СПОСОБ ПОТОЧНОГО РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА РУДЫ И ШИХТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2022 года по МПК G01N23/223 

Способ поточного рентгеноспектрального анализа руды и шихты и установка для его реализации относятся к добывающей промышленности, к средствам определения содержания химических элементов в технологических потоках без отбора проб [G01N23/223, G01N23/221, G01N1/00, G01T1/00, G01L1/00, H01J37/20].

Из уровня техники известен МЕТОД РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ОСНОВНЫХ И ВТОРОСТЕПЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ РУБИДИЕВЫХ РУД [CN105738394 (A), 06.07.2016], который включает технологические следующие процессы: скрининг рубидийсодержащих минералов, породы и почвы, а также стандартных веществ водотока для построения стандартной кривой, выбор смешанного растворителя для приготовления стандартного образца методом плавления, определение условий анализа прибора, с использованием корректирующей матрицы и эффекта спектрального перекрытия, построение стандартной кривой по измерениям кремния, алюминия, кальция, железа, натрия, калия, титана и рубидия в соответствии с точностью и повторяемостью проверки образца с методом фиксированного значения. В соответствии с методом рентгенофлуоресцентного спектрометрического анализа подготовка образца плавления используется в качестве меры предварительной обработки при рентгенофлуоресцентном спектрометрическом анализе рубидиевых руд. По сравнению с брикетированием порошка, этот метод имеет преимущества, заключающиеся в том, что, в определенной степени, можно исключить эффект размера зерна и матричного эффекта. По сравнению с обычным методом химического / инструментального анализа метод анализа основных и второстепенных компонентов рубидиевых руд с использованием рентгеновского флуоресцентного спектра имеет преимущества, заключающиеся в экономии времени и трудозатрат.Метод рентгенофлуоресцентного спектрометрического анализа, раскрытый в изобретении, имеет преимущества низкого предела обнаружения, широкого линейного диапазона, высокой скорости анализа и т.п., а среднее время обработки для одной пробы руды не превышает 20 мин. Недостатком данного прототипа является невозможность его использования в поточном режиме.

Также известен из уровня техники известен БЫСТРЫЙ АНАЛИЗ РУДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАММА-АКТИВАЦИОННОГО АНАЛИЗА ДЛЯ СОРТИРОВКИ ПАРТИЙ, [CN112986297 (A), 18.06.2021], в котором раскрыт быстрый анализ руды с использованием гамма-активационного анализа для достижения сортировки партии и, в частности, рассмотрено устройство для сортировки партии руды с использованием гамма-активационного анализа. Устройство включает в себя транспортную систему, включающую одну или несколько конвейерных лент, окруженных одним или несколькими радиационными экранами для транспортировки рудного сырья по пути транспортировки. Источник импульсного рентгеновского излучения сконфигурирован для облучения рудного сырья в области облучения, а один или несколько детекторов сконфигурированы для обнаружения выхода гамма-излучения от облученного рудного сырья в зоне обнаружения. Транспортный путь имеет изгиб по меньшей мере в 45 градусов вокруг вертикальной оси, расположенный между областью облучения и областью обнаружения. Один или несколько детекторов сконфигурированы для обнаружения излучения, выходящего из облученного рудного сырья, в течение времени между импульсами рентгеновского излучения источника импульсного рентгеновского излучения, облучающего рудное сырье. Недостатком данного прототипа является использование нескольких типов активационного анализа, каждый из которых представляет серьезную опасность для жизни и здоровья окружающих, а также общую громоздкость и сложность системы транспортировки руды.

Наиболее близким по технической сущности является МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ ОНЛАЙН-РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗАТОР КУСКОВАННОЙ УРАНОВОЙ РУДЫ С ДВОЙНЫМИ СТРУКТУРАМИ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ, [CN109632854 (A), 16.04.2019], который состоит из источника возбуждающего света, устройства двойного обнаружения и анализа, приводного ремня и вспомогательного устройства; источник возбуждающего света содержит мощную рентгеновскую трубку, коллиматор, расположенный на выходе рентгеновской трубки, что позволяет создать рентгеновское излучение высокой интенсивности; рентгеновские лучи, испускаемые источником возбуждающего света, вертикально освещают образец кусковой урановой руды на конвейерной ленте, чтобы светом рентгеновской флуоресцентной трубки возбудить многоэлементную структуру в образце кусковой урановой руды в различных положениях и получить информацию о его характеристиках. Отраженное рентгеновское флуоресцентное излучение принимается двойными детектирующими устройствами с разными структурами детектирования. Согласно настоящему изобретению принята модель связи двойных структур детектирования, и, следовательно, влияния геометрического эффекта, вызванного неровной поверхностью кусковой урановой руды на точность результатов анализа онлайн-рентгенофлуоресцентного анализатора, которое может быть исключено, а точность анализа онлайн-рентгенофлуоресцентного анализатора может быть повышена. Анализатор обладает такими преимуществами, как простое управление, быстрое измерение, высокая точность, высокая безопасность и экологичность.

Технической проблемой прототипа является низкая точность измерений, обусловленная отсутствием учета геометрии руды при неравномерном размещении ее под анализатором.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения массовой доли химических элементов в анализируемом материале бесконтактно в поточном режиме.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ поточного рентгеноспектрального анализа руды и шихты, характеризующийся тем, что руда или шихта, движущаяся на ленте конвейера, проходит под анализатором, создающим рентгеновское излучение блоком возбуждения в составе анализатора, вызывающее вторичное характеристическое, отраженное от руды или шихты, излучение, содержащее информацию о массовой доле химических элементов в руде или шихте, которое регистрируется спектрометрическим блоком, находящимся в составе анализатора, отличающийся тем, что в установленные моменты времени t_k, одновременно с измерениями вторичного характеристического излучения I_k проводятся измерения расстояний от анализатора до руды или шихты D_k, что позволяет отбраковать измерения вторичного характеристического излучения I_k, отягощенные ошибками неравномерного размещения анализируемого материала на ленте конвейера, используя значение модуля разности измеренного расстояния D_k и базового расстояния D от анализатора до среднего уровня анализируемого материала на ленте конвейера, который сравнивается с пороговым отклонением d от среднего уровня до верхнего и нижнего уровней, где D и d - параметры, определяемые перед началом измерений с возможностью получить оценку массовой доли химических элементов в составе руды или шихты, по отобранным значениям измерениями вторичного характеристического излучения I_k.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что установка для поточного рентгеноспектрального анализа руды и шихты, содержащая анализатор, в корпусе которого смонтирован блок возбуждения рентгеновского излучения и спектрометрический блок, смонтированный над проходящей под ним конвейерной ленте и анализируемым материалом, отличающаяся тем, что включает в себя лазерный уровнемер, выполненный с возможностью измерения расстояния между анализатором и поверхностью анализируемого материала на ленте конвейера, устройства выравнивания, смонтированного с креплением анализатора для сглаживания неровностей анализируемого материала на ленте конвейера, а также линейный привод, находящийся под управлением лазерного уровнемера и обеспечивающий равенство расстояний между анализатором и поверхностью анализируемого материала при его поточном перемещении.

В частности, устройство выравнивания кинематически связано с анализатором.

В частности, концевой выключатель выполнен с возможностью остановки конвейера.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1. показан общий вид анализатора установки рентгеноспектрального анализа.

На фиг. 2. показан анализатора установки рентгеноспектрального анализа в разрезе.

На фиг. 3. показано схематичное изображение рентгеноспектральных измерений в установке рентгеноспектрального анализа.

На фиг. 4. показан общий вид установки рентгеноспектрального анализа.

На фиг. 5. приведена копия референц-листов на поточный анализатор.

На фигурах обозначено: 1 - анализатор, 2 - корпус, 3 - блок возбуждения, 4 - спектрометрический блок, 5 - анализируемый материал, 6 - кронштейн 7 - концевой выключатель, 8 - лазерный уровнемер, 9 - вертикальные направляющие, 10 - рама анализатора, 11 - лента конвейера, 12 - механизм конвейера, 13 - шарнирный рычаг, 14 - устройство выравнивания, 15 - трос, 16 - линейный привод.

Осуществление изобретения.

Способ поточного рентгеноспектрального анализа руды и шихты и устройство для его реализации предназначены для определения химического состава руды и шихты с крупностью кусков анализируемого материала до 40 мм при обеспечении предварительного выравнивания анализируемого слоя во время движения на ленте конвейера. Устройство для поточного рентгеноспектрального анализа руды содержит анализатор 1 (см. фиг. 1-2), выполненный с возможностью измерения вторичного характеристического рентгеновского излучения. Анализатор 1 состоит из цилиндрического корпуса 2, выполненного из алюминия, в котором размещены блок возбуждения 3, генерирующий рентгеновское излучение, и спектрометрический блок 4, отвечающий за регистрацию интенсивности вторичного характеристического рентгеновского излучения I_k, переизлученного анализируемым материалом 5 (фиг. 3). Снизу на корпусе 2 анализатора смонтирован кронштейн 6, для совместного крепления на одной оси с анализатором 1, и перед ним, против хода движения анализируемого материала, смонтирован концевой выключатель 7, предупреждающий об угрозе контакта анализатора 1 с анализируемым материалом 5, а с обратной стороны за анализатором 1 по ходу движения анализируемого материала на этом же кронштейне 7 смонтирован лазерный уровнемер 8, выполненный с возможностью измерения расстояния D_k до анализируемого материала 5. Анализатор 1 смонтирован подвижно на вертикальных направляющих 9 с возможностью перемещения по вертикали на раме анализатора 10. Рама анализатора 10 смонтирована над лентой конвейера 11, по которому транспортируют анализируемый материал 5, представляющий из себя руду или шихту. Лента конвейера 11 приводится в движение механизмом конвейера 12 (см. фиг. 4). На раме анализатора 10 дополнительно с помощью шарнирного рычага 13 с возможностью перемещения в вертикальной относительно ленты конвейера 11 плоскости смонтировано устройство выравнивания 14, представляющее собой прямоугольную пластину, начало которой загнуто под 45 градусов к горизонтали для разрушения крупных фрагментов анализируемого материала. Конец шарнирного рычага 13, противоположный концу крепления устройства выравнивания 14 соединен кинематически тросом 15 с линейным приводом 16, смонтированным сверху к корпусу анализатора 1. Линейный привод 16, который также соединен с анализатором 1, находится под управлением лазерного уровнемера 8, и обеспечивает, в свою очередь, равенство расстояний между анализатором 1 и поверхностью анализируемого материала 5 при его поточном перемещении. В случае контакта концевого выключателя 7, смонтированного на кронштейне 6 перед анализатором 1, упомянутый концевой выключатель 7 разрывает цепь механизма конвейера 12.

Изобретение используют следующим образом.

Анализируемый материал 5, загруженный на ленту конвейера 11, которая приводится в движение механизмом конвейера 12, проходит участок, где размещается рама анализатора 10. В момент времени t_k при помощи спектрометрического блока 4 анализатора 1 измеряют интенсивность вторичного характеристического рентгеновского излучения I_k сгенерированного блоком возбуждения 3 и переизлученного анализируемым материалом 5 (фиг. 3). Вторичное излучение содержит информацию о количестве химических элементов, содержащихся в анализируемом материале 5. В этот же момент времени t_k при помощи лазерного уровнемера 8 измеряют расстояния D_k от анализатора 1 до анализируемого материала 5. Далее измерения проводят с равными промежутками по времени, т.е. t_k - t_k+1=t_k+1 - t_k+2=t_k+2 - t_k+3=t_k+3 - t_k+4=t_k+4 - t_k+5=const. В следующий момент времени t_k+1 проводят измерения D_k+1 и I_k+1. Соответственно, измерения заканчиваются в момент времени t_n. В каждый из моментов времени t_k вычисляют модуль разности D_k и базового расстояния D и сравнивают его с пороговым отклонением d, где D - расстояние от анализатора до среднего уровня анализируемого материала 5 на ленте конвейера 11, d - пороговое отклонение от среднего до верхнего и нижнего уровней анализируемого материала 5 на ленте конвейера 11. Данные параметры, определяются перед началом измерений, исходя из технических особенностей размещения анализатора 1 над анализируемым материалом 5 по результатам экспериментальной калибровки. Таким образом, для случая, когда |D_k - D|<d по измеренному значению I_k в момент времени t_k рассчитывают массовую долю искомого химического вещества. При |D_k - D|>d измеренное значение I_k в момент времени t_k в учет не берут и расчет массовой доли искомого химического вещества не осуществляют.

Интенсивность вторичного характеристического рентгеновского излучения I_k от анализируемого материала 5, измеряемого в моменты времени t_k, обратно пропорциональна квадрату расстояния D_k, которое также измеряется в моменты времени t_k, от анализатора 1 до этого материала. Крупность руды и колебания уровня насыпи на ленте могут оказывать существенное влияние на точность показаний рентгенорадиометрических приборов. По результатам измерений расстояния D_k в моменты времени t_k от анализатора 1 до верхнего профиля исследуемого продукта, вносится поправка в расчеты результатов измерений содержаний анализируемых элементов. Таким образом удается устранить дополнительные отклонения, возникающие вследствие неравномерного распределения слоя исследуемого материала. По полученным данным строятся гистограммы распределения расстояния за необходимый интервал времени. Гистограмма позволяет проанализировать динамику изменения расстояния D_k в моменты времени t_k, и сделать более точную поправку в расчеты результатов измерений содержания анализируемых элементов.

Техническим результатом использования изобретения является создание установки, проводящей оценку содержаний массовых долей элементов в руде или других сыпучих технологических продуктах в диапазоне элементов от Al до U в поточном онлайн режиме, что позволяет:

• проводить оперативную оценку качества поступающей руды;

• получить оценку массовых долей элементов от Al до U технологических продуктов на входе и выходе различных технологических процессов;

• оперативно управлять и корректировать технологические процессы в ходе переработки и обогащения руды.

Примером достижения заявленного технического результата являются результаты внедрения и промышленных испытаний датчика, проводившиеся с 2018 г., на различных предприятия горнодобывающей промышленности, в которых зафиксированы результаты использования датчика при его работе в различных производственных и природно-климатических условиях. Результаты приведены на фиг. 5.

Использование: для поточного рентгеноспектрального анализа руды и шихты. Сущность изобретения заключается в том, что руда или шихта, движущаяся на ленте конвейера, проходит под анализатором, создающим рентгеновское излучение блоком возбуждения в составе анализатора, вызывающее вторичное характеристическое отраженное от руды или шихты излучение, содержащее информацию о массовой доле химических элементов в руде или шихте, которое регистрируется спектрометрическим блоком, находящимся в составе анализатора, при этом в установленные моменты времени t_k одновременно с измерениями вторичного характеристического излучения I_k проводятся измерения расстояний от анализатора до руды или шихты D_k, что позволяет отбраковать измерения вторичного характеристического излучения I_k, отягощенные ошибками неравномерного размещения анализируемого материала на ленте конвейера, используя значение модуля разности измеренного расстояния D_k и базового расстояния D от анализатора до среднего уровня анализируемого материала на ленте конвейера, который сравнивается с пороговым отклонением d от среднего уровня до верхнего и нижнего уровней, где D и d – параметры, определяемые перед началом измерений с возможностью получить оценку массовой доли химических элементов в составе руды или шихты по отобранным значениям измерений вторичного характеристического излучения I_k. Технический результат: повышение точности определения массовой доли химических элементов в анализируемом материале бесконтактно в поточном режиме. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ поточного рентгеноспектрального анализа руды и шихты, характеризующийся тем, что руда или шихта, движущаяся на ленте конвейера, проходит под анализатором, создающим рентгеновское излучение блоком возбуждения в составе анализатора, вызывающее вторичное характеристическое отраженное от руды или шихты излучение, содержащее информацию о массовой доле химических элементов в руде или шихте, которое регистрируется спектрометрическим блоком, находящимся в составе анализатора, отличающийся тем, что в установленные моменты времени t_k одновременно с измерениями вторичного характеристического излучения I_k проводятся измерения расстояний от анализатора до руды или шихты D_k, что позволяет отбраковать измерения вторичного характеристического излучения I_k, отягощенные ошибками неравномерного размещения анализируемого материала на ленте конвейера, используя значение модуля разности измеренного расстояния D_k и базового расстояния D от анализатора до среднего уровня анализируемого материала на ленте конвейера, который сравнивается с пороговым отклонением d от среднего уровня до верхнего и нижнего уровней, где D и d – параметры, определяемые перед началом измерений с возможностью получить оценку массовой доли химических элементов в составе руды или шихты по отобранным значениям измерений вторичного характеристического излучения I_k.

2. Установка для поточного рентгеноспектрального анализа руды и шихты, содержащая анализатор, в корпусе которого смонтирован блок возбуждения рентгеновского излучения и спектрометрический блок, смонтированный над проходящей под ним конвейерной лентой и анализируемым материалом, отличающаяся тем, что включает в себя лазерный уровнемер, выполненный с возможностью измерения расстояния между анализатором и поверхностью анализируемого материала на ленте конвейера, устройство выравнивания, смонтированное с креплением анализатора для сглаживания неровностей анализируемого материала на ленте конвейера, а также линейный привод, находящийся под управлением лазерного уровнемера и обеспечивающий равенство расстояний между анализатором и поверхностью анализируемого материала при его поточном перемещении.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что устройство выравнивания кинематически связано с анализатором.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что концевой выключатель выполнен с возможностью остановки конвейера.