СПОСОБ СЕПАРАЦИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B07C5/346 B03B13/06 G01N23/00 

Способ сепарации алмазосодержащих материалов и устройство для его осуществления относятся к способам автоматической сортировки руд и предназначено, в частности, для извлечения алмазов из алмазосодержащих смесей минералов, например из концентратов предварительного обогащения.

Известны методы обогащения руд [1], основанные на различии минералов по испусканию или ослаблению радиоактивного излучения. Среди методов радиометрической сепарации необходимо выделить группу гамма-абсорбционных методов, к которой относится предлагаемое изобретение. В основе методов лежит физическое явление, связанное с фотоэлектрическим поглощением, когерентным и некогерентным рассеянием гамма- и рентгеновского излучения.

Сортировка руды производится в автоматическом режиме. Сортируемый материал предварительно классифицируют по размеру, в результате чего на конкретный технологический передел подается материал заданного класса крупности, в котором зерна или куски минералов имеют размеры больше нижней границы класса, но меньше верхней границы класса. Необходимо отметить, что внутри определенного класса зерна материала отличаются не только размером, но и геометрической формой.

Известен способ извлечения алмазов из сыпучего материала, описанный в патенте Великобритании 1135232, GIA, МКИ G01 №23/12, 1968. Способ основывается на различии интенсивностей проникающего излучения прошедшего слой жидкой вмещающей среды, часть которой вытеснена либо алмазом, либо сопутствующим минералом. Материал подается по наклонному желобу в потоке суспензии или растворе тяжелых солей, которые являются непрозрачными для рентгеновского излучения. Согласно известному способу поток тяжелой (малопрозрачной для рентгеновского излучения) жидкости имеет толщину меньше, чем зерна полезного минерала с низким атомным номером (например, алмаза) минимального размера. Наклонный желоб выполнен из легкого металла и просвечивается жестким рентгеновским или гамма-излучением. Излучение, прошедшее сквозь основание желоба и поток суспензии (или раствора солей тяжелых металлов), попадает на люминесцирующий экран и далее регистрируется детектором, который имеет пространственное разрешение (например, телевизионная камера). В данном способе согласно описанию патента алмазы должны давать на экране телевизионной камеры изображение в виде светлого пятна на общем темном фоне.

Данный способ имеет ряд недостатков. Во-первых, пузыри воздуха или газа будут восприниматься как зерна алмазов и вызывать ложные срабатывания; во-вторых, в случае образования волн или завихрений в потоке жидкости алмаз минимального размера может быть покрыт сверху слоем жидкости, то есть быть невидим на экране; в-третьих, алмазы как гидрофобные объекты, за счет поверхностного натяжения, могут плыть на поверхности жидкости, особенно, если эта жидкость представляет собой суспензию или раствор солей тяжелых элементов.

Известны способ обнаружения алмазов и устройство для его осуществления, описанные в патенте Великобритании 2013335, GIA, МКИ G01 №23/00. Известный способ включает в себя операцию облучения зерна сепарируемого материала первичным рентгеновским излучением, которое возбуждает вторичное рентгеновское излучение. Под вторичным рентгеновским излучением в данном патенте подразумевается рассеянное излучение и флуоресцентное одновременно. Вторичное излучение отбирается от той же поверхности зерна, которая облучается, оно регистрируется при угле рассеяния меньшим 90° (угол между направлениями распространения первичного и вторичного излучения). Точное значение угла рассеяния в тексте не оговаривается. Вторичное излучение регистрируется в заданном интервале энергий квантов в двух вариантах либо при одной энергии, выбранной из интервала, либо измеряется интегральное излучение одновременно во всем интервале энергий квантов. Заданный интервал регистрируемых энергий квантов выбирается так, чтобы в него не попадали линии характеристического излучения сопутствующих минералов или включений минералов, имеющихся внутри кристаллов алмаза. Вторичное излучение регистрируется с помощью спектрометрического счетчика рентгеновских импульсов в течение заданного интервала времени, типичное время регистрации, указанное в тексте, составляет 20 сек. Счетчик должен обеспечивать не только счет количества импульсов, но и измерение энергии, например, с помощью амплитудного анализатора или специального кристалла анализатора.

Для повышения контрастности вторичного излучения предлагается перед окном детектора устанавливать фильтр, например в виде фольги, ослабляющий фоновое излучение.

Для снижения влияния размеров зерен предлагается облучать поверхность зерна пучком рентгеновского излучения, поперечное сечение которого заведомо меньше минимально возможного размера зерна сортируемой смеси минералов. В качестве альтернативного способа предлагается критерием разделения минерала с низким атомным номером, то есть алмаза от сопутствующих минералов, имеющих высокий атомный номер, считать отношение интенсивности вторичного излучения в энергетическом диапазоне пика рассеянного излучения анода рентгеновской трубки к интенсивности фонового излучению в области меньших энергий.

Недостатком известного способа является низкий уровень сигнала, регистрируемого детектором, следствием чего является значительное время, требуемое для анализа одного зерна, так в примерах конкретного выполнения способа приводятся экспериментальные данные для экспозиций в течение от 10 до 80 сек. При этом тестовый сигнал для алмазов составляет от 1099 имп. (при 10 сек) до 9111 имп. (при 80 сек). При сепарации алмазосодержащих смесей минералов в автоматическом режиме типичное время нахождения зерна в зоне анализа составляет 0.002-0.01 сек. В противном случае производительность сепарации падает настолько, что применение данного способа сепарации теряет смысл. При указанных временах регистрации, с учетом величин, указанных выше, за требуемое время нахождения зерна минерала в зоне анализа будут наблюдаться единичные импульсы счетчика, по которым невозможно провести идентификацию алмаза. Как следует из текста патента, увеличение интенсивности не дает эффекта, так как наступает насыщение детектора, вследствие чего он вообще перестает считать импульсы.

Ближайшим аналогом заявляемого способа является способ сепарации алмазосодержащих материалов, описанный в патенте Российской Федерации №2199108, МПК6 G01N 23/00 В07С 5/342, 2002 г. (прототип).

Данный способ основывается на различии коэффициентов ослабления (фотоэлектрического поглощения и рассеяния) рентгеновского излучения вещества алмаза и сопутствующего минерала. В способе измеряется интенсивность вторичного излучения, под которым понимается суммарная интенсивность рассеянного рентгеновского излучения на частице минерала и рассеянного рентгеновского излучения на полупрозрачном экране, расположенном в непосредственной близости за частицей. Измерение вторичного излучения производится с необлученной стороны экрана.

Так как полезный минерал - алмаз - обладает меньшим атомным номером, чем средний атомный номер сопутствующих минералов, составляющих основную массу кимберлита, и, следовательно, обладает большей прозрачностью в рентгеновских лучах, то от алмаза будет наблюдаться и более высокий суммарный сигнал. Подбором материала и толщины рассеивающего экрана добиваются максимального различия сигналов от алмаза и от сопутствующего минерала, достигая ситуации, когда при любых размерах частиц в пределах выбранного класса крупности импульсные составляющие сигналов от алмаза и от сопутствующего минерала будут иметь разную полярность. Этот признак и используется для разделения минералов.

Способ-прототип предполагает поштучную подачу материала, содержащего частицы с различными атомными номерами, в зону анализа, облучение материала коллимированным пучком первичного проникающего излучения, поперечное сечение которого вытянуто в горизонтальном направлении, регистрацию вторичного проникающего излучения, сравнение сигнала с пороговым значением и выделение полезного минерала по результату сравнения. Вторичное излучение регистрируют со стороны, противоположной падающему первичному потоку в телесном угле 0,2-4,0 стерадиана относительно оси этого потока. Ширину поперечного сечения потока первичного излучения выбирают такой, чтобы его пересекали любые возможные траектории движения частиц сепарируемого материала. Высоту пучка выбирают в зависимости от минимальной крупности сепарируемого материала так, чтобы одновременно под облучением находилось не более одной частицы.

Известный способ имеет три недостатка.

Первым недостатком является низкая селективность разделения полезного минерала и сопутствующих минералов, а также высокий уровень помех, связанный с регистрацией импульсов естественного радиоактивного фона. Первый недостаток связан с тем, что в моменты времени, соответствующие входу и выходу зерна минерала в облучаемую область, наблюдаются сигналы рассеяния, сравнимые с сигналами от зерна полезного компонента (алмаза). Данный недостаток приводит к тому, что система обнаружения алмазов срабатывает не только на алмазы, но и на крупные зерна сопутствующего минерала, которые отсекаются исполнительным механизмом в приемник концентрата, наряду с зернами полезного компонента.

Вторым недостатком известного способа является низкая производительность сепарации. Этот недостаток непосредственно вытекает из первого. Повышение производительности требует переход от поштучной подачи материала к поточной, в которой необходимо использовать более широкую зону облучения, в которую материал подается в виде потока. При поточном режиме подачи в зоне облучения должно находиться одновременно несколько зерен минерала, поэтому суммарный сигнал от зерен сопутствующих минералов значительно возрастает, что приводит к паразитным срабатываниям исполнительного механизма в отсутствие зерен полезного компонента (алмаза).

Третьим недостатком является низкая помехозащищенность по отношению к естественному радиоактивному фону. Недостаток связан с тем, что для осуществления известного способа применяется высокочувствительный детектор рассеянного рентгеновского излучения, который реагирует не только на излучение, рассеянное алмазами, но и на излучение естественного радиоактивного фона. Как показывает практика, это излучение вызывает лишние срабатывания исполнительного механизма сепаратора через каждые 3-5 секунд. Поскольку эти срабатывания не связаны с обнаружением алмазов, то в приемник полезного компонента отсекаются зерна сопутствующих минералов (т.е. пустой породы).

Ближайшим аналогом заявляемого устройства является устройство, описанное в примере конкретного исполнения способа, изложенного в патенте РФ способ сепарации алмазосодержащих материалов, №2199108, МПК6 G01N 23/00 В07С 5/342, 2002 г.

Устройство содержит бункер, транспортирующий механизм, предназначенный для поштучного перемещения материала через зону анализа, источник коллимированного проникающего излучения, рассеивающий экран, детектор проникающего излучения, расположенный со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения, амплитудный дискриминатор, исполнительный механизм отсечки полезного минерала.

Недостатки устройства аналогичны недостаткам способа, перечисленным выше.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является, во-первых, повышение селективности сепарации путем исключения паразитных срабатываний исполнительного механизма на крупные зерна сопутствующих минералов, во-вторых, значительное повышение производительности сепарации вследствие перехода к поточному режиму подачи материала, в-третьих, повышение помехозащищенности сепарации путем исключения паразитных срабатываний на импульсы, связанные с регистрацией излучения естественного радиоактивного фона.

Технический результат достигается тем, что суммарное вторичное излучение, рассеянное зернами сепарируемой смеси минералов и вспомогательным экраном, регистрируют независимо и одновременно в верхней и нижней областях пространства относительно оси потока первичного проникающего излучения в телесных углах 0,2-2,0 стерадиана, расположенных с необлучаемой стороны относительно частицы минерала, находящейся в зоне обнаружения. Зарегистрированное вторичное проникающее излучение преобразуют в два электрических сигнала, соответствующих излучению рассеянному в верхнюю и нижнюю области пространства, каждый из электрических сигналов сравнивают с уровнем дискриминации и формируют два независимых импульса прямоугольной формы, полезным минералом признают частицу, при прохождении которой через зону обнаружения импульсы прямоугольной формы перекрываются во времени. В результате указанной последовательности операций излучение, рассеянное от нижней части крупного зерна минерала в момент вхождения в зону облучения, регистрируется раньше, чем излучение, рассеянное от верхней части зерна минерала в момент выхода зерна минерала из зоны облучения. Сигналы, зарегистрированные в двух независимых каналах, оказываются сдвинутыми во времени, поэтому два импульса прямоугольной формы, сформированные в результате сравнения сигналов с уровнями дискриминации, не перекрываются во времени и срабатывание исполнительного механизма не вызывается.

При прохождении через зону облучения зерна полезного компонента (алмаза) рассеяние первичного рентгеновского излучения происходит одновременно как в нижнюю, так и в верхнюю область. Оба прямоугольных импульса перекрываются во времени, поэтому зерно алмаза вызывает срабатывание исполнительного механизма и полезный компонент отсекается в приемник полезного компонента.

Импульс излучения естественного радиоактивного фона регистрируется только в одной из областей (верхней или нижней), поэтому прямоугольных импульсов перекрытия не наблюдается, срабатывания исполнительного механизма не происходит.

Кроме того, в качестве первичного излучения используют рентгеновское излучение, выбранного из интервала 10-50 кэВ. Этот интервал выбран в связи с тем, что в нем различие в процессах поглощения рассеяния рентгеновского излучения алмазами (с низким атомным номером) и сопутствующими минералами (высокий атомный номер) выражено наиболее сильно. Рентгеновское излучение с энергией менее 10 кэВ сильно поглощается алмазами, а излучение с энергией квантов более 50 кэВ слабо поглощается как алмазами, так и минералами.

Заявляемое устройство предназначено для осуществления способа. Новые признаки устройства непосредственно предназначены для осуществления новых признаков способа.

Устройство дополнено вторым блоком детектирования, изменено взаимное расположение детекторов, добавлен второй амплитудный дисткриминатор, добавлена логическая схема «И».

Заявляемое изобретение на способ включает ряд существенных признаков, общих с прототипом способа.

Исходную алмазосодержащую смесь минералов, например концентраты предварительного обогащения, подают в зону обнаружения. Смесь минералов содержит полезный компонент, представленный минералом из вещества с низким атомным номером (алмаз, состоящий из углерода), сопутствующий компонент, представленный смесью минералов, с атомными номерами, более высокими, чем у алмаза.

В зоне обнаружения частицы минерала облучают коллимированным потоком первичного проникающего излучения, заданного поперечного сечения. В известном способе поперечное сечение вытянуто в горизонтальном направлении, при этом высоту пучка выбирают в зависимости от крупности сепарируемого материала. В дополнительном пункте формулы известного способа оговорено, что высоту пучка выбирают не менее минимального размера зерна в заданном классе крупности.

Регистрируют суммарное вторичное проникающее излучение, возникающее, во-первых, вследствие рассеяния первичного проникающего излучения частицами минерала в зоне обнаружения, во-вторых, вследствие взаимодействия первичного излучения с рассеивающим экраном, выполненным из материала с низким атомным номером.

Преобразуют зарегистрированное вторичное излучение в электрический сигнал.

Сравнивают электрический сигнал с порогом разделения.

По результатам сравнения, при условии превышения сигналом уровня разделения, выделяют зерно полезного компонента с помощью исполнительного механизма.

Заявляемое изобретение имеет ряд существенных признаков, отличающихся от прототипа.

Смесь минералов подают в зону обнаружения в поточном режиме, который обеспечивает производительность, значительно более высокую (в 10 и более раз), чем в позерновом режиме подачи, использованном в известном способе.

Первичное проникающее излучение коллимируют так, что поперечное сечение вытянуто в горизонтальном направлении. Ширину пучка выбирают в зависимости от ширины потока материала, величины разброса траекторий и максимального размера частиц сепарируемого материала, так, чтобы обеспечить прохождение всех частиц минералов через зону облучения.

Вторичное излучение регистрируют независимо и одновременно в двух областях пространства, верхней и нижней относительно оси потока первичного проникающего излучения. Техническая реализация данного признака основана на применении нескольких, не менее двух независимых блоков детектирования, установленных соответственно выше и ниже оси потока первичного излучения. Каждой области регистрации соответствует свой независимый канал электронной обработки сигнала, который преобразует вторичное излучение в электрический сигнал.

Вторичное излучение регистрируют в иных интервалах телесных углов, а именно в интервале 0,1-2,0 стерадиан. Верхняя и нижняя границы интервалов вдвое меньше, чем интервал, указанный в известном способе. Нижняя граница интервала, равная значению 0,1 стерадиана, обусловлена тем, что при меньших значениях интенсивность регистрируемого вторичного излучении становится слишком низкой для уверенной регистрации. Верхняя граница, равная 2,0 стерадиана, обусловлена, во-первых, тем, что область регистрации ограничена с одной стороны пучком первичного излучения, которое не должно попадать в область регистрации, во-вторых, ограничена потоком материала.

Два независимых электрических сигнала, соответствующих верхней и нижней области регистрации, сравнивают с соответствующими уровнями дискриминации и результат сравнения преобразуют в импульсы прямоугольной формы.

Сравнивают время появления и продолжительность прямоугольных импульсов и фиксируют факт перекрытия этих импульсов во времени. При наличии перекрытия делают вывод о наличии алмаза и приводят в действие исполнительный механизм.

При отсутствии перекрытия делают вывод о наличии сопутствующих минералов и не производят запуск исполнительного механизма.

Заявляемое устройство имеет признаки общие с прототипом устройства: бункер, транспортирующий механизм, предназначенный для перемещения материала через зону анализа, источник коллимированного проникающего излучения, рассеивающий экран, детектор проникающего излучения, расположенный со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения, амплитудный дискриминатор, исполнительный механизм отсечки полезного минерала.

Для осуществления совокупности признаков способа в устройство добавлен второй детектор проникающего излучения, детекторы расположены выше и ниже источника коллимированного проникающего излучения, в устройство добавлены второй амплитудный дискриминатор и логическая схема «И». Внесены изменения в конструкцию транспортирующего механизма. В заявляемом изобретении транспортирующий механизм выполнен с возможность подачи материала в поточном режиме.

Независимая и одновременная регистрация вторичного излучения позволяет значительно повысить селективность разделения алмазов и сопутствующих минералов, так как снижает число ложных срабатываний от крупных частиц сопутствующих минералов, это позволяет перейти к поточному режиму подачи, производительность которого в 10 и более раз превышает производительность позернового режима. Импульсы излучения радиоактивного фона регистрируются только в одном из каналов регистрации, поэтому не вызывают ложных срабатываний исполнительного механизма, полезный компонент не загрязняется сопутствующими минералами.

Пример

Пример иллюстрирует процесс доводки концентратов жировой сепарации класса

-5+2 мм. Сепарации производится в поточном режиме, например материал подается в зону обнаружения по лотку шириной 40 мм с производительностью 20 кг/час.

Способ реализован с помощью устройства, изображенного на фиг.1.

Устройство содержит рентгеновскую трубку 1, коллиматор рентгеновского излучения 2, рассеивающий экран 3, две диафрагмы 4, два детектора вторичного рентгеновского излучения 5, два усилителя сигналов детекторов 6, два амплитудных дискриминатора 7, логическая схема «И» 8, блок управления исполнительным механизмом 9, исполнительный механизм 10.

На фиг.1 дополнительно обозначены: пучок первичного рентгеновского излучения 11, зерно сепарируемой смеси минералов 12, вторичное рентгеновское излучение 13, рассеянное зерном сепарируемой смеси минералов, вторичное рентгеновское излучение 14, рассеянное экраном 3.

На фиг.2 изображен ход рентгеновских лучей в моменты времени:

а) входа крупного зерна сопутствующего минерала в зону облучения,

б) пересечения зерном зоны обнаружения,

в) выхода зерна из зоны обнаружения.

На фиг.2 дополнительно обозначены:

1 - рентгеновская трубка, 2 - коллиматор, 3 - крупное зерно сопутствующего минерала, 4 - рассеивающий экран, 5 - диафрагма, ограничивающая верхнюю область регистрации вторичного излучения, 6 - диафрагма, ограничивающая нижнюю область регистрации вторичного излучения, 7 - детектор верхней области регистрации вторичного излучения, 8 - детектор нижней области регистрации вторичного излучения, 9 - коллимированный пучок рентгеновских лучей первичного проникающего излучения, 10 - вторичное излучение, рассеянное поверхностью зерна сопутствующего минерала, 11 - облученная область рассеивающего экрана, 12 - вторичное излучение, рассеянное облученной областью рассеивающего экрана.

На фиг.3 изображены осциллограммы сигналов при прохождении в зоне обнаружения крупного зерна сопутствующего минерала: сигнал детектора нижней области регистрации (фиг.3, а), сигнал детектора верхней области регистрации (фиг.3, б), прямоугольный импульс на выходе амплитудного дискриминатора в канале нижней области регистрации (фиг.3, в), прямоугольный импульс на выходе амплитудного дискриминатора в канале верхней области регистрации (фиг.3, г).

На фиг.3 дополнительно обозначены:

t₁ - момент входа зерна сопутствующего минерала в коллимированный пучок рентгеновских лучей первичного проникающего излучения, t₂ - момент завершения входа зерна сопутствующего минерала в коллимированный пучок рентгеновских лучей первичного проникающего излучения, t₃ - момент начала выхода зерна сопутствующего минерала из коллимированного пучка рентгеновских лучей первичного проникающего излучения, t₄ - момент завершения выхода зерна сопутствующего минерала из коллимированного пучка рентгеновских лучей первичного проникающего излучения.

На фиг.4 изображен ход рентгеновских лучей в моменты времени:

а) входа зерна полезного минерала (алмаза) в зону облучения,

б) пересечения зерном зоны обнаружения,

в) выхода зерна из зоны обнаружения.

На фиг.4 дополнительно обозначены:

1 - рентгеновская трубка, 2 - коллиматор, 3 - зерно полезного минерала (алмаза), 4 - рассеивающий экран, 5 - диафрагма, ограничивающая верхнюю область регистрации вторичного излучения, 6 - диафрагма, ограничивающая нижнюю область регистрации вторичного излучения, 7 - детектор верхней области регистрации вторичного излучения, 8 - детектор нижней области регистрации вторичного излучения, 9 - коллимированный пучок рентгеновских лучей первичного проникающего излучения, 10 - вторичное излучение, рассеянное поверхностью зерна сопутствующего минерала, 11 - облученная область рассеивающего экрана, 12 - вторичное излучение, рассеянное облученной областью рассеивающего экрана, 13 - вторичное излучение, рассеянное поверхностью и объемом зерна полезного минерала (алмаза).

На фиг.5 изображены осциллограммы сигналов при прохождении в зоне обнаружения зерна полезного минерала (алмаза): сигнал детектора нижней области регистрации (фиг.5, а), сигнал детектора верхней области регистрации (фиг.5, б), прямоугольный импульс на выходе амплитудного дискриминатора в канале нижней области регистрации (фиг.5, в), прямоугольный импульс на выходе амплитудного дискриминатора в канале верхней области регистрации (фиг.5, г).

На фиг.5 дополнительно обозначены:

t₁ - момент входа зерна полезного минерала (алмаза) в коллимированный пучок рентгеновских лучей первичного проникающего излучения, t₂ - момент завершения входа зерна полезного минерала (алмаза) в коллимированный пучок рентгеновских лучей первичного проникающего излучения, t₃ - момент начала выхода зерна полезного минерала (алмаза) из коллимированного пучка рентгеновских лучей первичного проникающего излучения, t₄ - момент завершения выхода зерна полезного минерала (алмаза) из коллимированного пучка рентгеновских лучей первичного проникающего излучения.

Устройство работает следующим образом. Рентгеновская трубка 1, например, типа БХ-7 с молибденовым анодом излучает первичное проникающее излучение при напряжении на аноде, равном 36 кВ, и токе анода 200 мкА. Рентгеновское излучение формируется коллиматором 2 в пучок прямоугольного поперечного сечения 6. После выхода из коллиматора 2 пучок первичного рентгеновского излучения 6 в зоне обнаружения имеет высоту, равную 2 мм и ширину 60 мм. Высота выбрана так, чтобы зерна минимального размера класса крупности полностью перекрывали пучок рентгеновских лучей по высоте. Ширина выбрана так, чтобы алмазы максимального размера 5 мм при сходе с лотка 40 мм и при дополнительном разбросе траекторий еще ±5 мм заведомо пересекли пучок рентгеновского излучения. Пучок первичного рентгеновского излучения 11 падает на зерно сепарируемой смеси минералов 12. Зерно 12 рассеивает часть первичного излучения 13 в направлении детекторов 5 верхней и нижней областей регистрации. Часть первичного излучения 11 падает на рассеивающий экран 3 и рассевается от него в верхнюю и нижнюю области регистрации в виде лучей 14. Детекторы вторичного рентгеновского излучения 5 преобразуют вторичное рентгеновское излучение в электрические сигналы, которые усиливаются одновременно двумя усилителями сигналов детекторов 6. Усиленные сигналы поступают на входы двух амплитудных дискриминаторов 7, которые формируют два прямоугольных импульса. Прямоугольные импульсы поступают на входы логической схемы «И» 8. Логическая схема «И» 8 либо формирует один импульс в случае, если входные прямоугольные импульсы перекрываются во времени, либо не выдает на выход импульсов в случае, если импульсы на входе не перекрываются во времени. С выхода логической схемы «И» 8 прямоугольный импульс поступает на вход блока управления исполнительным механизмом 9, который приводит в действие исполнительный механизм 10. Исполнительный механизм 10 приходит в движение и отклоняет зерно минерала в отдельный приемник концентрата. При отсутствии импульса на входе блока управления исполнительным механизмом 9 исполнительный механизм остается неподвижным, поэтому зерно минерала в процессе свободного падения поступает в приемник хвостов.

Ход рентгеновских лучей и процесс формирования сигналов при прохождении зерна сопутствующего минерала через зону облучения более подробно поясняется на фиг.2 и фиг.3 соответственно.

Процесс прохождения зоны облучения зерном сопутствующего минерала разделен на три временных интервала:

1) время вхождения зерна сопутствующего минерала в пучок первичного рентгеновского излучения (фиг.2, а) до полного перекрытия пучка зерном,

2) время полного пересечения зерном сопутствующего минерала пучка первичного рентгеновского излучения (фиг.2, б),

3) время выхода зерна сопутствующего минерала из пучка первичного рентгеновского излучения (фиг.2, в).

В интервале времени, при котором происходит вхождение зерна сопутствующего минерала в пучок первичного рентгеновского излучения (фиг.2, а), происходят следующие процессы:

1) часть первичного рентгеновского излучения 9 рассеивается в виде лучей 10 нижней поверхностью зерна сопутствующего минерала 3 во входное окно 6 детектора 8 нижней области регистрации рассеянного излучения, часть первичного рентгеновского излучения 9 рассеивается рассеивающим экраном 4 в направлении обоих детекторов (верхней и нижней областей регистрации 7 и 8 соответственно) в виде лучей 12;

2) на выходе детектора нижней области регистрации наблюдается увеличение сигнала (фиг.3, а, интервал времени от t₁ до t₂), который превышает порог дискриминации, обозначенный на чертеже пунктирной линией, на выходе амплитудного дискриминатора детектора нижней области регистрации формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна интервалу времени t₂-t₁ (фиг.3, в).

В интервале пересечения зерном сопутствующего минерала пучка первичного рентгеновского излучения (фиг.2, б) происходят следующие процессы:

1) первичное рентгеновское излучение 9 перекрывается зерном сопутствующего минерала по всей высоте, излучение, рассеянное поверхностью зерна сопутствующего минерала, не поступает ни в один из детекторов, кроме того, в связи с тем, что зерно сопутствующего минерала значительно ослабляет первичное рентгеновское излучение, поступающее на рассеивающий экран, значительно ослабляется излучение 12, рассеянное от рассеивающего экрана 4;

2) на выходе обоих детекторов наблюдается пониженный уровень сигнала, не достигающий порога дискриминации, поэтому на выходе обоих амплитудных дискриминаторов отсутствует прямоугольный импульс в интервале времени от t₂ до t₃.

В интервале времени от t₃ до t₄ при выходе зерна сопутствующего минерала из пучка первичного рентгеновского излучения (фиг.2, в) происходят следующие процессы:

1) часть первичного рентгеновского излучения 9 рассеивается верхней поверхностью зерна сопутствующего минерала 3 в область детектора верхней области регистрации рассеянного излучения 7 в виде лучей 10, часть первичного рентгеновского излучения 9 рассеивается рассеивающим экраном 4 в направлении обоих детекторов (верхней и нижней областей регистрации 7 и 8 соответственно) в виде лучей 12;

2) на выходе детектора верхней области регистрации наблюдается увеличение сигнала (фиг.3, б, интервал времени от t₃ до t₄), который превышает порог дискриминации, обозначенный на чертеже пунктирной линией, на выходе амплитудного дискриминатора детектора верхней области регистрации формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна интервалу времени t₄-t₃ (фиг.3, в).

Поскольку прямоугольные импульсы не перекрываются во времени, прямоугольный импульс на выходе логической схемы «И» отсутствует, блок управления исполнительным механизмом не запускается, исполнительный механизм не срабатывает, зерно сопутствующего минерала попадает в приемник хвостов.

Ход рентгеновских лучей и процесс формирования сигналов при прохождении зерна полезного минерала (алмаза) через зону облучения более подробно поясняется на фиг.4 и фиг.5 соответственно. Процесс рассеяния рентгеновского излучения и формирования сигнала разделен на три временных интервала, аналогичных рассмотренным выше.

В интервале вхождения зерна полезного минерала (алмаза) в пучок первичного рентгеновского излучения (фиг.4, а) происходят следующие процессы:

1) часть первичного рентгеновского излучения 9 рассеивается нижней поверхностью зерна полезного минерала (алмаза) 3 в область детектора нижней области регистрации рассеянного излучения 8 и в область детектора верхней области регистрации 7 в виде лучей 10, часть первичного рентгеновского излучения 9 рассеивается рассеивающим экраном 4 в направлении обоих детекторов (верхней и нижней областей регистрации 7 и 8 соответственно) в виде лучей 12;

2) на выходе детекторов нижней 8 и верхней 7 областей регистрации наблюдается увеличение сигналов (фиг.5, а и б, интервал времени от t₁ до t₂), которые превышают порог дискриминации, обозначенный на чертеже пунктирной линией, на выходе амплитудного дискриминатора детекторов нижней и верхней областей регистрации формируются прямоугольные импульсы, длительность которых равна интервалу времени t₂-t₁ (фиг.5, в).

В интервале пересечения зерном сопутствующего минерала пучка первичного рентгеновского излучения (фиг.4, б) происходят следующие процессы:

1) первичное рентгеновское излучение 9 перекрывается зерном сопутствующего минерала по всей высоте, излучение, рассеянное поверхностью и объемом зерна 3 полезного минерала (алмаза), поступает в оба детектора, кроме того, в связи с тем, что зерно полезного минерала (алмаза) незначительно ослабляет первичное рентгеновское излучение, поступающее на рассеивающий экран, излучение 12, рассеянное от рассеивающего экрана 4, с незначительным ослаблением также попадает на оба детектора;

2) на выходе обоих детекторов наблюдается высокий уровень сигнала, превышающий порог дискриминации, поэтому на выходе обоих амплитудных дискриминаторов продолжает формироваться прямоугольный импульс в интервале времени от t₂ до t₃.

В интервале выхода зерна полезного минерала (алмаза) из пучка первичного рентгеновского излучения (фиг.4, в) происходят следующие процессы:

1) часть первичного рентгеновского излучения 9 рассеивается верхней поверхностью зерна полезного минерала (алмаза) 3 в область детектора верхней области регистрации рассеянного излучения 7 и в область детектора нижней области регистрации в виде лучей 10, часть первичного рентгеновского излучения 9 рассеивается рассеивающим экраном 4 в направлении обоих детекторов (верхней и нижней областей регистрации 7 и 8 соответственно) в виде лучей 12;

2) на выходе обоих детекторов наблюдается высокий уровень сигнала (фиг.5,а и б, интервал времени от t₃ до t₄), который превышает порог дискриминации, обозначенный на чертеже пунктирной линией, на выходе амплитудных дискриминаторов детектора продолжает формироваться прямоугольный импульс, длительность которого увеличивается на интервал времени от t₃ до t₄ (фиг.5, в и г).

В связи с тем, что прямоугольные импульсы на выходах амплитудных дискриминаторов (фиг.5, в и г), перекрываются во времени, прямоугольный импульс проходит на выход логической схемы «И» и далее на блок управления исполнительным механизмом, исполнительный механизм срабатывает и отклоняет полезный минерал (алмаз) в приемник концентрата.

Изобретение относится к способам автоматической сортировки руд и предназначено, в частности, для извлечения алмазов из алмазосодержащих смесей минералов, например, из концентратов предварительного обогащения. Способ сепарации алмазосодержащих смесей минералов включает подачу в поточном режиме смеси минералов, содержащей частицы минерала с различными атомными номерами, в зону обнаружения, облучение частиц минерала коллимированным пучком первичного проникающего излучения заданного поперечного сечения, регистрацию вторичного проникающего излучения, возникающего в результате рассеяния первичного излучения частицами минерала в зоне обнаружения, а также в результате взаимодействия первичного излучения с рассеивающим экраном, выполненным из материала с низким атомным номером, независимо и одновременно в верхней и нижней областях пространства относительно оси потока первичного проникающего излучения в телесных углах 0,1-2,0 стерадиана, расположенных с необлучаемой стороны относительно частиц минерала, находящихся в зоне обнаружения. Зарегистрированное вторичное проникающее излучение преобразуют в два электрических сигнала, соответствующих излучению, рассеянному в верхнюю и нижнюю области пространства. Каждый из электрических сигналов независимо сравнивают с уровнем дискриминации и формируют два импульса прямоугольной формы. Полезным минералом признают частицу, при прохождении которой через зону обнаружения импульсы прямоугольной формы перекрываются во времени. Способ осуществляют с помощью устройства, включающего транспортирующий механизм, предназначенный для перемещения материала через зону анализа, источник коллимированного проникающего излучения, рассеивающий экран, детектор проникающего излучения, расположенный со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения, усилитель сигнала детектора, амплитудный дискриминатор, исполнительный механизм отсечки полезного минерала. Транспортирующий механизм выполнен с возможностью подачи материала в поточном режиме. В устройство добавлен второй детектор проникающего излучения, второй усилитель сигнала детектора, второй амплитудный дискриминатор, логическая схема «И». Детекторы проникающего излучения расположены выше и ниже источника коллимированного источника проникающего излучения. Входы амплитудных дискриминаторов подключены к выходам усилителей сигналов детекторов, а выходы амплитудных дискриминаторов подключены ко входам логической схемы «И», выход логической схемы «И» подключен ко входу блока управления исполнительным механизмом. Технический результат - повышение селективности и производительности сепарации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ сепарации алмазосодержащих смесей минералов, включающий подачу смеси минералов, содержащей частицы минерала с различными атомными номерами, в зону обнаружения, облучение частиц минерала коллимированным пучком первичного проникающего излучения заданного поперечного сечения, регистрацию вторичного проникающего излучения, возникающего в результате рассеяния первичного излучения частицами минерала в зоне обнаружения, а также в результате взаимодействия первичного излучения с рассеивающим экраном, выполненным из материала с низким атомным номером, преобразование вторичного излучения в электрический сигнал, сравнение сигнала с порогом разделения, выделение частиц полезного минерала исполнительным механизмом по результатам сравнения, отличающийся тем, что материал в зону облучения подают в поточном режиме, вторичное излучение регистрируют независимо и одновременно в верхней и нижней областях пространства относительно оси потока первичного проникающего излучения в телесных углах 0,1-2,0 стерадиана, расположенных с необлучаемой стороны относительно частиц минерала, находящихся в зоне обнаружения, зарегистрированное вторичное проникающее излучение преобразуют в два электрических сигнала, соответствующих излучению, рассеянному в верхнюю и нижнюю области пространства, каждый из электрических сигналов независимо сравнивают с уровнем дискриминации и формируют два импульса прямоугольной формы, полезным минералом признают частицу, при прохождении которой через зону обнаружения импульсы прямоугольной формы перекрываются во времени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве первичного проникающего излучения используют рентгеновское излучение с энергией квантов, выбранной из интервала 10-50 кэВ.

3. Устройство, предназначенное для осуществления способа по п.1, включающее транспортирующий механизм, предназначенный для перемещения материала через зону анализа, источник коллимированного проникающего излучения, рассеивающий экран, детектор проникающего излучения, расположенный со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения, усилитель сигнала детектора, амплитудный дискриминатор, исполнительный механизм отсечки полезного минерала, отличающееся тем, что транспортирующий механизм выполнен с возможностью подачи материала в поточном режиме, в устройство добавлен второй детектор проникающего излучения, второй усилитель сигнала детектора, второй амплитудный дискриминатор, логическая схема И, причем детекторы проникающего излучения расположены выше и ниже источника коллимированного источника проникающего излучения, входы амплитудных дискриминаторов подключены к выходам усилителей сигналов детекторов, а выходы амплитудных дискриминаторов подключены ко входам логической схемы И, выход логической схемы И подключен ко входу блока управления исполнительным механизмом.