СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВСКРЫТИЯ РУДЫ Российский патент 2015 года по МПК C22B1/00 B02C19/18 

Изобретение относится к способу и устройствам для вскрытия руды.

Способ ослабления соединения между первой фазой материала и второй фазой материала в горной породе или руде известен из печатного издания DE 60318027 T2, причем он представляет собой способ микроволновой обработки многофазных материалов. Другими печатными изданиями, касающимися микроволновой обработки горной породы или руды, являются US 7,678,172 B2, US 7,727,301 B2, US 5,824,133 A и WO 2009/101435 A2. Горная порода или руда проводится через микроволновую полость и при этом нагревается. Это приводит к ослаблению соединения фаз материала, вызывая трещины или ослабление поверхностей их раздела. Применение способа конструктивно ограничено микроволновым устройством. Кроме того, невозможно применение этого способа непосредственно на месте, то есть при выемке полезных ископаемых.

Эти печатные издания определенно касаются способов с переменными электромагнитными полями в микроволновом диапазоне. При этом верхняя граница частотного спектра составляет максимум 300 ГГц. Следует исходить из того, что такое разграничение было произведено сознательно, поскольку следующий спектр дальней инфракрасной области излучения рассматривался как неблагоприятный, так как он быстро приводит к поверхностному стеклованию облученной горной породы или выемке стекловидного грунта, который очень инертен и, соответственно, не пригоден для мокрой химической переработки.

В основе изобретения, указанного в пунктах 1 и 7 формулы изобретения, лежит задача вскрытия руды таким образом, чтобы в последующем можно было экстрагировать рудный минерал или рудные минералы.

Эта задача решается признаками, приведенными в пунктах 1 и 7 формулы изобретения.

Способ и устройства для вскрытия руды отличаются в особенности тем, что рудный минерал или рудные минералы могут в последующем легко экстрагироваться. Для этого руда хотя бы один раз подвергается воздействию когерентного излучения БИК области спектра, некогерентного излучения БИК области спектра, по крайней мере, одного переменного электрического поля с частотой выше 300 ГГц, по крайней мере, одного переменного магнитного поля с частотой выше 300 ГГц, по крайней мере, одного переменного электромагнитного поля с частотой выше 300 ГГц или их комбинация при помощи устройства для генерирования излучения, хотя бы одного переменного поля или излучения и хотя бы одного переменного поля, причем рудный минерал, рудные минералы, абсорбирующие компоненты или рудные минералы и абсорбирующие компоненты руды поглощает или поглощают энергию излучения, переменного поля или излучения и переменного поля, а жильная порода не поглощает эту энергию вовсе или поглощает лишь в незначительном количестве, благодаря чему предпочтительно посредством вызванных этим напряжений в руде создаются трещины или руда раскалывается.

Для этого в устройстве для вскрытия руды на расстоянии от руды размещается хотя бы одно устройство для генерирования когерентного излучения БИК области спектра, некогерентного излучения БИК области спектра, по крайней мере, одного переменного электрического поля с частотой выше 300 ГГц, по крайней мере, одного переменного магнитного поля с частотой выше 300 ГГц, по крайней мере, одного переменного электромагнитного поля с частотой выше 300 ГГц или их комбинации.

БИК [NIR] - это известное сокращение, обозначающее ближнюю инфракрасную область спектра.

При этом предпочтительно ввиду незначительного поглощения энергии жильной породой и сильного поглощения энергии рудным минералом, рудными минералами и/или другими абсорбирующими компонентами жильной породы в сочетании с большой глубиной проникновения, в зависимости от скорости нагрева минералов и конкурирующей теплопроводности в жильную породу, либо локально ограниченно нагреваются фазы рудных минералов, либо нагревается значительный объем руды, так что руда соответственно разрыхляется либо избирательно в отдельных точках, либо не избирательно в просвеченном объеме, но в обоих случаях глубоко, а не только поверхностно.

Под рудой здесь понимается сросшийся с жильной породой металлический минерал или минеральный агрегат. Жильная порода - это в особенности горная порода, сросшаяся с минералом или минеральным агрегатом. Рудные минералы - это минералы, из которых может извлекаться металл. Сюда относится также и самородный металл.

Дальнейшими абсорбирующими компонентами являются в особенности локальные абсорбирующие компоненты.

Способ и устройства пригодны в особенности для руд, в которых рудные минералы тонко диспергированы в жильной породе, для так называемых «мелковкрапленных руд», причем таким образом могут просто вскрываться или взламываться также и руды с очень твердой жильной породой.

Испаряющийся во время воздействия на руду соответствующего излучения и/или соответствующего переменного поля минерал или минеральный агрегат может отводиться при помощи установки, например отсасывающей установки, как экстрагируемый минерал или минеральный агрегат. После конденсации минерал или минеральный агрегат может использоваться для дальнейшей переработки.

Следующее преимущество состоит в том, что руда может подвергаться воздействию соответствующего излучения и/или соответствующего переменного поля как на месте, то есть при разработке месторождения, так и в измельченном виде в месте переработки.

В первом случае облегчается разработка месторождения. Например, можно целенаправленно проводить лазерным лучом по поверхности выхода горной породы, чтобы либо разрабатывать только минералосодержащие зоны и поглощать выемку отсасывающей установкой, либо избирательно (или возможно раздельными проходами) разрабатывать, отводить с места выемки при помощи различных отсасывающих трубок и осаждать в раздельных фильтрах или конденсаторах как минерал, так и жильную породу. Эта опция пространственного разделения источника излучения и места воздействия открывает возможности производить отбойку руды из герметично закрытой станции или из соответствующего транспортного средства и таким образом выполнять эти работы также и в неблагоприятной для жизни или токсичной атмосфере или под водой, то есть в инертной атмосфере или в несколько более отдаленном будущем во внеземной сфере, а также при использовании на подводно-морских месторождениях.

Во втором случае попеременное механическое измельчение соответствующими мельницами или дробилками и воздействие соответствующим излучением и/или тем или иным переменным полем может происходить таким образом, что рудные минералы или продукты их реакции могут экономично извлекаться из руды и таким образом отделяться от жильной породы. Воздействие на ту или иную руду тем или иным излучением и/или тем или иным переменным полем предпочтительно может производиться также попеременно, обеспечивая таким образом возможность максимально полноценной экстракции рудных минералов.

Принципиальный механизм возбуждения посредством излучения БИК области спектра существенно отличается от передачи энергии на руду посредством микроволн.

Фокусируемость этого излучения позволяет также и при фокусных расстояниях в несколько метров обеспечить удельную мощность (интенсивность) электромагнитного излучения ок. 100 кВт на несколько квадратных миллиметров. В противоположность обработке микроволнами источник лазерного излучения может быть установлен на достаточном большом удалении в пространстве, чем обеспечивается сохранность оборудования и техника безопасности.

При использовании высокой интенсивности излучения, с одной стороны, необходимы движения луча или рудного материала для обработки экономически целесообразного количества руды, а, с другой стороны, короткое и интенсивное облучение как раз и производит желаемое локальное шоковое воздействие, приводящее к трещинам и разломам.

При этом может также регулироваться величина диаметра луча, а тем самым и интенсивность.

Дальнейшее преимущество состоит в том, что излучение БИК области спектра поглощается путем возбуждения электронов. Посредством микроволн, напротив, возбуждаются колебания кристаллической решетки неорганических твердых тел (руды). Таким образом, передача энергии от излучения БИК области спектра на руду либо на специфические минералы происходит путем электронного возбуждения. Электронное возбуждение значительно более избирательно в отношении различных компонентов руды, чем возбуждение колебаний кристаллической решетки твердого тела.

Дальнейшее преимущество состоит в том, что вскрываемая или отделяемая от жилы руда может находиться также и под водой (или другой жидкостью либо раствором) и там подвергаться воздействию излучения. При этом благоприятно, что излучение может быть направлено на тело или пласт, из которого должна быть выделена руда или минерал, под углом менее 90°. Предпочтительно при этом то, что данная среда как текущая среда пригодна для отвода отделяемых от жилы продуктов дробления, разложения или испарения. Благодаря этому можно работать и с непрерывным излучением.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в пунктах 2-6 и 8-12 формулы изобретения.

Растрескавшаяся или расщепленная руда в соответствии с усовершенствованным вариантом изобретения по п.2 формулы изобретения подвергается механической обработке. При этом происходит измельчение, причем применяются известные мельницы или дробилки.

В последующем рудные минералы вскрытой посредством излучения и/или переменного поля руды в соответствии с усовершенствованным вариантом изобретения по п.3 формулы изобретения экстрагируются. Это происходит в продолжении в соответствии с усовершенствованным вариантом изобретения по п.4 формулы изобретения путем:

- выделения рудного минерала щелочами, кислотами или растворителями с комплексообразователями или без них,

- химической реакции рудного минерала с твердыми телами, жидкостями и/или газами,

- выплавления рудных минералов или продуктов реакции рудных минералов с помощью или без помощи металла или флюса либо

- выпаривания.

Это известные и экономически эффективные методы добычи минералов и металлов.

В соответствии с усовершенствованным вариантом изобретения по п.5 формулы изобретения после или во время воздействия излучением и/или переменным полем руда охлаждается при помощи охлаждающей установки. Вызванные этим напряжения приводят к образованию дальнейших трещин в руде или к расщеплению руды.

В соответствии с усовершенствованным вариантом изобретения по п.6 формулы изобретения руда последовательно или одновременно подвергается воздействию различных излучений и/или переменных полей с одинаковой частотой или с различными частотами выше 300 ГГц. Внесенная энергия аккумулируется рудой, что вызывает дальнейшие трещины или расщепления.

В соответствии с усовершенствованным вариантом изобретения по п.8 формулы изобретения куски руды находятся на одном носителе. А он в свою очередь является составной частью транспортирующего устройства, причем носитель сцеплен с приводным механизмом.

Для этого носитель состоит из материала, который не поглощает вовсе или поглощает лишь в незначительном количестве излучение и/или энергию переменных полей.

В другой модификации носитель является участком внутренней поверхности стенки вращающегося цилиндра или барабана. При этом куски руды предпочтительно перекатываются для оптимальной подачи энергии в руду.

В соответствии с усовершенствованным вариантом изобретения по п.9 формулы изобретения носитель является составной частью вибрационного конвейера. Размещенные на нем куски руды перекатываются вследствие вибрации, так что происходит оптимальная подача энергии в куски руды. При этом энергия привносится в куски руды с нескольких сторон.

В соответствии с усовершенствованным вариантом изобретения по п.10 установка для кусков руды и устройство для генерирования когерентного излучения БИК области спектра, некогерентного излучения БИК области спектра, переменного электрического поля с частотой выше 300 ГГц, переменного магнитного поля с частотой выше 300 ГГц, переменного электромагнитного поля с частотой выше 300 ГГц или их комбинации размещены таким образом, что куски руды падают под воздействием нормальной силы, пролетая мимо на расстоянии от устройства, или посредством обдувочной установки или центрифуги как установки продуваются мимо или отбрасываются мимо на расстоянии от устройства. Куски руды, падая, пролетая мимо или находясь во взвешенном состоянии, подвергаются воздействию излучения, причем благоприятно, что они подвергаются воздействию нескольких источников лазерного/излучения как устройств. Если эти куски крупные, предпочтительно давать им падать или пролетать мимо по одному. Эти куски эффективно вскрываются и в том случае, когда они толще, чем действенная глубина облучения в руде. При этом данные куски руды облучаются с нескольких сторон.

Кроме того, до достижения зоны облучения куски руды могут обследоваться при помощи детекторов в отношении направления падения пласта и скорости, что позволяет применять соответствующий источник в качестве устройства импульсно и энергоэкономично. Этот процесс может повторяться с (или без) одновременным или промежуточным выдуванием/выносом мелких фракций.

Материал, который выносится путем выдувания или иных промежуточных либо одновременных приемов сортировки, может при этом непрерывно или периодически заменяться новыми кусками руды.

Выдуванию или иному выносу разрыхленного путем облучения материала может способствовать и то, что облученная руда турбулизуется, например, в потоке воздуха, газа или жидкости, причем за счет возникающего трения разрыхленная часть отделяется от еще плотных остаточных фракций.

Вынос может быть расширен в том отношении, что он может быть использован для селективного разделения частиц в соответствии с их размером или удельным весом. Это делает принципиально возможной сортировку по содержанию рудного минерала.

По ходу лучей после источника когерентного излучения БИК области спектра или некогерентного излучения БИК области спектра как устройства их генерирования в соответствии с усовершенствованным вариантом изобретения по п.11 формулы изобретения размещен сканер, так что когерентное излучение БИК области спектра или некогерентное излучение БИК области спектра определяется посредством сканера или стохастически проводится через руду.

В соответствии с усовершенствованным вариантом изобретения по п.12 составной частью выходной оптики излучения БИК области спектра для вскрываемой или отделяемой от жилы руды в текучей среде является прозрачное для излучения окно. Кроме того, выводящая излучение поверхность окна, по крайней мере, увлажнена текучей средой. Текучая среда - это, например, вода, так что и находящаяся в воде руда может подвергаться воздействию излучения БИК области спектра. Таким образом могут вскрываться также и находящиеся под водой рудные месторождения.

Пример осуществления изобретения принципиально изображен на каждом из чертежей и будет более детально описан ниже. Фигуры на чертежах показывают следующее:

фиг.1 - кусок руды с рудными минералами и/или другими абсорбирующими компонентами в жильной породе,

фиг.2 - кусок руды под воздействием излучения БИК области спектра или переменного поля,

фиг.3 - кусок руды с трещинами и

фиг.4 - кусок руды с трещинами и отколами.

В нижеследующем примере воплощения изобретения будут вместе более детально рассмотрены способы и устройства для вскрытия руды.

Фиг.1 представляет принципиальное изображение куска руды 1 с рудными минералами 2 и/или другими абсорбирующими компонентами 2 в жильной породе 3.

Устройство для вскрытия руды состоит по существу из хотя бы одного устройства для генерирования

- когерентного излучения БИК области спектра 4,

- некогерентного излучения БИК области спектра 4,

- по крайней мере, одного переменного электрического поля 4 с частотой выше 300 ГГц,

- по крайней мере, одного переменного магнитного поля 4 с частотой выше 300 ГГц,

- по крайней мере, одного переменного электромагнитного поля 4 с частотой выше 300 ГГц или

- по крайней мере, их комбинации,

размещенного на расстоянии от руды.

При этом руда, по крайней мере, один раз подвергается воздействию:

- когерентного излучения БИК области спектра 4,

- некогерентного излучения БИК области спектра 4,

- переменного электрического поля 4 с частотой выше 300 ГГц,

- переменного магнитного поля 4 с частотой выше 300 ГГц,

- переменного электромагнитного поля 4 с частотой выше 300 ГГц или

- по крайней мере, их комбинации посредством соответственно, по крайней мере, одного устройства.

Фиг.2 представляет принципиальное изображение куска руды 1 под воздействием излучения БИК области спектра 4 или переменного поля 4.

Рудный минерал 2, рудноминеральный агрегат 2 и/или другие абсорбирующие компоненты 2 руды поглощают энергию из излучения 4, переменного поля 4 или излучения 4 и переменного поля 4, в то время как жильная порода 3 не поглощает эту энергию вовсе или поглощает лишь в незначительном количестве, так что посредством вызванных этим напряжений в руде создаются трещины 5 или руда расщепляется.

В связи с этим на фигурах представлены соответственно принципиальные изображения:

на фиг.3 куска руды с трещинами 5 и

на фиг.4 куска руды с трещинами 5 и отколами 6.

Затем рудные минералы 2 вскрытой посредством излучения 4 и/или переменного поля 4 руды экстрагируются или подвергаются дальнейшей механической обработке и после этого экстрагируются. Это происходит известными способами путем:

- выделения рудного минерала 2 при помощи щелочей, кислот или растворителей с комплексообразователями или без них,

- химической реакции рудного минерала 2 с твердыми телами, жидкостями и/или газами,

- вытапливания рудных минералов 2 или продуктов их реакции с помощью или без помощи другого металла или флюса либо

- выпаривания.

Для обработки руды излучением 4, переменным полем 4 или их комбинацией соответствующее устройство как источник излучения 4 или устройство для генерирования переменного поля 4 находится на расстоянии от руды в той или иной вскрываемой форме.

В первом варианте осуществления изобретения куски руды 1 находятся для этого на носителе. Он является составной частью вибрационного конвейера или участком внутренней стенки вращающейся трубы или вращающегося барабана. За счет движений того или иного носителя куски руды 1 переворачиваются, так что они подвергаются воздействию излучения 4 и/или переменного поля 4 с различных сторон. Для этого при применении когерентного или некогерентного излучения БИК области спектра 4 по ходу лучей после соответствующего источника в форме лазера находится сканер, так что куски руды 1 на носителе могут подвергаться воздействию излучения 4 определенно или стохастически, однократно или многократно.

Во втором варианте осуществления изобретения установка для кусков руды 1 и устройство для генерирования когерентного излучения БИК области спектра 4, некогерентного излучения БИК области спектра 4, переменного электрического поля 4 с частотой выше 300 ГГц, переменного магнитного поля с частотой выше 300 ГГц, переменного электромагнитного поля 4 с частотой выше 300 ГГц или, по крайней мере, их комбинации размещены таким образом, что куски руды 1 падают под воздействием нормальной силы, пролетая на расстоянии от устройства. Во время полета куски руды 1 подвергаются воздействию излучения 4 или переменного поля 4. Для этого куски руды 1 находятся в открытом контейнере над соответствующим устройством или доставляются в камеру над соответствующим устройством.

В третьем варианте осуществления изобретения установка для кусков руды 1 и устройство для генерирования когерентного излучения БИК области спектра 4, некогерентного излучения БИК области спектра 4, переменного электрического поля 4 с частотой выше 300 ГГц, переменного магнитного поля с частотой выше 300 ГГц, переменного электромагнитного поля 4 с частотой выше 300 ГГц или, по крайней мере, их комбинации размещены таким образом, что куски руды 1 пролетают на расстоянии от устройства. Для этого применяется известная центробежная установка. Во время полета куски руды 1 подвергаются воздействию излучения 4 или переменного поля 4.

В четвертом варианте осуществления изобретения облучение производится один или несколько раз, причем руда после облучения завихряется в циклоне. Предпочтительно в результате трения разрыхленные участки отделяются от плотного остатка кусков руды 1, после чего могут выделяться фракции с различными по размеру кусками руды 1 или различной плотностью.

В пятом варианте осуществления изобретения перед воздействием излучением 4 выше 300 ГГц абсорбция руды для этого излучения 4 модифицируется посредством облучающей или реактивной обработки.

Изобретение относится к способу и устройству для вскрытия руды. Для создания трещин или расколов руды на расстоянии от нее размещено устройство для вскрытия руды. Руда хотя бы один раз подвергается воздействию излучения устройства, хотя бы одного переменного поля или излучения и хотя бы одного переменного поля. Устройство генерирует когерентное излучение БИК области спектра, некогерентное излучение БИК области спектра, по крайней мере одно переменное электрическое поле с частотой выше 300 ГГц, по крайней мере одно переменное магнитное поле с частотой выше 300 ГГц, по крайней мере одно переменное электромагнитное поле с частотой выше 300 ГГц или их комбинацию. Рудный минерал, рудные минералы, абсорбирующие компоненты или рудный минерал и абсорбирующие компоненты руды поглощает или поглощают энергию из излучения, переменного поля или излучения и переменного поля. Жильная порода не поглощает эту энергию вовсе или поглощает лишь в незначительном количестве. Рудный минерал или рудные минералы в последующем могут легко экстрагироваться. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ вскрытия руды, отличающийся тем, что руда хотя бы один раз подвергается воздействию когерентного излучения БИК области спектра (4), некогерентного излучения БИК области спектра (4), по крайней мере одного переменного электрического поля (4) с частотой выше 300 ГГц, по крайней мере одного переменного магнитного поля (4) с частотой выше 300 ГГц, по крайней мере одного переменного электромагнитного поля (4) с частотой выше 300 ГГц или их комбинации посредством устройства для генерирования излучения (4), хотя бы одного переменного поля (4) или излучения (4) и хотя бы одного переменного поля (4), причем рудный минерал (2), рудные минералы (2), абсорбирующие компоненты (2) или рудный минерал (2) и абсорбирующие компоненты руды поглощает или поглощают энергию из излучения (4), переменного поля (4) или излучения (4) и переменного поля (4), а жильная порода (3) не поглощает эту энергию вовсе или поглощает лишь в незначительном количестве, так что посредством вызванных этим напряжений в руде создаются трещины 5 или руда раскалывается.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что треснувшая или расколовшаяся руда подвергается механической обработке.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что рудный минерал (2) или рудные минералы (2) вскрытой посредством излучения (4) и/или переменного поля (4) руды в последующем экстрагируются.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что экстракция рудных минералов (2) происходит посредством:
- выделения рудного минерала (2) при помощи щелочей, кислот или растворителей с комплексообразователями или без них,
- химической реакции рудного минерала (2) с твердыми телами, жидкостями и/или газами,
- выплавления рудных минералов (2) или продуктов реакции рудных минералов (2) при помощи или без помощи металла или флюса либо
- выпаривания.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что руда после или во время воздействия излучением (4) и/или переменным полем (4) охлаждается при помощи охлаждающей установки.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что руда последовательно или одновременно подвергается воздействию различных излучений (4) и/или переменных полей (4) с одинаковой частотой или различными частотами выше 300 ГГц.

7. Устройство для вскрытия руды способом по п.1, отличающееся тем, что на расстоянии от руды размещено хотя бы одно устройство для генерирования когерентного излучения БИК области спектра (4), некогерентного излучения БИК области спектра (4), по крайней мере одного переменного электрического поля (4) с частотой выше 300 ГГц, по крайней мере одного переменного магнитного поля (4) с частотой выше 300 ГГц, по крайней мере одного переменного электромагнитного поля (4) с частотой выше 300 ГГц или их комбинация, так что рудный минерал (2), рудные минералы (2), абсорбирующие компоненты или рудные минералы (2) и абсорбирующие компоненты руды поглощает или поглощают энергию из излучения (4), переменного поля (4) или излучения (4) и переменного поля (4), а жильная порода (3) не поглощает эту энергию вовсе или поглощает лишь в незначительном количестве, причем посредством вызванных этим напряжений в руде создаются трещины (5) или руда раскалывается.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что части руды как куски руды (1) находятся на носителе и что носитель является составной частью транспортирующего устройства, причем носитель сцеплен с приводным механизмом или носитель является участком внутренней поверхности стенки вращающегося цилиндра или барабана.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что носитель является составной частью вибрационного конвейера.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что установка для кусков руды и устройство для генерирования когерентного излучения БИК области спектра (4), некогерентного излучения БИК области спектра (4), переменного электрического поля (4) с частотой выше 300 ГГц, переменного магнитного поля (4) с частотой выше 300 ГГц, переменного электромагнитного поля (4) с частотой выше 300 ГГц или их комбинация размещены таким образом, что куски руды (1) падают под воздействием нормальной силы, пролетая мимо на расстоянии от устройства, или посредством обдувочной установки или центрифуги как установки продуваются мимо или отбрасываются мимо на расстоянии от устройства.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что по ходу лучей после источника когерентного излучения БИК области спектра (4) или некогерентного излучения БИК области спектра (4) как устройства для генерирования когерентного или некогерентного излучения БИК области спектра (4) находится сканер, так что посредством сканера когерентное излучения БИК области спектра (4) или некогерентное излучения БИК области спектра (4) направляется на руду.

12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что составная часть выходной оптики для излучения БИК области спектра для вскрываемой или отделяемой от жилы руды в жидкости представляет собой прозрачное для излучения окно и что выводящая излучение поверхность окна, по крайней мере, смочена жидкостью.