СПОСОБ РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ СЕПАРАЦИИ МИНЕРАЛОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2002 года по МПК B07C5/342 

Предлагаемое изобретение относится к способам обогащения дробленого минерального материала, которые для обнаружения полезных минералов используют люминесценцию, возбуждаемую в них воздействием импульсов рентгеновского излучения. Такой способ может быть использован как в сепараторах на всех стадиях обогащения, так и в устройствах контроля продукции, например алмазосодержащего сырья.

При рентгенолюминесцентной сепарации используют свойство минералов генерировать излучение в оптической области спектра под воздействием рентгеновского излучения. При этом как интенсивность, так и кинетические характеристики люминесценции зависят от вида минерала.

В известном способе обнаружения драгоценных камней, например алмазов, среди фракций рудной породы или в ряде минералов различного вида /1/ минерал или фракцию руды в потоке облучают последовательностью импульсов излучения, длительность которых сопоставима с временем нарастания и затухания (временем жизни) излучения полезного минерала, возникающего под действием этих импульсов. Осуществляют регистрацию импульсов излучения полезного минерала, следующих с той же частотой, что и частота следования импульсов облучения. Способ применим только в том случае, когда время жизни регистрируемого излучения полезного минерала существенно короче, чем время жизни излучения сопутствующих минералов и пустой породы, которое регистрируется в том же энергетическом диапазоне, а период следования облучающих импульсов по сравнению с ним мал.

Этот способ сепарации минералов обладает хорошей селективностью при регистрации в определенном энергетическом диапазоне рамановского излучения полезного минерала, время жизни которого существенно короче, чем времена жизни излучения других минералов и породы в этом же энергетическом диапазоне, так как позволяет выделить высокочастотные импульсы сигнала полезного минерала из низкочастотного фонового излучения остальных. Однако при рентгенолюминесцентной сепарации этим способом не достигается достаточная селективность разделения минералов, так как в нем предлагается регистрировать только интегральную характеристику импульса излучения полезного минерала, длительность которого определяется временем его нарастания и затухания в целом. При облучении же исходного материала импульсами рентгеновского излучения длительность регистрируемого импульса люминесценции полезного минерала сопоставима с длительностью регистрируемых в этом же энергетическом диапазоне импульсов люминесценции сопутствующих минералов.

В способе сепарации минералов /2/ исходный материал облучают импульсами рентгеновского излучения и измеряют интенсивность люминесценции полезного минерала (интенсивность люминесценции в заданном волновом диапазоне) в определенный момент времени после окончания импульса рентгеновского излучения, то есть измеряют интенсивность длительной компоненты затухания (послесвечения) в определенный момент времени. В качестве критерия разделения выбирают заданное значение измеряемой интенсивности, после сравнения с которым производят разделение исходного материала на полезный и отвальный продукты.

В этом способе учитывается кинетическая характеристика регистрируемых импульсов люминесценции. Однако при таком способе сепарации в полезный продукт попадет не только полезный минерал, но и сопутствующие минералы, кинетическая характеристика послесвечения импульса люминесценции которых близка к полезному или (в случае сепарации минералов в потоке) у которых суммарная регистрируемая интенсивность сравнима или больше, чем у полезного минерала.

Для повышения селективности извлечения полезного минерала в известных способах рентгенолюминесцентной сепарации используют кинетические характеристики сигнала люминесценции, регистрируемые как во время воздействия рентгеновского излучения, так и после него /4/. При этом интенсивность люминесценции измеряют в разных спектральных областях. Интенсивность короткой компоненты люминесценции измеряют в момент окончания импульса рентгеновского излучения, а длительной - через заданный интервал времени после окончания импульса. В дальнейшем производят сравнение величин интенсивностей, измеренных в разных спектральных областях, и по результатам сравнения выделяют полезный минерал.

Однако при таком способе сепарации минералов очень трудно получить необходимую точность измерения интенсивностей люминесценции из-за большого динамического диапазона амплитуд измеряемых сигналов. Кроме того, в этом способе необходимо производить измерение короткой компоненты люминесценции в момент окончания импульса (скачок заднего фронта импульса), что требует высокой стабильности устройств системы регистрации и системы возбуждения.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа рентгенолюминесцентной сепарации минералов является способ, описанный в /5/. В этом способе, включающем облучение исходного материала импульсами рентгеновского излучения для возбуждения люминесценции полезного минерала, измерение интенсивностей короткой и длительной компонент возбужденной в нем люминесценции и выделение полезного минерала из исходного материала по заданному отношению уровней измеренных интенсивностей, выбранному в качестве критерия разделения. При этом уровни интенсивности люминесценции измеряют во время возбуждающего импульса рентгеновского излучения - I₁ и с задержкой относительно возбуждающего импульса - I₂, а разделение минералов производят при выполнении соотношения I₂/(I₁-I₂)<0,17.

При выборе критерия разделения в этом способе интенсивность короткой компоненты люминесценции определяется вычитанием I₂ из измеряемой во время возбуждающего импульса интегральной интенсивности люминесценции I₁, то есть учитывается вклад длительной компоненты. Однако в этом способе сепарации минералов так же, как и в /3/, очень трудно получить необходимую точность измерения интенсивностей люминесценции, что, естественно, сказывается на его селективности.

Предлагаемое изобретение решает задачу улучшения селективности разделения исходного материала путем повышения точности измерения регистрируемых интенсивностей люминесценции, а также за счет обеспечения возможности выбора эффективного критерия разделения.

Поставленную задачу решает предлагаемый способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов, включающий облучение исходного материала импульсами рентгеновского излучения для возбуждения люминесценции полезного минерала, измерение интенсивностей короткой и длительной компонент возбужденной в нем люминесценции и выделение полезного минерала из исходного материала по заданному критерию, в котором выбирают длительность импульсов облучения, достаточную для возбуждения короткой компоненты люминесценции полезного минерала, частота следования которых обеспечивает разгорание его длительной компоненты, и измеряют интенсивности соответственно короткой и длительной компонент разгорания люминесценции полезного минерала за время, определяемое постоянной времени затухания его длительной компоненты.

В отличие от наиболее близкого аналога в предлагаемом способе выбирают длительность импульсов облучения, достаточную для возбуждения короткой компоненты люминесценции полезного минерала, частота следования которых обеспечивает разгорание его длительной компоненты, и измеряют интенсивности соответственно короткой и длительной компонент разгорания люминесценции полезного минерала за время, определяемое постоянной времени затухания его длительной компоненты.

Поставленную задачу также решает и предлагаемый способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов, включающий облучение исходного материала импульсами рентгеновского излучения для возбуждения люминесценции полезного минерала, измерение интенсивностей короткой и длительной компонент возбужденной в нем люминесценции и выделение полезного минерала из исходного материала по заданному критерию, в котором выбирают длительность импульсов облучения, достаточную для возбуждения короткой компоненты люминесценции полезного минерала, частота следования которых обеспечивает разгорание его длительной компоненты, модулируют последовательность облучающих импульсов импульсами, длительность которых достаточна для разгорания длительной компоненты люминесценции полезного минерала, а период следования обеспечивает измерение интенсивности ее затухания, и измеряют интенсивность короткой компоненты люминесценции полезного минерала во время модулирующего импульса, а интенсивность его длительной компоненты - в промежутках между модулирующими импульсами.

В отличие от наиболее близкого аналога в предлагаемом способе выбирают длительность импульсов облучения, достаточную для возбуждения короткой компоненты люминесценции полезного минерала, частота следования которых обеспечивает разгорание его длительной компоненты, модулируют последовательность облучающих импульсов импульсами, длительность которых достаточна для разгорания длительной компоненты люминесценции полезного минерала, а период следования обеспечивает измерение интенсивности ее затухания, и измеряют интенсивность короткой компоненты люминесценции полезного минерала во время модулирующего импульса, а интенсивность его длительной компоненты - в промежутках между модулирующими импульсами.

Измерение интенсивностей соответственно короткой и длительной компонент люминесценции полезного минерала в предлагаемых вариантах способа могут производить раздельно.

Кроме того, в предлагаемых вариантах способа могут регистрировать люминесценцию полезного минерала со стороны поверхности исходного материала, обращенной к источнику облучения, и/или с противоположной от источника облучения стороны поверхности исходного материала.

Совокупность отличительных признаков и их взаимосвязь с ограничительными признаками в предлагаемых вариантах способа рентгенолюминесцентной сепарации минералов обеспечивает возможность разделения короткой и длительной компонент в интегральном сигнале люминесценции, возбуждаемой в минерале во время его облучения, что повышает точность измерения регистрируемых интенсивностей люминесценции, а также обеспечивает возможность выбора эффективного критерия разделения. Предлагаемая в изобретении совокупность отличительных и ограничительных признаков не описана в известной авторам литературе. Предлагаемые варианты технического решения имеют изобретательский уровень, поскольку использование в предлагаемых технических решениях новых характеристик как для определения параметров воздействующего излучения, так и для определения параметров регистрируемой и измеряемой люминесценции, не только обеспечивает решение поставленной задачи улучшения селективности разделения минералов, но и позволяет эффективно производить обогащение нескольких минералов, содержащихся в исходном материале за счет возможности выбора совокупности альтернативных критериев разделения для каждого минерала. Неочевидность предлагаемых решений также подтверждается отсутствием подобных решений в течение, по крайней мере, 20 лет, несмотря на актуальность решаемой задачи для горно-обогатительной промышленности.

На рисунке приведены диаграммы импульсов облучения и регистрируемых характерных сигналов люминесценции различных минералов согласно предлагаемым вариантам способа:
а - импульсы облучения;
б - сигнал люминесценции алмаза;
в - сигнал люминесценции кварцевого стекла и плагиоклаза;
г - сигнал люминесценции кальцита;
д - сигнал люминесценции циркона;
е - модулирующие импульсы облучения;
ж - сигналы люминесценции алмаза при его облучении модулированными импульсами.

Для осуществления предлагаемого способа рентгенолюминесцентной сепарации минералов исходный материал непрерывно облучают последовательностью коротких импульсов рентгеновского излучения с длительностью импульса τ и периодом следования Т_и (см. диаграмму "а"). При этом за время воздействия каждого облучающего импульса последовательности успевает разгореться короткая компонента люминесценции полезного минерала U_ki, а периодическое воздействие этих импульсов за время Т_знахождения минерала в зоне облучения приводит к разгоранию его длительной компоненты с постоянной времени τ_др (см. диаграммы "б" - "д"). Регистрацию импульсов люминесценции, возникающих в зоне облучения исходного материала, осуществляют в заданном энергетическом диапазоне, в котором наблюдается характерная для полезного минерала линия люминесценции с достаточной для измерения интенсивностью. Зона облучения исходного материала и зона регистрации люминесценции полезного минерала совпадают, при этом минимальный размер зоны облучения определяется постоянной времени затухания τ_дз его длительной компоненты. Измерение интенсивностей короткой U_Ki и длительной U_Дi компонент сигнала люминесценции производят во время Т_з его нахождения в зоне облучения.

В другом варианте осуществления предлагаемого способа при облучении исходного материала модулированной последовательностью импульсов длительность τ_м модулирующих импульсов (см. диаграмму "е") достаточна для разгорания длительной компоненты люминесценции полезного минерала с постоянной времени τ_др диаграмму "ж"), а период Т_М их следования (см. диаграмму "е") обеспечивает измерение интенсивности ее затухания с постоянной времени τ_дз (см. диаграмму "ж"). При этом интенсивность короткой компоненты люминесценции U_Ki полезного минерала измеряют во время модулирующего импульса, а интенсивность его длительной компоненты U_Дi - в промежутках между модулирующими импульсами (см. диаграмму "ж").

Поскольку регистрируемые сигналы люминесценции минералов в исходном материале имеют различные кинетические характеристики, как это показано на диаграммах "б" - "д", то в качестве критерия разделения выбирают соответствующее только полезному минералу соотношение интенсивностей короткой U_Ki и длительной U_Дi компонент сигнала люминесценции. Если из исходного материала необходимо выделить несколько разных минералов, то качестве альтернативных критериев разделения выбирают соответствующее каждому выделяемому минералу соотношение интенсивностей короткой U_Ki и длительной U_Дi компонент сигнала люминесценции.

Предлагаемые в настоящем изобретении варианты способа ренттенолюминесцентной сепарации минералов позволяют раздельно измерять интенсивность короткой U_Ki и длительной U_Дi компонент сигнала люминесценции. При этом короткую компоненту можно выделить из регистрируемого сигнала люминесценции с помощью, например, фильтра верхних частот, частота среза которого не пропускает длительную компоненту сигнала, а длительную - с помощью фильтра нижних частот с частотой среза значительно ниже частоты следования облучающих импульсов, которая не пропускает короткую компоненту сигнала /6/. Последующее же измерение амплитуд разделенных сигналов короткой U_Ki и длительной U_Дi, компонент люминесценции осуществляется традиционным способом, например с помощью пикового детектора. Традиционно определяют величину максимальной амплитуды интенсивности U_Ki короткой компоненты регистрируемого сигнала люминесценции, а величину интенсивности U_Дi его длительной компоненты определяют в момент времени, задаваемый выбранным критерием разделения. Следует отметить, что регистрация сигналов люминесценции может осуществляться как со стороны поверхности исходного материала, обращенной к источнику облучения, так и/или с противоположной от источника облучения стороны поверхности исходного материала. Предлагаемое изобретение может быть реализовано, например, с помощью серийно выпускаемых рентгенолюминесцентных сепараторов для разделения минералов в потоке исходного материала, предназначенных для обогащения алмазосодержащего сырья /7/, а также с помощью аппаратов для разделения минералов при покусковой подаче исходного материала в зону облучения, например, с помощью барабана /8/ или с помощью турели с шаговым двигателем, когда каждый минерал неподвижен во время облучения. При обогащении алмазосодержащего сырья с помощью сепаратора /7/ монослойный поток исходного материала облучают импульсами рентгеновского излучения от источника на основе рентгеновской трубки БXB18Re с высоковольтным импульсным источником питания (ВИП), непрерывно генерирующим короткие импульсы с длительностью τ = 5-10 мкс и периодом Ти = 40÷100мкс. При этом ВИП может быть выполнен, например, как в /9/. Регистрируют возникающие в зоне облучения импульсы U люминесценции в энергетическом диапазоне 300÷500 нм с помощью фотоприемных устройств на основе ФЭУ-85 и измеряют их интенсивность, выделяя в регистрируемом сигнале U люминесценции короткую U_Ki и длительную U_Д i компоненты с помощью фильтров верхних и нижних частот. Разделение исходного материала на обогащенный и хвостовой продукты производят в соответствии с выбранным для сепарации алмазов критерием. В другом варианте способа непрерывную последовательность коротких импульсов облучения модулируют, например, с помощью прерывателя импульсами длительностью τ_м = 0,5 мс с периодом Т_М=4мс и измеряют короткую U_Ki компоненту импульсов U люминесценции во время τ_м модулирующего импульса, выделяя ее с помощью фильтра верхних частот, а длительную U_Дi - в промежутках между модулирующими импульсами.

Таким образом, предлагаемые варианты способа рентгенолюминесцентной сепарации минералов обеспечивают высокую точность измерения регистрируемых интенсивностей люминесценции минералов за счет разделения короткой и длительной компонент в интегральном сигнале люминеценции, что повышает селективность разделения исходного материала. Кроме того, повышение селективности разделения минералов обеспечивается и широкой возможностью выбора эффективного критерия разделения минералов. Предлагаемые в настоящем изобретении технические решения позволяют также эффективно производить обогащение нескольких минералов, содержащихся в исходном материале.

Источники информации
1. Акц. заявка Великобритании 2219080, G01N 21/87, G01N 21/65, 1989 г.

2. Акц. заявка Великобритании 1528699, G01N 23/223, 1978 г.

3. Авторское свидетельство СССР 1572720, В07С 5/342, 1990 г.

4. Авторское свидетельство СССР 1603588, В07С 5/342, 1999 г.

5. Дж. Рутковски. Интегральные операционные усилители. М., Изд. "Мир", 1978 г.

6. Рентгеновский сепаратор люминесцентный ЛС-Д-4-03, Техническое описание. ТУ 4276-011-00227703-97, 1997 г.

7. Авторское свидетельство СССР 1489041, В03В 13/06, 1989 г.

8. П. Н.Матханов, Л.З.Гоголицын. Расчет импульсных трансформаторов. Л., "Энергия", 1979 г.

Изобретение относится к способам обогащения дробленого минерального материала, которые для обнаружения полезных минералов используют люминесценцию, возбуждаемую в них воздействием импульсов рентгеновского излучения. Такой способ может быть использован как в сепараторах на всех стадиях обогащения, так и в устройствах контроля продукции, например алмазосодержащего сырья. Способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов включает облучение исходного материала импульсами рентгеновского излучения для возбуждения люминесценции полезного минерала, измерение интенсивностей короткой и длительной компонент возбужденной в нем люминесценции и выделение полезного минерала из исходного материала по заданному критерию. При этом согласно одному варианту выбирают длительность импульсов облучения, достаточную для возбуждения короткой компоненты люминесценции полезного минерала, частота следования которых обеспечивает разгорание его длительной компоненты, и измеряют интенсивности соответственно короткой и длительной компонент разгорания люминесценции полезного минерала за время, определяемое постоянной времени затухания его длительной компоненты. По другому варианту способа выбирают длительность импульсов облучения, достаточную для возбуждения короткой компоненты люминесценции полезного минерала, частота следования которых обеспечивает разгорание его длительной компоненты, модулируют последовательность облучающих импульсов импульсами, длительность которых достаточна для разгорания длительной компоненты люминесценции полезного минерала, а период следования обеспечивает измерение интенсивности ее затухания, и измеряют интенсивность короткой компоненты люминесценции полезного минерала во время модулирующего импульса, а интенсивность его длительной компоненты - в промежутках между модулирующими импульсами. Изобретение улучшает селективность разделения исходного материала путем повышения точности измерения регистрируемых интенсивностей люминесценции, а также за счет обеспечения возможности выбора эффективного критерия разделения. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов, включающий облучение исходного материала импульсами рентгеновского излучения для возбуждения люминесценции полезного минерала, измерение интенсивностей короткой и длительной компонент возбужденной в нем люминесценции и выделение полезного минерала из исходного материала по заданному критерию, отличающийся тем, что выбирают длительность импульсов облучения, достаточную для возбуждения короткой компоненты люминесценции полезного минерала, частота следования которых обеспечивает разгорание его длительной компоненты, и измеряют интенсивности соответственно короткой и длительной компонент разгорания люминесценции полезного минерала за время, определяемое постоянной времени затухания его длительной компоненты. 2. Способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов по п.1, отличающийся тем, что измерение интенсивностей соответственно короткой и длительной компонент люминесцении полезного минерала производят раздельно. 3. Способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов по п.1, отличающийся тем, что регистрируют люминесценцию полезного минерала со стороны поверхности исходного материала, обращенной к источнику облучения, и/или с противоположной от источника облучения стороны поверхности исходного материала. 4. Способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов, включающий облучение исходного материала импульсами рентгеновского излучения для возбуждения люминесценции полезного минерала, измерение интенсивностей короткой и длительной компонент возбужденной в нем люминесценции и выделение полезного минерала из исходного материала по заданному критерию, отличающийся тем, что выбирают длительность импульсов облучения, достаточную для возбуждения короткой компоненты люминесценции полезного минерала, частота следования которых обеспечивает разгорание его длительной компоненты, модулируют последовательность облучающих импульсов импульсами, длительность которых достаточна для разгорания длительной компоненты люминесценции полезного минерала, а период следования обеспечивает измерение интенсивности ее затухания, и измеряют интенсивность короткой компоненты люминесценции полезного минерала во время модулирующего импульса, а интенсивность его длительной компоненты - в промежутках между модулирующими импульсами. 5. Способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов по п.4, отличающийся тем, что измерение интенсивностей соответственно короткой и длительной компонент люминесценции полезного минерала производят раздельно. 6. Способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов по п.4, отличающийся тем, что регистрируют люминесценцию полезного минерала со стороны поверхности исходного материала, обращенной к источнику облучения, и/или с противоположной от источника облучения стороны поверхности исходного материала.