СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ МИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ГОРНОЙ МАССЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК B03B13/06 B07C5/346 

Изобретение относится к способам и устройствам для предварительного механического обогащения полезных ископаемых и может быть использовано в горно-обогатительной промышленности для разделения горной массы на сорта по содержанию полезного компонента и отделения пустой породы.

В геотехнологии известны способы порционной сортировки и кусковой сепарации горной массы с использованием рентгенорадиометрических средств (В.И. Ревнивцев, Т.Г.Рыбакова, Е.П.Леман. Рентгенорадиометрическое обогащение комплексных руд цветных и редких металлов. - М.: Недра, 1990) [1]. Они способствуют разработке рациональных и экономически рентабельных схем обогащения руд, обеспечивающих определенные технологические показатели по извлечению, производительности и качеству конечной продукции предприятий. При этом особое внимание уделяется поискам разделительных признаков и алгоритмам, по которым обрабатываются вторичные спектры излучения, регистрируемые детекторами, с тем, чтобы определить технологические типы, а также сорта руд.

Так, известен способ рентгенорадиометрической сортировки при решении задачи усреднения качества руд, согласно которому проводят экспресс-анализ порций руды, определение граничного содержания полезного компонента. Далее, проводят покусковую сепарацию руды, при этом граничное содержание регулируют в зависимости от содержания полезного компонента в концентрате и отвалах, которое также измеряют в процессе усреднения (SU 1802130 A1, E 21 C 41/26, оп. 1993) [2]. Однако процесс сортировки имеет особенности, связанные с совмещением операций усреднения и операции покусковой сепарации с регулируемым граничным содержанием в одном процессе, а также спецификой многократной рециркуляции и сепарации руд в процессе усреднения качества.

В способе порционной сортировки горной массы по изобретению (RU 2101095 C1, B 03 B 13/00, 03.06.96 - ближайший аналог) [3] предлагается определять содержание породообразующих элементов и элементов-спутников золота, а также проводить фазово-рациональный анализ руды, по которому определяют технологический тип горной массы. По зависимости "содержание элементов - технологический тип горной массы" корректируют классификационное правило при адресации порций. Указанное позволяет проводить сортировку по технологическим типам горной массы.

Известно устройство для рентгенорадиометрической порционной и кусковой сортировки руд с использованием нескольких измерителей, управляемых микропроцессорами и средствами для перемещения руд (RU 2066569 C1, B 03 B 13/06, 1996) [4]. Известно также устройство для рентгенорадиометрической сепарации минерального сырья, включающее питатель, транспортеры для подачи сырья в зоны контроля и поштучной сортировки, установленные последовательно, два рентгенорадиометрических измерителя, размещенные по обе стороны транспортера для подачи сырья в зону поштучной сортировки и, исполнительный механизм с приводом, подключенные к блоку управления, накопительные емкости (RU 2069100 C1, B 03 B 13/06, оп. 20.11.96 - ближайший аналог) [5].

Недостатком способа [3] является сортировка минерализованной горной массы, ориентированная на разделение порций сырья на технологические типы руд, и не включающая в себя этап кусковой сортировки. При этом упомянутый фазово-рациональный анализ руды осуществляется лишь периодически, а ввиду того, что занимает значительное время, проводится редко. В связи с этим, данный способ не может быть объединен с кусковой сепарацией, а потому является менее эффективным, чем патентуемый. Недостатком устройства [5] является отсутствие средств, позволяющих проводить порционную сортировку и осуществить отнесение руд к технологическим видам.

Задачей патентуемой группы изобретений является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение возможности эффективной кусковой сепарации горной массы с использованием синхронно выполняемой порционной сортировки по сортировочно-технологическим типам руд.

Технический результат изобретения обеспечивается тем, что способ обогащения минерализованной горной массы включает формирование порций горной массы, оценку качества этих порций по анализу спектров характеристического рентгеновского излучения в процессе перемещения через зону контроля, их разделение по типам в соответствии с установленными классификационными критериями. Предварительно задают алгоритм порционной классификации с учетом технологического типа, степени дробления и перемешивания руды, по которому определяют сортировочно-технологический тип руды в порции, и в случае, если этот тип является концентратом или породой, порцию выводят из процесса. Дополнительно проводят обогащение для кусков остальных сортировочно-технологических типов руд данной порции, для чего, регистрируя спектр характеристического рентгеновского излучения, определяют их принадлежность к концентрату или породе по текущему алгоритму идентификации кусков, относящемуся к данному сортировочно-технологическому типу, и разделяют их, причем при изменении сортировочно-технологического типа руд на стадии порционного обогащения синхронно корректируют текущий алгоритм идентификации кусков.

Способ может характеризоваться тем, что построение алгоритмов порционной классификации горной массы и алгоритмов идентификации кусков для анализа спектров характеристического рентгеновского излучения различных сортировочно-технологических типов руд проводят с использованием методов распознавания образов.

Способ может характеризоваться также тем, что спектры характеристического рентгеновского излучения регистрируют на различных участках порций и кусков в процессе их перемещения, а в качестве критериев принадлежности порций к одному из сортировочно-технологических типов или идентификации кусков используют показатели отличий в упомянутых спектрах, преимущественно, показатели дисперсии и вариации.

Устройство рентгенорадиометрического обогащения включает последовательно установленные транспортеры для подачи сырья в зоны контроля, два рентгенорадиометрических измерителя и переключатель адреса разгрузки порций с приводом, подключенные к блоку управления со средствами для анализа и обработки спектров рентгенорадиометрических измерителей, накопительные емкости, установленные в месте разгрузки сырья. Оно снабжено третьим рентгенорадиометрическим измерителем, установленным над первым транспортером для подачи порций сырья в зону контроля, а переключатель адреса разгрузки порций выполнен трехпозиционным "концентрат - порода - сортируемый класс" и установлен между транспортерами. Два других рентгенорадиометрических измерителя размещены по обе стороны транспортера для подачи сырья в зону покусковой сортировки и установлены со смещением друг относительно друга по направлению перемещения ленты транспортера.

Устройство может характеризоваться тем, что транспортер для подачи порций сырья в зону контроля снабжен средствами для регулирования расхода минерального сырья, подключенными к блоку управления.

Устройство может также характеризоваться тем, что блок управления выполнен на основе по меньшей мере одного микропроцессора.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
на фиг. 1 представлена блок-схема устройства порционно-кусковой сортировки, использующего патентуемый способ;
на фиг. 2 - алгоритм функционирования блока анализа и управления устройства.

В основе патентуемых способа порционно-кусковой сортировки и устройства для его реализации лежат следующие предпосылки.

Известно, что эффективность сепарации, основанная на рентгенорадиометрическом методе, существенным образом зависит от технологического типа руд. Это понятие традиционно связано с процессом их обогащения и переработки. При этом основными признаками, определяющими указанный тип, являются состав руд и вмещающих пород. Руды технологических типов могут быть оконтурены в недрах в процессе геотехнологического картирования.

В отличие от этого, понятие сортировочно-технологического типа (далее СТТ) связано с эффективностью процесса их механического обогащения в результате рудосортировки. СТТ руды определяется не только ее свойствами в естественном залегании, но также степенью ее дробления и перемешивания. При этом основным признаком для выделения СТТ является степень различия между свойствами отдельных кусков горной массы. Под свойствами, в частности, можно понимать содержание полезного компонента, кристаллофизические особенности и т. п. В свою очередь это зависит как от изначальных особенностей распределения рудной минерализации в недрах, так и от степени дробления руд и их перемешивания в процессе доставки к месту сортировки. Так, если средний размер кусков минерализованной массы, поступающих на сортировку, близок к среднему размеру гнезд рудной минерализации в их естественном залегании, то такой СТТ будет достаточно эффективно разделяться на руду и пустую породу в процессе рентгенорадиометрической сортировки по определенному классификационному признаку. Если размеры кусков минерализованной массы не совпадают (например, минерализованная масса сильно измельчена и перемешана), то реальными методами ее сортировка невозможна. Аналогично, неэффективным будет СТТ совокупности кусков горной массы, в которой перемешаны различные по составу куски, содержащие рудную минерализацию и различающиеся по составу куски пустой породы. Таким образом, понятие СТТ руды существенно отличается от понятия ее технологического типа или сорта [1].

Сущность данного изобретения состоит в том, что на первом этапе, в процессе мелкопорционной сортировки, определяется СТТ сортируемой горной массы, а на втором этапе покусковой сортировки идет отделение рудных кусков (содержание полезного компонента выше определенного уровня) от кусков вмещающих пород. Эта операция осуществляется с использованием классификационных критериев, которые отличаются для каждого СТТ, определенного на первом этапе.

Так, например, известно, что для месторождений золотосодержащих руд золото может содержаться:
- в кварцевых прожилках без сульфидов,
- в сульфидах в сланцах,
- в сульфидах в дайковых породах.

При этом на месте выделяется два технологических типа руд: а) золотокварцевые, б) золотосульфидные. Соответственно, они и перерабатываются по различным технологическим схемам.

В то же время, нами установлено, что для горной массы на таком месторождении будет выделяться несколько СТТ: а) золотокварцевые; б) золотосульфидные в сланцах, в) золотосульфидные в дайковых породах, г) не сортируемые классы, представляющие собой мелкодробленую и сильно перемешанную горную массу. Принадлежность к вышеуказанным СТТ отдельных порций руды определяется на первом этапе порционной сортировки.

Общая схема подготовительных работ для реализации патентуемого порционно-кускового способа сортировки содержит три основных операции:
1. Изучение характеристик СТТ руд и построение алгоритма для их классификации, основанного на методах распознавания образов (см. Васильев В.И. Распознающие системы, - Киев: Наукова Думка, 1983) [6].

2. Изучение каждого СТТ и построение алгоритмов A₁, A₂...A_N идентификации кусков для каждого типа ССТ_i, где i = 1,2,...N, основанных на методах регрессионного анализа. При этом при построении алгоритмов в качестве критериев принадлежности порций к одному из сортировочно-технологических типов или идентификации кусков используют показатели отличий в спектрах как для всей порции (куска), так и участков данной порции (куска), преимущественно, показатели дисперсии и вариации. Создание банка алгоритмов.

3. Проведение технологических испытаний и оценка времени перемещения единичного камня от узла порционной сортировки к узлу кусковой сортировки с тем, чтобы программным путем обеспечить синхронизацию работы средств измерений и анализа (см. ниже).

Существо и принципы, положенные в основу группы изобретений, поясняются на блок-схеме устройства (см. фиг. 1).

Устройство содержит бункер 10 для сортируемой горной массы 11, регулируемый питатель 12, представляющий собой, например, транспортер. Имеется средство 14 для определения расхода горной массы и средство 16 его регулирования. В качестве средства 14 могут быть применены тензометрические конвейерные весы, в качестве средства 16 - управляемый вибратор.

На выходе регулируемого питателя 12 через промежуточный элемент 21, например желоб, установлен трехпозиционный переключатель 22 адреса разгрузки порции концентрат - порода - сортируемый класс, снабженный приводом 24, обеспечивающим подачу руды либо в накопитель 26 концентрата, либо в отвал 27 пустой породы, либо на раскладчик 28, в зависимости от установленных в результате рентгенорадиометрических измерений и обработки спектров характеристик СТТ. Функция раскладчика 28 состоит в организации покусковой подачи руды на основной транспортер 30 сепаратора. Раскладчик 28 может быть выполнен в виде, например, наклонного желоба, снабженного вибратором. Принцип действия раскладчика основан на организации различных скоростей движения кусков на различных транспортирующих элементах сортирующего устройства.

На выходе основного транспортера 30 установлено средство 32 для удаления кусков пустой породы в отвал 37 с приводом 34 и сбора кусков богатой руды 36 в бункер 38.

Для осуществления управления сепарацией система содержит рентгенорадиометрические измерители 50, 61 и 62, подключенные к блоку 70 управления. В частном случае, блок 70 может быть реализован на основе микропроцессоров и встроен в блоки 50, 61 и 62. Рентгенорадиометрический измеритель 50 предназначен для регистрации спектра характеристического рентгеновского излучения от слоя сортируемой горной массы 11, перемещаемой в потоке посредством питателя 12. Измерители 61 и 62, аналогичные по принципу действия и характеристикам измерителю 50, расположены со смещением друг относительно друга по направлению перемещения ленты основного транспортера 30 и установлены встречно по обе стороны транспортера без перекрытия диаграмм их направленности.

Патентуемый способ порционно-кусковой сортировки осуществляется следующим образом.

Посредством блока 70 регулирования параметров питателя 12 осуществляется формирование порции - слоя горной массы 11 на ленте движущегося транспортера. Параметры движения и толщину слоя горной массы регулируют с помощью элементов 14, 16 таким образом, чтобы уравнять производительность питателя 12 с производительностью транспортера 30. Размеры порции определяются в процессе предварительных исследований и фиксируются временному интервалу t прохождения горной массы под измерителем 50 на измерительной базе L. Регистрация спектров может производиться в режиме накопления как для всей порции в целом, так и для отдельных ее участков или кусков, при этом размеры этих участков зависят от характеристик измерителя 50, 61 и 62. Накопление информации на измерителе 50 при прохождении порции должно быть синхронизовано с прохождением кусков через зону контроля измерителей 61, 62, с использованием, например, реперов на транспортирующих поверхностях, а толщина слоя должна обеспечивать необходимую представительность измерений. Для выравнивания поверхности слоя горной массы 11 могут быть использованы дополнительные приспособления: ограничительные пластины, валки и пр. (на фиг. не показаны).

Алгоритм функционирования блока анализа и управления устройства показан на фиг. 2.

С началом работы (п.100) осуществляется настройка параметров системы, засылка соответствующих алгоритмов (например, алгоритма A₁ в блок (п. 109), и присвоение текущего номера i= 1 для ССТ_i в блок (п. 106)).

Далее, начинается регистрация спектров характеристического рентгеновского излучения (п. 101) (далее по тексту - "спектр") для порции горной массы. Измерение проводится посредством рентгенорадиометрического измерителя 50, причем накопление информации осуществляется в течение упомянутой длительности t. Далее производится вычисление характеристики СТТ по алгоритму классификации сортов руд (п. 102) и операция принятия решения (п. 103).

В том случае, если горная масса порции признается удовлетворяющей условиям дальнейшего передела, то блоком 70 дается команда приводу 24 на направление порции горной массы 11 в накопитель 26 концентрата (п. 104). В случае отрицательного результата, т.е. если горная масса порции признается не пригодной для дальнейшего передела, то блоком 70 дается команда приводу 24 на направление порции горной массы 11 в накопитель 27 пустой породы (п. 105).

Если характеристика СТТ показывает, что руда пригодна для дальнейшей сортировки, то проводится поштучная раскладка кусков 36 горной массы 11 на основной транспортер 30 для сепарации рентгенорадиометрическими измерителями 61, 62. Одновременно на следующей операции (п. 106) проводится сравнение характеристик СТТ порции горной массы ("предыдущая" порция), которая поступила на раскладчик 28 (СТТ_i) и порции СТТ_i+1, в момент измерений контролируемой измерителем 50 (" текущая" порция) и принимается решение о характере дальнейшей сортировки кусков (п. 107) и необходимости коррекции алгоритма обработки сигнала, установленного на начале работы.

В том случае, если характеристика СТТ не изменилась, то для отдельных кусков порции проводятся аналогичные, как в п.п.101 и 102 операции: регистрации спектра (п. 108) и вычисление соответствующей этим измерениям характеристики куска по текущему алгоритму (п. 109), что обеспечивает идентификацию куска. В том случае, если устанавливается, что кусок обладает богатым содержанием компонента, он направляется в концентрат (п. 104), если нет, дается команда на привод 34, и кусок направляют в отвал породы (п. 105).

В противном случае, если на операции (п. 107) устанавливается, что характеристика СТТ изменилась, то на операции (п. 111) осуществляется выбор нового алгоритма A_i+1 из банка заранее построенных алгоритмов (см. выше). Затем осуществляется пересылка программы этого алгоритма A_i+1 (п. 112) синхронно с поступлением куска руды нового СТТ_i+1 (с учетом задержки τ времени прихода данного куска на позицию измерения с позиции порционного анализа), и проводится обработка полученного спектра уже по новому алгоритму. Задержка τ времени может вводиться как программным путем в виде коэффициентов, так и посредством аппаратурных решений, с помощью, например, известных в технике телевизионных распознающих устройств (см. Фор А. Восприятие и распознавание образов. - М. : Машиностроение, 1989 [7]). В ходе функционирования системы проводится накопление информации и ее статистическая обработка (п. 113), используемая для управления работой системы. Сведения об окончании процесса сепарации (проверка окончания порции и приход новой порции) и передача управления осуществляется на операции (п. 114). Если принимается решение об окончании сепарации текущей порции, то управление передается на этап (п. 101). В противном случае, управление передается на операцию (п. 108) и система продолжает сепарацию кусков текущей порции.

Для повышения достоверности рентгенорадиометрической сепарации на стадии кускового анализа используются два измерителя 61, 62, установленные поперек трассы перемещения кусков встречно друг другу на ленте транспортера, чтобы обеспечить двухсторонний обзор анализируемого куска [1, с.74].

Использование: обогащение полезных ископаемых в горно-обогатительной промышленности для разделения горной массы на сорта по содержанию полезного компонента и отделения пустой породы. На стадии порционного обогащения по классификационным критериям по заданному алгоритму с учетом технологического типа, степени дробления и перемешивания определяют сортировочно-технологический тип руды, в соответствии с которыми проводят разделение руд на концентрат, породу, которые выводят из процесса, и сепарируемый класс. Сепарируемый класс подвергают пусковой сепарации с использованием текущего алгоритма идентификации кусков, относящихся к данному сортировочно-технологическому типу. При изменении сортировочно-технологического типа руд на стадии порционного обогащения синхронно корректируют текущий алгоритм идентификации кусков. Устройство включает последовательно установленные транспортеры для подачи сырья в зоны контроля, три рентгенорадиометрических измерителя, один из которых размещен над первым транспортером порционной сортировки, а два других установлены со смещением относительно друг друга по направлению перемещения ленты транспортера для покусковой сортировки, трехпозиционный переключатель адреса нагрузки порций концентрат - порода - сортируемый класс, установленный между транспортерами. Переключатель адреса и измерители подключены к блоку управления. Изобретение повышает эффективность обогащения различных типов руд. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ обогащения минерализованной горной массы, включающий формирование порций горной массы, оценку качества этих порций по анализу спектров характеристического рентгеновского излучения в процессе перемещения через зону контроля, их разделение по типам в соответствии с установленными классификационными критериями, отличающийся тем, что предварительно задают алгоритм порционной классификации с учетом технологического типа, степени дробления и перемешивания руды, по которому определяют сортировочно-технологический тип руды в. порции, и в случае, если этот тип является концентратом или породой, порцию выводят из процесса, дополнительно проводят обогащение для кусков остальных сортировочно-технологических типов руд данной порции, для чего, регистрируя спектр характеристического рентгеновского излучения, определяют их принадлежность к концентрату или породе по текущему алгоритму идентификации кусков, относящемуся к данному сортировочно-технологическому типу, и разделяют их, причем при изменении сортировочно-технологического типа руд на стадии порционного обогащения синхронно корректируют текущий алгоритм идентификации кусков. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что построение алгоритмов порционной классификации горной массы и алгоритмов идентификации кусков для анализа спектров характеристического рентгеновского излучения различных сортировочно-технологических типов руд проводят с использованием методов распознавания образов. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что спектры характеристического рентгеновского излучения регистрируют на различных участках порций и кусков в процессе их перемещения, а в качестве критериев принадлежности порций к одному из сортировочно-технологических типов или идентификации кусков используют показатели отличий в упомянутых спектрах, преимущественно показатели дисперсии и вариации. 4. Устройство рентгенорадиометрического обогащения, включающее последовательно установленные транспортеры для подачи сырья в зоны контроля, два рентгенорадиометрических измерителя и переключатель адреса разгрузки порций с приводом, подключенные к блоку управления со средствами для анализа и обработки спектров рентгенорадиометрических измерителей, накопительные емкости, установленные в месте разгрузки сырья, отличающееся тем, что оно снабжено третьим рентгенорадиометрическим измерителем, установленным над первым транспортером для подачи порций сырья в зону контроля, а переключатель адреса разгрузки порций выполнен трехпозиционным концентрат - порода - сортируемый класс и установлен между транспортерами, причем два других рентгенорадиометрических измерителя размещены по обе стороны транспортера для подачи сырья в зону покусковой сортировки и установлены со смещением относительно друг друга по направлению перемещения ленты транспортера. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что транспортер для подачи порций сырья в зону контроля снабжен средствами для регулирования расхода минерального сырья, подключенными к блоку управления. 6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что блок управления выполнен на основе по меньшей мере одного микропроцессора.