СПОСОБ РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ СЕПАРАЦИИ МИНЕРАЛОВ Российский патент 2008 года по МПК B03B13/06 B07C5/342 

Изобретение относится к области обогащения и сортировки полезных ископаемых, а именно к рентгенолюминесцентной сепарации алмазов, и может быть использовано при обогащении алмазосодержащих руд.

Известен способ сепарации, состоящий в облучении разделяемых минералов возбуждающим излучением (рентгеновским) и извлечении полезного компонента, если величина светового потока люминесценции полезного компонента превышает заданное (пороговое) значение (Гомон Г.О. Алмазы. М.: "Машиностроение", 1966 г.).

Недостатком данного способа является то, что наряду с полезным компонентом, световой поток люминесценции такой же величины дают и ряд других минералов, не являющихся полезными компонентами. Эти минералы извлекаются в концентрат совместно с полезным компонентом (с алмазами), поэтому селективность данного способа недостаточно высока.

Известен также способ сепарации, включающий в себя облучение разделяемых минералов возбуждающим излучением (рентгеновским), фильтрацию области спектра люминесценции, в которой имеется максимум энергии светового потока люминесценции, регистрацию отфильтрованной части светового потока люминесценции, принятие решения об извлечении, если величина светового потока соответствует величине светового потока полезного компонента. Например, максимум светового потока люминесценции алмаза находится в голубой области спектра (440-460 нм), поэтому, с целью повышения селективности сепарации, регистрацию люминесценции ведут в голубой области спектра. Для выделения этой области спектра используют соответствующие светофильтры (Техническое описание рентгеновского сепаратора CDX116VE, DEBEX (Pty) Ltd, 1996, техническое описание сепаратора ЛС-Д-50-03 НПП "Буревестник").

Известный способ частично устраняет недостатки аналога, поскольку позволяет избавиться от части светового потока люминесценции в красной области спектра, характерного, например, для минералов карбонатной группы. Однако, селективность данного способа также недостаточно высока. Этот недостаток объясняется тем, что в области максимума светового потока люминесценции полезного компонента ряд отделяемых минералов также имеет максимум светового потока люминесценции. Например, ряд минералов из кимберлитов: циркон, галит, некоторые разновидности кварца, минералы полевошпатной группы имеют полосу рентгенолюминесценции в голубой области спектра, световой поток которой превышает световой поток рентгенолюминесценции алмаза в этой же области. При использовании сепарации с фильтрацией голубой области спектра, в которой наблюдается максимум светового потока люминесценции алмаза, часть отделяемых минералов извлекаются в концентрат совместно с алмазом. А в кимберлитах таких минералов существенно (в 10-1000 раз) больше, чем алмазов. Для повышения извлечения слаболюминесцирующих алмазов обычно увеличивают чувствительность сепаратора, но при этом резко возрастает поступление в концентрат отделяемых минералов. Это снижает селективность сепарации, отрицательно сказывается на показателе сокращения и снижает эффективность обогащения в целом. Таким образом, часть алмазов со слабой люминесценцией невозможно отделить от других минералов данным способом, а именно, люминесцентной сепарацией с фильтрацией области максимума светового потока люминесценции полезного компонента (голубой области спектра), поэтому селективность данного способа недостаточна. На фиг.4. показана спектральная плотность люминесценции алмаза в сопоставлении со спектральной плотностью ряда отделяемых минералов, попадающих в концентрат люминесцентной сепарации после отделения по способу-прототипу. Интегральные потоки люминесценции равны между собой и нормированы так, что площадь, заключенная между спектральной кривой и осью абсцисс, равна единице. Равенство световых потоков означает равенство получаемых от них сигналов, поэтому эти образцы неразделимы способом-прототипом.

Цель изобретения - повышение селективности процесса за счет выбора области, в которой различия в спектральной плотности люминесценции алмазов и отделяемых минералов максимальны.

Поставленная цель достигается способом, включающим облучение минералов возбуждающим излучением, фильтрацию люминесценции, регистрацию отфильтрованной части светового потока люминесценции и отделение полезного компонента по заданной величине светового потока, в котором регистрацию светового потока люминесценции ведут в области минимума спектральной плотности люминесценции отделяемых минералов.

А при фильтрации светового потока выделяют сине-зеленую область спектра, например, использованием фильтров СЗС-3 и СС-20.

При фильтрации светового потока используют интерференционный фильтр с максимумом пропускания при 510-530 нм.

Причем при облучении минералов напряжение на рентгеновской трубке поддерживается на уровне 34-36 кВ.

При разработке данного способа исходили из следующих соображений.

Известно, что излучение характеризуют потоком энергии, которую оно переносит, или просто световым потоком Е. Распределение энергии светового потока по длинам волн λ называют спектральной плотностью энергии светового потока излучения или просто спектральной плотностью ΔЕ/Δλ (Дж/нм). Очевидно, что энергия, переносимая световым потоком, равна

Интегрирование производится по длине волны λ и по всему спектру. Регистрация светового потока фотоприемником без принятия специальных мер заключается в преобразовании энергии всего светового потока Е (в пределах диапазона спектральной чувствительности фотоприемника) в электрический сигнал, поэтому такие фотоприемники называются интегральными.

Излучения, каковым является и люминесцентное излучение, обладают существенной неравномерностью распределения энергии в спектре. В частности, спектры люминесценции газов состоят из достаточно узких (Δλ≈1 нм) тонких линий. В этих линиях сосредоточена практически вся переносимая излучением энергия. Спектры кристаллов, каковыми являются алмазы и отделяемые минералы, представляют собой одну или несколько достаточно широких (Δλ≈50-100 нм) полос, как правило, колоколообразной формы. Спектральная плотность люминесценции в этих полосах также распределена неравномерно, полосы имеют максимум спектральной плотности и "крылья": коротковолновое крыло - участок спектра с длинами волн, меньшими, чем длина волны максимума полосы, и длинноволновое крыло - участок спектра с длинами волн, большими, чем длина волны максимума спектральной полосы (фиг.1). Если спектральные полосы полезного компонента и отделяемых минералов не перекрываются, то целесообразно выделить (отфильтровать), используя, например, светофильтры, участок спектра вблизи максимума спектральной плотности полосы люминесценции полезного компонента, как это сделано в способе-прототипе. Такая фильтрация позволяет подавить, например, люминесценцию карбонатных пород в красной области спектра. Но если спектры люминесценции частично перекрываются, то такая фильтрация не будет достаточно эффективной. В то время выделение области спектра, в которой наблюдаются максимальные различия в спектральной плотности люминесценции полезного компонента и отдаляемых минералов, позволяет получить и максимальные различия в сигналах фотоприемников и, таким образом, повысить селективность сепарации.

С целью определения области максимального различия спектральной плотности световых потоков люминесценции алмазов и отделяемых минералов исследованы закономерности в спектрах минералов из концентратов и хвостов рентгенолюминесцентной сепарации, осуществленной на одной из обогатительных фабрик АК «АЛРОСА» без использования фильтрации. Минералогический анализ показал, что в концентрате сепарации совместно с алмазами содержатся минералы карбонатной группы (кальцит, доломит), минералы полевошпатной группы (плагиоклаз, микроклин), циркон, галит. В хвостах сепарации, наряду с отделяемыми минералами, присутствуют алмазы.

Исследование спектров рентгенолюминесценции алмазов из концентрата сепарации показало, что эти алмазы дают большой световой поток люминесценции, в спектрах люминесценции алмазов присутствует известная А-полоса, которая обладает максимумом в диапазоне 440-460 нм (фиг.1). Алмазы из хвостов сепарации обладают меньшим световым потоком люминесценции, по сравнению с алмазами из концентрата, причем максимум их люминесценции расположен в зеленой области спектра при 520-530 нм (фиг.2).

В спектрах отделяемых минералов из концентрата сепарации максимум люминесценции расположен либо в голубой области спектра (350-450 нм), либо в желто-оранжевой (550-600 нм) области спектра, либо интенсивность потока имеет максимумы в обеих этих областях (фиг.3). Все эти минералы извлеклись в концентрат сепарации совместно с алмазами, поскольку интегральный световой поток их люминесценции был близок или превосходил по величине световой поток люминесценции алмазов.

Как следует из фиг.3, совокупность спектров отделяемых минералов имеет минимум интенсивности люминесценции в сине-зеленой области, а именно, в диапазоне 450-550 нм, где спектральная плотность люминесценции алмаза превышает спектральную плотность люминесценции отделяемых минералов. В этой области расположено длинноволновое крыло люминесценции алмазов, не содержащее максимум энергии излучения, но здесь находится минимум энергии люминесценции отделяемых минералов. Поэтому именно в этой области наблюдаются максимальные различия в интенсивности люминесценции алмазов и отделяемых минералов, следовательно, использование регистрации именно этой области спектра предпочтительно для селективной сепарации алмазов. Эту область спектра можно выделить, например, комбинацией светофильтров СЗС-3 и СС-20 или интерференционным фильтром с максимумом 510-530 нм.

Техническое решение поясняется фиг.1-9, где:

фиг.1) - спектры рентгенолюминесценции алмазов, удовлетворительно извлекаемых по способу-прототипу;

фиг.2) - спектры слаболюминесцирующих алмазов, которые не извлекаются по способу-прототипу;

фиг.3) - спектры ряда отделяемых минералов, извлекаемых в концентрат сепарации совместно с алмазами по способу-прототипу;

фиг.4) - спектральная плотность рентгенолюминесценции алмаза и ряда отделяемых минералов без фильтрации. Здесь и далее: Gal - галит (каменная соль), Cirk - циркон, Dol - доломит, Cat - кальцит, Plag - плагиоклаз, D - алмаз;

фиг.5) - спектральная плотность рентгенолюминесценции алмаза и ряда отделяемых минералов после фильтрации области минимума спектральной плотности отделяемых минералов;

фиг.6) - потоки излучения после фильтрации по способу-прототипу (не закрашены) и заявляемому техническому решению (закрашены);

фиг.7) - спектральные плотности люминесценции алмаза (верхняя кривая) и отделяемых минералов после интерференционного фильтра с максимумом пропускания при 520 нм. Световые потоки до фильтрации равны друг другу;

фиг.8) - потоки излучения алмазов и отделяемых минералов после использования интерференционного фильтра;

фиг.9) - зависимость извлечения сепаратором ряда минералов при вариации интенсивности возбуждения (напряжения на рентгеновской трубке) при фильтрации сине-зеленой области спектра.

Пример конкретного выполнения

Из полученного на обогатительной фабрике концентрата люминесцентной сепарации отобрана проба материала, состоящая из алмазов, галита (каменной соли) и цирконов. Все эти минералы извлечены в концентрат совместно с алмазами, поскольку их интегральные световые потоки (площади фигур, заключенных между спектральной кривой и осью абсцисс) близки или равны между собой. Равенство световых потоков (фиг.4) означает равенство получаемых от них сигналов, поэтому эти образцы неразделимы способом-прототипом.

Проведена регистрация спектров люминесценции тех же минералов через светофильтры СЗС-3 и СС-20, которыми выделена область спектра, в которой различия в спектральной плотности люминесценции алмазов и отделяемых минералов максимальны. Спектры, полученные через светофильтры, показаны на фиг.5. При этом отфильтрованный световой поток люминесценции алмаза составил около 0.45 от потока без фильтрации, а отфильтрованные световые потоки люминесценции отделяемых минералов составили 0.22-0.28 от их же потока без фильтрации.

На фиг.6 показаны сравнительные величины световых потоков люминесценции алмаза и отделяемых минералов при фильтрации согласно способу-прототипу (фиг.4) и заявляемому техническому решению (фиг.5). Таким образом, после фильтрации поток люминесценции алмаза стал почти в два раза превосходить поток люминесценции отделяемых минералов, следовательно, и получаемый сигнал от алмаза стал почти в два раза больше, чем сигналы от отделяемых минералов. Если установить порог разделения, например, на уровне 0.7 от потока люминесценции алмаза, то при фильтрации согласно способу-прототипу в концентрат будут извлечены все минералы, за исключением кальцита. А при фильтрации согласно заявляемому техническому решению в концентрат будут извлечены только алмазы. Таким образом, фильтрация области минимума спектральной плотности люминесценции отделяемых минералов увеличивает различие между сигналами, получаемыми от алмазов и отделяемых минералов, следовательно, позволяет увеличить селективность процесса сепарации.

Максимум селективности достигается при регистрации люминесценции в узком спектральном диапазоне (около 20 нм) при 510-530 нм. Такой диапазон выделяется, например, применением интерференционных фильтров. На фиг.7 показаны спектры исследуемых образцов, полученные с использованием этого фильтра, а на фиг.8 - соотношения между сигналами от люминесцирующего алмаза и минералов, которые требуется отделить. Как следует из фиг.8, данный интерференционный фильтр обладает достаточно высокой эффективностью, позволяя существенно увеличить отношение между сигналами от люминесцирующих алмазов и отделяемых минералов.

Эксперименты с данной пробой продолжены с использованием сепаратора для лабораторной обработки проб. В сепаратор перед фотоприемником были установлены те же светофильтры (СЗС-3 и СС-20 или интерференционный фильтр). Светофильтрами выделена область спектра, в которой различия в спектральной плотности люминесценции алмазов и отделяемых минералов максимальны.

Поскольку светофильтры частично подавляют как световой поток люминесценции алмазов, так и световой поток отделяемых минералов, то чувствительность сепаратора изменилась. С целью определения селективного режима работы сепаратора потребовалось получить зависимость извлечения сепаратором от его чувствительности. Чувствительность сепаратора в эксперименте регулировалось вариацией интенсивности возбуждения (изменением напряжения U на рентгеновской трубке сепаратора, фиг.9).

Как следует из фиг.9, при высокой чувствительности сепаратора (напряжении на рентгеновской трубке свыше 40 кВ) селективности сепарации не наблюдается и при установке фильтров. Но при напряжениях на рентгеновской трубке порядка 34-36 кВ извлечение алмазов остается на уровне 100%, а извлечение отделяемых минералов снижается, т.е. селективность сепарации увеличивается. В концентрат сепарации попадает около 65% цирконов и около 70% каменной соли. При снижении напряжения на рентгеновской трубке до 34 кВ извлечение алмазов не выходит из допустимых пределов и составляет около 98%. При этом в концентрат извлекается около 60% цирконов и около 50% кристаллов каменной соли. Таким образом, при проведении сепарации с фильтрацией области минимума спектральной плотности люминесценции отделяемых минералов, на зависимости извлечения сепаратором от его чувствительности имеется селективный режим сепарации при заданном извлечении (98-100%). Следовательно, фильтрация области минимума спектральной плотности люминесценции отделяемых минералов позволяет повысить селективность сепарации при извлечении полезного компонента.

Данный способ сепарации высокоэффективен, поскольку требует минимальных дополнительных затрат и переделок в сепараторах, но позволяет уменьшить выход люминесцирующих отделяемых минералов в концентрат на 40-50%.

Изобретение относится к области обогащения и сортировки полезных ископаемых, а именно к рентгенолюминесцентной сепарации алмазов, и может быть использован при обогащении алмазосодержащих руд. Техническим результатом изобретения является повышение селективности процесса за счет выбора области, в которой различия в спектральной плотности люминесценции алмазов и отделяемых минералов максимальны. Для этого способ включает облучение минералов возбуждающим излучением, фильтрацию люминесценции, регистрацию отфильтрованной части светового потока люминесценции и отделение полезного компонента по заданной величине светового потока. При этом регистрацию светового потока люминесценции ведут в области минимума спектральной плотности люминесценции отделяемых минералов. А при фильтрации светового потока люминесценции выделяют сине-зеленую область спектра в диапазоне 450-550 нм, например, использованием пары фильтров СЗС-3 и СС-20 или интерференционного фильтра с максимумом пропускания при 520-530 нм. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов, включающий облучение минералов возбуждающим излучением, фильтрацию люминесценции, регистрацию отфильтрованной части светового потока люминесценции и отделение полезного компонента по заданной величине светового потока, отличающийся тем, что регистрацию светового потока люминесценции ведут в области минимума спектральной плотности люминесценции отделяемых минералов, при этом при фильтрации светового потока люминесценции выделяют сине-зеленую область спектра в диапазоне 450-550 нм.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для фильтрации светового потока люминесценции используют пару фильтров СЗС-3 и СС-20.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для фильтрации светового потока люминесценции используют интерференционный фильтр.