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擘画大地脉搏：高光谱技术用于矿物分选
前言导读
高光谱成像技术具有极高的光谱分辨率，能够获取数百个甚至上千个连续的光谱波段，精确捕捉到矿石在不同波长下的细微光谱差异。这种高分辨率的光谱探测能力使得它能够区分出传统方法难以分辨的相似矿物，以及识别出矿石中含量极低的稀有矿物。友思特提供的高光谱成像相机可以清楚地识别矿物的纯度，扩展了采矿应用中化学成像的可能性。
高光谱成像用于采矿技术
天然矿物是地球上的有限资源，随着社会发展，建筑业、技术设备制造、化学品等诸多行业对矿物的需求不断增加。因此，基于传感器的资源分拣越来越多地用于工业材料。除了基于 X 射线、颜色或 LIBS 的分选外，还包括基于高光谱的分选，在业内也称为基于 NIR 的光谱法。
这些技术的目的是通过最大限度地发挥采矿现场和加工的潜力，以及尽可能少地运输不需要的材料，实现最可持续和资源高效的工业矿物开采。此外，据报道，如果使用传感器材料分拣，已经可以节省高达 30% 的加工所需水。
友思特 方解石的主要应用领域
方解石，也称为碳酸钙，是一种天然存在的矿物，由钙、碳和氧 （CaCO3） 组成。它存在于石灰石、大理石和白垩等岩石中，使其成为地球上最丰富的矿物之一。它的多功能性和化学稳定性使其在从建筑和制造到医疗保健和环境应用的行业中至关重要。
方解石的主要应用领域包括：
建筑：水泥、混凝土和石灰生产的主要成分。
塑料工业：用作填料，提高耐久性，降低成本。
油漆和涂料：在保持稳定性的同时增强不透明度和亮度。
药品：用作钙补充剂和抗酸剂。
环境管理：用于烟气脱硫和水处理过程。
造纸行业：通过增加白度和光滑度来提高纸张质量
到 2023 年全球方解石市场价值约为 250 亿美元。随着对方解石的需求持续增加，尤其是建筑、造纸和塑料行业，价格持续上涨。同时，方解石的纯度对价格有重大影响，使其在方解石开采中尤为重要。
关于方解石的高光谱分析，众所周知，方解石最重要的吸收带约为 2335 nm，而碳酸盐矿物在 1600 nm 和 2550 nm 之间有多达 7 个吸收带。因此，现在大多试用非常昂贵、光谱范围到2500nm的高光谱相机来检查这样的波长范围，而我们的 SWIR 高光谱相机为这些问题提供了答案。
友思特 高光谱成像新型矿物分拣系统方案
传统的 RGB 相机，尤其是在分拣应用已存在限制，特别是部分被检样品在在颜色和形状上非常相似，仅靠外观无法分辨。因此，需要更精准的技术用于外观相似的材料分拣应用中。高光谱成像是一种用于精确测量物体反射的电磁辐射的光电技术。反射强度与波长的关系显示在光谱特征曲线中。由于每种材料反射入射辐射的方式不同，因此高光谱成像可以识别人眼无法区分的物体。
友思特提供的BlackIndustry SWIR 1.7 Pro Max 是一款智能线扫描（推扫式）高光谱成像相机，能够以非常高的空间分辨率采集实时光谱数据。该相机提供卓越的 2560 像素的空间分辨率，在 900 nm – 1730 nm 的波长范围内具有多达 425 个可选光谱带，光谱分辨率<3nm。推扫式相机特别适合产线检测场景，ROI帧频高达2230Hz，适配高速移动的传送带。
友思特 系统方案详解及其光谱图像
以下实验使用BlackIndustry SWIR 1.7 Pro Max 相机分析了方解石样品的材料纯度。为此，我们实现了一个 5 μm 的入口狭缝，可实现高达 0.96 nm/像素的像素采样。结合相机的极高空间分辨率，方解石样品的光谱细节现在可以用于光学分选应用，这在以前是现有高光谱相机无法实现的，范围高达 1700 nm。方解石的吸收带在 ~1510 nm 和 ~1640 nm 处清晰可见。
基于光谱数据，可以清楚地识别矿物的纯度，从样品的伪彩色显示中可以观察到——完全不需要昂贵的光谱范围到2500 nm的高光谱相机。超过 2500 个空间像素和大约 2 nm 的光谱分辨率相结合，扩展了采矿应用中化学成像的可能性。
参考资料：
l Corlett, H., Feng, J., Hollis, C., McCormick C. A., Omma, J. E., Rivard, B. & Stacey, J., (2021). Shortwave infrared hyperspectral imaging as a novel method to elucidate multi-phase do lomitization, recrystallization, and cementation in carbonate sedimentary rocks. Scientific Reports, 11(1), 21732.
l Sharma, A. (2023, July 12). How can sensor-based ore sorting turn waste into wealth? Mining Technology.
l Sudarshan Group. (2024, October 2). The true cost of industrial materials: Factors, trends, and insights. Sudarshan Group.
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