СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Российский патент 1994 года по МПК B07C5/342 

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно к способам и устройствам сепарации полезных ископаемых по сортам, и может быть использовано на угольных и горнорудных предприятиях для автоматической породовыборки, для загрузки полезного ископаемого в различные по сортам бункеры, для шихтовки различных сортов ископаемого с целью получения смеси стабильного сорта и т.п.

Известен способ сепарации полезных ископаемых, заключающийся в позерновой подаче кусков руды в зону регистрации, облучение их периодическими импульсами рентгеновского излучения и измерении интенсивности люминесценции, в котором для повышения точности разделения длительность рентгеновских импульсов выбирают равной 0,5-1,0 мс, а интенсивность люминесценции минералов измеряют раздельно в двух спектральных диапазонах λ₁ = 0,4-0,46 мкм и λ₂ = 0,58-0,70 мкм, при этом коротковолновую компоненту измеряют в конце импульса рентгеновского излучения, а длинноволновую после его окончания с задержкой на 0,25-0,50 мс [1].

Недостатком известного способа является низкая эффективность разделения из-за малой точности измерения интенсивностей.

Известен способ сепарации полезных ископаемых, включающий подачу ископаемого в зону регистрации, облучение ископаемого электромагнитным излучением, регистрацию провзаимодействовавшего с полезным ископаемым электромагнитного излучения в двух диапазонах длин волн, измерение соответствующих интенсивностей Х и Y регистрируемого электромагнитного излучения и разделение полезного ископаемого на сорта по качеству, в котором для повышения эффективности разделения производят измерение характеристического флуоресцентного излучения и рассеянного от ископаемого гамма-излучения пропорциональными счетчиками, а в качестве критерия разделения используют отношение интенсивности характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения элементов к интенсивности рассеянного гамма-излучения, при этом интенсивность рассеянного излучения регистрируют в энергетической области, соответствующей фотопику рассеянного излучения [2].

Недостатком известного способа является низкая точность определения качества из-за сильных влияний флуктуаций неконтролируемого возмущающего фактора полезного ископаемого.

Целью изобретения является повышение точности определения качества за счет снижения влияния флуктуаций неконтролируемого влияющего фактора полезного ископаемого.

Поставленная цель достигается тем, что в способе сепарации полезных ископаемых, включающем подачу ископаемого в зону регистрации, облучение полезного ископаемого электромагнитным излучением, регистрацию провзаимодействовавшего с полезным ископаемым электромагнитного излучения в двух диапазонах длин волн, измерение соответствующих интенсивностей Х и Y регистрируемого электромагнитного излучения и разделение полезного ископаемого на сорта по качеству g, согласно изобретению предварительно измеряют средние значения интенсивностей для нескольких значений качества, диапазоны длин волн регистрируемого электромагнитного излучения выбирают такими, чтобы интенсивность Y при изменении качества g и при изменении интенсивности Х изменялась в одну сторону, а при постоянном значении качества g = const и изменении интенсивности Х она изменялась в противоположную (другую) сторону, причем качество о полезного ископаемого определяют по двум наименьшим значениям корней квадратных из сумм квадратов разностей между зарегистрированными интенсивностями и средними значениями интенсивностей для нескольких значений качества.

На фиг. 1 показана спроектированная на плоскость XOY зависимость показателя качества g от интенсивностей Х и Y, где точкам на возрастающей кривой Y = a exp(bX) соответствуют возрастающие значения качества g; на фиг.2 - спроектированная на плоскость XOY зависимость качества от интенсивностей Х и Y, где точкам на возрастающей прямой Y = c + dX соответствуют возрастающие значения качества g; на фиг.3 - падающая экспоненциальная зависимость Y = a exp(-bX) и эллипс Э рассеивания интенсивностей Х и Y при g = const и изменениях возмущающего фактора Z; на фиг.4 - возрастающая линейная зависимость Y = c + dX и эллипс Э рассеивания интенсивностей Х и Y при g = const и изменениях возмущающего фактора Z.

На фиг. 1 и 2 показаны также эллипсы рассеивания интенсивностей Х и Y при g = =const и когда увеличения возмущающего фактора Z приводят к возрастающей зависимости интенсивности Y от интенсивности Х - сплошные эллипсы; увеличения возмущающего фактора Z приводят к падающей зависимости интенсивности Y от интенсивности Х - показанные пунктиром эллипсы.

Способ сепарации полезных ископаемых реализуется следующей последовательностью операций.

Подают полезное ископаемое в зону контроля (регистрации) и облучают его электромагнитным излучением. Регистрируют провзаимодействовавшее с полезным ископаемым электромагнитное излучения в двух диапазонах длин волн и измеряют интенсивности Х и Y регистрируемого электромагнитного излучения в таких диапазонах длин волн, когда с ростом качества g полезного ископаемого интенсивность Y увеличивается (уменьшается) с ростом интенсивности Х, а с ростом неконтролируемого влияющего параметра Z при постоянном g интенсивность Y уменьшается (увеличивается) с ростом интенсивности Х.

Качество g полезного ископаемого определяют по двум наименьшим значениям корней квадратных из сумм квадратов разностей между зарегистрированными интенсивностями и средними значениями интенсивностей для нескольких значений качества, т.е. по двум наименьшим расстояниям от измеренных интенсивностей Х и Y до средних значений интенсивностей.

Разделение полезного ископаемого на сорта производят по значению качества g.

Обоснование повышения точности определения качества за счет снижения влияния флуктуаций неконтролируемого влияющего фактора Z заключается в следующем.

На фиг.1 и 2 показаны эллипсы рассеивания интенсивностей при постоянных значениях качества полезного ископаемого g₁ и g₂: при g₁ - эллипсы с центрами О₁, при g₂ - эллипсы с центрами О₂, при g₃ - эллипсы с центрами О₃. Сплошными линиями показаны эллипсы рассеивания интенсивностей Х и Y при g = const когда при увеличении g обе интенcивноcти X и Y одновременно увеличиваютcя при увеличении значения Z неконтролируемого влияющего фактора. Это самый неблагоприятный случай выбора двух диапазонов длин волн для регистрируемых интенсивностей. В показанном на фиг.2 случае при таком выборе g₁ от g₂ нельзя отличить в диапазоне изменения первой интенсивности от X_1min^I до X_2maх^I g₂ от g₃нельзя отличить в диапазоне изменений первой интенсивности от X_2min^I до X_3max^I. Аналогично g₁ от g₂ нельзя отличить по второй интенсивности в диапазоне ее изменений от Y_1min^I до Y_2max^I, а g₂ от g₃ нельзя отличить по второй интенсивности в диапазоне ее изменений от Y_2min^I до Y_3max^I.

На фиг.1 и 2 пунктирными линиями показан вариант удачного оптимального выбора диапазонов длин волн, когда с ростом показателя качества g обе интенсивности Х и Y увеличиваются одновременно, а с ростом неконтролируемого возмущающего фактора Z интенсивности Х растет, а интенсивность Y падает. Теперь эллипсы Э₁, Э₂ и Э₃ не только не пересекаются, как это наблюдается для эллипсов Э₁¹, Э₂¹ и Э₃¹, а даже далеки от касания друг с другом. Поэтому по двум интенсивностям легко отличить значение g₁, соответствующее точке О₁, от значения g₂, соответствующего точке О₂. Аналогично для эллипсов рассеивания интенсивностей Э₂ и Э₃ легко отличаются значение показателя качества g₂, соответствующее точке О₂, от значения g₃, соответствующего точке О₃.

Чем ближе угол наклона большой оси эллипса рассеивания интенсивностей (сигналов) к зависимости Y от Х к 90^о, тем меньше погрешность при отличении друг от друга близких значений показателя качества. Это наглядно видно из фиг.1 и 2, где углы наклона показанных сплошными линиями эллипсов рассеивания сигналов к зависимости Y от Х близки к нулю, а углы наклона больших осей пунктирных эллипсов рассеивания сигналов к зависимости Y от Х близки к 90^о.

Условие близости угла наклона большой оси эллипса к зависимости Y от Х иллюстрируется фиг. 3 и 4. На фиг.3 показана экспоненциальная падающая зависимость Y от Х, угол наклона которой в точке О к оси абсцисс равен ϕ , угол наклона большой оси эллипса рассеивания интенсивностей Э к оси абсцисс равен α , а угол наклона большой оси эллипса к зависимости Y = a exp(-bX) равен γ . Углы ϕ и α легко определяются соответственно из зависимости Y от Х или из данных о рассеивании интенсивностей Х и Y при g = const
tg ϕ = ∂ Y/∂ X = -abexp(-bX), (1)
tg2 α=2rσ_xσ_y(σ_x²-σ_y²)^-1 . (2)
Угол γ определяется из соотношения
γ=180^o-[α+(180^o-ϕ)]=ϕ-α=
= arctg[-abexp(-bX)] - α . (3)
Чем ближе угол γ к 90^о, тем лучше отличаются друг от друга по интенсивностям Х и Y близкие значения показателей качества g₁ и g₂. Поэтому условие наименьшей погрешности при определении качества можно представить в виде приближения угла γ к 90^о
arctg-ab exp(-bx)- arctg2r-=90^°(0,7÷1,3) (4)
Аналогичные формулам (1)-(4) выражения получаются и при анализе приведенной на фиг.4 ситуации, когда зависимость Y от Х является линейной
tg ϕ = ∂ Y/∂ X = d, (5)
tg2 α=2rσ_xσ_y(σ_x²-σ_y²)^-1 (6)
γ=180^o-[ϕ+180^o-α)]=α-ϕ (7)
-arctg(d) + arctg2r-=90^°(0,7÷1,3) (8)
Сравнивая формулы (1)-(4) с формулами (5)-(8), видим, что зависимость Y от Х изменяет только выражение для определения угла ϕ . При выполнении условий (4) или (8) точность определения качества будет наибольшей.

Интерпретация определения качества полезного ископаемого по результатам измерений двух интенсивностей Х и Y показана на фиг.1. Пусть, например, измеренные интенсивности Х и Y дали точку А в пространстве интенсивностей ХOY. Теперь определяют расстояния от точки А до всех градуировочных точек. В показанном на фиг.1 примере градуировочных точек три О₁, О₂ и О₃. Тогда значения трех расстояний от точки А до градуировочных точек запишутся в виде
d₁=X-+Y-, (9)
d₂=X-+Y-, (10)
d₃=X-+Y-, (11)
Эти расстояния являются корнями квадратными из сумм квадратов разностей между зарегистрированными интенсивностями и средними значениями интенсивностей для нескольких значений качества, которые являются градуировочными точками.

Теперь все расстояния сравнивают между собой и находят два наименьших расстояниях. Пусть, например, это будут расстояния d₁ и d₂. Зная эти два наименьших расстояния и значения качества полезного ископаемого в градуировочных точках О₁ и О₂, до которых определены наименьшие расстояния, находят неизвестное значение качества полезного ископаемого
g = (d₁g₂ + d₂g₁)(d₁ + d₂)^-1 (12)
В формуле (12) учтены как значения качества полезного ископаемого в ближайших градуировочных точках g₁ и g₂, так и расстояния от точки А до градуировочных точек О₁ и О₂.

Пример реализации способа. При сепарации угля на сорта по зольности необходимо так выбрать диапазоны длин волн регистрируемого электромагнитного излучения, чтобы интенсивности Х и Y одновременно увеличивались (уменьшались) с ростом зольности, а с ростом влажности интенсивность Y должна уменьшаться, а интенсивность Х увеличиваться. Как показывает анализ физических характеристик углей и вмещающих пород, с ростом зольности одновременно увеличиваются эффективный атомный номер и плотность угля и в то же время с ростом влажности угля при постоянной зольности плотность увеличивается, а эффективный атомный номер уменьшается. Поэтому для сепарации угля по зольности перспективно выбрать такие диапазоны длин волн регистрируемого излучения, при которых бы первая интенсивность изменялась пропорционально эффективному атомному номеру угля, а вторая интенсивность изменялась пропорционально плотности угля. В этом случае точность определения зольности угля будет наибольшей, так как это будет соответствовать пунктирным эллипсам рассеивания интенсивностей на фиг.1 и 2. Такими интенсивностями, например, могут быть интенсивности обратно рассеянного углем гамма-излучения соответственно в диапазонах длин волн энергий гамма-излучения от 50 до 60 кэВ и от 250 до 300 кэВ.

Техническими преимуществами способа по сравнению с известными являются следующие: упрощение процесса облучения за счет исключения построчного сканирования, повышение быстродействия за счет непрерывной регистрации излучения, упрощение способа за счет исключения операций нахождения максимума интенсивности во время облучения и максимума второй интенсивности после облучения материала, повышение точности определения качества за счет устранения влияния флуктуаций неконтролируемого влияющего фактора. Эти технические преимущества позволяют удешевить процесс сепарации при одновременном повышении точности разделения полезных ископаемых на сорта по качеству. Поэтому способ реализует устранение технического противоречия, т.е. обеспечивает повышение точности разделения при одновременном упрощении.

Использование: изобретение относится к горному делу, а более конкретно к способам и устройствам сепарации полезных ископаемых по сортам, и может быть использовано на угольных и горнорудных предприятиях для автоматической породовыборки, для шихтовки различных сортов полезного ископаемого с целью получения смеси стабильного сорта и позволяет повысить точность определения качества за счет снижения влияния флуктуаций неконтролируемого возмущающего фактора полезного ископаемого. Сущность: в способе сепарации полезных ископаемых, включающем подачу ископаемого в зону регистрации, облучения полезного ископаемого электромагнитным излучением, регистрацию провзаимодействовавшего с полезным ископаемым электромагнитного излучения в двух диапазонах длин волн, измерение соответствующих интенсивностей X и Y регистрируемого электромагнитного излучения и разделение полезного ископаемого на сорта по качеству g , согласно изобретения предварительно измеряют средние значения интенсивностей для нескольких значений качества, диапазоны длин волн регистрируемого электромагнитного излучения выбирают такими, чтобы интенсивность Y при изменении качества g и при изменении интенсивности X изменялась в одну сторону, а при постоянном значении качества g -sonst и изменении X она изменялась в противоположную сторону, причем качество g полезного ископаемого определяют по двум наименьшим значениям корней квадратных из сумм квадратов разностей между зарегистрированными интенсивностями и средними значениями интенсивностей для нескольких значений качества. 4 ил.

СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включающий подачу ископаемого в зону регистрации, облучение полезного ископаемого электромагнитным излучением, регистрацию провзаимодействовавшего с полезным ископаемым электромагнитного излучения в двух диапазонах длин волн, измерение соответствующих интенсивностей X и Y регистрируемого электромагнитного излучения и разделение полезного ископаемого на сорта по качеству g, отличающийся тем, что предварительно измеряют средние значения интенсивностей для нескольких значений качества, диапазоны длин волн регистрируемого электромагнитного излучения выбирают такими, чтобы интенсивность Y при изменении качества g и при изменении интенсивности X изменялась в одну сторону, а при постоянном значении качества g = const и изменении X она изменялась в противоположную (другую) сторону, причем качество g полезного ископаемого определяют по двум наименьшим значениям корней квадратных из сумм квадратов разностей между зарегистрированными интенсивностями и средними значениями интенсивностей для нескольких значений качества.