[科普中国]-发光拣选

发光拣选是以某些矿物在激发源照射下具有选择性发光，而与其伴生的绝大多数脉石矿物不发光的原理为依据，从而进行分选的方法。1

发光拣选简介发光拣选，是应用得最为成功的拣选技术之一。在它的应用领域中，更具有理论和实践意义的，应首推金刚石矿物的发光拣选。因为金刚石与其伴生矿物单体解离之后，其激发光性能比较稳定，受外界影响小。因此，最易用发光法检测，也就易于实现分选。（英）岗森·索特克斯公司的金刚石X光电拣选机，已定型化、系列化。其类别有粗选设备及精选设备；干选设备及湿选设备，大粒级分选设备及小颗粒分选设备等，规格齐全。XRl21CA-10W型细粒级湿式拣选设备的问世，使金刚石分选工艺，实现全流程拣选化成为现实。因此，专家们认为：在金刚石选矿史上，X光电拣选技术的出现，是继淘洗盘、油膏选矿之后，出现的第三次重大技术突破。2

70年代以来，我国一些金刚石矿山和研究单位，也先后研制成功了金刚石X光电拣选机，并在生产实践中取得了很好的效果。其中技术性能较高者。应首推GXJ-Ⅱ型金刚石X光电拣选机。

发光拣选除对金刚石很有效以外，对其它几种具备萤光性的工业矿物亦很有效，如白钨矿、萤石矿等。

拣选原理发光拣选是以某些矿物在激发光源照射下，具有选择性发光，而与其伴生的绝大多数脉石矿物不发光的原理为依据，从而进行分选的方法。

自然界中有一些物质具有发光性。即它们在可见光、紫外光、X射线、γ射线、β射线和其他快速微粒辐射，以及在加热或电势差的影响下，其中的电子获得能量，从而进入激发状态，由低能级轨道跃迁到高能级轨道；当该物质从激发恢复到正常状态时。电子从高能级轨道回到低能轨道，剩余的能量以辐射形式放出，这种现象称作发光。

发光过程由三个阶段组成：物质对激发射线能量的吸收，物质内部激发能量的转换和传递以及物质内发光中心的发光和物质内部平衡状态的恢复。

物质的发光有不同的形式，在某些情况下，发光与激发同时存在同时消失，这种光叫作荧光。发荧光的物质称作荧光物质。在另一种情况下，当激发停止后，发光仍能继续一段时间，有时长达1～2h，这种光叫磷光。发磷光的物质称作磷光物质。

研究结果表明，矿物的发光可分为光致发光、X发光、阴极射线发光和放射发光等。

1.光致发光

某些物质如碱土金属的氧化物和硫化物等，它们在可见光或紫外线照射下的发光，称作光致发光。

研究的结果还表明，金刚石的发光特征与它们的外形无关，而与内部构造和各种晶体所固有的结构缺陷有关。并且温度对发光影响很大，总趋势是随温度升高，发光强度降低，同时不同类型的金刚石发光强度不同。

2.阴极发光

阴极发光即β射线发光。它是高速运动的一次电子（β射线）与物质的原子多次碰撞时，引起被撞击物质形成大量的慢速（二次）电子，二次电子的能量以发光形式释放出来的结果。属阴极发光的矿物也不少，如金刚石、萤石、白钨矿等。

3.放射发光

这类发光，是属于物质本身性质而引起的发光。如铀矿、白钨矿等。

4.X发光

X发光系指物质在X射线作用下的发光。在各种发光中，经X发光最重要。它具有发光效率高、选择性好、经济、方便等优点。因此，应用日趋广泛，以X射线为光源的金刚石X光电拣选机日臻完善，产品已系列化。成为拣选技术中应用得最为成功的方法之一，是一种重要的拣选手段。

某些矿物本身离子和各种杂质离子所决定的矿物发光资料列于下表。

在发光矿物中，除金刚石之外，还有其他一些矿物具有发光性。在发光拣选作业中，对伴生矿物的发光，应予以足够重视，否则它们将破坏分选过程，使分选指标（如精矿产率）变坏，甚至会使拣选过程无法进行下去。因此，在可选性研究过程中，必须对目的矿物及伴生矿物进行发光考察，在此基础上方可制定分选方案。1

金刚石的发光拣选众所周知，金刚石具存发光性。金刚石既能发萤光也能发磷光。它在X射线、γ射线、阴极射线、紫外线照射下，都能发出一种特殊颜色的萤光。甚至在日光曝晒下，也能发出清晰的蓝色磷光（移至暗室中观察）。

在不同的激发光作用下，金刚石发出的光在强度和光谱组成方面是有区别的；在一种激发形式下发光的金刚石，在另一种激发形式下可能不发光。因此，发光是有条件、有区别、有特征的。2

可以根据以下特征对金刚石进行拣选。

发光矿物的发光颜色，随着激发光源的不同将有很大区别。右表列出的是三种激发光源下一些矿物的发光颜色和金刚石的四种不同类型和不同发光颜色的发光光谱。

从表中的一组光谱图中明显看出：不同类型金刚石的紫外线是有差异的，很多矿物在紫外线照射下会发光，金刚石的伴生矿物也不例外，各种矿物在紫外线下的发光颜色见下表。

阴极射线的选择性要高于X射线的选择性；紫外光的选择性差，其发光效率远低于X射线，在紫外线下不发光的，在X射线下常能发光。

以γ射线作为金刚石的激发光源，是很有应用前景的。前苏联曾采用170铥（170Tm）作为光源（亦称射源），研制了IIACA-1M型射线发光分选机。该机的基本原理是利用在γ射源作用下，金刚石选择性发光的特性。它的分选过程与X光电拣选机是一样的。该设备结构如下图所示。

该设备以蓄电池为电源，体积小，质量轻，适合地质部门在野外应用。

英国岗森·索特克斯公司也研制出以γ射线为射源的拣选机，型号为RM161。

为了探索新光源，原山东蒙阴金刚石研究所，于1978年，先后在北京、淄博、烟台和济南等地，用60Co治疗机和241Am对金刚石和伴生矿物进行了发光考察。

从试验结果看，60Co作金刚石的激发光源是可行的。60Co的射线为γ射线，由于考虑到γ射线的防护比较复杂，防护投资也相当可观，因此，一般仍以采用X射线为光源比较适宜。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所