ОБНАРУЖЕНИЕ МИНЕРАЛА В МАТЕРИАЛЕ Российский патент 2014 года по МПК G01N22/00 G01N21/35 G01N33/24 

Изобретение относится к способу определения присутствия или отсутствия минерала в материале.

В порядке примера, изобретение относится к способу определения присутствия или отсутствия медесодержащего минерала в материале в форме медесодержащей руды. В этой заявке изобретение касается, в частности, но не исключительно, обеспечения возможности отличения халькопирита от менее ценных минералов, например, пирита и арсенопирита. Заметим, что изобретение не ограничивается медесодержащими минералами.

Изобретение также относится к способу сортировки фрагментов породы, например, фрагментов руды, материала на основе вышеупомянутого способа.

Изобретение также относится к устройству для определения присутствия минерала в материале.

В частности, изобретение относится к способу и устройству, которые основаны на облучении фрагментов породы материала электромагнитным излучением, например, микроволновым излучением, и регистрации тепловой реакции материала фрагментов породы для обнаружения минерала в материале.

Изобретение имеет частное, но не исключительное применение к оцениванию содержания и/или распределения минералов во фрагментах породы и на ее поверхности, материала и для последующей сортировки целевых минералов из других компонентов материала. В иллюстративных целях, рассмотрим именно это конкретное применение. Однако следует понимать, что это изобретение можно использовать в других применениях, например, для оценивания содержания и/или распределения минералов в толще породы на месте залегания, в почвах или песках, в горной промышленности, в других геологических контекстах и в исследовании.

Сущность изобретения

Изобретение предусматривает облучение фрагментов породы материала электромагнитным излучением, например, микроволновым излучением, и регистрацию тепловой реакции материала фрагментов породы в ходе или сразу после облучения для обнаружения минерала в материале.

В частности, изобретение предусматривает способ обнаружения минерала в целевом материале, содержащий этапы, на которых:

(a) применяют электромагнитное излучение к материалу;

(b) регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом в ходе или сразу после облучения материала излучением; и

(c) анализируют тепловое излучение для определения присутствия минерала в материале.

Таким образом, изобретение основано на регистрации локальных горячих участков материала, например, на поверхности обломков или фрагментов породы материала. Изобретение не требует регистрации увеличения средней температуры всех обломков или фрагментов породы материала, скажем, на 2-3°C. Следовательно, полный объем анализируемого материала может представлять лишь 5% полного объема породы. Увеличение температуры, которое можно использовать в качестве основы для анализа, должно составлять лишь 2-3°C. Поэтому энергопотребление для способа может составлять от 1/10 до 1/20 энергопотребления для способа на основе нагрев всех фрагментов породы. Экономическая выгода сортировки руды возрастает с увеличением размера обломков или фрагментов породы. Например, для многих типов медной руды, в силу случайного распределения медесодержащих минералов, изобретение позволяет определять присутствие медесодержащих минералов в обломках или фрагментах породы путем анализа поверхности - на основании количества горячих участков, представляющих содержание меди в обломках или фрагментах породы. Кроме того, было установлено, что регистрация тепловой реакции материала в ходе или сразу после облучения электромагнитным излучением позволяет формировать резкие, отчетливые изображения распределения минералов в материале. Эти изображения облегчают идентификацию типа присутствующих минералов. В ходе работы с медесодержащими рудами, содержащими халькопирит и пирит, было установлено, что способ предусматривает использование скоростей дифференциального нагрева определенных минералов в материале в такой степени, чтобы можно было различать халькопиритный и пиритный минералы. Это является значительным открытием. Работа показала, что можно захватывать изображение, указывающее местоположение нагретых минералов в материале до того, как тепло рассеется на другие, относительно холодные участки материала, которые не поглощают применяемое микроволновое излучение столь же быстро, как минералы, или до того, как тепло рассеется в окружающую среду. Рассеяние тепла нежелательна, поскольку оно приводит к утрате возможности выявления минералов в материале.

Способ может содержать этапы, на которых регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом, в то время как материал остается в зоне электромагнитной ловушки.

Способ может содержать этапы, на которых регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом в ходе облучения материала излучением.

Способ может содержать этапы, на которых регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом в течение 2,0 секунд облучения материала излучением.

Способ может содержать этапы, на которых регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом в течение 1,0 секунды облучения материала излучением.

Способ может содержать этапы, на которых регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом в течение 0,5 секунды облучения материала излучением.

Этап (a) способа может содержать этапы, на которых выбирают условия излучения и облучения, например, время облучения, для нагрева целевого минерала до температуры, которая значительно выше (например, по меньшей мере, на 5°C, обычно, по меньшей мере 20°C, и более обычно, на 5-50°C) температуры других компонентов материала.

Изобретение также предусматривает способ обнаружения минерала в материале, содержащий этапы, на которых:

(a) применяют электромагнитное излучение к материалу;

(b) регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом в ходе или сразу после облучения материала излучением;

(c) определяют скорость нагрева материала или его части; и

(d) анализируют скорость нагрева для определения присутствия минерала в материале.

Электромагнитное излучение может представлять собой низкоэнергичное излучение, например, с плотностью энергии менее 1000 МВт/м³, обычно менее 100 МВт/м³. В случае электромагнитного излучения в форме микроволнового излучения, мощность микроволн может составлять менее 900 Вт, обычно менее 600 Вт.

Низкоэнергичное электромагнитное излучение можно применять к материалу по мере его поступления в зону облучения электромагнитным излучением, и скорость нагрева материала, или его части, можно измерять в ходе или сразу после облучения для облегчения анализа.

Термин “минерал” применяется здесь в широком смысле. Термин включает в себя неорганические минералы, например, азурит, борнит, халькоцит, халькопирит, ковеллин, куприт, галенит, магнетит, малахит, гематит, пирит, пирротин, сфалерит, теннантит, тетраэдрит и уранинит. Термин включает в себя органические геологические соединения, например, тяжелую нефть, легкую нефть, битум и т.д.

Термин “материал” применяется здесь в широком смысле. Термин включает в себя обломки, фрагменты породы, почвы, пески и другие геологические материалы, на месте залегания или нет.

Электромагнитное излучение может представлять собой любую подходящую электромагнитную энергию.

Например, электромагнитное излучение может представлять собой микроволновую энергию.

В порядке дополнительного примера, электромагнитное излучение может представлять собой радиочастотное излучение.

Электромагнитное излучение может быть непрерывным или импульсным.

Длительность импульса и/или частоту электромагнитного излучения можно выбирать таким образом, чтобы:

(a) минимизировать нагрев поверхностной влаги и/или поглощенной влаги в материале;

(b) максимизировать разность температур между целевым минералом, поглощающим электромагнитное излучение, и другими компонентами в материале, например, другими минералами и пустой породой;

(c) минимизировать нагрев пустой породы; и

(d) оказывать другое влияние на целевой минерал в материале со стороны электромагнитного излучения.

Длительность импульсов может составлять до 1 секунды, предпочтительно, от 0,01 до 1 секунды, и, более предпочтительно, от 0,1 до 1 секунды. В общем случае, длительность импульсов составляет 0,1-0,3 секунды. Период времени между импульсами может быть любым подходящим периодом времени.

Электромагнитное излучение можно применять при низкой плотности мощности во избежание образования микротрещин во фрагментах породы. Величина электромагнитного излучения, приводящая к растрескиванию, меняется от случая к случаю.

В ситуациях, когда электромагнитное излучение является микроволновым излучением, импульсное микроволновое излучение можно применять при плотности мощности ниже 1000 МВт/м³, более предпочтительно, в диапазоне 1-100 МВт/м³.

В ситуациях, когда электромагнитное излучение является микроволновым излучением, частота может находиться в диапазоне 400-5800 МГц, более предпочтительно, в диапазоне 900-3500 МГц, еще более предпочтительно, 915-2450 МГц, и наиболее предпочтительно, в диапазоне 915-950 МГц.

Способ регистрации теплового излучения, испускаемого материалом, может представлять собой любой подходящий способ. Например, можно использовать тепловизор, например, инфракрасную камеру. Регистрацию теплового излучения можно осуществлять в спектральном диапазоне инфракрасного излучения, в котором целевой минерал имеет наибольший дифференциальный коэффициент излучения относительно вмещающего (фонового) материала.

Этап определения скорости нагрева материала может содержать регистрацию изменения температуры материала с регулярными интервалами времени.

Кроме того, способ может содержать этапы, на которых сопоставляют измеренную скорость нагрева с заранее определенной скоростью нагрева для конкретного минерала. Предпочтительно, это позволит идентифицировать целевой минерал, присутствующий в материале.

Способ, отвечающий изобретению, можно применять для анализа материала на месте залегания, например, для определения содержания минералов в толще или руде на месте залегания. В общем случае, способ применим к фрагментам породы или другим образцам материала, например, образцам песка или образцам почвы, изъятым с их места залегания.

Материал можно подавать в зону облучения электромагнитным излучением по единичному сырьевому каналу. Альтернативно, для повышения пропускной способности, материал можно подавать в зону по совокупности отдельных сырьевых каналов. В любом случае, когда материал включает в себя обломки или фрагменты породы, обломки или фрагменты породы можно подавать в зону друг за другом по одному или нескольким каналам.

Изобретение также предусматривает способ сортировки сырьевого потока материала на, по меньшей мере, два потока, включающий в себя этапы, на которых:

(a) определяют присутствие целевого минерала в сырьевом потоке материала с использованием вышеописанного способа; и

(b) разделяют сырьевой поток материала на, по меньшей мере, два потока на основании этого определения.

Сырьевой поток можно разделять на, по меньшей мере, поток отходов и поток продукта.

Сырьевой поток можно разделять на поток отходов и совокупность потоков продукта на основании содержания минералов в материале.

Разделение сырьевого потока на, по меньшей мере, два отдельных потока можно производить любыми удобными средствами. Например, сырьевой поток можно разделять на, по меньшей мере, два потока с помощью воздуходувки высокого давления.

Изобретение предусматривает устройство для определения присутствия целевого минерала в материале, включающее в себя:

(a) зону облучения электромагнитным излучением, включающую в себя источник электромагнитного излучения, приспособленный испускать излучение в зону облучения;

(b) детектор для теплового излучения, испускаемого материалом в ходе применения электромагнитного излучения к материалу; и

(c) анализатор для интерпретации теплового излучения, зарегистрированного детектором, или для определения скорости нагрева материала, или его части, на основании теплового излучения, зарегистрированного детектором, и для определения, таким образом, присутствия минерала в материале.

Источник электромагнитного излучения может быть приспособлен испускать импульсное излучение в зону облучения.

Зона облучения может быть устроена таким образом, что анализируемый материал проходит вертикально через зону. Таким образом, анализируемый материал, например, в форме обломков или фрагментов породы, может просто падать через зону под действием силы тяжести. Альтернативно, материал может проходить через зону горизонтально, переносимый лентой транспортера. В этом случае, можно одновременно анализировать множественные частицы материала.

Для облегчения однородной и непрерывной обработки большого объема материала, в ситуациях, когда электромагнитное излучение имеет форму микроволнового излучения, источником может служить многомодовый микроволновый резонатор, предпочтительно, снабженный подходящей мешалкой.

Детектором может служить тепловизор, например, формирователь изображения в инфракрасном свете.

Устройство может содержать два или более двух тепловизоров.

Тепловизоры или формирователи изображения могут располагаться вокруг микроволнового резонатора, чтобы одновременно регистрировать излучение, испускаемое материалом, в общем случае, в течение периода времени, когда обломки или фрагменты породы материала проходят через зону микроволнового облучения. Размещение формирователя(ей) изображения вокруг резонатора не имеет конкретных ограничений. Например, когда зона облучения устроена таким образом, что анализируемый материал проходит вертикально через нее, формирователь(и) изображения могут располагаться вблизи верхней, средней или нижней части зоны. Предпочтительно, формирователь(и) изображения располагаются в середине или близи середины зоны облучения.

Тепловизоры могут располагаться в 50 см от породы или фрагментов породы, проходящих через зону облучения.

Формирователи изображения могут располагаться в 30 см от обломков или фрагментов породы, проходящих через зону облучения.

В ситуациях, когда скорость перемещения материала через зону микроволнового облучения составляет до нескольких метров в секунду, важно, чтобы время нахождения материала в зоне микроволнового облучения было достаточно долгим для обеспечения необходимой степени нагрева целевого минерала, чтобы его можно было идентифицировать.

Анализатором может быть компьютер, который содержит программное обеспечение обработки изображений. Предпочтительно, это обеспечит непрерывные и автоматизированные обработку и анализ подаваемого материала.

Устройство может содержать камеру видимого света или другое средство измерения размера материала, проходящего через зону облучения. Это, в частности, может иметь место, когда материал включает в себя фрагменты породы.

Устройство может быть приспособлено для облегчения сортировки материала, проходящего через зону облучения.

Устройство может содержать сортировщик для сортировки материала на, по меньшей мере, два потока.

Материал можно подавать в зону облучения любыми удобными средствами.

Подробное описание изобретения

Изобретение описано ниже, в порядке примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:

Фиг.1 - устройство согласно одному варианту осуществления изобретения;

Фиг.2 - ИК изображение халькопиритного минерального зерна (слева) и пиритного минерального зерна (справа) после короткого облучения микроволновым излучением;

Фиг.3 - график, демонстрирующий изменение температуры минеральных зерен, показанных на фиг.2, со временем, когда они подвергаются облучению микроволновым излучением;

Фиг.4 - ИК изображение кристалла халькопирита (слева) и кристалла пирита (справа) после облучения импульсным микроволновым излучением;

Фиг.5 - график, демонстрирующий изменение температуры кристаллов халькопирита и пирита, показанных на фиг.4, со временем, когда они подвергаются облучению импульсным микроволновым излучением;

Фиг.6 - другое ИК изображение халькопиритного минерального зерна (внизу справа) и пиритного минерального зерна (вверху) после короткого облучения микроволновым излучением;

Фиг.7 - график, демонстрирующий изменение температуры зерен халькопирита и пирита, показанных на фиг.6, со временем, когда они подвергаются микроволновому облучению;

Фиг.8 - график, демонстрирующий изменение мощности прямой и отраженной микроволны со временем в ходе применения импульсного микроволнового излучения;

Фиг.9 - ИК изображение двух зерен халькопирита (справа) и зерна пирита (слева) после облучения микроволновым излучением;

Фиг.10 - график, демонстрирующий изменение температуры зерен, показанных на фиг.9, со временем, когда они подвергаются облучению микроволновым излучением;

Фиг.11 - еще одно ИК изображение двух зерен халькопирита (внизу и справа) и зерна пирита (вверху) после облучения микроволновым излучением;

Фиг.12 - график, демонстрирующий изменение температуры зерен, показанных на фиг.11, со временем, когда они подвергаются облучению микроволновым излучением;

Фиг.13 - ИК изображение зерна халькопирита до применения микроволнового излучения;

Фиг.14 - ИК изображение зерна халькопирита, показанного на фиг.13, по прошествии одной секунды облучения микроволновым излучением;

Фиг.15 - ИК изображение зерна кварцита/халькопирита, захваченное по прошествии 0,2 секунды облучения импульсным микроволновым излучением;

Фиг.16 - другое ИК изображение зерна кварцита/халькопирита, захваченное по прошествии 0,2 секунды облучения импульсным микроволновым излучением;

Фиг.17 - ИК изображение пиритного минерального зерна (слева) и борнитного минерального зерна (справа) после облучения микроволновым излучением;

Фиг.18 - график, демонстрирующий изменение температуры минеральных зерен, показанных на фиг.17, со временем, когда они подвергаются облучению микроволновым излучением;

Фиг.19 - ИК изображение халькопиритного минерального зерна (вверху) и борнитного минерального зерна (внизу) после облучения микроволновым излучением; и

Фиг.20 - график, демонстрирующий изменение температуры минеральных зерен, показанных на фиг.19, со временем, когда они подвергаются облучению микроволновым излучением.

Как следует из вышеприведенного описания чертежей, дальнейшее описание приведено в контексте использования электромагнитного излучения в форме микроволнового излучения. Заметим, что изобретение не ограничивается использованием микроволнового излучения и допускает использование любого пригодного электромагнитного излучения.

Согласно варианту осуществления устройства, показанного на фиг.1, фрагменты породы (2) транспортируются лентой транспортера (3), которая заканчивается над зоной облучения микроволновым излучением в форме многомодового или одномодового микроволнового резонатора (4). Фрагменты породы (2) падают вертикально через микроволновый резонатор (4). Хотя фрагменты породы (2) могут проходить через резонатор (4) в любом направлении, вертикальное падение имеет преимущество, поскольку повышает вероятность однородного облучения фрагментов породы излучением при падении фрагментов через резонатор (4).

Фрагменты породы проходят через резонатор (4) по отдельности, что позволяет индивидуально анализировать каждый фрагмент (2).

В микроволновом резонаторе (4) фрагменты породы (2) облучаются импульсным микроволновым излучением микроволновой частоты, и микроволновой интенсивности, выбранной в зависимости от нужного минерала или состава. Импульсное микроволновое излучение можно применять при плотности мощности ниже той, которая требуется для возникновения микротрещин во фрагментах породы, как описано выше. В общем случае, импульсное микроволновое излучение применяется при плотности мощности на фазе поглощения микроволн ниже 100 МВт/м³.

При прохождении через микроволновый резонатор (4), излучение, испускаемое фрагментами породы (2), регистрируется с высоким разрешением высокоскоростными формирователями (5) и (6) изображения в инфракрасном свете, которые захватывают тепловые изображения фрагментов породы (2). Хотя достаточно одного тепловизора, для полного охвата поверхности частиц породы можно использовать два или более тепловизоров (5, 6). Согласно фиг.1, тепловизоры (5, 6) располагаются в середине или близи середины резонатора (4). Однако тепловизоры (5, 6) могут располагаться в других положениях относительно резонатора, например, ближе к ленте транспортера (3) или к воздуходувке (8). Тепловизоры (5, 6) не обязаны находиться на одной высоте. Изображения, собранные тепловизорами (5, 6), обрабатываются с помощью компьютера (7), на котором установлено программное обеспечение обработки изображений. Тепловизоры (5, 6) также можно использовать для определения размера фрагментов породы (2).

Альтернативно или совместно, одна или несколько камер видимого света (не показаны) могут захватывать изображения в видимом свете для определения размера фрагмента. На основании количества, температуры, картины распределения и совокупной площади зарегистрированных горячих участков (пикселей), относительно размера фрагмента, можно оценивать состав наблюдаемых фрагментов породы. Сравнение данных с ранее установленными соотношениями между тепловыми характеристиками, обусловленными микроволновым излучением, фрагментов породы конкретного состава и размера позволяет лучше проводить это оценивание и/или количественно определять содержание большего количества минералов.

На основании анализа содержания, отдельные фрагменты породы (2) можно затем разделять с помощью сепаратора в форме воздуходувки высокого давления (8). Однако можно использовать любое подходящее традиционное устройство. Воздуходувка (8) разделяет отдельные фрагменты породы (2) на основании информации, поступающей от компьютера (7). Отдельные фрагменты породы (2) можно разделять на основании, например, оценочного состава, количественно определенного содержания минералов и/или расположения минеральных карманов во фрагментах породы (2) или на их поверхности.

В устройстве, изображенном на фиг.1, воздуходувка высокого давления (8) может принимать сигнал от компьютера (7) для выпуска воздуха в тот момент, когда фрагмент породы (9), имеющий высокое содержание минералов (например, халькопирита или борнита), проходит мимо нее, благодаря чему фрагмент (9) направляется в конкретный приемник. Частицам (10) с низким содержанием или пустой породе (например, пириту) можно позволить продолжать свободное падение в отдельный приемник. В этом конкретном варианте осуществления, для упрощения понимания, фрагменты делятся только на две группы. Однако следует понимать, что это устройство и способ можно приспособить для разделения фрагментов породы (2) по шкале содержания минералов. В такой конфигурации, воздуходувка высокого давления (8) может нагнетать воздух 15 с переменной силой и/или в разных направлениях, или можно использовать несколько воздуходувок, например, для каждого состава фрагмента, чтобы направлять конкретные фрагменты в конкретные приемники в зависимости от уровня содержания минералов или картины распределения минерала во фрагментах. Альтернативно или совместно, можно использовать раздельные ленты транспортера для направления фрагментов породы в отдельные приемники.

Использование импульсного маломощного микроволнового излучения позволяет быстро нагревать минерал фрагментов породы, не возмущая окружающую породу. Вероятность нагрева окружающей породы, который негативно влияет на регистрацию, увеличивается, если формирование изображения осуществляется по истечении периода времени в 5 секунд после облучения микроволновым излучением. Регистрация теплового излучения, испускаемого фрагментом породы в ходе облучения микроволновым излучением или сразу после облучения, т.е. в течение 4 секунд, дает четкое тепловое изображение, позволяющее различить минерал во фрагменте породы. Одно преимущество этого подхода состоит в том, что он позволяет добиться строгого количественного определения содержания минералов. Другое преимущество состоит в том, что фрагменты породы можно сортировать по шкале содержания минералов, а не путем примитивного анализа высокого/низкого уровня или отсутствия содержания минералов.

Для более подробной иллюстрации изобретения обратимся к фиг.2-20. Дифференциальный нагрев (и одновременное формирование соответствующего изображения) различных фрагментов породы наглядно проиллюстрирован на фигурах и графиках, кратко описанных ниже.

На фиг.2 слева показано халькопиритное минеральное зерно и справа показано пиритное минеральное зерно 10 после применения маломощного микроволнового излучения (600 Вт). Хорошо видно, что халькопиритное минеральное зерно имеет более высокую температуру по своей периферии, чем пиритное минеральное зерно, которое подверглось сравнительно меньшему и более однородному нагреву. Центральная область зерна халькопирита имеет примерно такую же температуру, как зерно пирита.

График на фиг.3 демонстрирует изменение температуры минеральных зерен, показанных на фиг.2, со временем, по мере их нагрева микроволновым излучением. До применения микроволнового излучения, зерна имеют примерно одинаковую температуру. После применения микроволн температура зерен начинает расти. Скорость повышения температуры зерна халькопирита гораздо выше, чем для зерна пирита. Фактически, максимальная температура зерна халькопирита (55°C) примерно в полтора раза выше, чем у зерна пирита (36°C) по прошествии одного и того же времени. После этого микроволновое излучение больше не применяется к зернам, и их температуры начинают снижаться. Таким образом, микроволновое облучение является эффективным средством различения образцов халькопирита и пирита.

На фиг.4 показано ИК изображение кристалла халькопирита слева и кристалла пирита справа после облучения импульсным микроволновым излучением. Очевидно, кристалл халькопирита подвергся значительному нагреву, причем некоторые участки кристалла имеют более высокую температуру, чем другие участки. Напротив, кристалл пирита имеет относительно однородную и, в целом, более низкую температуру. Два образца легко отличить друг от друга.

На фиг.5 показан график, демонстрирующий изменение температуры кристаллов халькопирита и пирита, показанных на фиг.4, со временем. До применения импульсного микроволнового излучения, между кристаллами не существовало разности температур. После применения микроволнового излучения, температура обоих кристаллов начинает расти. Однако температура кристалла халькопирита повышается гораздо больше, чем у кристалла пирита за тот же период времени.

На фиг.6 показано другое ИК изображение халькопиритного минерального зерна (внизу справа) и пиритного минерального зерна (вверху слева) по прошествии одной секунды облучения микроволновым излучением. Опять же, отчетливо наблюдается разность температур между зернами, равно как и в самом зерне халькопирита. График на фиг.7 демонстрирует соотношение между температурами зерен халькопирита и пирита, показанных на фиг.6, в зависимости от времени в процессе нагрева. По прошествии одной секунды микроволнового облучения скорость нагрева зерна халькопирита составляет 54,3°C/с, и скорость нагрева зерна пирита составляет 3,5°C/с.

На фиг.8 показан график, демонстрирующий изменение мощности прямой и отраженной микроволны со временем в ходе применения импульсного микроволнового излучения. Можно видеть, что длительность импульса излучения гораздо меньше, чем интервал времени между импульсами. Этот режим позволяет избегать чрезмерного нагрева исследуемого материала, тем самым облегчая формирование высококачественных изображений.

На фиг.9 показано ИК изображение двух зерен халькопирита (справа) и зерна пирита (слева) после облучения микроволновым излучением. Отчетливо наблюдается дифференциальный нагрев минерализованных участков в каждом зерне халькопирита. Напротив, температура зерна пирита изменяется мало или вообще не изменяется. Количественное выражение нагрева каждого зерна со временем представлено на фиг.10. Отчетливо видно, что скорость нагрева и повышение температуры зерен халькопирита гораздо выше, чем для зерна пирита.

На фиг.11 показано еще одно ИК изображение двух зерен халькопирита (внизу справа) и зерна пирита (вверху) после облучения микроволновым излучением. На фиг.12 представлен график повышения температуры со временем для зерен, показанных на фиг.11.

На фиг.13 показано ИК изображение зерна халькопирита до применения микроволнового излучения. Как ожидалось, зерно имеет низкую и однородную температуру. На фиг.14 показано ИК изображение зерна халькопирита, изображенного на фиг.13, после облучения микроволновым излучением в течение одной секунды. Отчетливо наблюдаются участки локального нагрева на зерне. Предпочтительно, это позволяет измерять уровень и местонахождение минерала в зерне до того, как тепло рассеется в относительно более холодные участки зерна и/или в окружающую среду.

На фиг.15 показано ИК изображение зерна кварцита/халькопирита, захваченное по прошествии 0,2 секунды импульсного микроволнового излучения. В изображении отчетливо видны нагретые участки на зерне до того, как произойдет рассеяние тепла в другие участки зерна или в окружающую среду.

На фиг.16 показано другое ИК изображение зерна кварцита/халькопирита, захваченное по прошествии 0,2 секунды импульсного микроволнового излучения. В этом случае, зерно содержит сравнительно мало халькопирита.

На фиг.17 показано ИК изображение пиритного минерального зерна (слева) и борнитного минерального зерна (справа) после облучения импульсным микроволновым излучением с пиковой мощностью 3 кВт в течение 10% времени облучения в одномодовом резонаторе. Полная длительность нагрева составляла 5 секунд. Нагретые участки зерна борнита отчетливо наблюдаются, тогда как температура зерна пирита осталась относительно низкой и однородной.

На фиг.18 показан график, демонстрирующий изменение температуры минеральных зерен, изображенных на фиг.17, со временем, когда они подвергаются облучению микроволновым излучением. Как видно из фиг.17, скорость нагрева зерна борнита гораздо выше, чем для зерна пирита. Соответственно, данный способ позволяет эффективно различать образцы борнита и пирита.

На фиг.19 показано ИК изображение халькопиритного минерального зерна (вверху) и борнитного минерального зерна (внизу) после облучения микроволновым излучением. Оба зерна демонстрируют значительный нагрев в локальных участках своей структуры и примерно одинаковые скорости нагрева (фиг.20).

Конечно, следует понимать, что вышеприведенное описание служит всего лишь иллюстративным примером изобретения, и что специалисты в данной области техники могут предложить разнообразные модификации и вариации, отвечающие широкому объему представленного изобретения.

Предложенное изобретение относится к способу обнаружения минерала в целевом материале, способу сортировки сырьевого потока материла и устройству для определения присутствия целевого минерала в материале. Способ обнаружения минерала в сырьевом продукте предусматривает облучение фрагментов породы материала электромагнитным излучением, например, микроволновым излучением, и регистрацию тепловой реакции материала фрагментов породы в ходе или сразу после облучения для обнаружения минерала в материале по скорости его нагрева или его части на зарегистрированном излучении. Предложенный способ основан на том, что скорость изменения температуры при нагреве кристаллов излучением СВЧ в целевом материале различна, что позволяет повысить эффективность и точность сортировки фрагментов породы для определения присутствия или отсутствия минерала в материале при снижении энергозатрат. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Способ обнаружения минерала в целевом материале, содержащий этапы, на которых:
(a) применяют электромагнитное излучение к материалу,
(b) регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом в ходе или сразу после облучения материала электромагнитным излучением, и
(c) определяют скорость нагрева материала или его части из зарегистрированного излучения, и;
(d) анализируют тепловое излучение для определения присутствия минерала в материале.

2. Способ по п.1, содержащий этап, на котором регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом в ходе облучения материала излучением.

3. Способ по п.1, содержащий этап, на котором регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом в течение 2,0 секунд облучения материала излучением.

4. Способ по п.1, содержащий этап, на котором регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом в течение 1,0 секунды облучения материала излучением.

5. Способ по п.1, содержащий этап, на котором регистрируют тепловое излучение, испускаемое материалом в течение 0,5 секунды облучения материала излучением.

6. Способ по п.1, в котором на этапе (а) выбирают условия излучения и облучения, например время облучения, для нагрева целевого минерала до температуры, которая значительно выше (например, по меньшей мере, на 5°C, обычно, по меньшей мере 20°C, и более обычно, на 5-50°C) температуры других компонентов материала.

7. Способ по п.1, в котором электромагнитное излучение является низкоэнергичным излучением, например, с плотностью энергии менее 1000 МВт/м³, обычно менее 100 МВт/м³.

8. Способ по п.1, в котором электромагнитное излучение является микроволновой энергией.

9. Способ по п.1, в котором электромагнитное излучение является непрерывным или импульсным.

10. Способ по п.9, в котором длительность импульса электромагнитное излучение и/или частоту электромагнитного излучения выбирают таким образом, чтобы
(a) минимизировать нагрев поверхностной влаги и/или поглощенной влаги в материале,
(b) максимизировать разность температур между целевым минералом, поглощающим электромагнитное излучение, и другими компонентами в материале, например, другими минералами и пустой породой,
(c) минимизировать нагрев пустой породы, и
(d) оказывать влияние на целевой минерал в материале со стороны электромагнитного излучения.

11. Способ по п.9, в котором длительность импульсов составляет до 1 секунды.

12. Способ по п.9, в котором длительность импульсов составляет 0,01-1 секунды.

13. Способ по п.9, в котором в ситуациях, когда электромагнитное излучение является микроволновым излучением, импульсное микроволновое излучение применяется при плотности мощности ниже 1000 МВт/м³.

14. Способ по п.9, в котором в ситуациях, когда электромагнитное излучение является микроволновым излучением, импульсное микроволновое излучение применяется при плотности мощности в диапазоне 1-100 МВт/м³.

15. Способ по п.9, в котором в ситуациях, когда электромагнитное излучение является микроволновым излучением, частота излучения заключена в диапазоне 400-5800 МГц.

16. Способ сортировки сырьевого потока материала на, по меньшей мере, два потока, включающий в себя этапы, на которых:
(a) определяют присутствие целевого минерала в сырьевом потоке материала с использованием способа по п.1 и
(b) разделяют сырьевой поток материала на, по меньшей мере, два потока на основании этого определения.

17. Устройство для определения присутствия целевого минерала в материале, включающее в себя:
(a) зону облучения электромагнитным излучением, включающую в себя источник электромагнитного излучения, приспособленный испускать излучение в зону облучения,
(b) детектор для теплового излучения, испускаемого материалом в ходе применения электромагнитного излучения к материалу, и
(c) анализатор для определения скорости нагрева материала, или его части, на основании теплового излучения зарегистрированного детектором, и для определения, таким образом, присутствия минерала в материале.

18. Устройство по п.17, в котором источник электромагнитного излучения приспособлен испускать импульсное излучение в зону облучения.

19. Устройство по п.17, в котором зона облучения устроена таким образом, что анализируемый материал проходит вертикально через зону.

20. Устройство по п.17, в котором детектором является тепловизор, например формирователь изображения в инфракрасном свете.

21. Устройство по п.20, в котором тепловизор(ы) расположен(ы) в 50 см от породы или фрагментов породы, проходящих через зону облучения.