СПОСОБ ПОРЦИОННОЙ СОРТИРОВКИ И СЕПАРАЦИИ МИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ГОРНОЙ МАССЫ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЗОЛОТОКВАРЦЕВЫХ РУД Российский патент 2003 года по МПК B03B13/06 

Изобретение относится к области предварительного обогащения материалов и может быть использовано в рудоподготовительных переделах минерального сырья различных типов, предпочтительно золотосодержащих кварцевых руд.

Использование дистанционных физических методов и средств сортировки нерадиоактивных руд известно и привлекает надежностью и высокой производительностью (см. , например, В.А. Мокроусов, В.А. Ликсев. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд, М.: Недра, 1979) [1]. К этим средствам относятся фотометрические, люминесцентные, рентгенорадиометрические сепараторы. Для целей порционной и кусковой сортировки методы сепарации имеют особенности в части выбора тех или иных физических средств и режимов их функционирования, а также математических методов обработки измеренных характеристик для выработки критериев сортировки, адаптированных к промышленным задачам геотехнологии. При этом следует отметить, что золотосодержащие руды являются одним из сложнейших объектов применения радиометрических методов ввиду того, что содержание золота определяется в них не прямым измерением, а на основе корреляции с сопутствующими элементами.

Предпринимались успешные попытки фотометрической сепарации различных коренных руд кварцевой формации, в которых золото связано с кварцем (находится в кварц-карбонатных прожилках белого цвета), а сопутствующие ему горные породы имеют темный цвет. Описано использование лазерной сканирующей системы ([1] , стр.119-121), в основе действия которой лежит анализ коэффициента отражения видимого света от различных участков куска руды. Однако золотосодержащие кварцевые руды, контрастные по оптическим свойствам, присущи не всем месторождениям.

К другим методам относятся рентгенорадиометрические методы, использующие в качестве зондирующего излучения рентгеновское и/или гамма-излучение, а в качестве информативного сигнала - спектр рассеянного и/или прошедшего через руду характеристического излучения. Так известен способ радиометрической сепарации по авт.свид. SU 952384. Развозжаев и др., В 07 С 5/34. oп. 1982 [2], который включает последовательное пропускание порций материала, преимущественно штуфов, через зону воздействия потоком мягкого гамма-излучения, регистрацию спектра характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения от поверхности материала и интенсивности рассеянного гамма-излучения. Далее проводится разделение порций материала по зарегистрированным характеристикам в соответствии с заданными пороговыми критериями сепарации.

В другом изобретении повышение достоверности сепарации золотосодержащих кварцевых руд обеспечивается путем использования более эффективного критерия сепарации и соответствующих средств и методик радиометрического обогащения. Порцию материала облучают первым потоком гамма-излучения с двумя характеристическими энергиями, а также вторым потоком мягкого гамма-излучения. Одновременно регистрируют суммарную интенсивность первого потока, а также интенсивность второго потока гамма-излучения, прошедшего через материал. Регистрируют спектр характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения от поверхности материала и интенсивность рассеянного гамма-излучения. Определяют параметр поглощения гамма-излучения в материале порции и его объемную плотность, показатели пространственной неоднородности измеренных характеристик и параметров (RU 2154537 С1, ИНТЕГРА ГРУП, В 07 С 5/346. 20.08.2000) [3] (ближайший аналог). Использование радиометрической сепарации позволяет осуществить разделение минерализованной горной массы на различные технологические типы (RU 2101095 С1. ИНТЕГРА, В 03 В 13/06, 10.01.1998 [4]; RU 2151643 C1, ИНТЕГРА ГРУП, В 03 В 13/06. В 07 С 5/346, 27.06.2000) [5].

Однако указанные способы обладают недостаточной разрешающей способностью для месторождений типа Мурунтау, в рудах которых сульфиды практически отсутствуют, малы содержания железа, нет мышьяка. Иными словами, отсутствуют легко диагностируемые рентгенофлуоресцентным методом сопутствующие элементы.

Задачей изобретения является создание способа порционной сортировки и сепарации золотокварцевых руд, а технический результат состоит в повышении эффективности обогащения, разделения руд на технологические типы и классы.

Технический результат достигается тем, что способ порционной сортировки и сепарации минерализованной горной массы, преимущественно золотокварцевых руд, состоит в облучении минерализованной горной массы рентгеновским и/или гамма излучением, регистрации параметров спектров характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения от поверхности материала для нескольких ограниченных областей поверхности материала порции и/или единичного штуфа и вычислении по измеренным характеристикам критерия К_i разделения и сортировке (сепарации) минерализованной горной массы в соответствии с установленными пороговыми значениями упомянутого критерия K разделения.

В процессе реализации способа дополнительно облучают поверхность материала порции и/или единичного штуфа оптическим излучением. На тех же отдельных ограниченных областях упомянутой поверхности в процессе перемещения материала порции и/или единичного штуфа проводят регистрацию спектра отраженного оптического излучения. В качестве критерия К_i разделения используют комбинацию измеренных характеристик и параметров, и/или показатели их пространственной неоднородности
K_i=F{SR_j; SL_j; SR_j ²; SL_j ²; M_j},
где SR_j - параметры спектра характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения материала, зарегистрированного c j-ой площадки;
SL_j - параметры спектра отраженного оптического излучения, зарегистрированного с j-ой площадки;
М_j=f{SR_j•SL_j} - характеристика взаимозависимости между параметрами спектров рентгеновского и оптического излучения для одной и той же отдельной ограниченной области поверхности материала порции и/или единичного штуфа; получаемая экспериментальным путем на эталонных образцах,
j - текущий номер ограниченной области поверхности (j=1, 2, 3...n);
i - текущий номер штуфа.

Способ может характеризоваться тем, что параметры спектра характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения материала регистрируют в диапазоне энергий 5-30 кэВ.

Способ может характеризоваться также тем, что параметры спектра отраженного оптического излучения в процессе регистрируют в диапазоне длин волн λ= 0,4-1,2 мкм.

Способ может характеризоваться тем, что параметр спектра отраженного оптического излучения регистрируют с боковой поверхности штуфа, перемещаемого лентой транспортера.

Способ может характеризоваться, кроме того, тем, что регистрацию упомянутых параметров спектров рентгеновского излучения и оптического излучения осуществляют в процессе сканирования порции и/или единичного штуфа источниками упомянутых излучений и соответствующими регистраторами.

Способ может характеризоваться тем, что параметр SR_j спектра характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения материала, зарегистрированный с j-ой площадки, определяют как отношение интенсивностей характеристических линий, нормированных к интенсивности рассеянного рентгеновского излучения.

Способ может также характеризоваться тем, что параметр спектра отраженного оптического излучения, зарегистрированный с j-ой площадки, определяют как отношение интенсивностей спектральных составляющих по меньшей мере в двух диапазонах длин волн.

Способ может характеризоваться далее тем, что параметры спектра отраженного оптического излучения определяют посредством анализа цветных изображений упомянутых ограниченных областей поверхности материала порции и/или единичного штуфа, зарегистрированных цветной телевизионной приемной камерой.

В основе изобретения лежат следующие предпосылки и экспериментальные данные. Известно, что использование разнородных способов радиометрической сортировки в одном процессе обогащения нерадиоактивных руд позволяет повысить производительность и эффективность разделения руд в целом. Так, в источнике [1, с.180], указывается на возможность совмещения в одном процессе фотометрической и гамма-абсорбционной сепарации, выполняемых последовательно. Сначала производится сепарация руды по цвету, а затем выделенная руда делится на группы по технологическим признакам. В патентуемом процессе рекомендуется проводить анализ одного и того же штуфа обоими методами параллельно, более того, сопоставлять между собой параметры разных участков поверхности одного и того же штуфа, зарегистрированных двумя разнородными физическими методами.

Классификация строится по показателям неоднородности физических свойств исследуемого штуфа или совокупности штуфов. Признаком классификации являются компоненты характеристического спектра рентгеновского излучения и оптического спектра отражения, зарегистрированные в пределах одной и той же заданной области на поверхности штуфа (зоны контроля), которые зависят от особенностей минерального состава. Если образец является однородным по минеральному составу, то спектральные характеристики излучения из различных зон контроля будут характеризоваться одинаковыми или близкими спектрами отраженного (рассеянного) оптического излучения. В этом случае показатель неоднородности будет минимальным в диапазоне возможных значений. Если в пределах поверхности штуфа существуют различные линзы, прожилки и другие минеральные агрегаты, по своим свойствам отличающиеся от свойств вмещающей породы, то очевидно, что цвет этих областей будет существенно различаться с цветом породы, то есть спектральные характеристики из этих зон контроля будут различными. В этом случае критерий неоднородности будет достигать значительных величин. При этом необходимо заметить, что золотокварцевые руды (а также руды некоторых других типов), содержащие значительные количества золота, как правило, характеризуются именно таким строением, то есть наличием кварцево-карбонатных прожилок, пятнистых выделений различных метасоматитов и других гидротермальных образований.

Патентуемый метод направлен на регистрацию этих особенностей неоднородности, что позволяет его использовать для разделения золотокварцевых руд. Метод возможно применить для покусковой сепарации и порционной сортировки, когда сортируемый материал помещен монослоем на транспортной ленте. В одном из вариантов реализации, при покусковой сепарации, рекомендуется осуществлять анализ цвета на боковой поверхности штуфа, поскольку сланцеподобные штуфы самоустанавливаются на ленте так, что имеют наибольшую изменчивость в цветовых свойствах в направлении, перпендикулярном поверхности ленты транспортера. Если минерализованная горная масса помещена в вагонетках, автосамосвалах или других транспортных средствах, то возможно проведение контроля по свободной поверхности.

Принцип измерений параметров штуфов (как коллекционных, так и сепарируемых) поясняется на чертеже.

Носитель 1 транспортирующего средства перемещает штуф 2 через облучающе-регистрирующую систему 3, которая включает средства рентгенофлуоресцентного и оптического контроля. Облучающе-регистрирующая система обеспечивает возможность локального съема информации с отдельных частей поверхности штуфа 2, например, в направлении параллельном поверхности носителя 1, перпендикулярном ей или под углом. Перемещение возможно осуществлять как в режиме непрерывного, так и импульсного перемещении штуфов, в последнем случае в фазе останова возможно обеспечить большее время экспозиции штуфа, что важно для повышения достоверности рентгенофлуоресцентного анализа. Как показано на чертеже, при перемещении штуфа 2 слева направо в зоне контроля системы 3 последовательно оказываются области 4: I, II, ...j, ...n. Соответственно оказываются зарегистрированными параметры спектров характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения - SR_j и оптического излучения SL_j. Описанная схема измерений не изменяется, если контролю подвергается порция горной массы.

Предварительно устанавливают критерий сепарации, включающий как характеристики флуоресцентного рентгеновского излучения, так и оптического спектра отражения света, характеризующего цвет поверхности штуфа, который в общем виде имеет вид:
K_i=F{SR_j; SL_j; SR_j ²; SL_j ²; M_j}.

Критерий К строится на основе предварительных, детальных исследований эталонных коллекций штуфов (1, 2, ...i, ...М) с известным содержанием полезного компонента. Для этого проводят следующие процедуры:
1. Для каждого i-го штуфа регистрируются параметры спектров характеристического рентгеновского значения SR₁,..._j,..._n и оптического излучения SL₁, . . ._j,..._n, где j - порядковый номер зоны контроля (области обозначены поз. 4). Спектр характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения материала регистрируют в диапазоне энергий 5-30 кэВ. Спектр отраженного оптического излучения регистрируют в диапазоне длин волн λ=0,4-1,2 мкм.

2. Из этих параметров спектров для i-го штуфа выделяют информативные параметры, отражающие для SR_j интенсивность характеристических линий, интенсивность рассеянного излучения, а для оптического излучения SL_j - интенсивность отдельных линий (полосы) спектра или их интенсивность RGB- матрицей. Для этого в каждом спектре SL_j выделяют по меньшей мере две полосы в диапазонах длин волн Δλ₁, Δλ₂...Δλ_n, в которых регистрируют интенсивности оптического излучения I₁, I₂, ...I_n. Анализируемые полосы спектра также выбраны с точки зрения информативности для целей сепарации и найдены в результате экспериментов на образцах сепарируемых руд.

Спектр отраженного оптического излучения, по существу характеризующий цвет поверхности штуфа, можно определить посредством анализа цветных изображений упомянутых ограниченных областей поверхности штуфа, зарегистрированных цветной телевизионной приемной камерой. В этом случае, по известной методике (см., например. Фор А., Восприятие и распознавание образов / пер. с фр. А.В. Серединского; п/р Г. П. Катыса - М..: Машиностроение, 1989) ограничивают контуры штуфа на фоне носителя 1 транспортирующего средства или отдельного эталона, затем внутри этих контуров выделяют фрагменты изображений, определяют для них матрицу RGB-цветов, и регистрируют компоненты I_R, I_G, I_B излучения, соответственно. Для примера в таблице приведены искомые параметры для двух линий для SR_j и двух линий SL_j (при представлении оптического спектра в виде RGB-матрицы таких компонент три: I_R, I_G, I_B).

Далее вычисляется набор параметров К для i-гo штуфа:
- среднее значение P_i ⁽¹⁾, P_i ⁽²⁾, среднеквадратическое отклонение σ_Pi(1), σ_Pi(2);
- среднее значение I_i ⁽¹⁾, I_i ⁽²⁾, среднеквадратическое отклонение σ_Ii(1), σ_Ii(2);
- коэффициент множественной корреляции [Р⁽¹⁾, Р⁽²⁾, I⁽¹⁾, I⁽²⁾]_i. Если спектр SR_j флуоресцентного рентгеновского излучения по каким-либо причинам не может быть зарегистрирован с каждой из упомянутых ограниченных областей поверхности, тогда в качестве параметров может быть взят суммарный спектр для нескольких областей штуфа.

3. По совокупности штуфов строится, например, линейная регрессия содержания золота C(Au)_i на параметры по п.2:

4. Назначается параметр К₀, при котором содержание золота в штуфе ниже бортового: К₀<K_борт.

На этом стадия построения критерия К на основе предварительных исследований эталонных коллекций штуфов с известным содержанием полезного компонента, иными словами, "обучение", завершается.

Собственно процесс сепарации минерализованной горной массы и проводимые измерения и вычисления аналогичны вышеописанным операциям 1-4 и осуществляются следующим образом.

В зону измерений вводится штуф X, для которого регистрируется ряд значений параметров SR_j и SL_j для j зон регистрации. Затем по этим зарегистрированным характеристикам вычисляются параметры для штуфа X:
- среднее значение P_x ⁽¹⁾, P_x ⁽²⁾, среднеквадратическое отклонение σ_Px(1), σ_Px(2);
- среднее значение I_x ⁽¹⁾, I_x ⁽²⁾, среднеквадратическое отклонение σ_Ix(1), σ_Ix(2);
- коэффициент множественной корреляции [Р⁽¹⁾, P⁽²⁾, I⁽¹⁾, I⁽²⁾]_х.

Далее по вышенайденным параметрам рассчитывается значение критерия К_X из линейной регрессии:

Затем проверяется выполнение условия по содержанию золота в анализируемом штуфе X для принятия последующего решения о сепарации (сортировке). Если значение К_X>К₀, то штуф X (или анализируемая порция) направляется в концентрат, если К_X<К₀ - штуф (или анализируемая порция) направляется в отвал. Аналогичным образом проводится сепарация (сортировка) на несколько технологических типов с предварительным обучением системы и выявлением совокупности пороговых значений К₀.

Проведенные эксперименты показывают, что использование одновременно двух физических методов - рентгенорадиометрического и оптического, каждый из которых удовлетворяет требованиям инструментального и экспрессного анализа и дополняет друг друга, позволяет повысить качество сепарации минерального сырья.

Промышленная применимость. Способ может быть реализован с использованием известных средств [1-5]. В качестве средств анализа параметров спектра могут быть использованы фотоэлектрические колориметры (см., например, Кривошеев М. И. , Кустарев Л.К., Цветовые измерения, М.: Энергоатомиздат, 1990, с.138-174), цветные телевизионные камеры, известные в области сортировки (см., например, US 5586663, Graudejus, et al. B 07 C 5/342, 209/582. 24.12.1996). Могут быть использованы и другие спектральные измерительные системы (см. ЕР 0064842 A1, SPHERE Inv. Ltd., B 07 C 5/342, 17.11.82), также известные при сортировке руд.

Изобретение относится к области предварительного обогащения материалов и может быть использовано в рудоподготовительных переделах минерального сырья различных типов, предпочтительно золотосодержащих кварцевых руд. Технический результат состоит в повышении эффективности обогащения, разделении руд на технологические типы и классы. В процессе реализации способа облучают поверхность материала порции и/или единичного штуфа рентгеновским и оптическим излучением. На одних и тех же отдельных ограниченных областях упомянутой поверхности в процессе перемещения материала порции и/или единичного штуфа проводят регистрацию параметров рентгеновского флуоресцентного спектра и отраженного оптического излучения, характеризующего цветовые характеристики. В качестве критерия К_i разделения используют комбинацию измеренных характеристик и параметров и/или показатели их пространственной неоднородности K_i=F{SR_j; SL_j; SR_j ²; SL_j ²; M_j}, где SR_j - параметры спектра характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения материала, зарегистрированного с j-й площадки; SL_j - параметры спектра отраженного оптического излучения, зарегистрированного с j-й площадки; M_j=f{SR_i•SL_j} - характеристика взаимозависимости между параметрами спектров рентгеновского и оптического излучения для одной и той же отдельной ограниченной области поверхности материала порции и/или единичного шурфа, получаемая экспериментальным путем на эталонных образцах; j - текущий номер ограниченной области поверхности (j=1, 2, 3... n); i - текущий номер штуфа. 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ порционной сортировки и сепарации минерализованной горной массы, преимущественно золотокварцевых руд, состоящий в облучении минерализованной горной массы рентгеновским и/или гамма излучением с последующей регистрацией параметров спектров характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения для нескольких ограниченных областей поверхности материала порции и/или единичного штуфа, вычислении критерия К_i разделения по измеренным параметрам и разделении минерализованной горной массы в соответствии с установленными пороговыми значениями критерия K разделения, отличающийся тем, что дополнительно облучают поверхность материала порции и/или единичного штуфа оптическим излучением, для тех же упомянутых ограниченных областей поверхности материала порции и/или единичного штуфа проводят регистрацию параметров спектра отраженного оптического излучения, при этом в качестве критерия К_i разделения используют комбинацию измеренных параметров, и/или показатели их пространственной неоднородности
K_i= F{ SR_j; SL_j; SR_j ²; SL_j ²; M_j} ,
где SR_j - параметры спектра характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения материала, зарегистрированного с j-ой ограниченной области поверхности материала порции и/или единичного штуфа;
SL_j - параметры спектра отраженного оптического излучения, зарегистрированного с j-ой ограниченной области поверхности материала порции и/или единичного штуфа;
M_j= f{ SR_j•SL_j} - характеристика взаимозависимости между спектрами рентгеновского и оптического излучений для одной и той же ограниченной области поверхности материала порции и/или единичного штуфа, получаемая экспериментальным путем на эталонных образцах;
j - текущий номер ограниченной области поверхности материала порции и/или единичного штуфа (j= 1, 2, 3. . . n);
i - текущий номер порции и/или единичного штуфа. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спектр характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения материала регистрируют в диапазоне энергий 5-30 кэВ. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что спектр отраженного оптического излучения регистрируют в диапазоне длин волн λ= 0,4-1,2 мкм. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что параметры спектра отраженного оптического излучения регистрируют с боковой поверхности штуфа, перемещаемого лентой транспортера. 5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что регистрацию упомянутых параметров спектров рентгеновского излучения и оптического излучения осуществляют в процессе сканирования порции и/или единичного штуфа источниками упомянутых излучений и соответствующими регистраторами. 6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что параметр SR_j спектра характеристического флуоресцентного рентгеновского излучения материала, зарегистрированный с j-ой площадки, определяют как отношение интенсивностей характеристических линий, нормированных к интенсивности рассеянного рентгеновского излучения. 7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что параметр спектра отраженного оптического излучения, зарегистрированный с j-ой площадки, определяют как отношение интенсивностей спектральных составляющих по меньшей мере в двух диапазонах длин волн. 8. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что параметры спектра отраженного оптического излучения определяют посредством анализа цветных изображений упомянутых ограниченных областей поверхности материала порции и/или единичного штуфа, зарегистрированных цветной телевизионной приемной камерой.