基于多光譜與LIBS融合的CLARITY分選系統在寶石原石預選中的應用

更新時間：2026-01-15

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在天然寶石開采與初級加工環節，原石與圍巖、低品質礦脈或伴生礦物的高效分離是影響后續提純效率與經濟價值的關鍵步驟。傳統人工揀選依賴經驗且效率受限，而機械篩分難以區分物理性質相近但價值差異顯著的礦物顆粒。針對這一挑戰，Binder+Co 公司在其 CLARITY 系列智能分選平臺上，構建了一套面向寶石類礦物原料的多模態識別與分選方案。

一、寶石原石分選的技術難點

寶石原石（如剛玉、綠柱石、電氣石、石榴石等）常以不規則塊狀嵌生于母巖中，其表面可能覆蓋風化層、黏土或共生脈石。即便經粗碎處理，單顆粒仍可能呈現以下特征：

顏色變異大（如藍寶石可呈灰藍、深藍甚至無色）；
表面反光特性復雜（玻璃光澤 vs. 土狀光澤）；
化學成分存在微量元素差異（如Cr致紅、Fe致暗），直接影響寶石等級。

這些特性使得單一傳感手段難以穩定識別高價值目標礦物。

二、CLARITY 系統在寶石原料場景下的傳感配置

為應對上述復雜性，CLARITY 平臺在寶石分選應用中通常啟用以下傳感組合：

高動態范圍可見光成像（HDR-VIS）
捕捉原石表面顏色、光澤度與紋理特征。通過多角度照明（漫射光+側向高光），區分玻璃質寶石表面與土狀圍巖的反射差異。
近紅外光譜（NIR）輔助判別
雖然多數氧化物類寶石在 NIR 波段吸收較弱，但部分含水礦物（如云母、黏土）具有明顯吸收峰，可用于剔除風化雜質。
激光誘導擊穿光譜（LIBS）模塊
這是 CLARITY 在高價值礦物分選中的核心配置。系統以微焦級激光脈沖對顆粒表面進行非接觸式微區激發，通過分析 Al、Cr、Fe、Mg 等元素的發射譜線強度比，判斷是否屬于目標寶石礦種。例如，在剛玉（Al?O?）原石篩選中，LIBS 可有效排除石英（SiO?）或長石類脈石。

所有傳感器沿高速皮帶同步采樣，確保每顆顆粒獲得完整的多維特征描述。

三、分選邏輯與工程實現

CLARITY 系統在寶石原料處理中通常采用“兩級分選"策略：

一級粗選：基于 VIS + NIR 快速剔除明顯雜質（如黑色頁巖、金屬碎片），提升 throughput；
二級精選：啟用 LIBS 對疑似寶石顆粒進行元素驗證，僅將符合成分窗口的物料歸入“高價值流"。

噴吹執行機構采用高密度微型閥陣列，最小分選粒徑可達 4 mm，適用于小顆粒寶石砂礦或破碎后的原石碎片。系統支持 2 路（合格/廢料）或 3 路（高品/中品/廢料）輸出，滿足不同品級分級需求。

四、現場適應性與操作優化

考慮到礦區環境多塵、溫濕度波動大，CLARITY 設備在寶石應用場景中強化了光學窗口的自清潔設計與 LIBS 光路的密封防護。此外，用戶可通過本地操作界面加載針對特定礦區的“礦物特征模板"——例如某地紅寶石富含 Fe 而 Cr 含量偏低，系統可動態調整元素判定閾值，避免過度剔除。

五、應用價值與技術定位

該方案并非替代最終的人工鑒定或實驗室檢測，而是作為前端預富集手段，顯著降低進入精加工環節的物料總量，減少人工分揀負荷，并避免高價值原石在粗加工階段被誤棄。在多個剛玉與綠柱石礦區的實際部署中，CLARITY 系統幫助客戶將目標礦物回收率提升的同時，有效控制了低品位物料的混入比例。