СПОСОБ РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ МИНЕРАЛОВ Российский патент 2020 года по МПК B07C5/34 

Область техники

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к способам разделения дробленого минерального материала на обогащаемый и хвостовой продукты, которые основаны на отличии в степени поглощения рентгеновского излучения различными минералами.

Предложенный способ может применяться для рентгенографической сепарации минералов, в частности, алмазосодержащей породы различных классов крупности.

Уровень техники

Известен способ сепарации минералов, основанный на отличии в степени поглощения рентгеновского излучения различными минералами [патент RU 2379130, B07C 5/342, 20.01.2010]. Способ включает транспортирование минералов в виде монослойного потока, облучение проникающим излучением, регистрацию интенсивности потоков излучения с противоположной стороны минерала, задание граничных значений интенсивности излучения для верхнего и нижнего класса крупности полезного минерала, определение характеристики минерала и отделение минералов по величине определенной характеристики. При этом интенсивность излучения регистрируют в узких пучках, сечение которых заведомо меньше, чем размер (класс крупности) минерала, а ее величина не выходит из заданного диапазона значений, и определяют количество следующих подряд таких пучков.

В качестве характеристики минерала используют отношение логарифма интенсивности прошедшего через минерал узкого пучка излучения к количеству следующих подряд пучков. За верхнюю границу заданного диапазона интенсивности может быть принята интенсивность излучения, прошедшего через кристалл полезного минерала минимальной сепарируемой крупности, а за нижнюю - интенсивность излучения, прошедшего через кристалл полезного минерала максимальной сепарируемой крупности.

Известно, что интенсивность излучения, прошедшего через минерал может быть описана выражением

I_d = I₀ * e^-μd,

где I_d - интенсивность излучения, прошедшего через минерал;

I_o - интенсивность излучения, падающего на минерал;

μ(Z, Е) - коэффициент ослабления излучения, зависящий от атомного номера (Z) вещества (минерала) и энергии (Е) излучения;

d - толщина минерала.

Таким образом, выбранная в описанном документе характеристика зависит от толщины материала.

При этом, в пределах одного технологического класса крупности реальной алмазосодержащей породы могут встречаться как алмазы, так и отдельные частицы породы, например чешуйки или пластинки малой толщины, линейные размеры которых находятся в пределах обогащаемого класса, а произведения коэффициента ослабления на толщину таких частиц будут равны, т.е.

μ_алм * d_алм = μ_пор * d_пор

Соответственно, при реализации описанного способа в обогащаемый продукт («концентрат») попадут не только полезные минералы (алмазы), но и сопутствующие минералы.

Таким образом, данный способ имеет существенный недостаток - невысокую селективность сепарации, обусловленную попаданием в концентрат значительного количества сопутствующих минералов.

Известен также патент США №9566615, где с целью исключения влияния толщины объектов предложено ввести поправочный коэффициент 'k' и определить аналитический параметр

S=ln(I₁/I₀)-k⋅ln(I₂/I₀)=-(μ₁-k⋅μ₂)d,

где μ₁ и μ₂ - коэффициенты ослабления излучения с энергией Е1 и Е2, соответственно, частицей породы (без учета ослабления излучения материалом транспортирующей ленты).

Предполагается, что коэффициент 'k' подбирается из опыта так, чтобы параметр S не зависел от толщины, по крайней мере, в заданном диапазоне толщины. К сожалению, для алмазосодержащего материала даже для узкого диапазона размеров сохраняется зависимость результатов отделения от толщины объекта.

Известно устройство и способ разделения навалочных материалов согласно патенту RU 2344885, где для исключения зависимости результатов отделения обогащаемого материала от толщины объекта выполняется операция «Z-преобразования», устраняющая, по мнению авторов, эту зависимость. В тоже время в указанном документе сформулировано только функциональное назначение операции. Математическое выражение или алгоритм ее выполнения не описан.

При этом, в публикации V. REBUFFEL и Jean-Marc DINTEN «Dual-Energy X-Ray Imaging: Benefits and Limits», ECNDT 2006 - Th.1.3.1 (фигура 2) теоретически рассмотрена возможность определения математическими методами области значений характеристики обогащаемых минералов, однако не обсуждается создание и промышленная реализация такой математической модели.

Наиболее близким аналогом предлагаемому способу рентгенографической сепарации минералов является способ, включающий транспортирование исходного материала в виде монослойного потока отдельных частиц, облучение рентгеновским излучением участка этого материала, раздельную регистрацию в двух различных энергетических диапазонах распределения интенсивности излучения, прошедшего через этот участок потока исходного материала, определение характеристики каждой из частиц исходного материала и отделение обогащаемых минералов из потока исходного материала при соответствии характеристики заданному критерию [патент RU 2470714, B03B 13/00, B07C 5/34, 27.12.2012.]. Облучение потока осуществляют двумя узкими последовательно расположенными моноэнергетичными пучками рентгеновского излучения, энергии которых относятся к двум различным энергетическим диапазонам. Регистрируют прошедшее через частицу (один и тот же участок исходного материала) излучение раздельно с помощью двух последовательно расположенных линейных рентгеночувствительных детекторов, при этом каждый из детекторов регистрирует излучение в том энергетическом диапазоне, который соответствует облучающему пучку. В качестве характеристики полезного минерала (алмаза) используют частное от деления натурального логарифма отношения интенсивности излучения, прошедшего через алмаз, к интенсивности излучения, прошедшего мимо алмаза и любой другой частицы исходного материала, пучка излучения одной энергии, к натуральному логарифму отношения интенсивности излучения, прошедшего через этот же алмаз, к интенсивности излучения, прошедшего мимо алмаза и любой другой частицы исходного материала, пучка излучения другой энергии.

В описанном способе сделана попытка нахождения такой характеристики частицы исходного материала, у которой нет зависимости от ее толщины в направлении распространения облучающего рентгеновского излучения.

Такой характеристикой вещества исходного материала был выбран аналитический параметр R, представляющий выражение для отношения коэффициентов ослабления рентгеновского излучения каждой частицей алмазосодержащего материала для квантов излучения с энергией E₁ и Е₂:

где μ_k(E₁) и μ_k(E₂) - коэффициенты ослабления излучения материалом частицы исходного материала при энергии квантов излучения, соответственно E₁ и E₂;

I₁(E₁) и I₂(E₂) - интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего через ленту и частицу материала, от первого и второго источника излучения, соответственно.

А поскольку зависимость μ_k(E) для всех составляющих алмазосодержащего материала можно считать известной, то использование параметра R в качестве характеристики полезного минерала (алмаза) позволяет выделить алмазы из потока материала.

Однако испытания, проведенные авторами настоящего изобретения на реальном исходном алмазосодержащем материале обогатительной фабрики для технологического класса от 3 до 6 мм, показали наличие в обогащаемом (выходном) продукте сепаратора, на котором был реализован предложенный способ, большое количество частиц сопутствующих минералов типа чешуек и пластинок малой толщины (0.8…1.5 мм). При этом число отсечек (актов отделения частиц от потока исходного материала) составило до 3-х и более частиц на один алмаз, что указывает на недостаточную селективность предложенного способа сепарации минералов.

Недостаточная селективность описанного способа сепарации минералов, по всей видимости, определяется тем, что практически невозможно обеспечить выполнение одного из его существенных признаков - облучение потока частиц исходного материала моноэнергетичными пучками рентгеновского излучения. Зависимость μ_k(E), таким образом, реально определяется составом исходного (обогащаемого) материала и предложенный в способе аналитический параметр R сохраняет в определенной степени зависимость от толщины частиц обогащаемого материала, то есть возникает ситуация, когда

μ_алм*d_алм=μ_пор*d_пор,

что приводит к конфликту между обнаружением алмазов (полезных минералов) и отнесением частиц сопутствующих минералов к алмазам (ложные отнесения).

Таким образом, техническая проблема, связанная с зависимостью характеристики, по которой производится отделение обогащаемого минерала от потока исходного материала, от физического размера (толщины) частиц материала, что приводит к ложным отнесениям сопутствующих минералов к обогащаемым, не была решена в предшествующем уровне техники.

Раскрытие сущности изобретения

В настоящем изобретении предложен способ рентгенографической сепарации минералов, включающий

транспортирование исходного материала в виде монослойного потока отдельных частиц,

облучение рентгеновским излучением участка этого материала по всей ширине потока исходного материала перпендикулярно направлению его транспортировки,

раздельную регистрацию в по меньшей мере двух различных энергетических диапазонах распределения интенсивности излучения, прошедшего через этот участок потока исходного материала, в каждом энергетическом диапазоне с помощью линейных многопиксельных рентгеночувствительных детекторов,

определение характеристики каждой из частиц исходного материала и

отделение обогащаемых минералов из потока исходного материала при соответствии полученной характеристики критерию отнесения частицы к обогащаемому материалу, отличающийся тем, что

определяют значение характеристики частицы исходного материала как точку в двухкоординатной системе, для получения координат которой в каждом пикселе многопиксельных рентгеночувствительных детекторов регистрируют интенсивность энергии излучения, прошедшего через частицу исходного материала раздельно в каждом энергетическом диапазоне, и нормируют на максимально возможное для нее значение в соответствующем энергетическом диапазоне,

проверяют значения координат полученной точки на принадлежность к предварительно определенной области значений характеристики обогащаемых минералов,

выделяют связанные области пикселей, значение характеристики частицы в которых принадлежит области значений характеристики обогащаемых минералов,

определяют степень совпадения выделенной области пикселей с областью значений характеристики обогащаемых минералов и

отделяют обогащаемый минерал из потока исходного материала при соответствии степени совпадения критерию отнесения частицы к обогащаемому материалу.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение селективности отделения обогащаемых минералов с сохранением высокого процента извлечения за счет преодоления недостатков, связанных с зависимостью характеристики, по которой производится отделение обогащаемого минерала от потока исходного материала, от физического размера (толщины) частиц материала.

Указанные недостатки преодолеваются в настоящем изобретении за счет учета всего многообразия как размеров и толщины частиц исходного материала, в том числе и в случаях изменений толщины в пределах одной частицы, так и с учетом не монохроматичного характера излучения.

Более конкретно, для достижения указанного технического результата в настоящем способе определяют значение характеристики частицы исходного материала как точку в двухкоординатной системе, для получения координат которой в каждом пикселе многопиксельных рентгеночувствительных детекторов регистрируют интенсивность энергии излучения, прошедшего через частицу исходного материала раздельно в каждом энергетическом диапазоне, и нормируют на максимально возможное для нее значение в соответствующем энергетическом диапазоне,

проверяют значения координат полученной точки на принадлежность к предварительно определенной области значений характеристики обогащаемых минералов,

выделяют связанные области пикселей, значение характеристики частицы в которых принадлежит области значений характеристики обогащаемых минералов,

определяют степень совпадения выделенной области пикселей с областью значений характеристики обогащаемых минералов и

отделяют обогащаемый минерал из потока исходного материала при соответствии степени совпадения критерию отнесения частицы к обогащаемому материалу.

Область значений характеристики обогащаемых минералов можно предварительно определить с помощью статистически представительного набора эталонов как совокупность точек на координатной плоскости, оси координат которой представляют интенсивности прошедшего через эталон рентгеновского излучения, которое регистрируют в каждом пикселе многопиксельных рентгеночувствительных детекторов раздельно в каждом энергетическом диапазоне и нормируют на максимально возможное значение этой интенсивности в соответствующем энергетическом диапазоне.

Множество определяемых точек в области значений характеристики обогащаемых минералов можно разделить на два подмножества в зависимости от вероятности повторения их значений в наборе эталонов, выделить в соответствии с размерами частиц исходного материала связанные области пикселей, значение характеристики частицы в которых принадлежит области обогащаемых минералов, и отделить обогащаемый минерал из потока исходного материала, если выделенная область пикселей с заданной степенью совпадения одновременно принадлежит как любому из двух подмножеств, так и подмножеству с более высокой вероятностью повторения значений характеристики обогащаемых минералов. Предложенный вариант позволяет также исключить «краевой эффект» - ложные обнаружения на неровных или тонких краях частиц сопутствующих минералов.

При определении значения характеристики частицы исходного материала в каждом энергетическом диапазоне можно дополнительно учитывать поглощение прошедшего излучения конструктивными элементами, находящимися между частицей и каждым пикселем многопиксельного рентгеночувствительного детектора, путем предварительной регистрации интенсивности излучения для каждого энергетического диапазона, прошедшего через эти элементы в отсутствии частицы.

Регистрацию распределения интенсивности излучения можно осуществлять таким образом, что прошедшее через один и тот же участок исходного материала излучение регистрируют одновременно с помощью двух линейных многопиксельных рентгеночувствительных детекторов, расположенных параллельно в направлении распространения облучающего рентгеновского излучения, при этом в каждом из детекторов регистрируют излучение только в одном из двух выбранных энергетических диапазонов.

Регистрацию распределения интенсивности излучения можно также осуществлять таким образом, что прошедшее через один и тот же участок исходного материала излучение, регистрируют раздельно с помощью двух последовательно расположенных в направлении транспортировки материала линейных многопиксельных рентгеночувствительных детекторов, при этом в каждом из детекторов регистрируют излучение только в одном из двух выбранных энергетических диапазонов.

При осуществлении регистрации распределения интенсивности прошедшего излучения с помощью двух последовательно расположенных в направлении транспортировки материала рентгеночувствительных детекторов облучение рентгеновским излучением участка исходного материала можно осуществлять двумя узкими последовательно расположенными пучками рентгеновского излучения, регистрируемые энергии которых относятся к двум различным энергетическим диапазонам.

Описанные случаи позволяют выбирать различные модификации устройств в зависимости от требований технологического процесса обогащения, располагая линейные многопиксельные рентгеночувствительные детекторы параллельно (один под другим) или последовательно (друг за другом).

При этом максимальный размер облучаемого рентгеновским излучением участка исходного материала в направлении транспортировки можно определять таким образом, чтобы указанный размер не превышал минимальный размер частицы минерала обогащаемого класса крупности.

В то время как, связанные области пикселей можно выбирать в соответствии с разрешающей способностью многопиксельных рентгеночувствительных детекторов и с размерами частиц исходного материала, при этом максимальный размер связанной области пикселей не превышает минимальный размер частицы обогащаемого класса крупности.

Краткое описание чертежей

Сущность настоящего изобретения дополнительно проиллюстрирована следующими графическими материалами.

На Фиг. 1 в виде блок-схемы представлена последовательность этапов (действий) при реализации предлагаемого способа.

На Фиг. 2 в графическом виде представлена область значений характеристики обогащаемых минералов.

На Фиг. 3а представлен пример представления значений характеристики частицы исходного материала в координатах плоскости многопиксельных рентгеночувствительных детекторов.

На Фиг. 3б представлен пример связанных областей пикселей, в которых полученное значение характеристики частицы принадлежит заданной области значений характеристики обогащаемых минералов.

Осуществление изобретения

Осуществление предлагаемого способа рентгенографической сепарации минералов происходит в соответствии с последовательностью, приведенной на Фиг. 1.

При этом предварительно определяют следующие параметры: область значений характеристики обогащаемых минералов, поглощение излучения конструктивными элементами, находящимися между частицей и каждым пикселем соответствующего детектора, максимально возможное значение интенсивности рентгеновского излучения для каждого регистрируемого энергетического диапазона, задают геометрические размеры непрерывной (связанной) области пикселей в двухкоординатной плоскости по направлению движения потока частиц и перпендикулярно направлению движения потока, а также критерий отнесения частицы к обогащаемому минералу.

Для определения параметра, учитывающего влияние поглощения излучения конструктивными элементами, находящимися между частицей и каждым пикселем соответствующего детектора, раздельно измеряют значения интенсивности сигнала I₀(E1) и I₀(E2) рентгеновского излучения с энергиями Е1 и Е2 в отсутствии потока частиц исходного материала.

Определяют максимально возможное значение I_max (E1) и I_max (E2) интенсивности рентгеновского излучения для каждого регистрируемого энергетического диапазона, как разность значения динамического диапазона детектора и значения интенсивности сигнала I₀(E).

Для определения области (фиг. 2) значений характеристики обогащаемых минералов составляют статистически представительный набор эталонов, элементами которого могут быть частицы обогащаемого минерала различных размеров и толщин (в пределах обогащаемого класса крупности с учетом допустимого замельчения и закрупнения) или частицы материала-имитатора, обладающего аналогичными обогащаемому минералу свойствами. Эталоны набора транспортируют между источником излучения и детектором в виде монослойного потока определенной ширины. По всей ширине потока облучают выбранный участок рентгеновским излучением источника. Максимальный размер облучаемого участка в направлении транспортировки не превышает минимальный размер частицы. Регистрируют интенсивности сигналов I(Е1) и I(Е2) прошедшего через эталон рентгеновского излучения с помощью линейных рентгеночувствительных детекторов, содержащих множество чувствительных единиц - пикселей и расположенных перпендикулярно направлению транспортировки потока. При этом распределение интенсивности I(Е1) и I(Е2) выбранной энергии Е1 или Е2 излучения, прошедшего через эталон регистрируют раздельно в каждом энергетическом диапазоне. Регистрацию I(Е1) и I(Е2) в каждом энергетическом диапазоне могут проводить одновременно с помощью двух линейных многопиксельных рентгеночувствительных детекторов, расположенных параллельно (один под другим) в направлении распространения облучающего рентгеновского излучения, при этом в каждом из детекторов регистрируют излучение только в одном из двух выбранных энергетических диапазонов. В зависимости от используемого для сепарации минералов устройства регистрацию в каждом энергетическом диапазоне могут также проводить последовательно с помощью двух линейных детекторов, расположенных друг за другом в направлении транспортировки эталонов.

Последующая обработка зарегистрированных таким образом сигналов I(Е1) и I(Е2) происходит при условии, что обе регистрируемые в разных энергетических диапазонах интенсивности I(Е1) и I(Е2) проходят через один и тот же участок эталона. Из зарегистрированной в каждом пикселе соответствующего линейного детектора интенсивности сигнала I(Е1) и I(Е2) рентгеновского излучения, прошедшего через эталон, вычитают соответствующую интенсивность сигнала I₀(Е1) и I₀(Е2) рентгеновского излучения с энергиями Е1 и Е2, измеренную в отсутствии потока частиц, и нормируют на максимально возможное значение I_max(Е1) и I_max(Е2) интенсивности в соответствующем энергетическом диапазоне. Полученная таким образом на наборе эталонов совокупность пар значений определяет область 1 (фиг. 2) значений характеристики обогащаемых минералов и может быть графически представлена как совокупность точек на плоскости с координатами по осям I(E1) и I(E2).

Чтобы исключить «краевой эффект» - ложные обнаружения на неровных или тонких краях частиц в потоке исходного материала, множество точек, принадлежащих области 1 (фиг. 2) значений характеристики обогащаемых минералов, разделяют на два подмножества в зависимости от вероятности повторения их значений в наборе эталонов: 1а - «определенно полезный минерал» и 1б - «вероятно полезный минерал». Область 2 (фиг. 2), в которой не зарегистрированы сигналы I(E1) и I(E2) прошедшего через эталон рентгеновского излучения соответствует условию «точно не полезный минерал». Выделение подмножеств 1а и 1б в области 1 значений характеристики обогащаемых минералов при выполнении условия максимальной селективности определяется приоритетом обнаружения полезного минерала.

Геометрические размеры непрерывной (связанной) области (фиг. 3б) пикселей задают в двухкоординатной плоскости по направлению движения потока частиц и перпендикулярно направлению движения потока в соответствии с разрешающей способностью (размерами пикселей) линейного многопиксельного детектора и с размерами частиц исходного материала, в которых значения характеристики частицы принадлежат области 1 (фиг. 2) обогащаемых минералов. При этом, минимальный размер связанной области пикселей не должен превышать минимальный размер частицы обогащаемого класса крупности.

Критерий отнесения частицы к обогащаемому минералу представляет собой степень совпадения выделенной области пикселей с областью значений характеристики обогащаемых минералов, которую задают в виде доли (например, %) пикселей, соответствующих области 1, от общего количества пикселей в заданной связанной области.

В случае разделения множества точек, принадлежащих области 1 (фиг. 2) значений характеристики обогащаемых минералов, на два подмножества 1а и 1б, критерий отнесения частицы к обогащаемому минералу может быть задан в виде доли (например, %) пикселей, соответствующих области 1, от общего количества пикселей в заданной связанной области, из которых, по крайней мере, некоторое заданное число пикселей должно относиться к области 1а.

После того как параметры определены, проводят сепарацию исходного материала. Для этого исходный материал транспортируют в виде монослойного потока отдельных частиц, участок которого по всей его ширине облучают рентгеновским излучением от источника излучения, энергетический спектр которого имеет два различных диапазона распределения интенсивности излучения с энергиями Е1 и Е2.

При этом Е1 соответствует «низкой энергии», а Е2 - «высокой» энергии.

В каждом пикселе km (k-столбец; m-строка на плоскости) рентгеночувствительных детекторов регистрируют распределение интенсивности излучения I_km(E1) и I_km(E2), прошедшего через частицы исходного материала. При этом в каждом энергетическом диапазоне значения I_km(E1) и I_km(E2) регистрируют раздельно с помощью двух линейных многопиксельных рентгеночувствительных детекторов.

Регистрацию I_km(E1) и I_km(E2) в каждом энергетическом диапазоне проводят одновременно с помощью двух линейных многопиксельных рентгеночувствительных детекторов, расположенных параллельно (один под другим) в направлении распространения облучающего рентгеновского излучения, где в одном детекторе регистрируют излучение I_km(E1), а в другом - излучение I_km(E2). При этом, матрица (фиг. 3а) формируется построчно: все k пикселей в строке m формируются за время сканирования линеек, а расстояние между строками на плоскости потока материала равно произведению скорости транспортной ленты на время сканирования.

Альтернативно, регистрацию в каждом энергетическом диапазоне проводят последовательно с помощью двух линейных детекторов, расположенных друг за другом в направлении транспортировки частиц. Последующая обработка зарегистрированных таким образом сигналов I_km(E1) и I_km(E2) происходит при условии, что обе регистрируемые в разных энергетических диапазонах интенсивности I_km(E1) и I_km(E2) получены при прохождении облучающего рентгеновского излучения через один и тот же участок частицы. При этом измерение интенсивностей I_km(E2) производится с некоторым отставанием (на несколько строк, число которых определяется геометрическим расстоянием между линейками энергий Е1 и Е2) относительно измерения I_km(E1). Это должно учитываться при построении матрицы (фиг. 3а).

Из каждого значения интенсивности сигнала I_km(E1) и I_km(E2) вычитают, соответственно, значения интенсивности сигнала I₀(E1) и I₀(E2) рентгеновского излучения с энергиями Е1 и Е2 в отсутствии потока частиц исходного материала и каждую полученную величину нормируют на максимально возможное для нее значение I_max (E1) и I_max (E2) интенсивности. Таким образом, в двухкоординатной плоскости с осями по направлению движения потока частиц исходного материала и перпендикулярно направлению движения потока (фиг. 3а) каждому пикселю детектора соответствует пара значений интенсивности I_Nkm(E1) и I_Nkm(E2). Полученные в каждом пикселе детектора нормированные пары значений сигналов I_Nkm(E1) и I_Nkm(E2) сравнивают с совокупностью пар значений (область 1 на фиг. 2) характеристики обогащаемых минералов. Затем пиксели детектора, в которых пары значений интенсивности I_Nkm(E1) и I_Nkm(E2) принадлежат совокупности пар значений характеристики (область 1 на фиг. 2) обогащаемых минералов, объединяют в группы конкретных геометрических размеров в соответствии с разрешающей способностью (размерами пикселей) линейного многопиксельного детектора и с размерами частиц исходного материала (фиг. 3б), например, размер группы составляет 6×7 пикселей.

Каждую связанную группу пикселей проверяют на соответствие заданному критерию отнесения частицы к обогащаемому минералу (например, не менее 75% пикселей должны соответствовать области 1, фиг. 2). Группа 3 (фиг. 3б) соответствует заданному критерию, а группа 4 - нет. Отделяют обогащаемый минерал из потока исходного материала при положительном результате сравнения.

При разделении множества точек, принадлежащих области 1 (фиг. 2) значений характеристики обогащаемых минералов, на два подмножества 1а и 1б, используют более дифференцированный подход к критерию отнесения частицы к обогащаемому минералу. В этом случае полученные в каждом пикселе детектора нормированные пары значений сигналов I_Nkm(E1) и I_Nkm(E2) сравнивают с совокупностью пар значений (область 1 на фиг. 2) характеристики обогащаемых минералов также как и в случае, описанном выше. Однако значения каждой пары сигналов I_Nkm(E1) и I_Nkm(E2) дифференцируют в зависимости от принадлежности одному из двух подмножеств - 1а или 1б области 1. Учитывают принадлежность каждой пары сигналов I_Nkm(E1) и I_Nkm(E2) к соответствующему подмножеству (1а или 1б) области характеристики обогащаемых минералов при проверке каждой выделенной связанной группы пикселей на соответствие заданному критерию отнесения частицы к обогащаемому минерала. (например, не менее 75% пикселей должны соответствовать области 1, фиг. 2, из них не менее, например, 3-х соответствуют области 1а, фиг. 2). Группа 3 (фиг. 3б) соответствует заданному критерию, а группа 4 - нет. Отделяют обогащаемый минерал из потока исходного материала при положительном результате сравнения.

Промышленная реализация предлагаемого способа рентгенографической сепарации минералов может быть, в частности, осуществлена с помощью устройства, включающего транспортер (конвейер), например ТЛ-0.7/120, для подачи исходного материала в виде монослойного потока отдельных частиц к зоне облучения рентгеновским излучением, две рентгеновских трубки, например БХВ23 (значения напряжения и тока рентгеновских трубок приведены ниже в табл. 1), и два многопиксельных рентгеночувствительных детектора на основе линеек (фотодиодных массивов) S8865-128G (www.hamamatsu.com). Рентгеновские трубки установлены над транспортерной лентой по направлению движения потока материала последовательно в последовательности: низкая энергия Е1 - высокая энергия Е2. Детекторы установлены под транспортерной лентой по направлению движения потока материала в той же последовательности. Для обработки зарегистрированных детекторами сигналов интенсивности I(Е1) и I(Е2) может быть использована система регистрации, включающая АЦП PCI1714U (www.advantech.com) и процессорный модуль IB-945F. Исполнительный механизм для отделения обогащаемого минерала из потока исходного материала может быть выполнен на базе электроуправляемых пневмоклапанов.

Пример

Предлагаемый способ рентгенографической сепарации минералов был опробован для обогащения алмазного сырья в условиях обогатительной фабрики с помощью опытного образца рентгенографического сепаратора.

В Таблице 1 приведены параметры устройства, на котором проведены испытания предложенного способа.

В Таблице 2 приведены сравнительные результаты испытаний предложенного в изобретении способа и способа предложенного в прототипе.

Испытания производились в условиях обогатительной фабрики на однотипном безалмазном материале заданной массы, в который предварительно были внедрены 100 алмазов класса крупности от 3 до 6 мм.

В систему регистрации при испытаниях «Прототипа» загружалась программа, вычислявшая предложенный в прототипе для определения значения характеристики частиц материала аналитический параметр R.

При испытаниях предлагаемого способа в качестве базы данных сравнения предварительно определялась области значений характеристики обогащаемых минералов, соответствующая фиг.2, а затем в систему регистрации загружалась программа попиксельного вычисления «характеристики обогащаемого минерала», приведенная в описании предлагаемого изобретения.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый способ рентгенографической сепарации минералов обеспечивает значительное сокращение числа ложных обнаружений (более чем в 9 раз) при сохранении высокого процента извлечения (99%).

Таким образом, предлагаемый способ рентгенографической сепарации минералов не только обеспечивает достижение технического результата - повышение селективности отделения обогащаемых минералов от потока исходного материала, но и повышает качество получаемого концентрата за счет существенного повышения сокращения при высоком показателе извлечения.

Изобретение относится к способам разделения дробленого минерального материала и может применяться для рентгенографической сепарации алмазосодержащей породы различных классов крупности. Исходный материал транспортируют в виде монослойного потока отдельных частиц. Облучают участок материала рентгеновским излучением по всей ширине потока перпендикулярно направлению транспортировки. Раздельно регистрируют распределения интенсивности излучения, прошедшего через этот участок потока, в по меньшей мере двух различных энергетических диапазонах с помощью линейных многопиксельных рентгеночувствительных детекторов. Определяют характеристики каждой из частиц исходного материала и отделяют обогащаемые минералы из потока исходного материала при соответствии полученной характеристики критерию отнесения частицы к обогащаемому материалу. Технический результат: повышение селективности отделения обогащаемых минералов с сохранением высокого процента извлечения. Для достижения технического результата определяют значение характеристики частицы исходного материала как точки в двухкоординатной системе. Координаты точки получают, регистрируя интенсивность энергии излучения, прошедшего через частицу исходного материала в каждом пикселе многопиксельных рентгеночувствительных детекторов раздельно в каждом энергетическом диапазоне, и нормируют на максимально возможное значение интенсивности для соответствующего энергетического диапазона. Проверяют значения координат полученной точки на принадлежность к предварительно определенной области значений характеристики обогащаемых минералов. Выделяют связанные области пикселей, значение характеристики частицы в которых принадлежит области значений характеристики обогащаемых минералов. Определяют степень совпадения выделенной области пикселей с областью значений характеристики обогащаемых минералов и отделяют обогащаемый минерал из потока исходного материала при соответствии степени совпадения критерию отнесения частицы к обогащаемому материалу. 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Способ рентгенографической сепарации минералов, включающий:

транспортирование исходного материала в виде монослойного потока отдельных частиц,

облучение рентгеновским излучением участка этого материала по всей ширине потока исходного материала перпендикулярно направлению его транспортировки,

раздельную регистрацию в по меньшей мере двух различных энергетических диапазонах распределения интенсивности излучения, прошедшего через этот участок потока исходного материала, с помощью линейных многопиксельных рентгеночувствительных детекторов,

определение характеристики каждой из частиц исходного материала и

отделение обогащаемых минералов из потока исходного материала при соответствии полученной характеристики критерию отнесения частицы к обогащаемому материалу, отличающийся тем, что:

определяют значение характеристики частицы исходного материала как точку в двухкоординатной системе, для получения координат которой в каждом пикселе многопиксельных рентгеночувствительных детекторов регистрируют интенсивность энергии излучения, прошедшего через частицу исходного материала раздельно в каждом энергетическом диапазоне, и нормируют на максимально возможное для нее значение в соответствующем энергетическом диапазоне,

проверяют значения координат полученной точки на принадлежность к предварительно определенной области значений характеристики обогащаемых минералов,

выделяют связанные области пикселей, значение характеристики частицы в которых принадлежит области значений характеристики обогащаемых минералов,

определяют степень совпадения выделенной области пикселей с областью значений характеристики обогащаемых минералов и

отделяют обогащаемый минерал из потока исходного материала при соответствии степени совпадения критерию отнесения частицы к обогащаемому материалу.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что область значений характеристики обогащаемых минералов предварительно определяют с помощью статистически представительного набора эталонов как совокупность точек на координатной плоскости, оси координат которой представляют интенсивности прошедшего через эталон рентгеновского излучения, которое регистрируют в каждом пикселе многопиксельных рентгеночувствительных детекторов раздельно в каждом энергетическом диапазоне, и нормируют на максимально возможное значение этой интенсивности в соответствующем энергетическом диапазоне.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что множество определяемых точек в области значений характеристики обогащаемых минералов разделяют на два подмножества в зависимости от вероятности повторения их значений в наборе эталонов, выделяют в соответствии с размерами частиц исходного материала связанные области пикселей, значение характеристики частицы в которых принадлежит области обогащаемых минералов, и отделяют обогащаемый минерал из потока исходного материала, если выделенная область пикселей с заданной степенью совпадения одновременно принадлежит как любому из двух подмножеств, так и подмножеству с более высокой вероятностью повторения значений характеристики обогащаемых минералов.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при определении значения характеристики частицы исходного материала в каждом энергетическом диапазоне дополнительно учитывают поглощение прошедшего излучения конструктивными элементами, находящимися между частицей и каждым пикселем многопиксельного рентгеночувствительного детектора, путем предварительной регистрации интенсивности излучения для каждого энергетического диапазона, прошедшего через эти элементы в отсутствие частицы.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что излучение, прошедшее через один и тот же участок исходного материала, регистрируют одновременно с помощью двух линейных многопиксельных рентгеночувствительных детекторов, расположенных параллельно в направлении распространения облучающего рентгеновского излучения, при этом в каждом из детекторов регистрируют излучение только в одном из двух выбранных энергетических диапазонов.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что излучение, прошедшее через один и тот же участок исходного материала, регистрируют последовательно с помощью двух линейных многопиксельных рентгеночувствительных детекторов, расположенных друг за другом в направлении транспортировки материала, при этом в каждом из детекторов регистрируют излучение только в одном из двух выбранных энергетических диапазонов.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что облучение рентгеновским излучением участка исходного материала осуществляют двумя узкими последовательно расположенными пучками рентгеновского излучения, регистрируемые энергии которых относятся к двум различным энергетическим диапазонам.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что максимальный размер облучаемого рентгеновским излучением участка исходного материала в направлении транспортировки не превышает минимальный размер частицы минерала обогащаемого класса крупности.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что связанные области пикселей выбирают в соответствии с разрешающей способностью многопиксельных рентгеночувствительных детекторов и с размерами частиц исходного материала, при этом минимальный размер связанной области пикселей не превышает минимальный размер частицы обогащаемого класса крупности.