Сепаратор и способ сухого обогащения алмазосодержащей руды Российский патент 2018 года по МПК G01N23/222 G01T1/16 B07C5/346 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение относится к обогащению руд, а именно к разделению или сортировке твёрдых рудных материалов сухим способом, в частности к сухому обогащению алмазосодержащей руды, т.е. ее сепарации с целью отделения содержащей алмазы породы от пустой породы с применением радиационных методов, а именно измерением вторичной эмиссии характерного ядерного гамма-излучения, возникающего под действием быстрых меченых нейтронов.

Предпосылки изобретения

[0002] Обнаружение алмазов в кимберлите методом меченых нейтронов известно из уровня техники (см., например, статью «Detection of diamonds in kimberlite by tagged neutron method», Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A 785 (2015) 9-13).

[0003] Известны также способ и устройство для обнаружения алмазов в кимберлите с помощью метода меченых нейтронов (см. патент № RU 2521723 C1, опубликованный 10.07.2014 г.). Однако описанное в этом патенте устройство имеет недостаточную для промышленного применения производительность по алмазосодержащей руде, связанную: с малым телесным углом регистрации гамма-излучения, определяемым ограниченным числом детекторов гамма-излучения, расположенных только вне потока меченых нейтронов; с несовершенством конструкции конвейера, которая не обеспечивает постоянство высоты слоя алмазосодержащей породы, находящейся на ленте конвейера, в связи с отсутствием системы дозирования породы, а также в связи с отсутствием системы разделения и отбора облучаемой породы на концентрат и хвосты; с влиянием изменения температуры окружающей среды на характеристики регистрирующей аппаратуры устройства.

Раскрытие сущности изобретения

[0004] Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение производительности сепаратора по обработке алмазосодержащей руды при использовании метода меченых нейтронов.

[0005] Еще одной технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение надежного обнаружения алмазов, скрытых в кусках породы до ее дробления, что позволяет предотвратить повреждаемость алмазов.

[0006] Еще одной технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение минимального выхода концентрата из руды при высокой производительности сепаратора.

[0007] Также предлагаемое изобретение решает задачу получения высокоэффективного и высокопроизводительного сепаратора для сухого обогащения алмазосодержащей руды.

[0008] Поставленные задачи решаются следующими средствами, изложенными в пунктах 1-20.

[0009] Пункт 1: Сепаратор для сухого обогащения алмазосодержащей руды, содержащий:

- систему подачи руды, предназначенную для подачи алмазосодержащей руды в нейтронный блок, причем нейтронный блок снабжён:

(a) нейтронным генератором, предназначенным для генерации потока меченых нейтронов и альфа-частиц, при этом в нейтронный генератор встроен многоэлементный альфа-детектор, и

(b) детекторами гамма-излучения, предназначенными для регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего при облучении алмазосодержащей руды потоком меченых нейтронов;

- систему анализа данных, предназначенную для сбора и анализа данных, получаемых от альфа-детектора и детекторов гамма-излучения нейтронного блока;

- систему разделения алмазосодержащей руды;

- систему питания; и

- систему управления,

при этом система подачи руды снабжена по меньшей мере одним сосудом, выполненным с возможностью содержания порции алмазосодержащей руды, подлежащей облучению в нейтронном блоке, причем упомянутый по меньшей мере один сосуд имеет в сечении форму, соответствующую форме сечения потока меченых нейтронов,

и при этом система разделения выполнена с возможностью направлять облученную в сосуде порцию алмазосодержащей руды либо в концентрат, либо в хвосты по команде системы управления, в зависимости от выявленного системой анализа данных наличия или отсутствия алмаза(ов) в упомянутой порции алмазосодержащей руды.

[0010] Пункт 2: Сепаратор по пункту 1, в котором нейтронный генератор в нейтронном блоке расположен под сосудом, а детекторы гамма-излучения расположены в нейтронном блоке над сосудом.

[0011] Пункт 3: Сепаратор по пункту 1, в котором нейтронный генератор и детекторы гамма-излучения расположены в нейтронном блоке сбоку от сосуда.

[0012] Пункт 4: Сепаратор по пункту 3, в котором нейтронный генератор расположен с первой боковой стороны от сосуда, а детекторы гамма-излучения расположены со второй, противоположной первой боковой стороны от сосуда.

[0013] Пункт 5: Сепаратор по любому из пунктов 1-4, в котором упомянутый по меньшей мере один сосуд выполнен из безуглеродного материала, содержащего менее 1 мас.% углерода.

[0014] Пункт 6: Сепаратор по любому из пунктов 1-5, в котором в число детекторов гамма-излучения входит по меньшей мере один детектор гамма-излучения, расположенный в пределах потока меченых нейтронов, прошедшего через сосуд с алмазосодержащей рудой.

[0015] Пункт 7: Сепаратор по любому из пунктов 1-6, в котором детекторы гамма-излучения нейтронного блока расположены в виде двух групп:

- первой группы детекторов гамма-излучения, расположенной вокруг и вне потока меченых нейтронов и снабжённой защитой детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них потока меченых нейтронов, и

- второй группы детекторов гамма-излучения, расположенной в пределах потока меченых нейтронов, прошедшего через сосуд с алмазосодержащей рудой.

[0016] Пункт 8: Сепаратор по любому из пунктов 1-7, в котором поток меченых нейтронов в нейтронном блоке имеет форму усеченной пирамиды, и, соответственно, сосуд тоже имеет форму усеченной пирамиды.

[0017] Пункт 9: Сепаратор по любому из пунктов 1-8, в котором детекторы гамма-излучения снабжены системой термокоррекции, соединенной линией связи с системой анализа данных.

[0018] Пункт 10: Сепаратор по любому из пунктов 1-9, в котором система подачи руды содержит конвейер с множеством установленных на нем сосудов.

[0019] Пункт 11: Сепаратор по любому из пунктов 1-10, в котором система подачи руды содержит загрузочный бункер с дозатором для подачи дозированной порции алмазосодержащей руды в сосуд, а система разделения выполнена с возможностью направления облученной порции алмазосодержащей руды либо в емкость для сбора концентрата, либо в емкость для сбора хвостов, причем загрузочный бункер с дозатором и система разделения соединены линией связи с системой управления.

[0020] Пункт 12: Сепаратор по любому из пунктов 1-11, в котором нейтронный блок предназначен для генерации потока меченых нейтронов и альфа-частиц при ускорении дейтронов и взаимодействии их с тритиевой мишенью за счет осуществления следующей бинарной реакции:

d + t → α + n,

где d – дейтрон, t – тритон, α – альфа-частица, n – нейтрон.

[0021] Пункт 13: Сепаратор по любому из пунктов 1-12, в котором нейтронный блок помещён в пылезащитный кожух.

[0022] Пункт 14: Сепаратор по любому из пунктов 1-13, в котором упомянутые система подачи руды, нейтронный блок и система разделения образуют модуль обогащения, причем сепаратор содержит по меньшей мере два таких модуля обогащения, которые выполнены с возможностью обогащать алмазосодержащую руду последовательно друг за другом или параллельно друг другу, при этом альфа-детектор и детекторы гамма-излучения каждого нейтронного блока в каждом модуле обогащения соединены с системой анализа данных, которая с помощью линий связи соединена с системой управления.

[0023] Пункт 15: Сепаратор по пункту 14, в котором система разделения алмазосодержащей руды каждого модуля обогащения, кроме последнего из упомянутых по меньшей мере двух модулей обогащения, выполнена с возможностью подачи концентрата в систему подачи руды следующего модуля обогащения для проведения дальнейшего облучения и обогащения концентрата из предыдущего модуля обогащения.

[0024] Пункт 16: Сепаратор по пункту 14 или 15, в котором система питания является общей или отдельной для всех модулей обогащения, и/или система анализа данных является общей или отдельной для всех модулей обогащения, и/или система управления является общей или отдельной для всех модулей обогащения.

[0025] Пункт 17: Сепаратор по любому из пунктов 14-16, в котором каждый нейтронный блок в каждом модуле обогащения помещён в пылезащитный кожух, и/или каждый модуль обогащения помещён в пылезащитный кожух.

[0026] Пункт 18: Сепаратор по любому из пунктов 1-17, содержащий по меньшей мере два упомянутых нейтронных блока, установленных последовательно друг за другом, причем система подачи руды является общей и выполнена с возможностью подачи алмазосодержащей руды в каждый из упомянутых нейтронных блоков, при этом каждый нейтронный блок выполнен с возможностью независимого облучения своей порции алмазосодержащей руды в отдельном сосуде.

[0027] Пункт 19: Сепаратор по пункту 18, содержащий общую систему питания, общую систему анализа данных и общую систему управления для всех нейтронных блоков.

[0028] Пункт 20: Способ сухого обогащения алмазосодержащей руды, осуществляемый с использованием сепаратора по любому из пунктов 1-19.

[0029] Предпочтительно, способ сухого обогащения алмазосодержащей руды по пункту 20 может включать следующие этапы:

(a) облучают потоком быстрых меченых нейтронов порцию алмазосодержащей руды, находящуюся в сосуде, имеющем в сечении форму, соответствующую форме сечения потока быстрых меченых нейтронов;

(b) регистрируют спектр характеристического гамма-излучения, возникающего при облучении на этапе (a) упомянутой порции алмазосодержащей руды потоком быстрых меченых нейтронов;

(c) анализируют спектр характеристического гамма-излучения, зарегистрированный на этапе (b) от упомянутой порции алмазосодержащей руды для получения информации о присутствии или отсутствии алмазов в упомянутой порции алмазосодержащей руды; и

(d) исходя из информации, полученной на этапе (c), направляют упомянутую порцию алмазосодержащей руды либо в концентрат, если в упомянутой порции присутствует по меньшей мере один алмаз, либо в хвосты, если в упомянутой порции алмаз отсутствует.

Краткое описание чертежей

[0030] Предлагаемое изобретение поясняется далее подробнее на примере следующих неограничительных чертежей.

[0031] На фиг. 1 изображен общий вид в перспективе с местными разрезами одного конкретного варианта воплощения сепаратора по изобретению, в котором все узлы размещены в пылезащитных кожухах.

[0032] На фиг. 2 изображен общий вид в перспективе с местным разрезом другого конкретного варианта воплощения сепаратора, размещенного внутри транспортного контейнера, причем нейтронный блок сепаратора закрыт пылезащитным кожухом (пылезащитные кожухи входной и выходной частей системы подачи руды сепаратора не изображены для ясности).

[0033] На фиг. 3 изображена технологическая схема работы одного конкретного варианта воплощения сепаратора по изобретению.

[0034] На фиг. 4 схематично изображен главный узел одного конкретного варианта воплощения сепаратора по изобретению, т.е. фрагмент системы подачи руды, выполненный в виде конвейера системы подачи руды с тремя сосудами и размещённый вокруг конвейера системы подачи руды нейтронный блок, причем на фиг. 4(a) показан продольный относительно конвейера системы подачи руды разрез по данному узлу, на фиг. 4(b) – поперечный относительно конвейера системы подачи руды разрез по данному узлу, а на фиг. 4(c) – вид данного узла в перспективе.

[0035] На фиг. 5 схематично изображен вид в перспективе еще одного конкретного варианта воплощения сепаратора по изобретению, причем этот сепаратор размещён на самоходном шасси и снабжен тремя последовательными модулями обогащения с отдельным нейтронным блоком и отдельной системой подачи руды в каждом из этих модулей.

[0036] На фиг. 6 схематично изображен общий вид в перспективе еще одного конкретного варианта воплощения сепаратора по изобретению, в котором четыре модуля обогащения расположены и работают с параллельным включением, как один из предпочтительных вариантов промышленного обогащения алмазосодержащей руды.

[0037] На фиг. 7 схематично изображён вид в перспективе с местными разрезами еще одного конкретного варианта воплощения сепаратора по изобретению, включающего в себя три нейтронных блока, расположенных на одном общем конвейере системы подачи руды внутри пылезащитных кожухов.

[0038] На фиг. 8 схематично изображён вид в перспективе с местным разрезом еще одного конкретного варианта воплощения сепаратора по изобретению с боковым расположением нейтронного генератора и детекторов гамма-излучения относительно сосуда с алмазосодержащей рудой в нейтронном блоке и с горизонтальным прохождением потока меченых нейтронов в нейтронном блоке через удерживаемую в неподвижном сосуде алмазосодержащую руду.

Подробное описание вариантов воплощения изобретения

[0039] Предлагаемое изобретение направлено, в частности, на решение хотя бы одной из следующих технических задач:

- надежное обнаружение алмазов (например, крупных алмазов более 5 каратов), видимых или скрытых в алмазосодержащей руде до стадии дробления кусков рудной породы, что позволит предотвратить разрушение крупных, а значит наиболее ценных, алмазов;

- повышение производительности сепаратора, т.е. увеличение количества алмазосодержащей руды, обрабатываемой сепаратором за единицу времени; и

- минимизация выхода концентрата из алмазосодержащей руды, т.е. обеспечение минимального отношения количества произведенного сепаратором концентрата к общему количеству обработанной сепаратором руды, или, иными словами, как можно большее снижение соотношения концентрат/хвосты.

[0040] При этом, в зависимости от обстоятельств, любая из этих технических задач может рассматриваться как главная, а остальные – как вспомогательные. Вместе с тем, в более предпочтительных вариантах воплощения изобретения все эти задачи решаются вместе в связи друг с другом.

[0041] С целью решения по меньшей мере одной из этих технических задач в сепараторе или способе по изобретению, предназначенных для обнаружения и сепарации алмазов из алмазосодержащей руды, облучают порции алмазосодержащей руды потоком быстрых меченых нейтронов, в результате такого облучения получают информацию о наличии или отсутствии алмазов в порциях алмазосодержащей руды и, исходя из полученной информации, производят сепарацию порций алмазосодержащей руды на порции с обнаруженными алмазами, направляемые в рудный концентрат, и порции без обнаруженных алмазов, направляемые в рудные отходы (так называемые «хвосты»), таким образом выполняя обогащение алмазосодержащей руды.

[0042] В настоящем изобретении в качестве алмазосодержащей руды, подлежащей обогащению, могут быть использованы любые алмазоносные руды или любые рудные материалы, потенциально содержащие в себе алмазы, причем предпочтительными типами руд являются, например, кимберлитовые и/или лампроитовые руды, а рудными материалами могут быть ранее полученные рудные концентраты или отходы переработки алмазоносных руд. И хотя дальнейшее описание приводится в основном применительно к кимберлитовой руде, изобретение не ограничено каким-то одним конкретным видом руды или рудного материала.

[0043] В сепараторе по настоящему изобретению обязательно имеется нейтронный блок, точнее, по меньшей мере один нейтронный блок. При этом упомянутый или каждый нейтронный блок содержит:

(а) нейтронный генератор и

(b) детекторы гамма-излучения.

[0044] Нейтронный генератор (а) служит в нейтронном блоке сепаратора в качестве источника быстрых меченых нейтронов. Нейтронный генератор снабжен детектором альфа-частиц, который далее для краткости называется просто «альфа-детектором» и который может быть любого типа при условии, что он способен детектировать альфа-частицы. Альфа-детектор подразделен на множество элементов (пикселей) и поэтому далее называется «многоэлементным», при этом такое множество элементов (пикселей) означает «два или более» и может быть любым целым числом, причем чем их больше, тем выше будет пространственное разрешение сепаратора. Альфа-детектор размещен и выполнен с возможностью работы внутри нейтронного генератора и поэтому называется далее «встроенным». К примеру, альфа-детектор может быть кремниевым. Например, нейтронный генератор может быть оборудован встроенным 9-канальным альфа-детектором или 64-элементным (64-пиксельным) кремниевым альфа-детектором, описанными в вышеуказанной статье. При этом нейтронный генератор может быть портативным. В частности, в одном конкретном варианте воплощения нейтронный генератор может быть генератором модели ИНГ-27, выпускаемым ФГУП ВНИИА им. Н.Л.Духова (Москва).

[0045] В частности, в качестве источника быстрых меченых нейтронов используется нейтронный генератор, в котором протекает следующая бинарная реакция:

d + t → α + n,

где d – дейтрон (т.е. ядро изотопа водорода дейтерия, ²H);

t – тритон (т.е. ядро изотопа водорода трития, ³H);

α – альфа-частица (т.е. ядро атома гелия, ⁴He);

n – нейтрон,

причем энергия дейтронов, падающих на мишень из трития, составляет порядка 100 кэВ, а значения энергий согенерируемых альфа-частицы и нейтрона составляют примерно 3,5 МэВ и 14,1 МэВ соответственно.

[0046] Таким образом, с помощью этого нейтронного генератора порции алмазосодержащей руды облучают потоком быстрых нейтронов с энергией примерно 14,1 МэВ и с высокой интенсивностью, например, от 5×10⁷ до 4×10⁸ нейтронов в секунду (н/с). В результате неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах атомов, входящих в состав алмазосодержащей руды, возникает характеристическое (т.е. характерное для каждого конкретного вида химического элемента) гамма-излучение с энергиями порядка 0,5-10 МэВ. Это характеристическое гамма-излучение регистрируют с помощью детекторов гамма-излучения (b), также входящих в состав нейтронного блока. Предпочтительно, детекторы гамма-излучения могут быть выполнены на основе кристаллов германата висмута (BGO) или ортосиликата иттрия-лутеция (LYSO), однако настоящее изобретение не ограничено конкретным типом детекторов гамма-излучения при условии, что они способны детектировать гамма-излучение с указанной энергией. При этом с помощью многоэлементного альфа-детектора, встроенного в нейтронный генератор, регистрируют также направление вылета быстрых нейтронов из тритиевой мишени нейтронного генератора, приблизительно соответствующее направлению, противоположному направлению вылета альфа-частиц из тритиевой мишени (фактический угол разлета между согенерируемыми альфа-частицей и нейтроном составляет 171-175 градусов, для диапазона энергии дейтронов 50-150 кэВ ), т.е. альфа-детектор производит так называемое «мечение» нейтронов (от англ. «tagging») по направлению их вылета в пространстве и по моменту их вылета во времени, поэтому в дальнейшем здесь в отношении быстрых нейтронов используется термин «меченые нейтроны». Здесь следует отметить, что быстрые нейтроны испускаются нейтронным генератором в полный телесный угол 4π, однако за счет такого «мечения» быстрых нейтронов альфа-детектором поток меченых нейтронов, принимаемых в расчет при последующем анализе характеристического гамма-излучения, имеет расходящуюся от мишени форму с намного меньшим телесным углом, определяемым размерами альфа-детектора и расстоянием между тритиевой мишенью и альфа-детектором. При этом число и положение в пространстве отдельных пучков меченых нейтронов в их общем потоке определяется числом и положением элементов (пикселей) альфа-детектора относительно тритиевой мишени нейтронного генератора. Характеристическое гамма-излучение, исходящее от алмазосодержащей руды в виде спектров, регистрируют с помощью детекторов гамма-излучения. Зарегистрированные спектры характеристического гамма-излучения, поступающие с детекторов гамма-излучения, анализируются системой анализа данных в совпадениях с сигналами с альфа-детектора, соответствующими каждому вокселю облучаемого куска кимберлита. Здесь «вокселем» называется элемент объема куска алмазосодержащей руды, причем в направлении потока меченых нейтронов размер вокселя определяется временным разрешением системы альфа-гамма-совпадений (α-γ совпадений), а в плоскости, перпендикулярной потоку меченых нейтронов, размеры вокселя определяются линейными размерами пикселя альфа-детектора и соотношением расстояний от тритиевой мишени нейтронного генератора до альфа-детектора и до облучаемого куска алмазосодержащей руды, находящегося в объеме каждого вокселя. При этом однозначное заключение о наличии либо отсутствии алмазов в облучаемом куске алмазосодержащей руды делают на основании сравнения интенсивности линии характеристического гамма-излучения углерода с энергией 4,43 МэВ, измеренной в каждом из вокселей, с интенсивностью этой же линии на уровне фона, найденном путем усреднения данной линии по всем вокселям, принадлежащим облучаемому куску алмазосодержащей руды, при этом критерием обнаружения алмазов в куске алмазосодержащей руды является величина превышения интенсивности указанной линии гамма-излучения с энергией 4,43 МэВ хотя бы в одном из вокселей над уровнем фона. Дополнительные подробности работы нейтронного блока в сепараторе по изобретению можно найти в вышеупомянутой статье, содержание которой включено сюда во всей своей полноте посредством ссылки.

[0047] Обращаясь теперь к конкретным и предпочтительным вариантам воплощения изобретения, сепаратор для сухого обогащения алмазосодержащей руды может быть выполнен следующим образом, как изображено на фиг. 1-4. Сепаратор содержит загрузочный бункер 1 с решеткой 2, просеивающей алмазосодержащую руду и тем самым определяющей размер кусков породы, попадающих при загрузке алмазосодержащей руды в загрузочный бункер 1. Сепаратор также содержит дозатор 3, определяющий массу алмазосодержащей руды, загружаемой в каждый из сосудов 4, закрепленных на цепи 5 конвейера 6 системы подачи руды. Конвейер 6 системы подачи руды по очереди перемещает каждый установленный на конвейере 6 сосуд 4 в область облучения загруженного рудой сосуда потоком меченых нейтронов 7, создаваемых нейтронным генератором 8, расположенным под конвейером 6. Помимо нейтронного генератора 8, нейтронный блок 9 имеет внешний блок питания 10 и содержит внутри себя детекторы 11 характеристического гамма-излучения, испускаемого из алмазосодержащей руды 12 при ее облучения потоком меченых нейтронов 7. Детекторы 11 гамма-излучения расположены в виде двух групп – первой группы, расположенной вокруг потока меченых нейтронов 7, и второй группы, расположенной в пределах прямого потока меченых нейтронов 7 (детально изображено на фиг. 4). Нейтронный блок 9 содержит также защиту 13 первой группы детекторов 11 гамма-излучения от прямого попадания в них меченых нейтронов, испущенных нейтронным генератором 8, а также биологическую защиту 16, окружающую весь нейтронный блок 9 со всех его сторон. В конце конвейера 6 расположен селектор 18 руды, направляющий по команде блока 14 управления конвейером содержимое сосуда 4 либо в концентрат по соответствующему желобу 15, ведущему в емкость 20 для сбора концентрата, либо в хвосты, отводимые по соответствующему желобу 17, ведущему в емкость для сбора хвостов 21 или просто в отвал хвостов. Нейтронный блок 9 снабжён также пылезащитным кожухом 19, выполненным, например, из тонкой стали и препятствующим попаданию пыли от алмазосодержащей руды 12 на нейтронный генератор 8 и детекторы 11 гамма-излучения. Сепаратор может быть включен и выключен с помощью пульта 23 оператора. Направление содержимого сосуда 4 осуществляется автоматически системой управления. Входная и выходная части конвейера 6 системы подачи руды могут быть также снабжены пылезащитными кожухами 19, препятствующими попаданию пыли от алмазосодержащей руды 12 на нейтронный генератор 8 и детекторы 11 гамма-излучения. Сепаратор может быть помещен внутри контейнера 24 (см. фиг. 2). Если сепаратор расположен в контейнере 24 (фиг. 2), то в таком контейнере 24 заключены все основные узлы сепаратора, включая нейтронный блок 9 с нейтронным генератором 8 и детекторами 11 гамма-излучения, блок 10 питания, блок 26 регистрирующей электроники, электрощит 27, к которому может быть подведено питание извне (например, питание 380/220 В) и который, в свою очередь, запитывает блок 10 питания нейтронного генератора, блока 26 регистрирующей электроники и блока 14 управления конвейером системы подачи руды. Блок 14 управления конвейером системы подачи руды, в свою очередь, запитывает электроэнергией дозатор 3 и селектор 18 породы. Управление сепаратором предпочтительно осуществляется с помощью интерфейса пульта 23 оператора. Сепаратор может также быть снабжен системой термокоррекции (не показана), содержащей термодатчики, закреплённые на кристаллах детекторов 11 гамма-излучения и находящиеся в тепловом контакте с ними. Сигналы с этих термодатчиков по линиям связи, которые могут быть в принципе любыми, в том числе проводными и/или беспроводными, поступают на вход амплитудно–цифрового преобразователя(ей) (АЦП) и компьютера (например, миникомпьютера или другого контроллера), при этом термодатчики соединены линией питания с АЦП, установленным(и) в блоке 26 регистрирующей электроники, соединенном линией связи с интерфейсом пульта 23 оператора.

[0048] Один из важных признаков изобретения заключается в том, что каждый сосуд 4 имеет в своем сечении форму, соответствующую форме потока меченых нейтронов 7. При этом данный признак в настоящем изобретении подразумевает, что сечение сосуда 4 проходящей через него плоскостью практически соответствует по своей геометрической форме сечению потока меченых нейтронов 7 этой же самой плоскостью. Так, если посмотреть на фиг. 4(a) и обозначить ось, лежащую в плоскости листа бумаги и идущую слева-направо по ходу конвейерной цепи 5, за ось X, ось, лежащую в плоскости листа бумаги и идущую снизу-вверх, – за ось Y, а ось, идущую перпендикулярно плоскости листа бумаги, – за ось Z, то указанным сечением можно считать, например, сечение продольной плоскостью X-Y, совпадающей с плоскостью листа бумаги, как показано на фиг. 4(a), или поперечной плоскостью Y-Z, перпендикулярной плоскости листа бумаги, как показано на фиг. 4(b), или плоскостью X-Z, перпендикулярной плоскости листа бумаги и параллельной дну сосуда 4, или же сечение любой плоскостью, совпадающей с осью Y и не перпендикулярной осям X и Z. Такое соответствие между формой сечения потока меченых нейтронов 7 и между формой сечения сосуда 4 обеспечивает облучение мечеными нейтронами 7 всего содержимого сосуда 4 в полном объеме, что гарантирует, что меченые нейтроны 7 не пролетят мимо (не пропустят) ни одного алмаза, содержащегося в порции алмазосодержащей руды, находящейся в этом сосуде, а значит, каждый алмаз будет учтен при принятии решения о том, направлять ли содержащуюся в данном сосуде руду в концентрат или в отходы.

[0049] Наиболее предпочтительным вариантом воплощения изобретения является практически полное совпадение между внутренними поверхностями всех стенок сосуда 4 и внешним контуром потока меченых нейтронов 7, проходящего через сосуд 4, что позволяет облучать мечеными нейтронами полностью все содержимое сосуда 4, но при этом не облучать мечеными нейтронами стенки сосуда 4. В одном предпочтительном варианте воплощения поток меченых нейтронов 7 имеет форму перевернутой усеченной пирамиды, а соответственно, каждый из сосудов 4 тоже имеют форму перевернутой усеченной пирамиды (как показано на фиг. 4(a), (b) и (c)), что обеспечивает полное и беспрепятственное высыпание руды из сосудов 4 при их переворачивании вверх дном.

[0050] Вместе с тем, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено ни вышеуказанной предпочтительной формой сечения в виде перевернутой усеченной пирамиды, изображенной на фиг. 4(a), (b) и (c), ни показанным на фиг. 4(a), (b) и (c) предпочтительным расположением нейтронного генератора 8 под конвейером системы подачи руды, а детекторов 11 гамма-излучения – над конвейером системы подачи руды. Таким образом, в другом предпочтительном варианте воплощения форма сечения сосуда 4 и соответствующая ей форма сечения потока меченых нейтронов 7 могут быть произвольными, например, прямоугольными, квадратными, овальными или иными. Кроме того, в других вариантах воплощения эти конструктивные элементов могут быть расположены в нейтронном блоке обратным образом (т.е. нейтронный генератор 8 – над конвейером системы подачи руды, а детекторы 11 гамма-излучения – под конвейером системы подачи руды). Возможен также предпочтительный вариант воплощения, когда система подачи руды подает руду сверху вниз. Тогда нейтронный генератор 8 и детекторы 11 гамма-излучения могут быть расположены примерно на одном уровне по вертикали, при этом нейтронный генератор 8 находится с одной боковой стороны от системы подачи руды (например, слева от сосуда 4 на фиг. 4(b)), а детекторы 11 гамма-излучения находятся с другой боковой стороны от системы подачи руды (например, справа от сосуда 4 на фиг. 4(b)). Такой предпочтительный вариант воплощения изображен на фиг. 8, где поток меченых нейтронов 7 проходит через сосуд 4 в целом горизонтально слева направо. В еще одном предпочтительном варианте воплощения поток меченых нейтронов может проходить через сосуд справа налево (не показано на фигурах).

[0051] Также следует понимать, что употребляемый здесь термин «сосуд» означает любой сосуд, способный содержать алмазосодержащую руду. Таким образом, форма, размеры и материал сосуда, форма, число и толщина стенок сосуда могут быть произвольными при наличии вышеуказанной способности. В конкретных вариантах воплощения сосуд может представлять собой лоток (т.е. в целом плоский ящик с меньшей высотой по сравнению с его шириной и длиной), ковш (т.е. сосуд, приспособленный по толщине и материалу стенок для зачерпывания некой порции алмазосодержащей руды определенного объема или массы), и любые другие возможные примеры сосудов. В одном конкретном варианте воплощения сосуды могут быть одинаковыми или разными по своим форме, размерам, материалу и/или толщине стенок на всей системе подачи руды или во всем сепараторе, в то время как в других вариантах воплощения сосуды могут быть одинаковыми или разными по своим форме, размерам, материалу и/или толщине стенок на одной системе подачи руды или в одном модуле обогащения, но иными – на другой системе подачи руды или в другом модуле обогащения сепаратора.

[0052] В одном конкретном варианте воплощения сосуды могут быть выполнены в виде ковшей, которые способны сами зачерпывать добытую алмазосодержащую руду, а в другом конкретном варианте воплощения руда лишь подается в сосуды, например в виде лотков (в частности, засыпается в лотки до некоего уровня, постоянного или переменного, например, вплоть до полного или частичного заполнения лотков) дозатором через загрузочный бункер сепаратора.

[0053] Сосуд может быть выполнен из «безуглеродного» материала, чтобы исключить ложные срабатывания, связанные с неоднородным распределением углерода в материале сосуда. Реализуемая предложенным сепаратором методика поиска алмазов в алмазосодержащей руде основана на обнаружении локального превышения концентрации углерода над средней концентрацией углерода в порции руды, облучаемой потоком меченых нейтронов. При использовании, например, ленты конвейера на органической основе, содержащей значительное количество углерода, резко возрастает процент ложных срабатываний, имитирующих сигнал алмаза, так как в количественном отношении вариация содержания углерода по толщине ленты может превосходить массу искомого алмаза, составляющую, в среднем, менее 1 г. В одном конкретном варианте воплощения конструктивные элементы конвейера системы подачи руды, заходящие при работе сепаратора в нейтронный блок, также выполнены из «безуглеродного» материала. При этом термин «безуглеродный материал» означает в данном изобретении материал, который содержит менее 1 мас.% углерода, например, менее 0,5 мас.%, менее 0,1 мас.%, менее 0,05 мас.% или менее 0,01 мас.% углерода, или даже менее 0,005 мас.% углерода, в расчете на общую массу сосуда. В частности, к «безуглеродному материалу» в данном смысле могут быть отнесены как высокоуглеродистые и среднеуглеродистые стали, так и низкоуглеродистые стали, в частности, одним из подходящих для выполнения сосуда материалов является ультранизкоуглеродистая сталь с содержанием углерода до 0,002 мас.%.

[0054] Также возможно использование в сепараторе такой системы подачи руды, в которой все детали, проходящие сквозь область облучения руды мечеными нейтронами в нейтронном блоке или находящиеся в этой области, выполнены из «безуглеродного» материала, например, из металлического материала, в частности, из низкоуглеродистой стали.

[0055] Кроме того, следует понимать, что употребляемый здесь термин «поток меченых нейтронов» означает по меньшей мере один пучок меченых нейтронов, необходимый для обеспечения принципиальной возможности реализации заявленного сепаратора. Вместе с тем, в предпочтительных вариантах воплощения поток меченых нейтронов в целом может состоять из множества нейтронных пучков, число которых может быть равно числу нейтронных генераторов или числу пикселей в многоэлементном альфа-детекторе, например, 2, 3, 4, 5, 10, 16, 25, 36, 49, 64, 100, 192, 256, 500 и более пучков. Таким образом, употребляемые в отношении меченых нейтронов термины «поток» и «пучок» могут быть или не быть эквивалентными друг другу.

[0056] Обращаясь теперь к фиг. 5, изображенный там предпочтительный сепаратор для сухого обогащения алмазосодержащей руды 12 содержит три последовательных модуля обогащения, размещённые на самоходном шасси 25 (например, на гусеничном шасси, как показано, или на колесном шасси, не показано) и снабженные последовательно соединёнными по ходу руды нейтронными блоками 9 и конвейерами 6 системы подачи руды, последовательно осуществляющими обогащение алмазосодержащей руды 12 и позволяющими получать на выходе из сепаратора алмазосодержащую руду 12 с высоким содержанием алмазов – концентрата 20, а также получать практически не содержащий обнаруживаемых алмазов отвал хвостов 21.

[0057] На фиг. 6 изображен предпочтительный сепаратор с множественными (в данном случае – четырьмя) модулями 22 обогащения, каждый из которых размещён в отдельном контейнере 24 (аналогично фиг. 2) и которые расположены и работают параллельно. При этом добытая алмазосодержащая руда 12 поступает в линию 28 загрузки сепаратора рудой 12 (причем такая загрузка может производиться экскаваторами, как показано на фиг. 6, или любыми другими подходящими средствами и способами, не показано), далее руда 12 подается по линии 28 загрузки в общий для всех модулей 22 обогащения загрузочный бункер 1, затем транспортёрами 29 руда 12 подается в отдельные модули 22 обогащения, откуда практически безалмазные хвосты подаются транспортёрами 30 в отвалы хвостов 21, а обогащенный алмазами рудный концентрат подается транспортёром(ами) 31 в место складирования концентрата 20. При этом в данном и других вариантах воплощения место складирования концентрата 20 может принимать вид кучи концентрата 20 на земле или в специально предназначенной для сбора концентрата емкости 20, такой как, например, кузов грузовика (самосвала), как показано на фиг. 6. Кроме того, в данном и других вариантах воплощения хвосты 21 из отвала(ов) могут быть погружены погрузчиком в специальную емкость, в данном случае – кузов грузовика (самосвала), как показано на фиг. 6, и удалены в подходящее место хранения хвостов.

[0058] На фиг. 7 изображен предпочтительный сепаратор с множественными нейтронными блоками 9, последовательно по ходу руды расположенными вдоль одного конвейера 6 системы подачи руды.

[0059] Способ работы сепаратора в предпочтительных вариантах воплощения по обогащению алмазосодержащей руды 12 может содержать один или более из следующих конкретных операций (этапов).

[0060] Перед началом работы сепаратора производят подачу электрического напряжения с электрощита 27 на блок 10 питания, с последующим включением нейтронного генератора 8 в режим "подготовки", на детекторы 11 гамма-излучения, на блок 14 управления конвейером 6 и на блок 26 регистрирующей электроники.

[0061] Затем производят загрузку загрузочного бункера 1 алмазосодержащей рудой 12, например, с помощью одного или более транспортера(ов) 29 (как показано на фиг. 6). Алмазосодержащая руда 12 в виде отдельных кусков с размерами, определяемыми размерами ячеек просеивающей решетки 2, установленной в верхней части загрузочного бункера 1, поступает в объем загрузочного бункера 1.

[0062] После этого, с помощью системы управления, например, c пульта 23 оператора через специальный интерфейс по линии связи с блоком управления нейтронным генератором 8, подают команду (не показано) на включение нейтронного генератора 8 в режим испускания нейтронов. Затем или одновременно с подачей этой команды производят включение конвейера 6 в работу, например, приводят в движение цепь 5 конвейера 6 с сосудами 4 по команде через специальный интерфейс с пульта 23 оператора в блоке 14 управления конвейером.

[0063] Затем первый сосуд 4 останавливают возле дозатора 3 (например, под ним для загрузки под действием силы тяжести) и автоматически по команде через интерфейс от блока 14 управления конвейером системы подачи руды производят полное или частичное заполнение первого сосуда 4 алмазосодержащей рудой 12, в предпочтительном варианте – фиксированным по массе или объему количеством алмазосодержащей руды 12. После этого, согласно программе, заложенной в блоке 14 управления конвейером системы подачи руды, конвейер 6 автоматически приводят в движение и перемещают первый сосуд 4, полностью или частично заполненный алмазосодержащей рудой 12, в область облучения потоком меченых нейтронов 7 из нейтронного генератора 8. Конвейер 6 останавливают тогда, когда центр первого сосуда 4 совмещается с центральной осью потока меченых нейтронов 7. С этого момента производят облучение содержимого первого сосуда 4 потоком меченых нейтронов 7, а также обнаруживают (детектируют) альфа-частицы, генерируемые совместно и одновременно с нейтронами 7 и летящие в приблизительно противоположном от них направлении. Характеристическое гамма-излучение, испускаемое содержащейся в первом сосуде 4 рудой 12 под действием облучения потоком меченых нейтронов 7, регистрируется в детекторах 11 гамма-излучения. В режиме on-line подают всю информацию, полученную с альфа-детектора нейтронного генератора 8 и с детекторов 11 гамма-излучения, в блок 26 регистрирующей электроники, являющийся частью системы анализа данных, с целью приема, сбора и обработки этих данных и предварительного отбора событий, зарегистрированных упомянутыми альфа- и гамма-детекторами. При этом с очень высокой точностью (такой как менее 1 наносекунды (нс), например, менее 0,1 нс или менее 0,01 нс) определяют время, истекшее с момента регистрации альфа-частиц альфа-детектором нейтронного генератора 8 до момента регистрации гамма-излучения в каждом из детекторов 11. После набора требуемой статистики событий, зарегистрированных альфа-детектором и детекторами 11 гамма-излучения, и предварительного анализа этих событий, информацию о предварительно проанализированных событиях (например, предварительно отобранных, в частности отфильтрованных событий) подают по линии связи (например, по линии Ethernet) из блока 26 регистрирующей электроники через интерфейс на пульт 23 оператора. Согласно программе, установленной в пульте 23 оператора, производят амплитудный и временной анализ событий, предварительно проанализированных (отобранных) блоком 26 регистрирующей электроники, с целью получения ответа на вопрос о наличии или отсутствии алмазов в первом сосуде 4.

[0064] По окончании анализа набранной статистики событий, зарегистрированных альфа-детектором и детекторами 11 гамма-излучения, автоматически включают конвейер 6 и перемещают первый сосуд 4 в направлении селектора 18 руды и останавливают конвейер 6, когда первый сосуд 4 попал в зону действия селектора 18 руды.

[0065] При перемещении первого сосуда 4 в зону действия селектора 18 руды осуществляют одновременное перемещение и остановку полностью или частично заполненного рудой второго сосуда 4, расположенного следующим по ходу на цепи 5 конвейера 6 за предшествующим ему первым сосудом 4, в зоне облучения потоком меченых нейтронов 7 (именно эта ситуация хорошо видна на фиг. 4(a) и 4(c)). Селектор 18 руды, получив команду, поступающую из пульта 23 оператора, в зависимости от типа команды – обнаружен ли алмаз в содержимом первого сосуда 4 или нет – перемещает шторку 32, открывая только один из двух желобов в селекторе 18 руды (см. фиг. 3). При этом содержимое первого сосуда 4 ссыпают в случае обнаружения в нем алмаза (куски руды с алмазом помечены на фиг. 3 черным кружком) по наклоненному вправо и показанному закрытым на фиг. 3 желобу соответственно в емкость для сбора концентрата 20 или, в случае необнаружения ни одного алмаза в первом сосуде 4 (куски руды без алмазов помечены на фиг. 3 белыми кружками), ссыпают по наклоненному влево и показанному открытым на фиг. 3 желобу в емкость для сбора хвостов 21, переворачивая первый сосуд 4 вверх дном при его прохождении вниз по конвейеру 6 над селектором 18 руды. Иными словами, если шторка 32 в селекторе 18 руды повернута вправо, закрыв наклоненный вправо желоб (как показано на фиг. 3), то содержимое первого сосуда 4 направляется по наклоненному влево и открытому желобу в емкость для сбора хвостов 21. А если шторка 32 в селекторе 18 руды будет повернута влево, закрыв наклоненный влево желоб (не показано на фиг. 3), то содержимое первого сосуда 4 будет направлено по наклоненному вправо и открытому тогда желобу в емкость для сбора концентрата 20.

[0066] Аналогичным образом осуществляют работу сепаратора для всех последующих сосудов 4 на конвейере 6 (например, третьего, четвертого и пятого).

[0067] При этом следует понимать, что число сосудов на конвейере системы подачи руды в сепараторе по изобретению может в принципе быть любым, например, меньшим двух или большим пяти, т.е. в первом случае сепаратор может работать лишь с одним единственным сосудом, движущимся на одном единственном конвейере системы подачи руды, а во втором случае сепаратор может работать с большим числом сосудов (например, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 1000 и т.д.), движущихся на одном конвейере или на нескольких (двух, трех, четырех, пяти и т.д.) одинаковых или разных конвейерах. При этом сосуды на разных конвейерах и/или в разных модулях обогащения могут быть одинаковыми или различными по одному или более из следующих параметров: размеры сосуда, объем сосуда, масса или объем загружаемой в сосуд руды, материал всего сосуда или его части, толщина боковых стенок или дна сосуда, время выдержки сосуда в нейтронном блоке для набора статистики событий, скорость движения сосуда на конвейере и т.п. Например, в одном возможном варианте воплощения сосуда совершает свое движение на конвейере непрерывно, т.е. без остановки в нейтронном блоке для набора статистики событий, или же с перерывами, т.е. с остановками в нейтронном блоке для набора нужной (желательно – как можно большей) статистики событий. В предлагаемом сепараторе длительность таких остановок, т.е. время облучения одной порции алмазосодержащей руды в нейтронном блоке, может варьироваться от 1 секунды до десятков минут, составляя, например, от 4 секунд до 32 минут. Однако очевидно, что чем длительнее время остановки в нейтронном блоке, тем меньше производительность сепаратора в единицу времени.

[0068] По мере того как емкость 20 и/или емкость 21 заполняются, собранные в емкости 21 хвосты отправляют в отвалы или в иное место, например, на иную переработку, в частности на дробление руды, а собранный в емкости 20 концентрат направляют из сепаратора в специальное оборудование или на специальное предприятие для щадящего выделения алмазов из концентрата.

[0069] Способ работы сепаратора для сухого обогащения алмазосодержащей руды по другому предпочтительному варианту воплощения, приведенному на фиг. 5, осуществляют следующим образом. Сначала производят заполнение загрузочного бункера 1 алмазосодержащей рудой 12. После этого, через интерфейс c пульта 23 оператора по линии связи, обменивающейся информацией с общим блоком управления тремя показанными на фиг. 5 модулями обогащения или с отдельным блоком управления каждым из трех показанных модулей обогащения, с тремя нейтронными блоками 9 (по одному в каждом из модулей обогащения), подают команду на включение нейтронных генераторов 8 в каждом нейтронном блоке 9 в режим испускания нейтронов. Затем, путем подачи команды от пульта 23 оператора через интерфейс в блок 14 управления, управляющий одним из трех модулей обогащения или всеми тремя модулями обогащения сразу, осуществляют приведение в действие конвейеров 6 модулей обогащения (при этом цепь 5 каждого из трех конвейеров 6, имеющихся по одному в каждом из трех модулей обогащения, приходит в поступательное движение). Первый сосуд 4, расположенный на первом конвейере 6 первого нейтронного блока 9 первого модуля обогащения (показанного слева на фиг. 5), останавливают возле дозатора 3 первого нейтронного блока 9 и автоматически, по команде с первого блока 14 управления, производят заполнение первого сосуда 4 фиксированным по массе количеством алмазосодержащей руды 12. После этого, согласно программе, заложенной в первом блоке 14 управления, первый конвейер 6 автоматически приводят в движение и первый сосуд 4, заполненный алмазосодержащей рудой 12, перемещают в область облучения его потоком меченых нейтронов 7. Первый конвейер 6 останавливают тогда, когда центр первого сосуда 4 совмещается с центральной осью потока меченых нейтроном 7. С этого момента производят облучение содержимого первого сосуда 4 потоком меченых нейтронов 7. В режиме on-line информация с альфа-детектора и детекторов 11 гамма-излучения первого нейтронного блока 9 поступает в блок 26 регистрирующей электроники, с целью приема и предварительного отбора событий, зарегистрированных альфа- и гамма-детекторами. После набора требуемой статистики зарегистрированных альфа-детектором и детекторами 11 гамма-излучения событий и их предварительного анализа и отбора, информацию по линии Ethernet подают из блока 26 регистрирующей электроники через интерфейс на пульт 23 оператора. Согласно программе, установленной в пульте 23 оператора, производят амплитудный и временной анализ предварительно отобранных событий блоком 26 регистрирующей электроники с целью получения ответа на вопрос о наличии или отсутствии алмазов в первом сосуде 4. В случае обнаружения наличия алмазов в первом сосуде 4 он поступает на включенном до этого втором конвейере 6 во второй нейтронный блок 9 второго модуля обогащения (показанного в центре на фиг. 5). Далее второй конвейер 6 останавливает первый сосуд 4 во втором нейтронном блоке 9 тогда, когда центр первого сосуда 4 совмещается с центральной осью потока меченых нейтронов 7, генерируемых нейтронным генератором 8 второго нейтронного блока 9 второго модуля обогащения. Затем, так же как и в первом нейтронном блоке 9 или по-другому (например, более длительно), во втором нейтронном блоке 9 производят облучение содержимого первого сосуда 4 другим потоком меченых нейтронов 7. В случае обнаружения наличия алмазов в первом сосуде 4 также и во втором нейтронном блоке 9, первый сосуд 4 поступает далее на включенном до этого третьем конвейере 6 в третий нейтронный блок 9 третьего модуля обогащения (показанного справа на фиг. 5). После облучения содержимого первого сосуда 4 и в случае получения положительного ответа о наличии алмазов в нем, первый сосуд 4 перемещают в зону селектора 18 руды. Селектор 18 руды, получив команду, поступающую от пульта 23 оператора, в зависимости от типа команды – обнаружен ли алмаз в содержимом первого сосуда 4 или нет – перемещает шторку 32 в селекторе 18 руды, открывая один из двух желобов (см. фиг. 3), и содержимое первого сосуда 4 ссыпается соответственно в емкость для сбора концентрата 20 или емкость для сбора хвостов 21. В случае получения отрицательного ответа об отсутствии алмазов в первом сосуде 4 на первом, втором или третьем нейтронном блоке 9, т.е. в по меньшей мере одном из трех модулей обогащения, содержимое первого сосуда 4 ссыпается с помощью селектора 18 руды в емкость для сбора хвостов 21. Аналогичным образом осуществляют работу сепаратора для всех последующих сосудов 4 (например, третьего, четвертого и пятого) в каждом из трех модулей обогащения. Вместе с тем, в других предпочтительных вариантах воплощения разные модули обогащения могут эксплуатироваться в отличающихся друг от друга режимах работы, например, с различной длительностью облучения руды потоком меченых нейтронов и набора статистики. Кроме того, разные модули обогащения могут работать с другими различающимися параметрами, например, с разными по своим форме, объему, материалу или степени заполнения рудой сосудами, или же с разными интенсивностями потока меченых нейтронов. Более того, разные модули обогащения могут работать с различающимися по своей конструкции или по своему режиму функционирования нейтронными блоками с тем, чтобы, например, первый по ходу руды модуль обогащения был приспособлен для обнаружения наиболее крупных алмазов, второй по ходу руды модуль обогащения – для обнаружения средних алмазов, а третий по ходу руды модуль обогащения – для обнаружения более мелких алмазов, и т.д. и т.п.

[0070] Способ работы сепаратора для сухого обогащения алмазосодержащей руды по еще одному предпочтительному варианту воплощения, приведенному на фиг. 7, осуществляют следующим образом. Сначала производят заполнение загрузочного бункера 1 алмазосодержащей рудой 12. После этого, c пульта 23 оператора по линии связи с блоками управления тремя нейтронными блоками 9 поступает команда на включение их нейтронных генераторов 8 в режим испускания нейтронов. Затем, путем подачи команды от пульта 23 оператора в блок 14 управления производят включение единого конвейера 6, общего для всех трех нейтронных блоков 9 (при этом цепь 5 общего конвейера 6 приходит в поступательное движение через каждый из трех нейтронных блоков 9 последовательно). Первый по направлению движения конвейера 6 сосуд 4 останавливают в зоне дозатора 3 и автоматически, по команде с блока 14 управления сепаратором, производят заполнение первого сосуда 4 фиксированным по массе количеством алмазосодержащей руды 12. После этого, согласно программе, заложенной в блоке 14 управления сепаратором, конвейер 6 автоматически приводят в движение и первый сосуд 4, заполненный алмазосодержащей рудой 12, перемещают в область облучения первого нейтронного блока 9. При этом следующий, второй, сосуд 4 на конвейере 6 располагают так, что он попадает в зону дозатора 3, где происходит его заполнение алмазосодержащей рудой 12. После окончания заполнения второго сосуда 4 включают конвейер 6 и перемещают первый сосуд 4 в область облучения второго нейтронного блока 9, а второй сосуд 4 одновременно с этим перемещают в область облучения первого нейтронного блока 9. И такую же процедуру повторяют до тех пор, пока все три последовательно расположенных сосуда 4 не окажутся заполненными алмазосодержащей рудой 12 и соответственно будут находиться в области их одновременного облучения тремя потоками меченых нейтронов 7, генерируемыми тремя нейтронными генераторами 8 в трех нейтронных блоках 9. После получения ответа о наличии или отсутствии алмазов в каждом из трех сосудов 4, содержимое каждого сосуда 4 сбрасывают либо в емкость для сбора концентрата 20, либо в емкость для сбора хвостов 21. После этого такую же процедуру повторяют со следующими тремя сосудами 4, последовательно заполненными алмазосодержащей рудой 12. Следует также отметить, что заполнение трех сосудов 4 алмазосодержащей рудой 12 (количество сосудов 4 и соответственно нейтронных блоков 9, равное трем, выбрано только лишь в качестве примера) может производиться одновременно с помощью одного дозатора 3.

[0071] Так, например, на конвейере 6 может быть расположен дозатор руды, снабженный разравнивателем алмазосодержащей рудой 12, засыпанной в каждый сосуд, с целью обеспечения приблизительно одинакового (постоянного) объёма руды в каждом сосуде за счет постоянной толщины её слоя в нем, а значит и приблизительно одинакового усредненного числа регистрируемых квантов характеристического гамма-излучения, что делает возможным обеспечение высокой производительности сепаратора и высокой достоверности принимаемых системой управления решений о наличии или отсутствии алмазов в том или ином сосуде, а тем самым и обеспечение относительно низкого выхода обогащаемой руды в концентрат (например, выход концентрата может составлять менее 5%, менее 1% или даже меньше 0,1% от массы обработанной руды) и, соответственно, относительно высокого выхода обогащаемой руды в хвосты, т.е. сниженного соотношения концентрат/хвосты.

[0072] Кроме того, в различных вариантах воплощения настоящего изобретения могут быть использованы следующие признаки и достигнуты следующие преимущества:

[0073] Сепаратор, т.е. устройство для обнаружения, идентификации и сепарации алмазов в руде от пустой породы, основано на регистрации спектров характеристического гамма-излучения ядер углерода, кислорода, азота, кальция и других химических элементов, входящих в состав алмазоносной руды, например, содержащихся в кимберлите, и анализе зарегистрированных спектров характеристического гамма-излучения с целью вычленения из них сигнала углерода (т.е. характерной линии углерода). Такое характеристическое гамма-излучение возникает в результате протекания реакций неупругого рассеяния быстрых меченых нейтронов на ядрах химических элементов, таких как указанные выше. При этом характеристическое гамма-излучение имеет определенную энергию, разную для разных химических элементов, что позволяет отличать один химический элемент от другого. Так, например, энергия характеристического гамма-излучения ядра углерода составляет 4,43 МэВ, кислорода – 6,13 МэВ, азота – 5,1 МэВ, кальция – 2,8 МэВ. Для идентификации алмаза необходимо найти избыток локальной концентрации углерода в образце.

[0074] Меченые нейтроны относятся к категории быстрых нейтронов, они имеют малое сечение взаимодействия с веществом, что приводит к тому, что они практически не наводят радиоактивность в алмазосодержащей руде, что делает предложенные сепаратор и способ безопасными для персонала, обслуживающего сепаратор или работающего в последствии с обогащенным концентратом или с алмазами, извлеченными из концентрата каким-либо неповреждающим их способом, известным специалистам в данной области техники. Очень важным является подтвержденное проведенными экспериментальными исследованиями обстоятельство, что облучение быстрыми нейтронами в предлагаемом сепараторе не приводит к изменению каких-либо характеристик алмаза. Проверено, что в результате облучения мечеными нейтронами не меняется цвет алмаза, прозрачность, спектр в инфракрасном диапазоне и спектр флюоресценции.

[0075] Использование α-γ-совпадений приводит к существенному (в сотни раз) подавлению фона, что позволяет хорошо выделять сигналы даже небольших количеств искомого вещества. Реализация этого позволяет с высокой достоверностью (например, с высокой вероятностью ~95-99%) обнаруживать даже малые массы алмазов (начиная с примерно 1 карата и вплоть до десятков и сотен карат) в кусках породы (кимберлита) с большими линейными размерами, например, от 1 до 50 см, предпочтительно от 2 до 30 см, в частности от 5 до 20 см, или с другими диапазонами размеров частиц, порций или кусков руды. При этом в наиболее предпочтительных вариантах воплощения изобретения нет необходимости в дроблении кусков руды (кимберлита) для обнаружения алмаза, что необходимо в уровне техники. Поэтому с помощью настоящего изобретения практически исключается возможность повреждения крупных алмазов в результате процедуры дробления кусков кимберлита, что неизбежно происходит в уровне техники.

[0076] Использование генератора меченых нейтронов позволяет за одно измерение сделать однозначное заключение о присутствии или отсутствии алмаза в куске породы (кимберлита), размеры которого в плоскости, перпендикулярной направлению потока меченых нейтронов, определяются линейными размерами альфа-детектора и соотношением между расстоянием от тритиевой мишени до альфа-детектора к расстоянию от тритиевой мишени до кимберлита.

[0077] Отсутствует необходимость в формировании двух нейтронных потоков при двух разных значениях энергии нейтронов: при резонансном и нерезонансном в плане ядерного излучения ядер углерода. То есть, в случае использования нейтронного генератора по изобретению, процедура формирования нейтронных пучков с различными энергиями вообще не требуется. Это существенно сокращает время набора статистики зарегистрированного характеристического гамма-излучения, необходимой для достоверного обнаружения алмазов в кимберлите.

[0078] Использование многопиксельного альфа-детектора (а значит, создание большого числа пучков меченых нейтронов в нейтронном потоке) позволяет разбить весь объем облучаемой породы, находящейся в сосуде, на ряд субобъемов, соответствующих каждому из пучков меченых нейтронов, что, в свою очередь, позволяет существенно уменьшить минимально обнаруживаемую массу алмаза в куске кимберлита.

[0079] Производительность и эффективность предлагаемых сепаратора и способа по поиску алмазов в кимберлите (в части вероятности обнаружения алмазов и веса обнаруживаемых алмазов) может быть существенно повышена (в несколько раз, например, в 2, 3, 5, 10 и более раз) как за счет наличия дополнительных нейтронных блоков с нейтронными генераторами/гамма-детекторами, установленными вдоль конвейера системы подачи руды, так и за счет повышения количества гамма-детекторов, предназначенных для регистрации характеристического гамма-излучения. В промышленных вариантах воплощения производительность сепаратора по изобретению может составлять более 10 тонн в час и до 100 тонн в час (т/ч), в частности 40-50 т/ч.

[0080] Обнаружение и принятие решений о присутствии или отсутствии алмазов в сосуде с рудой производится автоматически без участия оператора,.

[0081] Предлагаемый сепаратор может быть использован как при обогащении кимберлита с целью промышленной добычи алмазов, так и для выявления наличия алмазов в пробе руды при геологоразведке.

[0082] Предлагаемый сепаратор может быть снабжен конвейером системы подачи руды в виде цепи с установленными на ней сосудами, приспособленными для содержания внутри себя алмазосодержащей руды. Поскольку методика поиска алмазов в алмазосодержащей руде основана на обнаружении локального превышения концентрации углерода над средней концентрацией углерода в объёме руды, облучаемом потоком меченых нейтронов, использование такого оборудованного сосудами цепного конвейера системы подачи руды, все конструктивные элементы которых выполнены из безуглеродного материала, например, сплавов металлов, позволяет исключить ошибки, связанные с неоднородным распределением углерода в веществе прорезиненной ленты конвейера, ведь при использовании выполненной на органической основе ленты конвейера, содержащей значительное количество углерода, резко возрастает процент ложных срабатываний системы анализа данных, так как в количественном отношении вариация содержания углерода по толщине или площади такой ленты может превосходить массу искомого алмаза, составляющую, в среднем, менее 1 г. В отличие от этого, предлагаемый сепаратор характеризуется низкой вероятностью ложных срабатываний системы анализа данных, например, на уровне менее 10%, в частности менее 7%, менее 5%, менее 3% или даже менее 1%.

[0083] Выполнение сосудов с формой, соответствующей форме потока меченых нейтронов, например, в виде перевернутой усеченной пирамиды, позволяет облучать нейтронами содержимое сосудов в полном объеме. В случае же использования сосудов в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами, равными линейным размерам потока меченых нейтронов в плоскости дна сосуда, будет наблюдаться некоторое уменьшение производительности процесса сухого обогащения, определяемое соотношением объемов сосуда в форме перевернутой усеченной пирамиды и сосуда в форме прямоугольного параллелепипеда. В случае же использования сосудов в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами, равным линейным размерам потока меченых нейтронов в самой верхней плоскости сосуда, потоком нейтронов будет облучаться только лишь часть алмазосодержащей руды, находящейся в сосуде в объеме, ограниченном внешним контуром потока меченых нейтронов. Остальная часть руды, находящейся в сосуде, окажется вне зоны облучения потоком меченых нейтронов, и, как следствие, в случае наличия алмазов в ней, они не будут обнаружены (т.е. произойдет недопустимая потеря алмазов в процессе сухого обогащения алмазосодержащей руды). Использование лотков пирамидальной формы позволяет увеличить производительность сепаратора для сухого обогащения алмазосодержащей руды примерно в 2 раза.

[0084] Следует отметить, что наличие сосудов, заполненных одинаковым объёмом алмазосодержащей руды при постоянной толщине её слоя за счёт применения дозатора и/или разравнивателя, создает практически одни и те же условия для измерений руды в разных сосудах и гарантирует постоянство в эффективности регистрации гамма-квантов характеристического излучения углерода.

[0085] Наличие загрузочного бункера с дозатором, сосудов на конвейере, а также системы направления содержимого сосудов либо в концентрат, либо в хвосты, позволяет создать не просто устройство для обнаружения алмазов в руде, а полноценный сепаратор алмазосодержащей руды, который позволяет проводить сепарацию руды в автоматическом режиме.

[0086] Обычно детекторы гамма-излучения располагаются вне потока меченых нейтронов (см., например, фиг. 1 в вышеуказанном патенте RU 2521723 C1), за защитой от прямого попадания испущенных нейтронным генератором нейтронов в детекторы гамма-излучения для уменьшения их загрузки. Однако в последнее время, в связи с существенно возросшими возможностям регистрирующей электроники в плане объема и скорости принимаемой и анализируемой информации, стало технически возможным размещать детекторы гамма-излучения не только вне потока меченых нейтронов, но и в самом потоке меченых нейтронов. Расположение дополнительной, второй группы детекторов гамма-излучения непосредственно внутри потока меченых нейтронов в предпочтительных вариантах воплощения изобретения позволяет увеличить телесный угол регистрации гамма-квантов характеристического излучения углерода с энергией 4,43 МэВ и собирать больше полезных событий, что приводит к уменьшению времени набора статистики, необходимой для принятия решения о наличии или отсутствии алмаза в содержимом конкретного сосуда, и, соответственно, к увеличению производительности сепаратора для сухого обогащения алмазосодержащей руды. При этом защита детекторов гамма-излучения от прямого попадания испущенных нейтронным генератором меченых нейтронов может быть выполнена в предложенном сепараторе из материалов, содержащих химические элементы с атомным номером больше 70 (например, вольфрам, тантал, свинец).

[0087] Система термокоррекции позволяет в автоматическом режиме вносить коррекцию в измеренные спектры зарегистрированного характеристического гамма-излучения, т.е. приводить измеренные амплитудные распределения к распределениям, полученным при некоей установочной температуре. Тем самым повышается достоверность извлеченной информации о наличии или отсутствии алмаза в содержимом сосуда, и, как следствие, требуется меньшая статистика событий для выработки окончательного решения, что ведет опять же к повышению производительности сепаратора.

[0088] Выполнение сепаратора с последовательно расположенными нейтронными блоками, в которых последующий нейтронный блок «просматривает» концентрат предыдущего нейтронного блока, позволяет не только увеличить производительность сепаратора за счет вышеперечисленных признаков, но и дополнительно существенным образом уменьшить выход концентрата (т.е. отношение массы концентрата к массе обработанной руды), что необходимо для существенного уменьшения объема работ по дальнейшему щадящему выделению алмазов из полученного рудного концентрата. Поскольку концентрация алмазов в обычной руде исключительно мала (например, порядка одного карата на тонну руды), задача обеспечения минимального выхода концентрата исключительно важна, причем эта задача может быть решена значительно хуже при нескольких параллельно работающих моделях обогащения сепаратора, каждый из которых содержит только один нейтронный блок.

[0089] Организация работы нейтронных блоков всего сепаратора на одном конвейере системы подачи руды, при которой руда проходит последовательно через каждый нейтронный блок, «просматривающий» только свой сосуд, а при этом сортировка сосудов на хвосты и концентрат осуществляется в конце конвейера системы подачи руды, дает возможность увеличить производительность сепаратора пропорционально числу нейтронных блоков.

[0090] Пылезащитный кожух предназначен для защиты нейтронного генератора, а также детекторов гамма-излучения от возможного попадания на них пыли, которая может выделяться из движущейся руды и которая может поэтому приводить к изменению условий работы указанных приборов и, как следствие, к изменению их характеристик, а также может привести к выходу из строя детекторов гамма-излучения и нейтронного генератора (возможные электрические пробои в высоковольтных клеммах подводов подачи питания к детекторам гамма-излучения и нейтронному генератору).

[0091] При расположении сепаратора внутри производственного помещения, т.е. в стационарном варианте исполнения сепаратора, например, внутри здания цеха обогатительной фабрики или т.п., весь сепаратор или все его «пылящие» части должны быть предпочтительно заключены в пылезащитном кожухе или кожухах.

[0092] Вышеуказанные варианты воплощения сепаратора могут быть использованы как в стационарном варианте, например, на обогатительной фабрике, так и в мобильном варианте, на самоходном шасси или в прицепном варианте, для использования на борту карьера или в подземной шахте.

[0093] Предложенный сепаратор может содержать, например, систему подачи руды для подачи алмазосодержащей руды в нейтронный блок, в область облучения ее потоком меченых нейтронов, т.е. область пространства, образуемую между нейтронным генератором и детекторами гамма-излучения, причем желательно расположение детекторов гамма-излучения с как можно более плотной упаковкой со всех сторон от сосуда, например, в таком порядке: слева и справа от конвейера системы подачи руды напротив сосуда расположено два или более горизонтальных или слегка наклонных ряда детекторов гамма-излучения; перед и за сосудом по ходу конвейера системы подачи руды расположено по одному горизонтальному или слегка наклонному ряду детекторов гамма-излучения (все эти ряды детекторов гамма-излучения находятся вне потока меченых нейтронов, проходящего сквозь сосуд с рудой, и поэтому составляют первую группу детекторов); а непосредственно над сосудом, в пределах потока меченых нейтронов, проходящего свозь сосуд с рудой, расположена плотно упакованная матрица размещенных вертикально детекторов гамма-излучения, состоящая, например, из четырех рядов по четыре детектора в каждом ряду (т.е. матрица 4×4 с 16 детекторами, образующими вторую группу), как показано исключительно в качестве примера на фиг. 4(c).

[0094] При этом нейтронный генератор снабжен встроенным в него многоэлементным альфа-детектором, причем альфа-детектор и обе группы детекторов гамма-излучения соединены с электронной системой анализа данных, которая с помощью линий связи соединена с системой управления сепаратором. Для защиты персонала от прямого попадания нейтронного излучения, испущенного нейтронным генератором, может быть предусмотрена биологическая защита, окружающая корпус нейтронного генератора и выполненная, например, из железа или стали, либо выполненная в виде сэндвича из слоя(ев) железа и полиэтилена. Число детекторов гамма-излучения желательно иметь как можно большее, и оно определяется из того условия, чтобы время обнаружения алмаза в облучаемом сосуде не превышало, например, 60, 30, 10, 4, 1 секунд. Нейтронный генератор и блок управления им могут быть расположены на раме в нише, или же в земле. На поверхности земли могут быть установлены опоры для крепления конвейера 6. Перемещение конвейера 6 осуществляется с помощью роликов. К раме, имеющей предпочтительно форму квадрата и установленной на опорах, крепятся детекторы гамма-излучения, расположенные в двух, трех или более плоскостях по вертикали над конвейером 6. Для предотвращения попадания атмосферных осадков на сепаратор возможно использование навеса, например, из плексигласа или поликарбоната. Предлагаемый сепаратор может также располагаться внутри отапливаемого помещения, защищенного от воздействия атмосферных осадков. Пульт 23 оператора (рабочее место оператора сепаратора) должен находиться на радиационно безопасном расстоянии от нейтронного генератора. На раме может быть закреплен световой индикатор, включенное состояние которого свидетельствует о наличии нейтронного излучения, создаваемого нейтронным генератором. Для защиты нейтронного генератора от пыли со стороны конвейера 6 системы подачи руды в верхней части ниши может быть предусмотрена тонкая крышка из алюминиевого сплава (например, дюраля) либо плексигласа.

[0095] Способ работы сепаратора может также содержать следующие операции. Руду 12, поступающую в виде отдельных крупных кусков кимберлита с линейными размерами до 50 см, полученных в результате предварительного дробления еще более крупных кусков кимберлита на специальной дробильной установке, подают порциями в каждый из сосудов на подвижном конвейере 6. Конвейер 6 автоматически останавливается тогда, когда очередная порция кимберлита в сосуде поступила точно в заданное место, определяемое формой сечения потока меченых нейтронов. С помощью блока управления сепаратором (пульта оператора) подается сигнал на блок управления нейтронным генератором и происходит включение нейтронного генератора в режим испускания нейтронного излучения. С этого момента времени происходит облучение находящейся в сосуде порции кимберлита потоком меченых нейтронов. Информация с альфа- и гамма-детекторов поступает в относящийся к электронной системе анализа данных блок сбора и предварительного отбора событий, зарегистрированных альфа- и гамма-детекторами. Информация о зарегистрированных событиях гамма-детекторами в совпадениях с сигналами с альфа-детектора после процедуры предварительного отбора поступает по Ethernet-кабелю с выхода блока сбора и предварительного отбора событий на вход блока управления сепаратором (например, на пульт оператора). В течение определенного времени, задаваемого программой идентификации алмазов, хранящейся в блоке управления сепаратором, производится набор требуемой статистики зарегистрированных (альфа-гамма)-совпадений для получения ответа на вопрос: наблюдается ли наличие алмазов в облучаемой порции кимберлита или нет? По окончании набора требуемой статистики нейтронный генератор автоматически отключается, и на дисплее пульта оператора появляется однозначная или требующая его подтверждения информация о наличии или отсутствии алмазов в той порции кимберлита, которая подверглось облучению потоком меченых нейтронов в данном сосуде.

[0096] Далее, с помощью блока управления сепаратором производится перемещение конвейера на расстояние, точно равное расстоянию между соседними сосудами в плоскости конвейера в направлении его движения. Затем вновь включается нейтронный генератор и производится обследование очередной порции кимберлита в соседнем сосуде на предмет наличия в ней алмазов. Таким образом, последовательно шаг за шагом конвейера, порция за порцией в следующих друг за другом сосудах, производится обследование всего имеющегося количества добытого кимберлита. Порция кимберлита, в которой обнаружен по меньшей мере один алмаз (т.е. один или более алмазов), после выгрузки из сосуда в емкость для сбора концентрата отправляется на дальнейшую обработку, а остальная порода идет в отвал.

[0097] Настоящее изобретение может быть реализовано в четырех частных вариантах, которые соответствуют четырем наиболее предпочтительным сейчас типам сепараторов для сухого обогащения алмазосодержащей руды.

[0098] По первому частному варианту реализации изобретения предлагается сепаратор для сухого обогащения алмазосодержащей руды, содержащий конвейер подачи алмазосодержащей руды в нейтронный блок, снабжённый расположенным под конвейером нейтронным генератором, в котором происходит генерация нейтронов и альфа-частиц при ускорении дейтронов и взаимодействии их с тритиевой мишенью по бинарной реакции: d + t → α + n, где d – дейтрон, t – тритон, α – альфа-частица, n – нейтрон, причем альфа-частица и сопутствующий ей нейтрон разлетаются в приблизительно противоположных направлениях; расположенными над конвейером детекторами гамма-излучения, предназначенными для регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего при неупругом рассеянии нейтронов на ядрах алмазосодержащей руды; встроенным в нейтронный генератор многоэлементным альфа-детектором, который обеспечивает регистрацию направления вылета альфа-частицы и, тем самым, дает возможность определить направление вылета связанного с ней нейтрона, который называется меченым нейтроном; при этом сепаратор снабжен общей системой питания, системой анализа данных с детекторов гамма-излучения нейтронного блока и системой управления сепаратором; альфа-детектор и детекторы гамма-излучения нейтронного блока соединены с системой анализа данных, которая с помощью линий связи соединена с системой управления сепаратором; при этом конвейер выполнен в виде цепи с сосудами (лотками или ковшами), имеющими форму, соответствующую форме потока меченых нейтронов, т.е. в виде перевернутой усеченной пирамиды; в начале конвейера расположен загрузочный бункер с дозатором руды, а в конце конвейера расположена система направления содержимого сосудов либо в концентрат, либо в хвосты, причем загрузочный бункер с дозатором и система направления содержимого сосудов соединены линией связи с системой управления сепаратором; детекторы гамма-излучения нейтронного блока организованы в виде двух групп – первой группы, расположенной вне и вокруг контура потока меченых нейтронов и снабжённой защитой детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронов, и второй группы, расположенной в зоне прямого действия потока меченых нейтронов; все детекторы гамма-излучения снабжены системой термокоррекции, соединенной линией связи с системой анализа данных.

[0099] По второму частному варианту реализации изобретения предлагается сепаратор для сухого обогащения алмазосодержащей руды, содержащий несколько последовательно расположенных нейтронных блоков, каждый из которых включает цепной конвейер с сосудами для подачи алмазосодержащей руды в нейтронный блок, снабжённый расположенным под конвейером нейтронным генератором, в котором происходит генерация нейтронов и альфа-частиц при ускорении дейтронов и взаимодействии их с тритиевой мишенью по бинарной реакции: d + t → α + n, где d – дейтрон, t – тритон, α – альфа-частица, n – нейтрон, причем альфа-частица и сопутствующий ей нейтрон разлетаются в приблизительно противоположных направлениях; расположенными над конвейером детекторами гамма-излучения, предназначенными для регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего при неупругом рассеянии нейтронов на ядрах алмазосодержащей руды; встроенным в нейтронный генератор многоэлементным альфа-детектором, который обеспечивает регистрацию направления вылета альфа-частицы и, тем самым, дает возможность определить направление вылета связанного с ней нейтрона, который называется меченым нейтроном; при этом устройство снабжено общей системой питания, системой анализа данных с детекторов гамма-излучения нейтронного блока, и системой управления сепаратором; альфа-детектор и детекторы гамма-излучения каждого нейтронного блока соединены с системой анализа данных, которая с помощью линий связи соединена с системой управления сепаратором; при этом конвейер каждого нейтронного блока оборудован с сосудами, имеющими форму, соответствующую форме потока меченых нейтронов, т.е. в виде перевернутой усеченной пирамиды; в начале конвейера каждого нейтронного блока расположен загрузочный бункер с дозатором руды, а в конце конвейера каждого нейтронного блока расположена система направления содержимого сосудов либо в концентрат, либо в хвосты, причем загрузочный бункер с дозатором и система направления содержимого сосудов каждого нейтронного блока соединены линией связи с системой управления сепаратором; при этом система направления содержимого сосудов каждого нейтронного блока, кроме последнего, выполнена с возможностью подачи концентрата с выхода предыдущего нейтронного блока в загрузочный бункер следующего нейтронного блока с целью дальнейшего его облучения потоком меченых нейтронов и сортировки на концентрат и хвосты; детекторы гамма-излучения каждого нейтронного блока организованы в виде двух групп – первой группы, расположенной вне и вокруг контура потока меченых нейтронов и снабжённой защитой детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронов, и второй группы, расположенной в зоне прямого действия потока меченых нейтронов; все детекторы гамма-излучения снабжены системой термокоррекции, соединенной линией связи с системой анализа данных.

[0100] По третьему частному варианту реализации изобретения предлагается сепаратор для сухого обогащения алмазосодержащей руды, содержащий конвейер подачи алмазосодержащей руды в нейтронные блоки, которые установлены последовательно по ходу конвейера и каждый из которых выполнен с возможностью одновременного облучения своей порции алмазосодержащей руды и снабжён расположенным под конвейером нейтронным генератором, в котором происходит генерация нейтронов и альфа-частиц при ускорении дейтронов и взаимодействии их с тритиевой мишенью по бинарной реакции: d + t → α + n, где d – дейтрон, t – тритон, α – альфа-частица, n – нейтрон, причем альфа-частица и сопутствующий ей нейтрон разлетаются в приблизительно противоположных направлениях, расположенными над конвейером детекторами гамма-излучения, предназначенными для регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего при неупругом рассеянии нейтронов на ядрах алмазосодержащей руды; встроенным в нейтронный генератор многоэлементным альфа-детектором, который обеспечивает регистрацию направления вылета альфа-частицы и тем самым дает возможность определить направление вылета связанного с ней нейтрона, который называется меченым нейтроном; при этом сепаратор снабжен общей системой питания, системой анализа данных с детекторов гамма-излучения каждого нейтронного блока, и системой управления сепаратором; альфа-детектор и детекторы гамма-излучения каждого нейтронного блока соединены с системой анализа данных, которая с помощью линий связи соединена с системой управления сепаратором; при этом конвейер выполнен цепным с сосудами, имеющими форму, соответствующую форме потока меченых нейтронов, т.е. в виде перевернутой усеченной пирамиды; в начале цепного конвейера расположен загрузочный бункер с дозатором руды, а в конце конвейера расположена система направления содержимого сосудов либо в концентрат, либо в хвосты; загрузочный бункер с дозатором и система направления содержимого сосудов соединены линией связи с системой управления сепаратором; детекторы гамма-излучения каждого нейтронного блока организованы в виде двух групп – первой группы, расположенной вне и вокруг контура потока меченых нейтронов и снабжённой защитой детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронов, и второй группы, расположенной в зоне прямого действия потока меченых нейтронов; все детекторы гамма-излучения снабжены системой термокоррекции, соединенной линией связи с системой анализа данных.

[0101] Дополнительно по частным вариантам реализации изобретения, для предотвращения влияния пыли на результаты работы и предотвращения выхода из строя регистрирующей аппаратуры сепаратора, каждый из нейтронных блоков помещён в пылезащитный кожух.

[0102] Согласно четвертому частному варианту реализации изобретения, на фиг. 8 схематично изображён вид в перспективе с местным разрезом еще одного конкретного предпочтительного варианта воплощения сепаратора по изобретению. В этом варианте воплощения сепаратор содержит систему подачи руды с дозатором 3, который приспособлен подавать дозированную порцию алмазосодержащей руды в сосуд 4, образованный со всех боковых сторон проходящей в целом вертикально трубой и снизу формирующей заслонкой 33. Сосуд 4 установлен неподвижно внутри нейтронного блока 9. При этом в нейтронном блоке 9 нейтронный генератор 8 и детекторы 11 гамма-излучения расположены сбоку от сосуда 4, а поток 7 меченых нейтронов проходит в целом горизонтально через находящуюся в нейтронном блоке 9 порцию алмазосодержащей руды (не показана для ясности), подаваемую дозатором 3 вертикально сверху вниз под действием силы тяжести в неподвижный сосуд 4. Следует отметить, что на фиг. 8 показаны только детекторы 11 гамма-излучения, находящиеся вне потока 7 меченых нейтронов, а те детекторы гамма-излучения, которые могут находится в пределах потока 7 меченых нейтронов, т.е. справа от потока 7 меченых нейтронов в виде усеченной пирамиды, для ясности не изображены на фиг. 8. Вместе с тем, такие детекторы гамма-излучения могут быть там расположены, образуя вторую группу «внутрипотоковых» детекторов гамма-излучения, например, в виде плотно упакованной матрицы размещенных горизонтально детекторов гамма-излучения (состоящей, например, из четырех рядов по четыре детектора в каждом ряду, т.е. матрицы 4×4 с 16 детекторами), аналогично показанной на фиг. 4.

[0103] В этом варианте воплощения сосуд 4 тоже имеет в сечении форму, соответствующую сечению потока 7 меченых нейтронов той же плоскостью. Поток 7 меченых нейтронов является расходящимся слева направо как в горизонтальной плоскости, перпендикулярной плоскости листа бумаги фиг. 8, так и в вертикальной плоскости, совпадающей с листом бумаги фиг. 8. Поток 7 меченых нейтронов выходит из нейтронного генератора 8 и проходит через сосуд 4, содержащий порцию алмазосодержащей руды, удерживаемую снизу формирующей заслонкой 33. Как видно на фиг. 8, формирующая заслонка 33 имеет клиновидную форму, расширяющуюся слева направо и соответствующую расходящемуся слева направо потоку 7 меченых нейтронов. Таким образом, в поперечном сечении, образуемом упомянутой горизонтальной плоскостью на фиг. 8, форма сосуда 4 соответствует потоку 7 меченых нейтронов. Кроме того, в продольном сечении, образуемом упомянутой вертикальной плоскостью на фиг. 8, наклон заслонки 33, формирующей дно сосуда 4, соответствует наклону нижней границы потока 7 меченых нейтронов. Ниже нейтронного блока 9 расположена система разделения алмазосодержащей руды, содержащая в данном варианте воплощения селектор 18 руды. В состав селектора 18 руды входят шторка 32, желоб 15 для отвода концентрата и желоб 17 для отвода хвостов.

[0104] Способ работы такого предпочтительного сепаратора по фиг. 8 может быть осуществлен следующим образом. Согласно программе, заложенной в системе управления, дозированную первую порцию алмазосодержащей руды подают дозатором 3 в сосуд 4 (например, засыпая ее в образующую сосуд 4 вертикальную трубу под действием силы тяжести на закрытую заслонку 33), в наиболее предпочтительном варианте – порцию алмазосодержащей руды, точно дозированную по объему в соответствии с объемом сосуда 4, приходящимся на область облучения потоком 7 меченых нейтронов в нейтронном блоке 9. После этого первую порцию алмазосодержащей руды облучают потоком 7 меченых нейтронов из нейтронного генератора 8. Характеристическое гамма-излучение, испускаемое удерживаемой в сосуде 4 первой порцией руды под действием облучения потоком 7 меченых нейтронов, обнаруживают в детекторах 11 гамма-излучения. В режиме on-line всю информацию, полученную с альфа-детектора нейтронного генератора 8 и с детекторов 11 гамма-излучения, подают в систему анализа данных с целью приема, сбора и обработки этих данных. Согласно программе, хранящейся в системе анализа данных, производят амплитудный и временной анализ событий с целью получения ответа на вопрос о наличии или отсутствии алмазов в первой порции руды в сосуде 4. По окончании анализа, получив положительный или отрицательный ответ на указанный вопрос, система анализа данных отправляет соответствующий сигнал в систему управления. Система управления автоматически выдает команду на открытие заслонки 33 и, получив этот соответствующий сигнал от системы анализа данных, выдает команду на поворот шторки 32 селектора 18 руды либо в первое положение (показанное на фиг. 8), в котором шторка 32 перекрывает по наклоненный влево желоб 15 для отвода концентрата и открывает наклоненный вправо желоб 17 для отвода хвостов, если ответ был отрицательным, либо во второе положение (не показанное на фиг. 8), в котором шторка 32 открывает желоб 15 для отвода концентрата и перекрывает желоб 17 для отвода хвостов, если ответ был положительным. Высыпав таким образом первую порцию руды из сосуда 4, система управления автоматически выдает команду на закрытие заслонки 33 и после этого выдает команду дозатору 3 подать следующую, вторую порцию алмазосодержащей руды в сосуд 4 с закрытой заслонкой 33. Аналогичным образом осуществляют работу сепаратора для всех последующих порций руды в сосуде 4.

[0105] Предшествующее описание было приведено в виде различных вариантов воплощения или реализации настоящего изобретения. При этом следует понимать, что в такие варианты специалистом могут быть внесены многочисленные и различные модификации и изменения без отклонения от сущности настоящего изобретения, которая определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения.

[0106] Так, например, конструктивный элемент устройства или этап способа, упомянутый здесь в единственном числе, следует понимать как не исключающий возможности наличия множественных элементов или этапов, если такое исключение не указано в явном виде или не следует из контекста. Кроме того, ссылки на «вариант воплощения» или «вариант реализации» не должны интерпретироваться как исключающие существование других вариантов, которые также включают в себя указанные признаки. Кроме того, если явно не указано иное, варианты, «включающие в себя», «содержащие» или «имеющие» некий элемент или множество элементов с неким конкретным свойством или признаком, могут включать в себя дополнительные элементы независимо от того, обладают ли они этим свойством или признаком.

[0107] Следует также отметить, что конкретная компоновка конструктивных элементов сепаратора (например, их число, типы, размещение и т.п.) или конкретная последовательность этапов способа в проиллюстрированных вариантах воплощения может быть изменена на другие в различных альтернативных вариантах воплощения. В различных вариантах воплощения могут использоваться разные количества некоего данного модуля или блока, может использоваться другой тип или типы некоего данного модуля или блока, некий данный модуль или блок может быть добавлен, или же некий данный модуль или блок может быть исключен.

[0108] Следует четко понимать, что вышеприведенное описание предназначено для иллюстрации настоящего изобретения, а не для ограничения объема его охраны. Например, вышеописанные варианты воплощения (и/или их признаки) могут использоваться в любой комбинации друг с другом. В дополнение к этому, могут быть проделаны многочисленные модификации для адаптации одного конкретного варианта воплощения к сведениям из различных других вариантов воплощения без отступления от объема охраны изобретения. Размеры, типы, ориентации, число и положения различных описанных здесь конструктивных элементов предназначены характеризовать параметры считающихся предпочтительными в настоящее время вариантов воплощения и являются ни в коем случае не ограничивающими, а просто примерными вариантами. После рассмотрения вышеприведенного описания специалисту в данной области техники станут очевидными многочисленные другие варианты и модификации изобретения в рамках сущности и объема охраны изобретения. Следовательно, объем охраны должен определяться с учетом лишь формулы изобретения, наряду с полным объемом эквивалентов, на которые эта формула изобретения дает право.

[0109] В настоящем описании и формуле изобретения термины «включающий», «включающий в себя», «содержащий», «имеющий», «снабженный» и другие их грамматические формы не предназначены для истолкования в исключительном смысле, а, напротив, используются в неисключительном смысле (т.е. в смысле «имеющий в своем составе»). В качестве исчерпывающего перечня следует рассматривать только выражения типа «состоящий из». Кроме того, термины «первый», «второй» и «третий» и т.д. используются просто как условные маркеры, не накладывая каких-либо численных или иных ограничений на перечисляемые объекты.

[0110] Перечень ссылочных обозначений на чертежах:

1 – загрузочный бункер,

2 – просеивающая решетка,

3 – дозатор,

4 – сосуд,

5 – цепь конвейера системы подачи руды,

6 – конвейер системы подачи руды,

7 – поток меченых нейтронов,

8 – нейтронный генератор со встроенным многоэлементным альфа-детектором,

9 – нейтронный блок,

10 – блок питания нейтронного генератора,

11 – детекторы гамма-излучения,

12 – алмазосодержащая руда,

13 – защита первой группы детекторов гамма-излучения от попадания нейтронов,

14 – блок управления конвейером системы подачи руды,

15 – желоб для отвода концентрата,

16 – биологическая защита,

17 – желоб для отвода хвостов,

18 – селектор руды,

19 – пылезащитный кожух,

20 – емкость для сбора концентрата,

21 – емкость для сбора хвостов,

22 – модули обогащения,

23 – пульт оператора системы управления сепаратором,

24 – контейнер,

25 – самоходное шасси,

26 – блок регистрирующей электроники системы анализа данных,

27 – электрощит системы питания сепаратора,

28 – линия загрузки,

29 – транспортеры,

30 – транспортер(ы) хвостов,

31 – транспортер(ы) концентрата,

32 – шторка селектора руды системы разделения алмазосодержащей руды,

33 – заслонка формирующая.

Изобретение относится к разделению или сортировке рудных материалов сухим способом, в частности к сухому обогащению алмазосодержащей руды с применением радиационных методов, а именно с измерением вторичной эмиссии характерного ядерного гамма-излучения, возникающего под действием быстрых меченых нейтронов. Достигаемый результат – повышение производительности сортировки за счет возможности обнаружения алмаза скрытого в куске руды до ее дробления, что позволяет предотвратить повреждение крупных алмазов. Сепаратор для сухого обогащения алмазосодержащей руды содержит систему подачи руды, предназначенную для подачи алмазосодержащей руды в нейтронный блок, Нейтронный блок снабжен нейтронным генератором, предназначенным для генерации потока меченых нейтронов и альфа-частиц, в который встроен многоэлементный альфа-детектор. Сепаратор также содержит две группы детекторов гамма-излучения. Детекторы первой группы расположены вокруг и вне потока меченых нейтронов и снабжены защитой от прямого попадания в них потока меченых нейтронов. Детекторы второй группы расположены в пределах потока меченых нейтронов, прошедшего через сосуд с алмазосодержащей рудой. Система подачи руды снабжена по меньшей мере одним сосудом, имеющим в сечении форму, соответствующую форме сечения потока меченых нейтронов, выполненным с возможностью содержания порции алмазосодержащей руды, подлежащей облучению в нейтронном блоке. Поток меченых нейтронов в нейтронном блоке имеет форму усеченной пирамиды и соответственно сосуд тоже имеет форму усеченной пирамиды. Система разделения выполнена с возможностью направлять облученную в сосуде порцию алмазосодержащей руды либо в концентрат, либо в хвосты по команде системы управления в зависимости от выявленного системой анализа данных наличия или отсутствия алмаза(ов) в упомянутой порции алмазосодержащей руды. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Сепаратор для сухого обогащения алмазосодержащей руды, содержащий:

- систему подачи руды, предназначенную для подачи алмазосодержащей руды в нейтронный блок, причем нейтронный блок снабжен:

(а) нейтронным генератором, предназначенным для генерации потока меченых нейтронов и альфа-частиц, при этом в нейтронный генератор встроен многоэлементный альфа-детектор, и

(b) детекторами гамма-излучения, предназначенными для регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего при облучении алмазосодержащей руды потоком меченых нейтронов, при этом детекторы гамма-излучения нейтронного блока расположены в виде двух групп:

• первой группы детекторов гамма-излучения, расположенной вокруг и вне потока меченых нейтронов и снабженной защитой детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них потока меченых нейтронов, и

• второй группы детекторов гамма-излучения, расположенной в пределах потока меченых нейтронов, прошедшего через сосуд с алмазосодержащей рудой;

- систему анализа данных, предназначенную для сбора и анализа данных, получаемых от альфа-детектора и детекторов гамма-излучения нейтронного блока;

- систему разделения алмазосодержащей руды;

- систему питания; и

- систему управления,

при этом система подачи руды снабжена по меньшей мере одним сосудом, выполненным с возможностью содержания порции алмазосодержащей руды, подлежащей облучению в нейтронном блоке, причем упомянутый по меньшей мере один сосуд имеет в сечении форму, соответствующую форме сечения потока меченых нейтронов, при этом поток меченых нейтронов в нейтронном блоке имеет форму усеченной пирамиды и соответственно сосуд тоже имеет форму усеченной пирамиды,

и при этом система разделения выполнена с возможностью направлять облученную в сосуде порцию алмазосодержащей руды либо в концентрат, либо в хвосты по команде системы управления, в зависимости от выявленного системой анализа данных наличия или отсутствия алмаза(ов) в упомянутой порции алмазосодержащей руды.

2. Сепаратор по п. 1, в котором нейтронный генератор в нейтронном блоке расположен под сосудом, а детекторы гамма-излучения расположены в нейтронном блоке над сосудом.

3. Сепаратор по п. 1, в котором нейтронный генератор и детекторы гамма-излучения расположены в нейтронном блоке сбоку от сосуда.

4. Сепаратор по п. 3, в котором нейтронный генератор расположен с первой боковой стороны от сосуда, а детекторы гамма-излучения расположены со второй, противоположной первой, боковой стороны от сосуда.

5. Сепаратор по п. 1, в котором упомянутый по меньшей мере один сосуд выполнен из безуглеродного материала, содержащего менее 1 мас. % углерода.

6. Сепаратор по п. 1, в котором детекторы гамма-излучения снабжены системой термокоррекции, соединенной линией связи с системой анализа данных.

7. Сепаратор по п. 1, в котором система подачи руды содержит конвейер с множеством установленных на нем сосудов.

8. Сепаратор по п. 1, в котором система подачи руды содержит загрузочный бункер с дозатором для подачи дозированной порции алмазосодержащей руды в сосуд, а система разделения выполнена с возможностью направления облученной порции алмазосодержащей руды либо в емкость для сбора концентрата, либо в емкость для сбора хвостов, причем загрузочный бункер с дозатором и система разделения соединены линией связи с системой управления.

9. Сепаратор по п. 1, в котором нейтронный блок предназначен для генерации потока меченых нейтронов и альфа-частиц при ускорении дейтронов и взаимодействии их с тритиевой мишенью за счет осуществления следующей бинарной реакции:

d+t→α+n,

где d - дейтрон, t - тритон, α - альфа-частица, n - нейтрон.

10. Сепаратор по п. 1, в котором нейтронный блок помещен в пылезащитный кожух.

11. Сепаратор по п. 1, в котором упомянутые система подачи руды, нейтронный блок и система разделения образуют модуль обогащения, причем сепаратор содержит по меньшей мере два таких модуля обогащения, которые выполнены с возможностью обогащать алмазосодержащую руду последовательно друг за другом или параллельно друг другу, при этом альфа-детектор и детекторы гамма-излучения каждого нейтронного блока в каждом модуле обогащения соединены с системой анализа данных, которая с помощью линий связи соединена с системой управления.

12. Сепаратор по п. 11, в котором система разделения алмазосодержащей руды каждого модуля обогащения, кроме последнего из упомянутых по меньшей мере двух модулей обогащения, выполнена с возможностью подачи концентрата в систему подачи руды следующего модуля обогащения для проведения дальнейшего облучения и обогащения концентрата из предыдущего модуля обогащения.

13. Сепаратор по п. 11 или 12, в котором система питания является общей или отдельной для всех модулей обогащения, и/или система анализа данных является общей или отдельной для всех модулей обогащения, и/или система управления является общей или отдельной для всех модулей обогащения.

14. Сепаратор по любому из пп. 11, 12, в котором каждый нейтронный блок в каждом модуле обогащения помещен в пылезащитный кожух и/или каждый модуль обогащения помещен в пылезащитный кожух.

15. Сепаратор по п. 1, содержащий по меньшей мере два упомянутых нейтронных блока, установленных последовательно друг за другом, причем система подачи руды является общей и выполнена с возможностью подачи алмазосодержащей руды в каждый из упомянутых нейтронных блоков, при этом каждый нейтронный блок выполнен с возможностью независимого облучения своей порции алмазосодержащей руды в отдельном сосуде.

16. Сепаратор по п. 15, содержащий общую систему питания, общую систему анализа данных и общую систему управления для всех нейтронных блоков.

17. Способ сухого обогащения алмазосодержащей руды, осуществляемый с использованием сепаратора по любому из пп. 1-16.