СПОСОБ СЕПАРАЦИИ МИНЕРАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК B07C5/342 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, конкретнее к способам радиометрической сепарации руд, и может быть использовано для сепарации люминесцирующих минералов.

Известен способ сепарации минералов, заключающийся в облучении потока минералов импульсным рентгеновским излучением, регистрации и запоминании амплитуды суммарного сигнала люминесценции минерала и воздуха (фона) в момент времени, предшествующий окончанию импульса рентгеновского излучения, регистрации и запоминании амплитуды сигнала люминесценции минерала в момент времени сразу после окончания импульса рентгеновского излучения, регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала по истечении времени, соответствующего минимальному значению постоянной времени затухания сигнала люминесценции полезного минерала, задании порога сепарации по амплитуде сигнала затухания длительной компоненты люминесценции полезного минерала, сравнении амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала, зарегистрированной по истечении времени, соответствующего минимальному значению постоянной времени затухания сигнала люминесценции полезного минерала с заданным порогом, и выделении полезного минерала по результатам сравнения, определении амплитуды сигнала люминесценции воздуха (фона) по разности амплитуд суммарного сигнала люминесценции минерала и воздуха (фона) в момент времени, предшествующий окончанию импульса рентгеновского излучения и амплитуды сигнала люминесценции минерала в момент времени сразу после окончания импульса рентгеновского излучения, использовании полученной величины разности амплитуд для установления уровня разделения сигналов люминесценции минералов [а.с. СССР 971523, кл. В 07 С 5/342, 1982].

Однако известный способ обладает невысокой точностью поддержания заданного уровня разделения (рентгенолюминесцентной чувствительности) при высоком содержании полезных и/или сопутствующих люминесцирующих минералов в питании сепаратора.

Обусловлено это тем, что
- полезные и сопутствующие люминесцирующие минералы имеют большой динамический диапазон сигнала люминесценции (не менее двух порядков) и за счет этого "выводят" электронный тракт сепаратора из линейного режима работы как при запоминании суммарного сигнала люминесценции воздуха (фона) и минералов, так и при запоминании сигнала люминесценции минерала, и, как следствие, точность измерения уровня фона резко падает;
- при наличии в питании сепаратора сопутствующих люминесцирующих минералов, имеющих быструю компоненту сигнала люминесценции, измерение уровня воздуха (фона) будет неправильным, так как амплитуда сигнала люминесценции минерала, имеющего быструю компоненту ввиду малой инерционности процесса, принимает установившееся значение практически с начала импульса возбуждения и суммируется с уровнем фона, и по окончании импульса возбуждения суммарный сигнал люминесценции сопутствующего люминесцирующего минерала и уровня воздуха (фона) окажется равен нулю, что также существенно снизит точность поддержания заданного уровня разделения;
- при совпадении двух вышеперечисленных факторов устройство тем более не может обеспечить требуемую точность поддержания заданного уровня разделения.

Для пояснения представим обработку сигналов с использованием формул.

При описании используются обозначения временных интервалов τ₂ (момент времени, предшествующий окончанию импульса рентгеновского излучения) и τ₃ (момент времени сразу после окончания импульса рентгеновского излучения) в соответствии с временной диаграммой, приведенной в прототипе.

Для правильной оценки работы тракта регистрации введем обязательное допущение на работу тракта регистрации устройства в линейном режиме, т.е. амплитуда сигналов в тракте должна быть меньше напряжения источника питания.

Сигнал в тракте регистрации в момент времени τ₂, предшествующий окончанию импульса рентгеновского излучения, описывается формулой
U_c1=U_в+U_мб+U_мд1<U_п, (1)
где U_c1 - суммарный сигнал в момент времени τ₂;
U_в - сигнал люминесценции воздуха в момент времени τ₂;
U_мб - сигнал люминесценции минерала, при наличии быстрой компоненты люминесценции, в момент времени τ₂;
U_мд1 - сигнал люминесценции минерала, при наличии длительной компоненты люминесценции, в момент времени τ₂;
U_п - напряжение источника питания тракта регистрации.

Сигнал в тракте регистрации в момент времени τ₃, сразу после окончания импульса рентгеновского излучения, описывается формулой
U_c2=U_мд2<U_п,(2)
где U_c2 - суммарный сигнал в момент времени τ₃;
U_мд2 - сигнал люминесценции минерала, при наличии длительной компоненты люминесценции, в момент времени τ₃;
При вычитании из (1) (2) пренебрегаем незначительной ошибкой, которая может быть вызвана неполным равенством U_мд1 и U_мд2
U_с1-U_с2=U_в+U_мб+U_мд1-U_мд2=U_в+U_мб<U_п (3)
Из (3) видно, что при отсутствии в зоне регистрации минералов уровень воздуха (фона) определяется только уровнем люминесценции воздуха, а при наличии в зоне регистрации минералов, имеющих быструю компоненту люминесценции при измерении (запоминании) уровня воздуха (фона), будет внесена большая погрешность, определяемая сигналом U_мб.

Рассмотрим также варианты работы тракта регистрации в нелинейном режиме, что может быть вызвано несколькими факторами:
1. U_мб>U_п
Так как значение U_c1 в тракте регистрации не может быть больше U_п, то
U_с1=U_п;
U_с1-U_с2=U_п-U_мд2,
т.е. в данном примере измеряется (запоминается) не уровень фона, а какой-то случайный сигнал, который никак не зависит от величины уровня фона, а определяется амплитудой сигнала длительной компоненты люминесценции.

2. U_мд1=U_мд2>U_п
Так как значение U_с1 и U_с2 в тракте регистрации не может быть больше U_п, то
U_с1=U_п;
U_с2=U_п;
U_с1-U_с2=0,
т. е. в данном примере измеренный (запомненный) уровень воздуха (фона) равен нулю.

Таким образом, чем выше содержание люминесцирующих минералов (полезных или сопутствующих) в питании сепаратора, тем больше вносится погрешность в измерение сигнала люминесценции воздуха (фона) и, как следствие, в поддержание заданного уровня разделения.

Техническим результатом изобретения является повышение извлечения ценного минерала (алмазов) за счет стабилизации уровня разделения.

Технический результат достигается тем, что в способе сепарации минералов, заключающемся в импульсном возбуждении люминесценции минералов и воздуха (фона), регистрации амплитуды суммарного сигнала люминесценции минерала и воздуха (фона), регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала по истечении времени, соответствующего минимальному значению постоянной времени затухания сигнала люминесценции полезного минерала, задании порога сепарации по амплитуде сигнала затухания длительной компоненты люминесценции полезного минерала, сравнении амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала, зарегистрированной по истечении времени, соответствующего минимальному значению постоянной времени затухания сигнала люминесценции полезного минерала с заданным порогом, выделении полезного минерала по результатам сравнения, дополнительно регистрируют текущее значение амплитуды суммарного сигнала люминесценции минерала и воздуха (фона) в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения и непосредственно в процессе сепарации из всей последовательности сигналов выделяют и запоминают минимальную амплитуду сигнала люминесценции, соответствующую люминесценции воздуха (фона), используют амплитуду минимального сигнала для стабилизации уровня разделения.

Используемые в способе сепарации операции: регистрация амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала, задание порога сепарации, стабилизация уровня разделения являются основными для характеристики технологических показателей процесса рентгенолюминесцентной сепарации, при этом
- амплитуда сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала - это значение интенсивности люминесценции минерала с постоянной времени разгорания и затухания люминесценции более 0,5 мс (минимальное значение постоянной времени затухания сигнала люминесценции полезного минерала);
- порог сепарации - это значение интенсивности люминесценции минерала, определяемое его природными свойствами и свойствами технического средства, осуществляющего процесс разделения минералов (при этом все люминесцирующие минералы с интенсивностью люминесценции больше порога сепарации будут отделены в концентрат);
- уровень разделения люминесцирующих минералов - это абсолютное значение интенсивности люминесценции минерала, определяемое его природными свойствами, и используемое в качестве показателя, характеризующего степень извлечения полезных и сопутствующих минералов.

При облучении потока минералов импульсным рентгеновским излучением формируется последовательность сигналов люминесценции, которая включает или сигналы люминесценции воздуха (фона) в моменты отсутствия люминесцирующих минералов в зоне облучения и регистрации, или суммарный сигнал люминесценции воздуха (фона) и минералов полезных и/или сопутствующих, при этом величина суммарного сигнала зависит как от параметров рентгеновского импульса (интенсивности), так и от свойств люминесцирующего минерала (быстрой и/или длительной компоненты люминесценции, постоянной времени разгорания люминесценции и интенсивности люминесценции в статике). Т.е. в заявляемом способе выделение и запоминание минимальной амплитуды сигнала люминесценции воздуха (фона) выполняются в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения и необходимо рассмотреть формулу, аналогичную (1).

U_с=U_в+U_мб+U_мд<U_п, (4)
где U_с - суммарный сигнал в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения;
U_в - сигнал люминесценции воздуха в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения;
U_мб - сигнал люминесценции минерала, при наличии быстрой компоненты люминесценции, в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения;
U_мд - сигнал люминесценции минерала, при наличии длительной компоненты люминесценции, в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения;
U_п - напряжение источника питания тракта регистрации.

Из анализа (4) получаем различные варианты:
1. U_мб>U_п и/или U_мд>U_п
Так как значение U_с в тракте регистрации не может быть больше U_п, то
U_с=U_п (5)
2. U_мб=0
U_с=U_в+U_мд<U_п (6)
3. U_мд=0
U_с=U_в+U_мб<U_п (7)
5. U_мб=0; U_мд=0
U_с=U_в<U_п (8)
Сравнивая между собой выражения (5), (6), (7), (8), находим, что выражение (8), соответствующее минимальному сигналу в тракте регистрации по амплитуде, соответствует "реальному" уровню люминесценции воздуха (фона).

Постоянная времени разгорания и затухания люминесценции воздуха содержит только быструю компоненту люминесценции, и амплитуда сигнала люминесценции воздуха (фона) ввиду малой инерционности повторяет форму импульса рентгеновского излучения и достигает максимума в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения. Если в зоне облучения и регистрации оказывается полезный и/или сопутствующий минерал, то амплитуда суммарного сигнала люминесценции воздуха (фона) и минерала оказывается больше амплитуды сигнала люминесценции воздуха (фона). Таким образом, из всей последовательности сигналов выделяя и запоминая минимальную амплитуду сигнала люминесценции, в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения, которая соответствует люминесценции воздуха (фона), и, используя ее для стабилизации уровня разделения, тем самым обеспечивают повышение извлечения ценного минерала (алмазов).

Способ может быть реализован устройством, представленным на чертеже.

Устройство содержит бункер 1, транспортирующий механизм 2, предназначенный для перемещения минералов через зону облучения и регистрации, источник 3 импульсного рентгеновского излучения, фотоприемник 4 для регистрации амплитуды суммарного сигнала люминесценции минерала и воздуха (фона) и регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала по истечении времени, соответствующего минимальному значению постоянной времени затухания сигнала люминесценции полезного минерала, систему 5 обработки сигналов люминесценции, предназначенную для усиления и сравнения амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала с заданным порогом сепарации и поддержания заданного уровня разделения, блок 6 синхронизации для синхронизации режимов работы, блок 7 выделения и запоминания минимальной амплитуды сигнала люминесценции воздуха (фона) в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения, исполнительный механизм 8.

Система 5 обработки сигналов люминесценции содержит блок 9 регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала, блок 10 сравнения, систему автоматического регулирования (CAP) 11, задатчик 12 порога сепарации и задатчик 13 уровня разделения, причем блок 9 регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала выходом соединен с первым входом блока 10 сравнения, третьим входом соединен с выходом CAP 11, а второй вход блок 10 сравнения соединен с выходом задатчика 12 порога сепарации. Задатчик 13 уровня разделения выходом соединен со вторым входом CAP 11.

Фотоприемник 4 соединен с первыми входами блока 7 выделения и запоминания минимальной амплитуды сигнала люминесценции воздуха (фона) и системы 5 обработки сигналов люминесценции (первый вход блока 9 регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала).

Блок 6 синхронизации выходом подключен к входу источника 3 импульсного рентгеновского излучения и вторым входам системы 5 обработки сигналов люминесценции (второй вход блока 9 регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала) и блока 7 выделения и запоминания минимальной амплитуды сигнала люминесценции воздуха (фона), выход которого соединен с третьим входом системы 5 обработки сигналов люминесценции, которым является первый вход CAP 11.

Исполнительный механизм 8 входом соединен с выходом системы 5 обработки сигналов люминесценции, которым является выход блок 10 сравнения.

Фотоприемник 4 выполнен на базе фотоэлектронного умножителя ФЭУ - 85 и микросхемах 140 серии.

Система 5 обработки сигналов люминесценции выполнена на микросхемах 140 и 176 серий.

Блок 6 синхронизации выполнен на микросхемах 176 серии.

Блок 7 выделения и запоминания минимальной амплитуды сигнала люминесценции воздуха (фона) выполнен на микросхемах 140 серии.

Устройство работает следующим образом.

При работе устройство под действием импульсов рентгеновского излучения, формируемого источником 3 импульсного рентгеновского излучения, люминесцирует объем воздуха в зоне облучения и регистрации и минералы, оказавшиеся в зоне облучения и регистрации. Фотоприемник 4 преобразует световые сигналы в электрические, которые поступают на первый вход блока 9 регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала (первый вход системы 5 обработки сигналов люминесценции) и первый вход блока 7 выделения и запоминания минимальной амплитуды сигнала люминесценции воздуха (фона).

Под управлением блока 6 синхронизации суммарные сигналы люминесценции воздуха (фона) и минерала, возникающие в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения, анализируются блоком 7 выделения и запоминания минимальной амплитуды сигнала люминесценции воздуха (фона), т. е. из всей последовательности сигналов, поступающей на его вход, выбирается минимальный сигнал, соответствующий люминесценции объема воздуха (фона) в зоне облучения и регистрации (так как при нахождении люминесцирующего минерала в зоне облучения и регистрации суммарный сигнал люминесценции воздуха (фона) и минерала всегда будет больше, чем только сигнал люминесценции воздуха (фона) независимо от люминесцирующих свойств минерала: амплитуды люминесценции, наличия быстрой и/или длительной компоненты люминесценции, постоянной времени разгорания и затухания).

Выбранный сигнал запоминается и с выхода блока 7 выделения и запоминания минимальной амплитуды сигнала люминесценции воздуха (фона) поступает на первый вход CAP 11 (третий вход системы 5 обработки сигналов люминесценции), на второй вход которой поступает сигнал с задатчика 13 уровня разделения. По сигналам, поступающим на первый и второй входы CAP 11, формируется сигнал, управляющий поддержанием заданного уровня разделения, который поступает на третий вход блока 9 регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала и управляет электронной регулировкой коэффициента усиления блока 9 регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала (системы 5 обработки сигналов люминесценции).

По окончании действия импульса рентгеновского излучения блок 6 синхронизации выдает сигнал на второй вход блока 9 регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала (второй вход системы 5 обработки сигналов люминесценции), который выполняет необходимую обработку амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала. С выхода блока 9 регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала обработанный сигнал поступает на первый вход блок 10 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 12 порога сепарации. При превышении амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала заданного порога блок 10 сравнения (выход системы 5 обработки сигналов люминесценции) выдает команду на исполнительный механизм 8 на отсечку полезного минерала в тот момент, когда полезный минерал достигает зоны отсечки.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, конкретнее к способам радиометрической сепарации руд, и может быть использовано для сепарации люминесцирующих минералов. Технический результат изобретения - повышение извлечения ценного минерала за счет стабилизации уровня разделения. Способ сепарации минералов заключается в импульсном возбуждении люминесценции минералов и воздуха, регистрации текущего значения амплитуды суммарного сигнала люминесценции минерала и воздуха в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения, выделении непосредственно в процессе сепарации из всей последовательности сигналов и запоминании минимальной амплитуды сигнала люминесценции, соответствующей люминесценции воздуха. Амплитуду минимального сигнала используют для стабилизации уровня разделения и регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала по истечении времени, соответствующего минимальному значению постоянной времени затухания сигнала люминесценции полезного минерала. Кроме того, способ заключается в задании порога сепарации по амплитуде сигнала затухания длительной компоненты люминесценции полезного минерала, сравнении амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала, зарегистрированной по истечении времени, соответствующего минимальному значению постоянной времени затухания сигнала люминесценции полезного минерала с заданным порогом, и выделении полезного минерала по результатам сравнения. 1 ил.

Способ сепарации минералов, заключающийся в импульсном возбуждении люминесценции минералов и воздуха, регистрации амплитуды суммарного сигнала люминесценции минерала и воздуха, регистрации амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала по истечении времени, соответствующего минимальному значению постоянной времени затухания сигнала люминесценции полезного минерала, задании порога сепарации по амплитуде сигнала затухания длительной компоненты люминесценции полезного минерала, сравнении амплитуды сигнала затухания длительной компоненты люминесценции минерала, зарегистрированной по истечении времени, соответствующего минимальному значению постоянной времени затухания сигнала люминесценции полезного минерала с заданным порогом и выделении полезного минерала по результатам сравнения, отличающийся тем, что регистрируют текущее значение амплитуды суммарного сигнала люминесценции минерала и воздуха в момент достижения интенсивности рентгеновского излучения максимального значения и непосредственно в процессе сепарации из всей последовательности сигналов выделяют и запоминают минимальную амплитуду сигнала люминесценции, соответствующую люминесценции воздуха, используют амплитуду минимального сигнала для стабилизации уровня разделения.