[0001] 本发明涉及一种用于分拣矿物的设备和方法，尤其涉及一种用于从矿物（例如，粗煤）中探测和分拣杂质的设备及其方法，以提高矿物的品质。

[0002] 无论在哪里(wherever)使用，矿物（例如，煤炭）的品质决定了使用效率和经济价值(economics)。在自然界，矿物以各种各样的形式、化学组成（chemistry）和合成物（compositions）存在，其通常与一些往往会影响矿物品质的杂质结合（interwoven）在一起。为了从矿物中去除杂质并改善其品质，各种传统技术，例如，湿法选矿技术和干法选矿技术等被广泛使用。

[0003] 在湿法选矿技术中，矿物被压碎成适当大小，并在一液体媒介中受到（subjected）分离是基于矿物和杂质颗粒之间的比重差别。然而，由于所述湿法选矿技术使用大量的水，该技术一般费用高，且对环境有严重的副作用，就使用的水而言，不仅其是一稀缺的资源，而且以污水的形式来污染环境。进一步，作为用于分拣杂质的水也增加了矿物的湿度，这可能会影响矿物的热值效率。

[0004] 于是，如今正发展起来的干法选矿技术弥补了传统湿法选矿技术的缺陷。所述干法选矿技术直至今日仍存在的限制，基于机械性能上的技术，这可能会降低得到所需物的准确度。

[0005] 一种干法选矿技术利用一套在线评估矿物品质的系统，以接受或拒绝矿物品质。在实际的现有技术中，包括非破坏性的在线识别杂质方法，去除不想要的物质，例如，来自矿物中的杂质。当大量矿物在输送带上传送时，在线探测矿物中的杂质可以通过应用辐射测量来完成，例如，一伽玛射线传输技术融入（integrated with）超声波传感器，用于补偿（compensation）所述物质的装载高度。一旦检测到杂质，通过以下一种合适的技术，将这样的杂质从矿物容积流量中去除。

[0006] 如上所述，一种传统的工艺和设备用于机械性地探测超大杂质以确定其深度是所知晓的。就这种探测而言，在所述设备中的一控制系统被使用，用于在一递交处（delivery point）观察皮带的速度，获得废料（waste materials）容积流量（bulk flow），以这种方式所述杂质掉落在一采集点处。像这种传统的工艺和设备通常会导致，与有用矿物部分尺寸大小相同的杂质不能够被分离。

[0007] 另一个传统技术披露在丹麦专利文献DE3312586中，（以下简称披露“DE‘586”）。“DE‘586”披露了借助一探测单元和一逻辑单元，以确定一放射性物质的辐射。所述逻辑单元对传送中的矿物的平均辐射值做评估，当一预定的标准值有波动时，对所述物质的分布产生影响。所披露的设备仅对自发射辐射的物质或者考虑到有一些成分可发射辐射的物质会有作用。借助DE’586所披露的系统，探测并随之在有用的矿物流（例如，在电厂和水泥厂等中的煤炭）中消除杂质，总的来说变得不太可行。

[0008] 进一步，另一个披露在美国专利文献US3655964中（以下简称“美国964”），披露了在有用的矿物流中探测杂质，通过使用不同化学成分的物质，减弱放射性辐射的变化效果。但是这个方法只应用于有用矿物以一个装载高度和容量密度的定值来被运输。进一步，该种方法对于测定含灰原碳中的石头不太灵敏，因为化学成分或多或少是相同的，特别在近似相同密度的物质的情况下。在黄矿石中较大尺寸的同质石头大致是相同的。因此，该技术通常可应用于这种有用的矿物流，而那些不想要的杂质的化学成分与有用物质（materials）的化学成分明显不同。如果减少测量时间，可获得的脉冲率的随机值在单个测试中的影响会增大，以至于当增加测量周期会减少同类工序的精准度或者装置的操作。这是因为数据是在有差异的材料流下获得的，大的误差是不可避免的。

[0009] 更进一步，其他传统技术从矿物中隔离杂质，包括在一皮带输送机上使用X射线。该传统技术不太有用，因为在一定时间内，皮带及其变化条件的干扰。在测量中，皮带的控制速度必须被操控，以防止“模糊（hazing）”的分析。此外，为了达到更大的容积流量需有更高速的皮带速度，造成在排放端有不同的弹道，它导致了不充分的弹射。

[0010] 因此，需要一种技术，其可以有效地从矿物中分离较小尺寸的杂质，如同较大尺寸的杂质。同样，需要从矿物中有效地分离出杂质，不考虑所述杂质的尺寸大小。进一步，需要一种快速方法以避免逐粒分析，所述逐粒分析会减慢从所述矿物中分离杂质的方法，并使得所述的传统技术在任何商用应用上不太可行。

[0019] 本发明的上述具体实施例已通过插图和说明加以呈现。它们不是为了全面（exhausive）或者限制本发明以准确的形式所披露，但为了上述的教示，允许不同的饰变（modification）和变动（variations）。说明所选的实施例用于最好地解释本发明的原理和实际应用，从而使熟知本领域技术的人员能够最好地利用本发明以及针对预期的特定用途而作出各种改进的实施例。当处于建议或提供权宜之计时，各种的省略和等同替换应予以考虑，但是这样是为了覆盖应用或执行，且不脱离本发明的精神和权利要求范围。同样，可以理解是全文中使用的用语和术语是为了说明目的，不应被认作为限定。进一步，参考“一实施例(one embodiment)”或“一个实施例(an embodiment)” 意思是与实施例一起说明的特别特征（particular feature）、特性、或功能是包括在本发明至少一实施例之内。 [0020] 术语“顶部”、“底部”、“第一”、“第二”或者类似词，在全文中不表示任何次序、立面图（elevation）或重要性，而是为了用于区分一元件设置在另一元件上。进一步，术语“一（a）”和“一（an）”在全文中不表示数量的限定，而是表示参考项至少有一个。术语“矿物（minerals）”和“物质（materials）” 在全文中是可以互换的使用，并指同一东西，也就是来自矿物中的杂质将被分拣出。

[0021] 参考图1和图2，根据本发明的具体实施例所述设备（1000）用于从矿物中分拣杂质。特别是，图1是所述设备（1000）的主视图，而图2是图1所述设备（1000）的一框图。所述设备（1000）包括一矿物进料设备（100）设置用于提供矿物，例如，粗煤，从中分拣杂质。所述矿物进料设备（100）可提供一预定尺寸范围的矿物，由此有最低限度的兜风（joyriding）。特别是，所述矿物进料设备（100）包括一料斗（102）和一进料器（104）。在不脱离本发明的范围，所述料斗（102）的一形式为一钢铁料斗。

[0022] 图3是所述料斗（102）的俯视图，结合图1和图2在全文中加以说明。 如图3所示，所述料斗（102）包括一顶部开口（102a），和相对与所述顶部开口（102a）的一排料口（102b）。所述排料口（102b）包括一筛网片（102c）设置在其上。所述料斗（102）收到需要被分析的矿物，从中（thereto）去除（free from）杂质。所述矿物被提供至所述料斗（102），且通过所述排料口（102b）的所述筛网片（102c）。所述筛网片（102c）使预定尺寸范围的含有杂质的矿物通过，由此以供分析。预定尺寸范围的含有杂质的矿物通过所述筛网片（102c）可以作为粗煤的标准。所述料斗（102）的尺寸和形状可以基于应用的特殊需求制造。 [0023] 回到参考图1和图2，所述矿物进料设备（100）的所述进料器（104），与所述料斗（102）连接，以接收从所述排料口（102b）排放的所述矿物，用于分拣杂质，使所述矿物最低限度地兜风。在本发明一实施例中，所述进料器（104）是一个电磁进料器。所述电磁进料器可以以低振幅和高频率来控制所述矿物流量，并使所述矿物最低限度地兜风。在本发明另一实施例中，所述进料器（104）可以是如图4所示的一电磁屏幕。所述电磁屏幕（105）具有多个鳍状物（105a）设置在其上。所述电磁屏幕（105）能够从矿物中清除一预定尺寸范围的杂质。所述电磁屏幕（105）可以从矿物中清除预定尺寸范围为6毫米的杂质颗粒。 [0024] 所述设备（1000）进一步包括一细长溜槽（106）。所述细长溜槽（106）可参考图5结合图1和图2所示。所述细长溜槽（106）与所述矿物进料设备（100）连接，以一倾斜位置设置在所述矿物进料设备（100）上。所述细长溜槽（106）从所述矿物进料设备（100）收到所述矿物，用于使所述矿物自由掉落在用于一分拣所述杂质的探测区域（D）。来自所述料斗（102）的物质被提供至所述进料器（104），并从所述送进料器至所述细长溜槽（106）。所述细长溜槽（106）可以是一不锈钢材料制成的平托盘，并具有合适的至少一振动器，例如振动器（106a）位于底面，即接收矿物面的相对面，外加上（along with）至少一加热系统，例如加热系统（106b）以防止具有湿特性的矿物粘住，并防止矿物颗粒在所述细长溜槽（106）上流动阻塞。进一步，所述细长溜槽（106）的宽度变化范围大约在960毫米至1920毫米之间，并与所述矿物进料设备（100）成一预定角度的倾斜。所述细长溜槽（106）位于与所述矿物进料设备（100）成倾斜的位置上，特别是，与所述进料器（104）成一角度，所述角度的变化范围大约在0度至90度之间。

[0025] 所述设备（1000）进一步包括一X射线生成器（108）和一多能源X射线传感器阵列（110），（以下简称为“传感器阵列（110）”）。来自所述细长溜槽（106）的物质穿过X射线生成器（108）和传感器阵列（110）。特别是，所述X射线生成器（108）可发射至少两条准直X射线，第一准直X射线为低能量准直X射线，且第二准直X射线为高能量准直X射线，所述X射线生成器设置在靠近所述细长溜槽（106）处，以这样的方式所述准直X射线穿过在所述探测区域（D）自由掉落的矿物，用于被所述矿物和所述杂质部分吸收。所述X射线生成器（108）为一X射线生成器。进一步，所述传感器阵列（110）可以放置在所述X射线生成器（108）的前面且紧邻X射线生成器。所述传感器阵列（110）可以包括多能源X传感器用于感测低能量X射线和高能量X射线。特别是，如图6所示，所述传感器阵列（110）包括一低能量探测传感器（112）用于探测剩余的低能量X射线，和一高能量探测传感器（114）用于探测剩余的高能量X射线，并发送一信号数据。进一步，一铜填料（116）设置在所述低能量探测传感器（112）和高能量探测传感器（114）之间，因此设置所述传感器阵列（110）具有的变化高度大约在1.2毫米至1.8毫米之间。

[0026] 来自所述X射线生成器（108）的准直X射线一致露出（exposure）且穿过全部传感器，例如所述传感器阵列（110）中的所述低能量探测传感器（102）和高能量探测传感器（114）。所述物质的X射线辐射吸收是通过所述X射线生成器（108）发射X射线的能量程度和所述物质的成分来被控制。因为使用的两种能量-高能量和低能量-两者之间的不同衰减当被所述传感器阵列（110）测量时，展现出的物质成分是独立于被评估的物质的容积或高度。评估等式可以如下：式中：“I” 是通过所述传感器探测到在穿过所述物质之后剩余的X射线的测量值；
“Io”为在缺省物质的情况下，所述传感器测得的初始值；“μ”为所述物质的线性吸收的合作效率；以及“X”为所述物质的高度或者厚度。

[0027] 来自所述细长溜槽（106）的颗粒（particle）物质，在所述探测区域（D）开始自由掉落时，已经完成X射线的分析，如图1所示。这个设计使所述颗粒非间断性评估，并不被其他物质例如皮带或者钢板等所影响。

[0028] 进一步，所述设备（1000）包括一电子模块（117）。如图7所示为所述电子模块（117）的框图，并结合图1和图2加以说明。所述电子模块（117）设置以基于来自所述传感器阵列（110）的感测输出数据，收集所述信号数据，以生成一比较阀，确定自由掉落的矿物中的杂质，基于一存储的起点阀值来分拣杂质，并发送一处理信号。所述电子模块包括一放大器（118）、一多路复用器（120）、一数据获取系统（122）和一控制电子设备（124）。所述放大器（118）能够基于来自所述传感器阵列（110）的感测输出数据，放大所述信号数据。进一步，所述多路复用器（120）与所述放大器（118）连接，用于接收放大的信号数据。进一步，所述数据获取系统（122）与所述多路复用器（120）连接，用于接收信号数据，并转换成数字数据用于处理。此外，所述控制电子设备（124）与所述数据获取系统（122）连接，用于接收所述数字数据，并发送至一已配置的图片生成软件。所述图片生成软件能够将所述剩余的低能量X射线和剩余的高能量X射线的数字值转化为一比较值，用于与已存储的起点阀值比较，以确定自由掉落的矿物中的杂质，并做分拣，以及通过一电磁阀控制电路（Solenoid control circuitry，简称SCC）（128）向前发送一处理信号。

[0029] 特别是，双能量X射线信号转换为复合材料密度（composite density）图片，并依据像素整理信息，以获得复合杂质值或灰分含量。因此，所述图片生成软件发送适当的指令至开关晶体管，以打开一歧管装置中多个弹射器中的特定数目的弹射器，用于产生想要的气动压力。所述歧管装置具有多个弹射器会在后文进行说明。所述设备（1000）可以通过所述电子模块（117）与一PC/FG（126）连接。

[0030] 进一步，所述电磁阀控制电路（128）专门使电磁阀在一高速状态下操作，且较少消耗电能，无需损坏一线圈（coil）。当优化操作速度时，所述电磁阀控制电路（128）可以是一专门的驱动电路，设计成使电磁阀在高电压状态下快速的切换，但在低电压状态下保持开路，以使电路消耗最小。

[0031] 所述设备（1000）进一步包括一歧管装置（130）通过所述电磁阀控制电路（128）与所述电子模块（117）连接，如前文所述。所述歧管装置（130）包括多个弹射器（132）。根据本发明一具体实施例，图8结合图1和图2说明所述歧管装置（130）。所述歧管装置（130）能基于所述电子模块（117）的处理信号产生气动压力，以开启多个弹射器（132）中需要数目的弹射器，用于在探测区域（D）从所述矿物中分拣杂质。

[0032] 所述歧管装置（130）的多个弹射器的每一弹射器为一气动电磁阀激活阀。具有大约小于10毫米足印的所述多个气动电磁阀激活阀，设置在所述歧管装置（130）中，以至所述弹射器（132）的阀的每一喷嘴之间的高度大约低于5毫米。进一步，在探测区域与所述多个弹射器（132）中的一弹射点之间的距离大约是被分析矿物的最大尺寸的两倍。所述多个弹射器（132）能够调整以移动弹射点。所述歧管装置（130）可以为铝或工程塑料制成，以提供容易固定和移除的所述气动电磁阀激活阀，用于维修目的。通过所述X射线生成器（108）生成的X射线可被允许穿过所述多个弹射器（132）和所述歧管装置（130），用于分析从所述细长溜槽（106）掉落的物质，并基于参数设置将所述物质落于一V型斜槽（134）以归类。所述V型斜槽（134）以下简称“V槽”（134），并在后文加以说明。

[0033] 所述设备进一步包括一压缩机（136）和一空气净化罐（138）。所述压缩机（136）和所述空气净化罐（138）与所述X射线生成器（108）连接，分别用于压缩和存储用于所述X射线生成器（108）的空气。所述压缩机（136）能提供大约4至10巴的压缩空气至目标位置。进一步，所述空气净化罐（138）能够存储大约300至500升容量的所述压缩空气。然而，所述空气净化罐（138）的容量的增加或者减少是根据使用者的需求。

[0034] 所述V槽（134）如前面所述的，可以能够将来自于相互间的所述杂质和所述物质或者所述矿物分类，用于获得高品质的矿物或物质。所述V槽（134）使来自于相互间的所述杂质和所述矿物分类，用于累积在至少两个输送带组件（140）和（142）上，输送带组件将被摈弃的矿物或杂质，和高品质的矿物从一端传送至另一端。更特别的是，所述输送带组件（140）和（142）能够各自排空干净的煤炭和被摒弃的煤炭。在另一种形式中，隔离输送带也可以位于所述弹射处，以排空所述干净的煤炭和所述被摒弃的煤炭。

[0035] 在实际应用中，基于上述等式和如图1和图2所示的设备（100），当探测到一不纯合成物从所述细长溜槽（106）掉落至所述传感器阵列（110）和所述X射线生成器（108）之间，在到达弹射点时，时间段（time frame）是预先确定的，因为它在自由掉落区域。借助安装在所述歧管装置（130）中的高响应气动喷射，被探测物质从物质流的主通道被转移。因为所述传感器（112）和（114）高度较小，即1.2至1.6毫米，所以需要一相对的较小足印用于所述弹射器（132）。但在同时，也需要有足够力量将所述颗粒从正常通道弹射出。因此，为了简化设计，所述两个传感器（112）和（114）与一弹射器连接，例如，所述弹射器（132）需包含每一个弹射器，所述弹射器（132）需要的高度是所述传感器（112）和（114）的两倍。 [0036] 当一不纯物（杂质）被探测到，给高速气动阀一弹射信号，以吹走（blow away）所述颗粒。这是通过定时周期的高度同步操作和物质掉落速度来完成的。每一套设备（1000）以独立通道来操作，但独立通道均与相邻通道的测量相互关联。一旦给出摒弃所述物质的命令，被探测的物质通过各自的气动弹射器喷嘴被喷出来。吹气（blow）的持续时间和吹气（blow）的间隔时间，与用于测量特别物质（particular piece）的时间周期同步。在所述物质离开所述细长溜槽（106）之后，当所述物质在自由掉落的弹道路径上时，吹气是受影响的。

[0037] 参考图9，根据本发明一具体实施例所述的一种方法的流程图。所述方法将结合图1和图2 一起说明。为了给个简要说明，先前说明的重复内容在此文中被排除，且不考虑被限制和非充分因素。所述方法从步骤（210）开始。在步骤（220）中，通过所述矿物进料设置（100）提供有一预定尺寸范围的所述矿物，由此具有最低限度的的兜风，按前面介绍的相同方式，用于从中分拣杂质。

[0038] 进一步，在步骤（230）中，在所述细长溜槽（106）上接收到来自所述矿物进料设备（100）的所述矿物，所述细长溜槽（106）以倾斜方式与所述矿物进料设备连接，用于使矿物自由掉落在一探测区域（D），从中分拣出杂质。

[0039] 在步骤（240）中，至少两条准直X射线，第一条为低能量准直X射线，且第二条为高能量准直X射线，通过设置在靠近所述细长溜槽（106）处的所述X射线生成器（108）所产生，以这样一种方式，所述准直X射线穿过在探测区域（D）自由掉落的矿物，用于被所述矿物或所述杂质部分吸收。进一步，在步骤（250）中，通过一传感器阵列（110）感测至少一剩余的低能量X射线和剩余的高能量X射线穿过所述自由掉落的矿物，以发送一信号数据。对于在流动中各个颗粒而言，物质成分的在线测量中关于杂质程度可通过以下方式完成：
（a）在100至1000微秒的短时间周期内（b）比较相邻通道的信号（c）比较前期和后继信号。
来自低能量探测传感器（112）和高能量探测传感器（114）的X射线辐射吸收的信号数据可以被传至所述电子模块（117）。

[0040] 在步骤（260）中，所述信号数据基于来自传感器阵列（110）的感测输出数据，通过所述电子模块（117）被收集，用于生成一比较阀，确定自由掉落的矿物中的杂质，以基于一存储的起点阀值来分拣杂质。进一步在步骤（270）中，基于所述比较阀和所述已存储的起点阀值的比较，以感测到一处理信号，并传至所述歧管装置（130）。特别是，所述电子模块（117）处理数据信号，用于去除噪音，放大信号至所需的程度，并从模拟信号转换为数字信号。

[0041] 更进一步，在步骤（280）中，气动压力是基于所述电子模块（170）的处理信号所产生的，以开启设置在一歧管装置（130）中多个弹射器（132）的需要数目的弹射器，用于在所述探测区域（D）从矿物中分拣出杂质。

[0042] 并不限制步骤（260）至（280），以下的操作也可被执行。所述信号数据在一控制软件中被处理，以产生在线评估在物质成分中的杂质成分/灰分含量。

[0043] 通过聚合（aggregating）逐个像素的颗粒信息，可以计算得到整个颗粒的杂质成分。每一颗粒的杂质成分/灰分含量在成分值方面与一可调整的有代表性意义的有用矿物做对比，作为控制设定值。比较是以一连续性方式进行，同样可以与作为阀值限制的设定值进行比较。当计算值超过这个限制的设定值，可以通过高响应的中间继电器，触发一输出信号，用于激活相应的弹射器（132）。基于输出信号，不纯物被高速和快速响应的气动阀所摒弃，在探测中的不纯物的去除是通过弹射物质以及通过专门为有效分离而设计的高压空气喷射来完成的。一组喷射器是根据相应的测量通道的数量而设置的。所述弹射器（132）与所述空气净化罐（138）连接，在工厂运行期间，所述空气净化罐始终保持压力和流动要求的恒定。根据在电子模块中被处理的颗粒大小，压力大小发生变化，每一个弹射器（132）设计成发出足够压力用于弹射出摒弃物。所述弹射器（132）与物质的流动速度同步，当所述物质在自由掉落的轨迹上时，物质的流动速度受到影响。当有用的物质流动未被触及，被移交至干净物的主流（main flow）时，吹气（blow）仅影响被分离的物质。在步骤（290）中，所述方法（200）结束。

[0044] 通过本发明，所述设备（1000）和所述方法（200）可以有以下优点，及其他一些优点。用于测量的时间周期可以固定在100至1000毫秒，在涉及到彼此之间的比例时能匹配，这样最小尺寸的不纯物（6毫米）可以被探测出来。进一步，当完成逐粒的测量，和所有杂质颗粒在设定点从所述流中被去除，可以完成高品质的输出。进一步，在设计中的一重要特征是相关专业人员在电子器件上改变输入参数，以完成在输出端处高度分解，从而增加测量和系统的准确度。当然，进一步，所述设备（1000）具有除了煤炭之外的多种矿物的应用。此外，所述方法和所述设备（1000）是生态环保的。

[0045] 本发明的上述具体实施例已通过插图和说明加以呈现。它们不是为了全面或者限制本发明以准确的形式所披露，且为了上述的教示，允许不同的饰变（modification）和变动（variations）。说明所选的实施例用于最好地解释本发明的原理和实际应用，从而使熟知本领域技术的人员能够最好地利用本发明以及针对预期的特定用途而作出各种改进的实施例。当处于建议或提供权宜之计时，各种的省略和等同替换应予以考虑，但是这样是为了覆盖应用或执行，且不脱离本发明的精神和权利要求范围。同样，可以理解是全文中使用的用语和术语是为了说明目的，不应被认作为限定。