СПОСОБ ПОСОРТОВОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ИЗ КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1996 года по МПК B07C5/346 

Изобретение относится к технологии и технике обогатительных процессов и может быть использовано при автоматической покусковой радиометрической сепарации отходов металлургичесной промышленности, горнорудных материалов и металлолома.

Различие в крупности сепарируемого материала приводит к тому, что информация от меньшего по размеру пуска с определенным содержанием определяемого элемента одинаково с данными, полученными от большого куска с соответственно меньшим содержанием. Для учета влияния размеров куска при радиометрической сепарации используют рассеянное излучение, точнее отношение скоростей счета (или числа импульсов от блока детектирования, набранных за время измерения) характеристического и рассеянного излучений. Первая характеризует содержание определяемого элемента, а вторая размер куска и его химический состав.

Радиометрический способ идентификации имеет небольшую глубинность. Например, при использовании рентгеновского излучения (трубка 5БХВ6) и при анализе по характеристическому излучению К-серии элементов в атомным номером Z= 22-50 (от титана до олова), глубинность не превышает нескольких миллиметров. При таких условиях информация о составе, содержащаяся во вторичном возбужденом излучении, поступает в основном с поверхности куска.

Известны способы (1,2), по которым содержание гетерогенных полезных включений в материале оценивается скоростью счета характеристического рентгеновского излучения N_i, возбужденного во вскрытых, выходящих на поверхность кусков включениях, зависящей от размеров и количества последних и пропорциональной среднему содержанию их в объеме куска. Скорость счета рассеянного излучения N_s определяется в основном силикатной частью материала как более легкой средой (рассеянное излучение от металлических включений или металлооксидов составляет незначительную долю в общем рассеяний) и пропорциональна незанятой включениями поверхности куска.

При одинаковом среднем содержании включений в куске отношение, η = N_i/N_s пропорционально их содержанию, не зависит от размеров куска и может быть использовано в качестве аналитического параметра при покусковой сортировке.

Общим недостатком этих способов является значительное влияние конструкционного фона на скорость счета рассеянного от кусков излучения, особенно для мелких фракций. Наличие конструкционного фона (рассеяние первичного излучения от воздуха и деталей сортировочной машины) снижает эффективность сепараций, т.е. селективность разделения кусков по заданному порогу.

Известен способ рентгено-радиометрической сепарации (3), который наиболее близок к предложенному и взят в качестве прототипа. В этом способе куски подают в свободном падении в зону измерения, образуемую источником первичного излучения и блоком детектирования, облучают, и возбужденное вторично излучение преобразуют блоком детектирования в электрические импульсы, которые усиливают и подают на блок анализа, с помощью которого в спектре вторичного излучения выбирают две области регистрации. Первая область соответствует характеристической линий определяемого элемента, а вторая пику рассеянного излучения. Регистрируют количество импульсов N_i в первой области спектра и N_s во второй, измеряют отношение η = N_i/N_s (аналитический параметр), пропорциональное концентрации определяемого элемента. Поскольку и от малого куска и от большого N_i и N_s пропорциональны размерам куска, то их отношение не должно зависеть от его размера и быть пропорциональным только содержанию определяемого элемента. Таким образом, осуществляют учет влияния размера куска η, сравнивают с пороговым значением h, которое устанавливают по наименьшему в классе куску с требуемой пороговой концентрацией определяемого элемента, и в случае h_→η_пор посыпают сигнал на исполнительное устройство, которое срабатывает и производит отсечку куска.

Недостаток способа заключается в том, что в знаменателе измеряемого отношения η постоянно присутствует доля рассеянного излучения, обусловленная не куском, а конструкционным фоном, и эта доля не постоянна, а зависит от размера куска.

Так, в отсутствии куска рассеянное излучение (конструкционный фон) состоит из рассеяния от воздуха и от деталей сортировочной машины. Когда в зону измерения попадает большой кусок, то он как бы экранирует часть пространства за собой, и конструкционный фон снижается, но резко увеличивается рассеяние от самого куска. В этом случае отношение рассеяния при наличии куска и без него может достигать 3-5. При измерении мелкого куска конструкционный фон уменьшится не намного и это уменьшение может быть скомпенсировано увеличением рассеяния от самого куска, так что не редка ситуация, когда рассеяние в отсутствии куска и при его наличии в зоне измерения изменяется меньше, чем на 30-50% Отношение h = N_i/N_s уже не может служить критерием обеспечения независимости измеренного содержания от размера куска, поскольку изменяется пропорционально, а N_s непропорционально размеру куска.

Если произвести калибровку и установить порог по минимальным в классе кускам, то при измерении кусков максимальных размеров с тем же содержанием эта калибровка не будет соответствовать им, аналитический параметр может измениться более чем в 2 раза. Это снижает эффективность сепарации, так как в обогащенный продукт могут попадать крупные куски с меньшим чем установленный порог содержанием. Соответственно при калибровке по крупным кускам в процессе сепарации мелкие куски с содержанием выше порогового могут не попасть в продукт.

Суть предложенного способа заключается в следующем.

Обнаружено, что в шлаках, например, от производства некоторых ферросплавов содержится стронций в количестве до 1% Если выбрать энергию квантов первичного излучения такой, чтобы стронций эффективно возбуждался и в то же время характеристическая линия S_rkα хорошо разделялась с пиком рассеянного излучения, то линию S_rkα можно использовать для учета влияния изменения размера куска.

Стронций входит в состав неметаллической фазы шлака и скорость счета в области линии S_rkα(N_sr) несет таким образом ту же информацию, что и рассеянное излучение, т.е. пропорциональна незанятой неметаллическими включениями площади куска, но отличие предложенного способа в том, что линия S_rkα будет регистрироваться только во время пролета куска, так как стронций присущ только ему, тогда как в пике рассеянного излучения конструкционный фон присутствует всегда, а при измерении кусков разной крупности изменяется по сложному закону.

На фиг. 1 показаны спектры вторичного излучения.

В общем случае может быть использован другой элемент, назовем его контрольным, который постоянно и в достаточном количестве присутствует в составе шлака, а по условиям возбуждения и детектирования его характеристическая линия хорошо разрешается с характеристической линией определяемого элемента и пиком рассеянного излучения. Энергию первичного возбуждающего излучения можно выбрать, изменяя напряжение на рентгеновской трубке и останавливая соответствующие фильтры, или выбрав подходящий радионуклид. Разрешение определяется выбранным детектором.

Содержание контрольного элемента в шлаке не должно иметь больших вариаций, разброс не должен превышать статистической ошибки при регистрации числа импульсов в области характеристической линии контрольного элемента за время пропета куска. Например, при использовании сцинтилляционного счетчика толщиной 1 мм в качестве блока детектирования, первичного излучателя - рентгеновской трубки 5ВХВ6 с алюминиевым фильтром толщиной 1 мм в режиме U_тр 33 кВ, J_тp 30 мA, среднем размере куска 40 мм, содержании металла около 30% содержании стронция около 0,5% времени измерения 30 мс в области линии S_rkα регистрируется около 70 импульсов, при этом , а , т. е. в данном примере вариации содержания стронция в шлаке не должны превышать прибл.15%
Таким образом, повышение селективности сепарации достигается тем, что в предложенном способе, заключающемся в последовательном пропускании кусков перед блоком возбуждения и детектирования, обработке кусков первичным излучением, регистрации в течение времени пролета кусков зоны измерения числа импульсов N_i в области спектра вторичного излучения соответствующей характеристической линии определяемого элемента и в некоторой второй области спектра вторичного излучения, вычислении аналитического параметра, сравнении вычисленного параметра с заданным пороговым значением, разделении кусков на основании результатов сравнения с помощью излучения выбирают таким образом, чтобы в ней регистрировались только импульсы характеристического излучения контрольного элемента, а зарегистрированное число импульсов в этой области N_r используют для вычисления аналитического параметра.

Новым в предложенном способе является другая выбранная область в спектре вторичного излучения, соответствующая характеристическому излучению контрольного элемента, в которой зарегистрированное число импульсов N_k используют для вычисления аналитического параметра вместо предложенного в прототипе числа импульсов в области рассеянного излучения N_s.

Существенным отличием предложенного способа от прототипа является исключение из измерений конструкционного фона, снижение ошибок, вызванных им, и повышение селективности сепарации.

Сущность способа поясняется блок-схемой устройства, изображенной на фиг. 2.

Устройство содержит блок облучения 1 и детектирования 2. Выход последнего подключен к входу блока усилителя 3, а его выход соединен с входом блока анализа 4, два выхода которого подключены к входам регистраторов счетчиков 5,6, выходы же их соединены с входами блока вычисления аналитического параметра 7, который своим выходом соединен с устройством задания порога сепарации 8, выход которого соединен с исполнительным механизмом 9.

Устройство работает следующим образом.

Куски материала попадают в зону измерения, где с помощью блока возбуждения 1 материал куска облучается первичным рентгеновским или γ-излучением. Вторичное излучение, возбужденное в куске, попадает в блок детектирования 2, в котором кванты излучения преобразуются в электрические импульсы, которые усиливаются блоком усилителя 3 и поступают на вход блока анализа 4 и с его помощью в амплитудном спектре импульсов выделяются области, в которых регистрируются импульсы, соответствующие характеристическому излучению определяемого элемента и характеристическому излучению контрольного элемента. Выделенные импульсы поступают на входы регистраторов-счетчиков 5,6, а с их выходов накопленная информация подается на входы блока вычисления аналитического параметра 7. Результат вычисления сравнивается с порогом сепарации, задаваемым устройством 8, и при превышении заданного порога устройство 8 подает сигнал на исполнительный механизм 9 (например, электропневмоклапана), который срабатывает и струей сжатого воздуха изменяет траекторию 10 куска 11, направляя его в продуктовую емкость 12.

Таким образом, предложенный способ за счет увеличения селективности разделения исходного материала значительно повышает эффективность радиометрической сепарации.

Исключение рассеянного излучения, в том числе конструкционного фона, из регистрируемых параметров при вычислении аналитической функции позволяет свести к минимуму влияние размера сепарируемых кусков на эффективность идентификации по заданному элементу и сепарации в цепом. На допустимое различие в крупности материала, поступающего на покусковую сепарацию в отдельном потоке, в этом случае оказывает влияние характер собственно материала форма кусков, распределение включений по поверхности, степень их вскрытия из массы матричного вещества и т.п. Кроме того, некоторые ограничения налагает техническое оформление способа система питателей покусковой подачи, геометрия излучающего и регистрирующего устройства, эффективность исполнительного механизма.

В известном способе (4) ограничение по минимальной крупности сепарируемого материала составляет 20 мм, а отношение размера максимального по крупности куска к размеру минимального по крупности куска в отдельном потоке находится в допустимом пределе 1-2,5. Нейтрализация влияния конструкционного фона на точность измерений по предложенному способу позволяет как снизить нижний предел крупности сепарируемых кусков, так и расширить интервал вышеуказанных размерных отношений. Комплексное испытание способа на различных материалах (ферросплавные шлаки, скрап, некоторые виды отвальных шлаков цветной металлургии и металлолома) показало эффективную и стабильную сепарацию с хорошими показателями селективности при минимальной крупности отдельных кусков 15 мм и отношениях размеров максимальных к минимальным по крупности кусков, подаваемых на отдельный сепаратор, в пределах 1-3,0.

В результате нововведения расширяется объем вовлекаемых в процесс радиометрического обогащения материалов за счет добавочных фракций крупностью от 15 до 20 мм. Помимо этого создается возможность более рационального использования производственных мощностей сепарационного оборудования. Так, если реализация известного способа (4) позволяет на двух сепараторах обогащать материал крупностью от 20 до 125 мм (20-50 мм на одном и 50-125 мм на другом), то по предложенному способу этот интервал расширяется до 15-135 мм (15-45 и 45-135 мм соответственно).

Таким образом, технический результат от реализации предложенного способа заключается в повышении селективности сепарации и качества ее продуктов, расширении фракционных возможностей сепарационного оборудования с вовлечением дополнительных объемов материалов в обогатительный процесс.

Использование: технология и техника обогатительных процессов, может быть применено при автоматической покусковой радиометрической сепарации отходов металлургической промышленности, горнорудных материалов и металлолома. Сущность изобретения: повышение селективности в сепарации и качества ее продуктов, расширение интервала крупности сепарируемого материала и вовлечение в обогатительный процесс дополнительных объемов материалов достигается выбором в спектре вторичного излучения области, соответствующей характеристическому излучению контрольного элемента и используемой для вычисления аналитического параметра. Способ исключает влияние конструктивного фона и ошибки измерений, вызванные им. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ посортового извлечения компонентов из кусковых материалов, включающий дробление исходного материала до максимальной крупности 70 150 мм, рассев дробленого материала на фракции, радиометрическую сепарацию крупных фракций, заключающуюся в последовательном пропускании кусков перед блоком возбуждения и детектирования, воздействии на куски первичным излучением, регистрации в течение времени пролета куском зоны измерения числа импульсов N_i в области спектра вторичного излучения, соответствующей характеристическому излучению идентифицируемого элемента, и в некоторой второй области спектра вторичного излучения, вычислении аналитического параметра, сравнении вычисленного параметра с заданным пороговым значением, разделении кусков на основании результатов сравнения с помощью исполнительного механизма, отличающийся тем, что вторую область в спектре вторичного излучения выбирают так, чтобы в ней регистрировались только импульсы характеристического излучения контрольного элемента. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зарегистрированное число импульсов N_к используют для вычисления аналитического параметра η по формуле h=N_i/K_k. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что радиометрической сепарации подвергают кусковые материалы крупнее 15 мм при отношении размера максимального по крупности куска к размеру минимального по крупности куска в отдельном потоке сепарируемого материала, равном 1 3.