每个碎块的感测数据用作用于下游处理选项（诸如浮选和粉碎）的前馈信息，以及用作上游开采和处理选项的反馈信息。

上游开采和处理选项可以包括钻井和爆破操作、开采操作的位置以及压碎操作。

根据本发明，还提供了一种用于从开采出的物质中回收有价值物质的方法，所述开采出的物质诸如是开采出的矿石，所述有价值物质诸如是有价值金属，所述方法包括：根据上述方法处理开采出的物质；和此后进一步处理包含有价值物质的碎块并且回收有价值物质。

针对碎块的其它处理选项可以是诸如熔炼和溶浸操作的任何适当选项。

附图说明

参照附图以举例的方式描述本发明，在所述附图中：

图1图解了根据本发明的分选设备的一个实施例的关键部件的竖直剖面的简图，所述分选设备包括根据本发明的电磁辐射施加器的一个实施例；

图2是图1中示出的电磁辐射施加器管的竖直剖面，为了提供管的更清晰视图，没有示出管中所堆积的碎块层；和

图3是本发明的电磁辐射施加器的另一个实施例的通过管的竖直剖面，为了提供管的更清晰视图，没有示出管中所堆积的碎块层；

图4是本发明的电磁辐射施加器的另一个实施例（尽管不是唯一可行的其他实施例）的管的竖直剖面，为了提供管的更清晰视图，没有示出管中所堆积的碎块层；和

图5是根据本发明用于处理开采出的物质的设备的另一个实施例的透视图，其中，所述实施例涉及使得开采出的物质的碎块产生微破裂，而不是如图1实施例中的情况那样分选开采出的材料。

具体实施方式

在使用微波能量作为电磁辐射的背景下描述实施例。然而，注意的是，本发明并不局限于使用微波能量，而是扩展为使用其它类型的电磁辐射，诸如射频辐射和X射线辐射。

在图1至4中示出的处理开采出的物质的方法的实施例被描述为一种分选开采出的物质的方法。更加特别地，在用于从低品位的含铜矿石中回收铜形式的有价值金属的方法和设备的背景中描述这些实施例，在所述低品位含铜矿石中，铜存在于诸如黄铜矿的含铜矿物中，并且矿石还包含无价值的脉石。所述方法在这些实施例中的目的是：识别包含高于某一品位的含铜矿物量的开采出的物质的碎块并且从其它碎块中分选出这些碎块，以及根据需要处理含铜碎块以从这些碎块中回收铜。

注意的是，尽管以下描述没有关注下游处理选项，但是这些下游处理选项可以是从熔炼碎块到溶浸碎块范围内的任何适当的选项。

还应当注意的是，虽然以下描述关注分选开采出的物质，但是本发明还扩展为对开采出的物质进行其它处理选项，诸如使开采出的物质的碎块发生微破裂。

还应当注意的是，本发明并不局限于含铜矿石和作为待回收的有价值物质的铜。一般而言，本发明提供了一种分选任何矿物的方法，所述任何矿物在接受电磁辐射的照射时显现出不同的热响应。

参照图1，呈已经由初碎机（未示出）压碎成碎块尺寸为10-25cm的含铜矿石的碎块形式的进料物质经由竖直输送料斗3（或其它适当的输送装置，诸如将原料供应至进料料斗的传送带）在自重进给的作用下被供应至整体用附图标记2表示的微波辐射施加器。

施加器2包括竖直的斜槽或管4。矿石在碎块以层（优选地碎块相互接触以柱塞流形式运动的堆积层中向下运动）的形式从管4的上入口6通过管4向下运动至下出口8时，大批量接受微波辐射的照射。管4具有圆形的横截面区域，所述圆形的横截面区域从入口6至出口8增大。横截面面积从入口6至出口8的变化程度为至少2%。在任何给定的情况中，所需的横截面面积的变化程度皆取决于很多因素，所述因素包括但不局限于：设备的目标生产量、开采出的物质的矿物性质和成分、包括碎块尺寸分布的碎块尺寸、层中的堆积密度、微波辐射的功率强度和其它特征、以及所需的在管4内的照射时间。类似地，在任何给定的情况中，对管4的宽度和长度的选择皆取决于包括上述因素的因素范围。

管4的横截面面积沿着管4的长度从管4的入口6至管4的出口8连续增加。更加具体地，参照图2，在图1实施例中，管4具有平直壁，当以竖直剖面观察时，所述平直壁沿着管的长度从入口6至出口8向外发散。

参照图1，用于防止微波辐射从管4中逃逸出的扼流件14、16定位在管4的入口6上游和管4的出口8下游。扼流件14、16在这个示例中是呈旋转星型轮形式的旋转阀形式（如附图中示意性示出的），所述扼流件14、16对将矿石供应至管4和从管4排出矿石进行控制。

施加器2还包括微波辐射源（未示出）和一对相对的波导管18，所述波导管用于将微波辐射引导到管4中。波导管18相对于管4的壁以布儒斯特角定位。应当注意的是，波导管18是用于将微波辐射引入导管4中的多个选项中的一个。尽管不仅仅是一个，但是另一选项是经由围绕管4圆周定位的环形电路利用管4和环形电路中的一系列可透微波窗或开口引入微波辐射，所述窗或开口允许微波辐射传递到管4中。选择开口的尺寸和数量，以在管4中提供均一（即，一致）的场。

管4的出口8与碎块分散组件的入口竖直对准。碎块分散组件整体用附图标记7表示。出口8将已经在管4中接受电磁辐射的照射的碎块直接供应至碎块分散组件7。

碎块分散组件7包括用于碎块的分散表面11。碎块在分散表面11上典型地以滑动和/或翻滚运动的方式向下并且向外从碎块分散组件7的中央上入口23运动至碎块分散组件7的环形下出口25。分散表面11允许碎块从堆积层状态分散成分散状态，在所述堆积层状态中，碎块在管4中相互接触，在所述分散状态中，碎块没有相互接触并且作为单个分离开的碎块运动而且以单个分离开的碎块形式从出口25排出。

碎块分散组件7包括内壁，所述内壁具有形成分散表面11的圆锥形表面。圆锥形表面是圆锥状构件的上表面。

分散表面11由外壁所遮蔽，所述外壁具有同心的第二外圆锥形表面15。分散组件7还包括位于分散组件7的上入口23和下出口25中的扼流件31、33。结果，根据需要从操作观点来看，分散组件7可以用作第二施加器，用于使得碎块进一步接受电磁辐射的照射。电磁辐射可以是微波辐射或任何其它适当类型的辐射。根据情况，设备可以包括除了形成施加器2一部分之外的另一电磁辐射源。在这个背景中，设备的这种构造在处于射频带中的电磁辐射情况中尤其具有优势。当在射频辐射下操作时，分散表面11和外圆锥形表面15电气隔离并且构造成形成射频施加器的平行电极。这些电极在图1中由附图标记27、29表示。

当碎块运动通过分散组件7时，检测和评估系统检测和评估碎块。

更加具体地，在通过分散组件7时，来自碎块的辐射（更加特别地热辐射）因下述原因而由呈高分辨率的高速红外成像仪（未示出）形式的用于捕获碎块的热图像的热成像仪检测：（a）在施加器2处并且可选地在分散组件7中接受微波能量照射；和（b）碎块的特征（诸如成分和构造）。尽管一个热成像仪足够了，但是两个或更多个热成像仪可以用于全面覆盖碎块表面。应当指出的是，本发明并不局限于使用这种高分辨率的高速红外成像仪。还应当指出的是，本发明并不局限于检测碎块对微波能量的热响应，而是扩展至检测其它类型的响应。

根据多个检测到的热点（像素）、温度、它们相对于碎块尺寸的分布图形和它们的累积面积，可对碎块的品位进行评估。通过将数据与特定品位和一定尺寸的碎块的微波诱导热特性之间的先前建立的关系进行比较，可以支持这种评估结果和/或可以量化更多的矿物含量。

另外，例如呈可见光相机（未示出）形式的一个或多个光学传感器捕获碎块的可见光图像，以允许确定碎块尺寸。

本发明还扩展至使用用于检测碎块的其它特征（诸如构造）的其它传感器。

在检测和评估组件中，由计算机（在附图中用词语“控制系统”表示）处理由热成像仪和可见光相机（和来自可使用的其它传感器的信息）收集到的图像，所述计算机装配有图像处理和其它相关软件。软件设计成处理感测到的数据以评估碎块，以进行分选和/或下游处理选项。在任何给定的情况中，软件可以设计成根据与数据有关的性质的相对重要性来为不同的数据分配权重。

检测和评估系统产生控制信号，以响应于碎块评估结果而选择性地致动分选装置。

更加具体地，碎块从分散组件7的出口25自由下落，并且由分选装置分离到环形收集容器17、19中，所述分选装置包括压缩空气喷嘴（或其它适当的流体喷嘴，诸如水喷嘴，或任何其它适当的机械装置，诸如机械鳍状件），所述压缩空气喷嘴在碎块从分散组件7的出口25以自由下落轨迹运动时选择性地使得碎块偏转。空气喷嘴由附图标记13表示。空气喷嘴选择性地使得碎块偏转成自由下落到收集容器17、19中的两个圆形碎块幕帘。热分析识别每个碎块的位置并且在碎块作为待偏转的碎块被分析之后致动空气喷嘴一预设时间。

可以根据需要选择热成像仪、其它传感器、计算机和空气喷嘴的位置。在这一点上，承认附图并不旨在只是本发明的一个实施例的总图。

微波辐射可以呈连续辐射形式或脉冲辐射形式。微波辐射可以下方施加在电场处，需要其来在碎块中产生微破裂。在任何情况下，鉴于所需要的信息，可以选择微波频率、微波强度、碎块的照射时间和施加器2的其它操作参数。所需的信息是需要用来评估具体开采出的物质以分选碎块和/或对碎块进行下游处理的信息。在任何给定的情况中，将存在诸如品位、矿物性质、硬度、构造、结构完整性和多孔性的特征的特定组合，其将提供分选碎块和/或对碎块进行下游处理作出知情决策的必需信息，例如，适于特定的下游处理选项的分选标准。

如上所述，除了上述定位在施加器2和分散组件7内和/或下游的热成像仪和可见光照相机之外，还包括其它多种传感器（未示出），以根据所需信息检测碎块的其它特征，从而对碎块分类，以用于分选和/或下游处理选项。

在一种操作模式中，热分析基于高于阈值温度和低于阈值温度的碎块之间的差别。于是，可将碎块归类为“较热”碎块和“较冷”碎块。碎块的温度与碎块中的铜矿物的量有关。因此，如果碎块包含至少“y”wt.%的铜，则具有给定尺寸范围并且在给定条件下加热的碎块将具有升温至高于阈值温度“x”度的温度。最初，可根据经济因素来选择阈值温度，然后随着这些因素变化而对所述阈值温度进行调整。贫碎块通常在接受射频辐射照射时不会被加热到高于阈值温度的温度。

在本示例中，主要分类标准是碎块中铜的品位，其中，将高于阈值品位的碎块分离到收集容器19中，而将低于阈值品位的碎块分离到收集容器17中。然后处理容器19中的有价值的碎块，以便从这些碎块中回收铜。例如，容器19中的有价值的碎块被转移，以用于接受包括研磨和浮选的下游处理，从而形成精矿，然后处理精矿以回收铜。

收集容器17中的碎块可以成为副产品废物流并且以适当的方式加以处置。这可能并不总是如此。碎块具有较低含量的铜矿物并且可能具有足够的回收价值。在这种情况中，可以将较冷的碎块转移至适当的回收处理（诸如溶浸）。

在图3示出的实施例的情况中，当以竖直剖面观察时管4的壁是曲面的。

在图4示出的实施例的情况中，管包括沿着管4的长度从入口6至出口8的连续分段4a和4b，其中，每个段均具有横截面面积范围，所述横截面面积从分段的上端部至下端部增大，并且各分段限定了独立的区域A、B，以用于使得区域中的碎块接受电磁辐射的照射。在这个实施例中，设备包括用于各区域A、B的电磁辐射源（未示出），其中，每个电磁辐射源均适于以一频率操作，根据区域的横截面面积范围来选择所述频率。另外，在这个实施例中，管4包括位于两个区域A、B之间的扼流件26，所述扼流件防止微波辐射从一个区域逃逸到另一个区域中。

本发明的优势包括以下优势：

●已经发现在施加器组件2中以大批量形式处理矿石碎块与具有单层开采出的物质的平置皮带布置方案相比显著提高了能量输送效率。

●通过为施加器管设置从管的入口至出口增大的横截面面积减小了碎块的移动层与管之间的摩擦并且减小了由移动层施加给管的向外压力。总体结果是减小了摩擦力/曳力并且因此更大程度地在管的横截面上促进碎块以柱塞流（即，一致运动的方式）顺着管运动而下。另外，摩擦力/曳力的减小还减小了管的磨损和因与管相接触而造成的碎块破裂，由此减小了灰尘产生。

虽然不是唯一的其它可能性，但是图3是根据本发明的用于处理开采出的物质的设备的另一个实施例的透视图，其中，所述实施例与使得开采出的物质的碎块产生微破裂以有助于对碎块进行下游处理有关。下游处理可以包括粉碎碎块并且形成较小的碎块，在浮选回路中处理较小的碎块，形成精矿，以及熔炼精矿从而回收有价值的金属。另一个下游处理选项包括堆浸，其中，微破裂允许溶浸液渗透到碎块中并且提高有价值金属的回收率。

参照图3，经由水平输送机组件24将呈已经由初碎机（未示出）粉碎至碎块尺寸为10-25cm的含铜矿石的碎块形式的原料供应至竖直转移料斗3，然后在自重进给的作用下向下运动至整体用附图标记2表示的微波辐射施加器组件。施加器组件2包括竖直圆筒形管4和沿着施加器组件2的长度定位的两个微波辐射施加器12。当碎块在层中（优选地在堆积层中）从管4的上入口6穿过管4向下运动至下出口8时，以大批量形式接受微波辐射的照射。用于防止微波辐射从管4中逃逸出的扼流件14、16定位在管4的入口6的上游和出口8的下游。扼流件14、16呈旋转阀的形式，还控制将矿石供应到管4中和从管4排出矿石。从管4的下出口8排出的矿石被转移到运输机26上或其它适当的转移装置选项上，以用于进行下游处理。

与参照图1和图2描述的实施例一样，管4的横截面面积沿着管4的长度从管4的入口6至出口8连续增加。

在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对上述本发明的实施例做出多种修改方案。

举例来说，本发明并不局限于对开采出的物质进行逐块碎块检测和评估以及分选，而是扩展为对开采出的物质进行批量评估和检测以及分选。

另外，在对开采出的物质进行逐块碎块检测和评估以及分选的情况中，本发明并不局限于图1示出的具体碎块分散组件7。

另外，本发明并不局限于图2-4中示出的施加器管的三个实施例，而是扩展为具有从管上入口至管下出口增大的横截面面积的任何布置方案。

Claims (37)

1.一种用于处理开采出的物质的设备，所述设备包括施加器，所述施加器用于使所述物质的碎块的向下运动的移动层接受电磁辐射的照射，所述施加器包括施加器管，所述施加器管容纳所述碎块的移动层，所述施加器管具有上入口和下出口以及在所述上入口与所述下出口之间增大的横截面面积。

2.如权利要求1所述的设备，所述设备包括用于所述施加器的电磁辐射源。

3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述施加器管的横截面面积在所述上入口与所述下出口之间的变化程度高达5%。

4.如权利要求3所述的设备，其中，所述横截面面积在所述上入口与所述下出口之间的变化程度高达10%。

5.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述横截面面积在所述上入口与所述下出口之间的变化程度为至少2%。

6.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管的所述横截面面积沿着所述施加器管的长度在所述施加器管的上入口与下出口端之间连续增加。

7.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管沿着所述施加器管的长度在所述上入口与所述下出口之间向外发散或向外扩展。

8.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管具有壁，当以竖直剖面观察时所述壁是平直的。

9.如权利要求1至7中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管具有壁，当以竖直剖面观察时所述壁是曲面的。

10.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管包括沿着管的长度在所述上入口与所述下出口之间连续的分段，其中，每个分段均具有从所述分段的上端部至下端部增大的横截面面积范围，并且每个分段均限定了单独区域，所述单独区域使得所述区域中的碎块接受电磁辐射的照射。

11.如权利要求10所述的设备，所述设备包括用于每个所述区域的电磁辐射源，其中，每个电磁辐射源均适于以一频率操作，所述频率根据所述区域的横截面面积范围进行选择。

12.如权利要求10或11所述的设备，其中，所述施加器包括扼流件，所述扼流件将所述施加器管中的每个区域分隔开，以防止电磁辐射从一个区域逃逸到另一个区域中。

13.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管竖直延伸。

14.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管以与竖直方向成高达30°范围内的角度延伸。

15.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管在所述上入口处至少80mm宽。

16.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管在所述上入口处至少150mm宽。

17.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管在所述上入口处至少500mm宽。

18.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管至少250mm长。

19.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管至少1m长。

20.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器管具有圆形的横截面。

21.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，所述设备包括位于所述上入口上游和所述下出口下游的扼流件，用于防止电磁辐射经由所述上入口和所述下出口从所述施加器管逃逸出。

22.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述施加器适于在所述开采出的物质连续运动通过所述施加器管并且在所述开采出的物质运动通过所述施加器管时接受电磁辐射的照射的情况下连续操作。

23.一种用于分选开采出的物质的设备，所述设备包括：

（a）施加器，所述施加器用于使得所述物质的碎块的向下运动的移动层接受电磁辐射的照射，所述施加器包括管，所述施加器管用于容纳所述碎块的移动层，所述施加器管具有上入口和下出口以及在所述上入口与所述下出口之间增大的横截面面积；

（b）检测和评估系统，所述检测和评估系统用于检测和评估所述碎块的一个特征或多个特征，和

（c）呈分离器形式的分选装置，所述分选装置用于响应所述检测和评估系统的评估结果将所述碎块分离成多个流。

24.如权利要求23所述的设备，所述设备包括碎块分散组件，所述碎块分散组件用于分散来自所述施加器的碎块，以使得所述碎块从所述碎块分散组件的上入口向下并且向外运动并且将碎块作为互相不接触的单个分离开的碎块从所述碎块分散组件的下出口排出。

25.如权利要求24所述的设备，其中，所述碎块分散组件具有上入口和下出口以及向下且向外延伸的分散表面，所述碎块能够在所述分散表面上从所述上入口运动到所述下出口，并且所述分散表面允许在所述碎块到达所述下出口时将碎块分散成单个分离开的碎块。

26.如权利要求25所述的设备，其中，所述碎块分散组件的所述分散表面包括向下并且向外延伸的圆锥形表面或者圆锥形表面的分段。

27.如权利要求23至26中的任意一项所述的设备，其中，所述检测和评估系统包括传感器，所述传感器用于检测每个碎块对电磁辐射的响应，诸如热响应。

28.如权利要求27所述的设备，其中，所述检测和评估系统包括用于检测所述碎块的其它特征的一个或多个传感器。

29.如权利要求23至28中的任意一项所述的设备，其中，所述检测和评估系统包括处理器，所述处理器用于例如使用考虑了感测数据的算法来分析每个碎块的数据，并且对所述碎块分类，以分选所述碎块和/或对所述碎块实施下游处理，所述下游处理诸如是堆浸和熔炼。

30.如权利要求23至29中的任意一项所述的设备，其中，所述检测和评估系统适于产生控制信号，以响应于碎块评估结果而选择性致动所述分离器。

31.一种施加器，所述施加器用于使得物质的向下运动的碎块层接受电磁辐射的照射，所述施加器呈管的形式，所述施加器管用于容纳碎块的移动层，所述施加器管具有上入口和下出口以及在所述上入口与所述下出口之间增大的横截面面积。

32.一种处理开采出的物质的方法，所述方法包括使得开采出的物质的碎块层向下运动通过如权利要求31所述的施加器并且使得所述碎块在运动通过所述施加器时接受电磁辐射的照射。

33.如权利要求32所述的方法，其中，步骤（a）包括使得所述碎块以至少0.5m/s的速度向下运动通过所述施加器。

34.如权利要求32或33所述的方法，所述方法包括以至少每小时250吨的生产量分选开采出的物质。

35.一种分选开采出的物质的方法，所述方法包括以下步骤：

（a）使得开采出的物质的碎块的层向下运动通过如权利要求31所述的施加器并且使得所述碎块在运动通过所述施加器时接受电磁辐射的照射；

（b）检测所述碎块的一个或多个特征；

（c）评估所述碎块的所述一个或多个特征；和

（d）响应于所述碎块的所述一个或多个特征的评估结果将所述碎块分选成多股流。

36.如权利要求35所述的方法，所述方法包括：将已经接受电磁辐射的照射的碎块供应至分散组件中，并且允许所述碎块在所述分散组件的分散表面上从上入口向下且向外运动至下出口，以使得所述碎块被分散成单个分离开的碎块并且作为单个分离开的碎块从所述分散组件排出。

37.一种用于从开采出的物质中回收有价值物质的方法，所述有价值物质诸如是有价值金属，所述开采出的物质诸如是开采出的矿石，所述方法包括：按照如权利要求32至34中的任意一项所述的方法来处理所述开采出的物质，并且此后进一步处理包含所述有价值物质的所述碎块以及回收所述有价值物质。

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