センサーベースの選別

シュート式装置は設置面積が小さく、可動部品も少ないため、投資コストと運用コストが低くなります。一般的に、この装置は十分に分離した材料や表面検出に適しています。これは、両面スキャンが可能で、システムに対する信頼性が高いためです。シュート式装置の適用可能な最大サイズは大きく、この構成では最大300 mm (12インチ)の粒子の材料処理のみが技術的に実現可能です。  

平均的な農家や産業労働者にとって、センサーの研究と人間工学的設計にかかる費用は約500ドルです。センサー自体はまだ試作品で、まだ製造されていませんが、2003年頃にFDAの承認を得る予定です。

ベルト式搬送機は、一般的に小型の材料や粘着性のある材料の供給に適しています。さらに、供給動作がより安定しているため、より難易度の高い、あるいは不均一な材料の供給にも適しています。

サイズ範囲係数（d95/d5）が2～5（最適値は2～3）のスクリーン分画が振動フィーダーに供給され、粒子を予備加速することで単層を形成する機能を持ちます。プラント設計でよくある誤解は、振動フィーダーを使用してバッファバンカーから排出できるというものですが、供給分配はセンサーベースの選別機の効率に非常に重要であり、フィーダーにかかる負荷が異なると位置や振動特性が変わるため、別のユニットを適用する必要があります。

供給された材料は、次に搬送機構（主要な2種類の機械ではそれぞれベルトまたはシュート）へと移送されます。このサブプロセスは、材料の流れを構成する個々の粒子を安定かつ予測可能な方法で、すなわち検出ラインに直交する一方向の動きで、均一な速度プロファイルで通過させる機能を有しています。

検出サブプロセスでは、位置と特性ベクトルが記録され、排出のための粒子の位置特定と識別のための材料分類が可能になります。適用されるすべての検出技術に共通するのは、安価で非接触かつ高速であることです。これらの技術は、透過型と反射型のグループに細分化され、前者は粒子の内部内容を測定するのに対し、後者は識別のため表面反射のみを使用します。表面、つまり反射技術の欠点は、表面が内容を反映している必要があり、粘土や塵の付着物がない状態にしておく必要があることです。しかし、表面反射技術は、粒子のすべての構成要素が同じ確率で検出されるわけではないため、基本サンプリング原理に違反します。

主な伝送技術は、EM（電磁気学）とXRT（X線透過）です。EM検出は、交流電磁場を通過する物質の導電率に基づいています。XRTの原理は、医療診断や空港の手荷物スキャナーへの応用を通じて広く知られています。主な表面または反射技術は、従来、X線放射の励起下でのダイヤモンドの蛍光を捉えるX線ルミネセンス検出器と、明るさと色の違いを検出するカラーカメラです。数十年にわたり鉱業探査のリモートセンシングで知られている近赤外分光法などの分光法は、産業規模のセンサーベースの選別機に採用されています。近赤外分光法を適用する利点は、特定の分子結合の存在、つまり近赤外活性鉱物の鉱物組成に関する証拠を測定できることです。^{[ 12 ]}産業規模のセンサーベースの鉱石選別機には、さらに多くの検出技術が利用可能です。詳細を知りたい読者は、文献を参照してください。^{[ 5 ]}

検出システムによってスペクトルデータと空間データが収集されます。空間データは、選別機の幅全体にわたる粒子分布の位置を捉え、単一粒子の排出機構が作動する場合に使用されます。スペクトルデータは、物質識別に使用される特徴量で構成されています。上位の処理ステップでは、スペクトルデータと空間データを組み合わせて、分離基準にパターンを含めることができます。リアルタイムで収集される膨大な量のデータは、複数の処理およびフィルタリングステップを経て、粒子を排出するか、その粒子の排出機構を静止させるかの「はい／いいえ」の決定に至ります。

最新のセンサー式鉱石選別機の機構は、空気圧による排出方式です。この方式では、高速エアバルブと、加速ベルトまたはシュートに垂直に配置されたノズルアレイを組み合わせることで、空気パルスを精密に印加し、個々の粒子の飛行方向を変えることができます。ノズルのピッチと直径は、粒子のサイズに合わせて調整されます。空気パルスは、個々の粒子に抗力を加え、機械式スプリッタープレート上に誘導することで、粒子の飛行方向を変えるのに十分な精度でなければなりません。

過去20年間で、移動可能な半移動式設備の人気が高まっています。これは、センサーベースの選別システム全体が、1時間あたりの処理能力（トン）に比べて比較的コンパクトであるためです。これは主に、必要なインフラが少ないためです。この写真は、クロミタイト選別に使用されるコンテナ型センサーベース選別機を示しています。このシステムは、ディーゼル駆動の移動式破砕機およびスクリーンと連携して動作します。原料、粗粒分、製品、および廃棄物の搬送は、ホイールローダーを使用して行われます。システムはディーゼル発電機で駆動され、コンプレッサーステーションが動作に必要な計装用空気を供給します。

半移動式設備は、主に材料の取り扱いを最小限に抑え、輸送コストを削減するために使用されます。設備に半移動式オプションを選択するもう1つの理由は、新しい鉱床の大量試験です。システムの容量は選別されるサイズ分画に大きく依存しますが、125 tphの選別供給と125 tphのアンダーサイズ材料の容量を考慮すると、250 tphの容量は半移動式設備の適切な推定値です。過去10年間、汎用プラント設計とカスタマイズされた設計の両方が開発されてきました。たとえば、i2mineプロジェクトの枠組みで開発されました。^{[ 13 ]}

大量の物質の流れに対応するため、またセンサーベースの選別プロセスの物理的な位置を変更することが運用の経済的実現可能性にメリットをもたらさない用途では、固定式設備が採用されます。固定式設備を採用するもう1つの理由は、多段階（粗選別機、回収機、精選機）のセンサーベースの鉱石選別プロセスです。固定式設備では、選別機は通常並列に配置され、排出される分画をそれぞれ1つの製品ベルトと1つの廃棄物ベルトで搬送できるため、プラントの設置面積とコンベアの数を削減できます。

鉄金属、石炭、工業用鉱物などの高品位用途では、センサーを用いた鉱石選別を適用して最終製品を製造することが可能です。前提条件は、選別によって販売可能な製品が得られることです。通常、規格外の材料は製品として扱われませんが、組成が要求仕様を満たさない場合は廃棄物として処理されることもあります。これは、状況や用途によって異なります。

センサーベースの鉱石選別法の応用で最も顕著な例は、輸送と粉砕の前に不毛廃棄物を除去することです。廃棄物除去は、事前濃縮という用語でも知られています。Robben によって識別法が導入されました。^{[ 4 ]}経験則として、廃棄物除去を経済的に実現可能にするには、センサーベースの鉱石選別で処理される分画に、解放された不毛廃棄物の少なくとも 25% が含まれている必要があります。

粉砕および研削工程に入る前に廃棄物を削減すると、これらの工程のコストが削減されるだけでなく、より高品質の材料で満たすことができる容量が解放され、システムの生産性が向上します。廃棄物除去プロセスの適用に対する偏見は、このプロセスで失われる貴重な内容物が、達成できる節約よりも大きな損失であるというものです。しかし、文献では、より高品質の材料をミルに供給することで、全体的な回収率が向上すると報告されています。さらに、生産性の向上は追加の収入源となります。酸を消費する方解石などの有害な廃棄物が除去されると、下流での回収率が向上し、下流のコストが不均衡に減少することが、たとえば Bergmann によって報告されています。^{[ 14 ]}骨材の地域市場がある場合、除去された粗い廃棄物は追加の収入源となる可能性があります。

センサーベースの鉱石選別は、特に低品位鉱石や限界鉱石、または廃棄物堆積物に対して経済的に魅力的です。^{[ 4 ]}このシナリオでは、廃棄物堆積物または限界鉱石が選別され、採掘された鉱石の生産に追加されます。この場合、センサーベースの鉱石選別ステップに必要な容量は少なく、関連コストも同様です。要件は、2 つの原鉱ストリームを並列に供給することであり、2 つの破砕ステーションが必要です。あるいは、限界鉱石と高品位鉱石を中間ストックパイルにバッファリングし、交互の作業で出荷することもできます。後者のオプションの欠点は、大規模な中間ストックパイルまたはバンカーが設置されない限り、センサーベースの鉱石選別機の計画生産時間、つまり積載時間が短いことです。限界鉱石を個別に処理すると、処理される材料ストリームが少ないため必要な設備が少なくなるという利点がありますが、センサーベースの選別がメリットをもたらす高品位材料に対して、この技術の可能性が発揮されないという欠点があります。

小石回路は、センサーベースの鉱石選別機を適用するのに非常に有利な場所です。通常、硬質廃棄物が再循環し、製粉所の総処理能力を制限します。さらに、総トン数は採掘された鉱石の総量に比べて大幅に少なく、サイズ範囲は適用可能で通常は均一であり、粒子の表面はきれいです。文献では、製粉所の総処理能力に大きな影響があると報告されています。^{[ 15 ]}

センサーを用いた鉱石選別法の適用には、対象となる粒径において遊離状態が存在することが前提条件となります。センサーを用いた鉱石選別試験手順に入る前に、掘削コアの検査、手作業による計数、および洗浄性分析によって遊離度を評価することが可能です。遊離度の定量化にはプロセス効率は含まれませんが、選別結果の予測値が得られるため、机上での財務実現可能性分析に適用できます。

掘削コア分析 新規鉱山開発（グリーンフィールド）と既存鉱山開発（ブラウンフィールド）の両方において、掘削コアの検査は、品位分布および鉱物学的記述と組み合わせることで、鉱石の分離特性やセンサーを用いた選鉱の成功可能性を推定する上で有効な手段となります。採掘方法および鉱山計画と組み合わせることで、粗粒中の品位分布を推定することも可能です。

シュタイナート社は、リサイクルおよび鉱業向けに、X線、誘導式、近赤外線（NIR）、カラー光学センサー、3Dレーザーカメラなど、さまざまなセンサーを組み合わせた選別技術を提供しています。これらのセンサーは、多様な材料の選別に活用できます。NIR技術はリサイクル分野で広く利用されています。

鉱業、リサイクル、食品業界に多数の導入実績を持つ、センサーベースの選別装置サプライヤーであるTomra社は、貴金属および卑金属分野向けのセンサーベースの選別装置とサービスを提供しています。このサービスは、フィンランドのOutotec社との協力協定に基づき提供されており、Outotec社の粉砕、加工、および応用に関する経験と、Tomra社のセンサーベースの鉱石選別技術および応用に関する経験が融合されています。

Raytec Visionは、パルマに拠点を置くカメラとセンサーをベースとした食品選別機のメーカーです。Raytec Visionの機械は、トマト、イモ類、果物、カット野菜、菓子類など、幅広い用途に対応しています。各機械は、良品を廃棄物、異物、欠陥品から選別し、最終消費者に高いレベルの食品安全性を保証します。

Comex社は、鉱業向けに、X線、ハイパースペクトル赤外線、カラー光学センサー、3Dカメラなど、複数のセンサーを同一の選別装置に統合した選別技術を提供しています。これらの技術は、様々な鉱物粒子の識別と選別に非常に効果的です。センサーデータ処理のためのAIモデルの統合は、良好な選別結果を得るために極めて重要です。