способ сепарации алмазосодержащих материалов

Формула изобретения

1. Способ сепарации алмазосодержащих материалов, включающий поштучную подачу материала, содержащего частицы с различными атомными номерами в зону анализа, облучение материала пучком первичного проникающего излучения заданного поперечного сечения, регистрацию вторичного проникающего излучения, сравнение сигнала с пороговым значением, выделение полезного минерала по результату сравнения, отличающийся тем, что облучают материал коллимированным пучком проникающего излучения, поперечное сечение которого вытянуто в горизонтальном направлении, при этом высоту и ширину пучка выбирают в зависимости от крупности сепарируемого материала, регистрируют со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения в телесном угле 0,2-4,0 стерадиана относительно оси проникающего пучка, вторичное проникающее излучение, прошедшее в направлении детектора через рассеивающий экран толщиной, выбранной в зависимости от атомного номера сопутствующих минералов, составляющих основную массу кимберлита, и из материала с атомным номером, близким к атомному номеру полезного минерала, причем угол падения пучка проникающего излучения на рассеивающий экран устанавливают в зависимости от атомного номера сопутствующих минералов, а пороговое значение интенсивности вторичного проникающего излучения устанавливают пропорционально коэффициенту прозрачности рассеивающего экрана и коэффициентам пропускания и рассеивания проникающего излучения алмазом.

2. Способ сепарации по п.1, отличающийся тем, что в качестве вторичного проникающего излучения используют интенсивность проникающего излучения, прошедшего через минерал и рассеянного минералом.

3. Способ сепарации по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала рассеивающего экрана используют органическое вещество - полимер.

4. Способ сепарации по п.1, отличающийся тем, что ширину пучка проникающего излучения выбирают не менее максимального размера частицы минерала, а высоту - не менее минимального размера частицы в заданном классе крупности.

5. Способ сепарации по п.1, отличающийся тем, что атомный номер сопутствующих минералов, составляющих основную массу кимберлита, составляет не более 25 атомных единиц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам автоматической сортировки руд, в частности предназначено для извлечения алмазов из алмазосодержащих материалов, например концентратов предварительного обогащения.

Известен способ извлечения алмазов из сыпучего материала, описанный в патенте Великобритании 1135232, GIA, МКИ G 01 N 23/12, 1968. Материал подается по наклонному желобу в потоке суспензии или растворе тяжелых солей, которые являются непрозрачными для рентгеновского излучения. Согласно известному способу поток тяжелой (непрозрачной для рентгеновского излучения) жидкости имеет толщину меньше, чем зерна полезного минерала с низким атомным номером (например, алмаза) минимального размера. Наклонный желоб выполнен из легкого металла и просвечивается жестким рентгеновским или гамма- излучением. Излучение, прошедшее сквозь основание желоба и поток суспензии (или раствор солей тяжелых металлов), попадает на люминесцирующий экран и далее регистрируется детектором, который имеет пространственное разрешение (например, телевизионная камера). В данном способе, согласно описанию патента, алмазы должны давать на экране телевизионной камеры изображение в виде светлого пятна на общем темном фоне.

Данный способ имеет ряд недостатков. Во-первых, пузыри воздуха или газа будут восприниматься как зерна алмазов и вызывать ложные срабатывания, во-вторых, в случае образования волн или завихрений в потоке жидкости алмаз минимального размера может быть покрыт сверху слоем жидкости, то есть быть невидим на экране, в-третьих, алмазы как гидрофобные объекты, за счет поверхностного натяжения, могут плыть на поверхности жидкости, особенно, если эта жидкость представляет собой суспензию или раствор солей тяжелых элементов.

Ближайшим аналогом заявляемого способа является "способ обнаружения алмазов" по патенту Великобритании 2013335, GIA, МКИ G 01 N 23/00, 1979 г. (прототип).

Известный способ включает в себя операцию облучения сепарируемого материала первичным рентгеновским излучением, которое возбуждает вторичное рентгеновское излучение. Под вторичным рентгеновским излучением в данном патенте подразумевается рассеянное излучение и флуоресценция, которые отбираются от той же поверхности частицы минерала, которая облучается, и регистрируются при угле рассеяния, меньшем 90^o (угол между направлениями распространения первичного и вторичного излучения) в заданном интервале энергий квантов в двух вариантах: либо при одной энергии, выбранной из интервала, либо измеряется интегральное излучение одновременно во всем интервале энергий квантов. Заданный интервал регистрируемых энергий квантов выбирается так, чтобы в него не попадали линии характеристического излучения сопутствующих минералов или включений минералов, имеющихся внутри кристаллов алмаза. Для повышения контрастности вторичного излучения оно пропускается через фильтр, ослабляющий фоновое излучение. Для снижения влияния размера частиц минерала облучение поверхности проводят пучком рентгеновского излучения, поперечное сечение которого заведомо меньше минимально возможного размера частиц сортируемой смеси минералов. В качестве альтернативного способа предлагается критерием разделения минералов с низким атомным номером, то есть алмазов, от сопутствующих минералов, имеющих высокий атомный номер, считать отношение интенсивности вторичного излучения в энергетическом диапазоне пика рассеянного излучения анода рентгеновской трубки к интенсивности фонового излучения в области меньших энергий.

Недостатком известного способа является низкая эффективность сепарации, связанная со слабым уровнем сигнала, регистрируемого детектором, и в соответствии с этим со значительным увеличением времени принятия решения о полезности минерала.

Общим недостатком данного способа является то, что невозможно отделить алмаз, если в нем присутствуют включения, дающие пики вторичного излучения в области фона, и если облучаемые поверхности разделяемых минералов занимают различное положение относительно источника первичного излучения и детектора вторичного излучения.

Из рисунков, поясняющих известный способ, видно, что регистрируется вторичное излучение, выходящее с облученной стороны анализируемого минерала при строго фиксируемом значении угла. При такой схеме эксперимента из-за влияния изменения размеров и формы частиц признаком, имеющим принципиальное значение, является использование потока рентгеновского излучения, имеющего площадь поперечного сечения, меньшую площади облучаемой поверхности частиц минимального размера.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности сепарации за счет увеличения селективности сепарации путем учета свойств минералов рассеивать и поглощать проникающее излучение.

Технический результат достигается тем, что в способе сепарации алмазосодержащих материалов, включающем поштучную подачу материала, содержащего частицы с различными атомными номерами, в зону анализа, облучение материала пучком первичного проникающего излучения заданного поперечного сечения, регистрацию вторичного проникающего излучения, сравнение сигнала с пороговым значением, выделение полезного минерала по результату сравнения, облучают материал коллимированным пучком проникающего излучения, поперечное сечение которого вытянуто в горизонтальном направлении, при этом высоту и ширину пучка выбирают в зависимости от крупности сепарируемого материала, регистрируют со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения в телесном угле 0,2-4,0 стерадиана относительно оси пучка проникающего излучения, вторичное проникающее излучение, прошедшее в направлении детектора через рассеивающий экран толщиной, выбранной в зависимости от атомного номера сопутствующих минералов, составляющих основную массу кимберлита, и из материала с атомным номером, близким к атомному номеру полезного минерала, причем угол падения пучка проникающего излучения на рассеивающий экран выбирают в зависимости от атомного номера сопутствующих минералов, а пороговое значение интенсивности вторичного проникающего излучения устанавливают пропорционально коэффициенту прозрачности рассеивающего экрана и коэффициентам пропускания и рассеивания излучения алмазом. Кроме того, в качестве вторичного проникающего излучения используют интенсивность проникающего излучения, прошедшего через минерал и рассеянного минералом. Кроме того, в качестве материала рассеивающего экрана используют органическое вещество (полимер). Кроме того, ширину пучка проникающего излучения выбирают не менее максимального размера частицы минерала, а высоту - не менее минимального размера частицы в заданном классе крупности. Кроме того, атомный номер сопутствующих минералов, составляющих основную массу кимберлита, составляет не более 25 атомных единиц.

Сущность способа заключается в том, что вторичное проникающее излучение (интенсивность проникающего излучения, прошедшего через минерал и рассеянного минералом) регистрируется не от облученной стороны поверхности минерала, а с противоположной стороны, то есть после прохождения проникающим излучением всей массы вещества минерала. Размеры пучка первичных проникающих лучей выбирают так, чтобы поперечное сечение в горизонтальном направлении превышало максимальный размер сепарируемых минералов. Это сделано для уменьшения требований к стабильности траектории движения. Таким образом, любая частица сепарируемого материала при движении, не зависимо от разброса траектории, пересечет пучок первичного проникающего излучения. Высоту пучка выбирают в зависимости от минимальной крупности сепарируемого материала так, чтобы одновременно в пучке было не более одной частицы. При прохождении минерала через пучок первичных проникающих лучей наблюдаются два различных процесса: во-первых, минерал рассеивает первичное проникающее излучение, часть которого попадает на детектор и суммируется с постоянной составляющей сигнала рассеяния, во-вторых, минерал перекрывает часть пучка первичного проникающего излучения, в результате чего уменьшается интенсивность излучения, падающего на рассеивающий экран, и, следовательно, уменьшается интенсивность сигнала рассеяния от этого экрана. Толщина и материал рассеивающего экрана выбираются так, чтобы максимально компенсировать эффект поглощения и рассеяния первичного проникающего излучения от сопутствующих минералов, составляющих основную массу кимберлита. Кроме этого, изменяя угол падения пучка проникающего излучения на рассеивающий экран (наклон рассеивающего экрана к оси падающего пучка проникающего излучения) можно увеличить "эффективную" толщину рассеивающего экрана без увеличения его действительной (абсолютной) толщины, что обеспечивает более точный подбор толщины экрана под конкретные сопутствующие минералы.

Пояснения по преобразованию процессов рассеяния, поглощения и пропускания проникающего излучения минералом и рассеивающим экраном представим с использованием формул.

При описании будут использоваться следующие обозначения и упрощенный рисунок:

U_o - интенсивность проникающего излучения источника,

U_см - сигнал вторичного проникающего излучения от минерала,

К_рэ - коэффициент рассеяния проникающего излучения рассеивающим экраном,

К_рм - коэффициент рассеяния проникающего излучения минералом,

К_пм - коэффициент поглощения проникающего излучения минералом,

К_прм - коэффициент пропускания проникающего излучения минералом,

U_са - сигнал вторичного проникающего излучения от алмаза,

К_ра - коэффициент рассеяния проникающего излучения алмазом,

К_пра - коэффициент пропускания проникающего излучения алмазом.

При этом

К_рм+К_пм+K_прм=l (1)



Используя формулу (1), можно выразить формулу (2) в виде

U_см=U_оК_рэ(К_рм+К_прм), (3)

или

U_см=U_оК_рэ(1-К_пм) (4)

Все три формулы (2), (3) и (4) описывают один и тот же процесс, но с использованием различных коэффициентов.

Из анализа формулы (3) следует, что величина сигнала вторичного проникающего излучения от минерала при неизменной интенсивности проникающего излучения источника U_o и коэффициенте рассеяния проникающего излучения экраном К_рэ зависит от коэффициента рассеяния проникающего излучения минералом К_рм и коэффициента пропускания проникающего излучения минералом К_прм.

На основании экспериментальных исследований установлено, что коэффициенты пропускания и рассеяния проникающего излучения для алмаза больше, чем для любых сопутствующих минералов с более высоким атомным номером, следовательно

U_ca=U_oK_pэ(K_pa+K_пра)>U_см=U_oK_pэ(К_рм+К_прм),

т. е. при прохождении алмаза через зону анализа сигнал вторичного проникающего излучения будет возрастать, а при прохождении сопутствующих минералов - будет уменьшаться для минералов с большим атомным номером или почти не изменяться для сопутствующих минералов с "промежуточным" значением атомного номера (25 атомных единиц), составляющих основную массу кимберлита.

Измерение со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения в телесном угле 0,2-4,0 стерадиана сигнала вторичного проникающего излучения (интенсивность проникающего излучения прошедшего через минерал и рассеянного минералом) после его прохождения через рассеивающий экран, обеспечивает повышение селективности разделения и тем самым достигается повышение эффективности извлечения алмазов за счет использования способности алмаза рассеивать и пропускать проникающее излучение сильнее, чем сопутствующие минералы. Это позволит извлекать слаболюминесцирующие и нелюминесцирующие алмазы, которые на сегодняшний день могут быть извлечены только ручной разборкой.

Способ реализуется устройством, представленным на чертеже.

Устройство содержит бункер 1, транспортирующий механизм 2, предназначенный для поштучного перемещения материала через зону анализа, источник 3 коллимированного проникающего излучения, рассеивающий экран 4, детектор проникающего излучения 5, расположенный со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения, электронный блок обработки сигнала 6, исполнительный механизм 7 отсечки полезного минерала.

Источник 3 коллимированного проникающего излучения формирует пучок проникающего излучения, поперечное сечение которого вытянуто в горизонтальном направлении, при этом высоту и ширину пучка выбирают в зависимости от крупности сепарируемого материала.

Рассеивающий экран 4 выполнен из органического вещества (полимера), например органического стекла, толщиной 1,0 мм.

Детектор проникающего излучения 5 выполнен на базе сцинтиллятора, фотоэлектронного умножителя и операционного усилителя 140-й серии и предназначен для регистрации интенсивности вторичного проникающего излучения (под интенсивностью вторичного проникающего излучения подразумевается интенсивность проникающего излучения прошедшего через минерал и рассеянного минералом) со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения в телесном угле 0,2-4,0 стерадиана относительно оси пучка проникающего излучения, прошедшее в направлении детектора 5 через рассеивающий экран 4.

Электронный блок обработки сигнала 6 содержит схему сравнения 8, задатчик 9 порогового значения интенсивности вторичного проникающего излучения, схему задержки 10 и предназначен для сравнения сигнала детектора 5 с пороговым значением и принятия решения о выделении полезного минерала по результату сравнения и своевременной выдачи команды на исполнительный механизм 7 отсечки полезного минерала.

Схема сравнения 8 выполнена на базе микросхем 140-й серии.

Задатчик 9 порогового значение интенсивности вторичного проникающего излучения выполнен на базе потенциометра.

Схема задержки 10 выполнена на базе микросхем 174-й серии.

Детектор проникающего излучения 5 соединен с первым входом схемы сравнения 8 (вход электронного блока обработки сигнала 6). Схема сравнения 8 вторым входом соединена с выходом задатчика 9 порогового значения интенсивности вторичного проникающего излучения, а выходом соединена с входом схемы задержки 10, выход которой (выход электронного блока обработки сигнала 6) соединен с исполнительным механизмом 7.

Устройство работает следующим образом.

Первичный пучок коллимированного проникающего излучения источника 3 попадает на рассеивающий экран 4. Вышедшее из экрана 4 в телесном угле 0,2-4,0 стерадиана рассеянное вторичное проникающее излучение попадает на детектор 5, сцинтиллятор которого преобразует это излучение в видимый свет, который с помощью ФЭУ преобразуется в электрический сигнал, поступающий на первый вход схемы сравнения 8 (вход электронного блока обработки сигнала 6), на второй вход которой поступает сигнал с задатчика 9 порогового значения интенсивности вторичного проникающего излучения, величина которого пропорциональна коэффициенту прозрачности рассеивающего экрана и коэффициентам пропускания и рассеивания проникающего излучения алмазом.

При прохождении минерала через зону анализа, он попадает в поток коллимированного проникающего излучения источника 3. Минерал взаимодействует с проникающим излучением. При этом часть проникающего излучения источника 3 рассеивается минералом, часть проникающего излучения поглощается минералом и оставшаяся часть проникающего излучения проходит через минерал. Рассеянная минералом и прошедшая через минерал часть проникающего излучения попадает на рассеивающий экран 4, где дополнительно рассеивается. Вышедшее из экрана 4 в телесном угле 0,2-4,0 стерадиана рассеянное вторичное проникающее излучение попадает на детектор 5, сцинтиллятор которого преобразует это излучение в видимый свет, который с помощью ФЭУ преобразуется в электрический сигнал. С выхода детектора 5 сигнал вторичного проникающего излучения поступает на первый вход схемы сравнения 8 (вход электронного блока обработки сигнала 6), на второй вход схемы сравнения 8 поступает сигнал задатчика 9 порогового значения интенсивности вторичного проникающего излучения. При прохождении алмаза сигнал вторичного проникающего излучения на первом входе схемы сравнения 8 возрастает и при превышении величины порогового значения интенсивности вторичного проникающего излучения на выходе схемы сравнения 8 появляется сигнал, поступающий на вход схемы задержки 10, т.е. принимается решение о выдаче команды на отсечку полезного минерала. С выхода схемы задержки 10 (выход блока обработки сигнала 6) сигнал поступает на исполнительный механизм 7, который отсекает полезный минерал в концентрат.

При прохождении сопутствующего минерала через зону анализа, сигнал вторичного проникающего излучения на выходе детектора 5 и на первом входе схемы сравнения 8 не изменяется или уменьшается. Следовательно, сигнал от сопутствующего минерала не превышает величины порогового значения интенсивности вторичного проникающего излучения и не вызывает появления сигнала на выходе схемы сравнения 8 и, соответственно, срабатывания исполнительного механизма 7.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить селективность сепарации, т. к. учитываются свойства алмаза и минералов рассеивать и пропускать проникающее излучение, и тем самым повысить эффективность сепарации алмазосодержащих материалов, содержащих слаболюминесцирующие и нелюминесцирующие алмазы.