ИМИТАТОР ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ СЕПАРАЦИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ Российский патент 2024 года по МПК B03B13/02 B07C5/342 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к способам обогащения алмазосодержащей руды с использованием физических эффектов, и может быть использовано для автоматизированного контроля процессов обогащения и сепарации.

Известен индикатор для контроля рентгенолюминесцентных сепараторов алмазов, содержащий магнитный и люминесцирующий компоненты. Причем магнитный компонент сосредоточен в ядре гранулы, а люминесцирующий компонент в виде люминофора с наполнителем локализованы в оболочке (А. с. СССР №874223 В03В 13/04, 1980 г.).

Для регистрации данных индикаторов устанавливают специальный датчик - катушку из провода, сквозь которую движется руда с введенными в нее индикаторами. Катушка подключена к регистрирующему устройству. Намагниченные индикаторы создают в катушке импульсы индукционного тока, которые и регистрируются. Недостатком данного индикатора является возможность контролировать только ограниченный класс процессов, а именно только процессы сепарации, в основу которых заложено свойство полезного компонента люминесцировать. Недостатком также является то, что магнитный компонент имитатора является намагниченным материалом, в результате чего данный индикатор прилипает к стальным и другим поверхностям на основе ферромагнитных веществ, а также слипается в комки с рядом типичных для кимберлитов, минералов, например, с магнетитом. В результате этого траектория движения индикатора отличается от естественной для потока руды. Кроме того, образцы магнетита, типичные для кимберлита, также создают импульсы индукционного тока, которые невозможно отличить от индикаторов, поэтому достоверность контроля недостаточна.

Известен индикатор для контроля сепарации алмазосодержащего сырья устройствами с использованием физических эффектов, выполненный из оптически прозрачного твердого материала на основе органических полимеров и имеющий весовую компоненту с вторичным разделительным признаком, люминесцирующей и цветовой компоненты в поверхностном слое индикатора. (Индикатор для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья - Патент РФ №2137556. - В07С 5/342, В03В 13/04, заявка 98114704/12 от 20.07.1998 г, опубл. 20.09.1999 г., Бюл. №26).

Недостатком данного технического решения является невозможность использования имитатора в системах автоматизированного контроля, и как следствие, снижение оперативности технического контроля работы переделов обогащения алмазосодержащей руды. Индикатор не имеет разделительного признака по магнитной компоненте, по которому система автоматизированного контроля определит ввод индикатора в процесс и его извлечение переделом обогащения.

Близким по технической сущности является имитатор для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья, состоящий из твердого материала, представляющего собой механическую смесь связующего вещества, люминесцентно-весовой, магнитно-весовой и цветовой компонент, в качестве связующего содержащий оптически прозрачное вещество, а в качестве люминесцентно-весового компонента - натуральный алмазный порошок, при этом магнитно-весовая компонента прочно связана с поверхностным слоем материала индикатора (Патент РФ №2162747/ Индикатор для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья, В03В 13/02, В07С 5/342 заявка 99110145/03 от 19.05.1999 г, опубл. 10.02.2001 г, Бюл. №4).

В указанном выше известном изобретении частично устранены недостатки аналога, поскольку порошок из натурального алмаза является алмазом, и, соответственно, обладает характеристиками алмаза: плотностью 3.5 г/см³ и атомным номером (Z), равным 6. Однако этот индикатор не решает поставленной задачи - имитировать свойства натурального алмаза. Это вытекает из следующих соображений. В алмазном порошке имеет место сильное рассеяние, поскольку алмаз обладает очень высоким коэффициентом преломления и большой дисперсией. Прозрачность индикатора в оптическом диапазоне может быть достигнута только при равенстве показателей преломления связующего вещества и алмаза, т.е. связующее вещество должно обладать показателем преломления (n) таким, как у алмаза, а именно n=2.4. Таким высоким показателем преломления связующие на основе органических полимеров, прозрачных для рентгеновского излучения, не обладают. Показателем преломления n=2 обладают некоторые сорта оптических стекол, например, тяжелый крон (ТК), однако для увеличения показателя преломления эти стекла легированы рядом металлов, в том числе, свинцом, поэтому они не прозрачны для рентгеновского излучения. Таким образом, если индикатор прозрачен для оптического излучения, то он непрозрачен для рентгеновского излучения и не может служить индикатором в устройствах, использующих в качестве отличительного признака прозрачность алмаза в рентгеновском диапазоне.

Кроме того, магнитно-весовой компонент наносится на поверхность индикатора. Как следует из его названия, этот компонент обладает двумя свойствами: магнитным и весовым. Последнее означает, что он играет роль утяжелителя, т.е. обладает высокой плотностью, по крайней мере, большей, чем плотность алмаза. Вещества с плотностью алмаза (алмаз и нитрид бора) не обладают магнитными свойствами, а вещества с большей плотностью непрозрачны в рентгеновском диапазоне. Следовательно, магнитно-весовой компонент также непрозрачен для рентгеновского излучения. Что же касается магнитного свойства, то природные и синтетические алмазы являются широкозонными полупроводниками, т.е. обладают очень низкой проводимостью. По характеру взаимодействия с магнитным полем они проявляют свойства диэлектриков. Поэтому в качестве вторичного отличительного признака - «магнитного компонента» - используются добавки, делающие материал проводящим, например, феррит бария. При прохождении через катушку с магнитным полем проводящий материал, в отличие от алмаза, наводит в катушке импульс индукционного тока, что и позволяет отделить индикатор от алмаза. В нашем случае этот материал (феррит бария) также непрозрачен в рентгеновском диапазоне. Кроме того, индикатор на основе натурального алмаза обладает высокой стоимостью. Таким образом, индикатор на основе природного алмаза требует большого расхода ценного природного сырья.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является индикатор для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья, содержащий твердый материал, представляющий собой смесь связующего вещества, прозрачного для рентгеновского излучения, весового компонента с плотностью более 2.7 г/см³ и эффективным атомным номером 5.5-6.5, люминесцирующего и окрашивающего компонентов, содержащий проводящее и прозрачное для рентгеновского излучения вещество, а в качестве весового компонента содержит вещества из элементов 2-ой группы системы Менделеева: фторид лития (LiF), оксид бериллия (ВеО), нитрид бора (BN), синтетический алмаз, карбид бора (ВС), нитрид углерода (CN) (Патент РФ №2269381 Имитатор алмаза для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья, В03В 13/02, В07С 5/342, опубл. 10.02.2006).

В указанном выше изобретении плотность имитатора достигается за счет таких веществ, как фторид лития (LiF), оксид бериллия (ВеО), нитрид бора (BN), синтетический алмаз (С), карбид бора (ВС), нитрид углерода (CN), однако методы получения подобных веществ в настоящее время весьма сложны и дорогостоящи, при этом некоторые элементы (LiF) токсичны, а некоторые (ВеО) даже чрезвычайно ядовиты. Указанная плотность имитатора (2,9 и 3,4 г/см³) может быть достигнута только при минимальном количестве связующего вещества (эпоксидная смола имеет плотность 1,2 г/см³), «магнитного» слоя и красителя с люминофором, что влечет за собой низкие эксплуатационные характеристики - ударопрочность и износостойкость, при повышении количества связующего вещества в составе имитатора резко снижается его удельный вес. Указанный в изобретении «магнитный» (проводящий) слой из графита или тонкого слоя легких металлов (алюминия, магния; бериллий исключаем, так как является ядом для живых организмов) на фоне магнитной алмазосодержащей руды не может быть идентифицирован автоматизированной системой контроля обогатительного процесса. Кроме этого, к недостаткам таких имитаторов следует отнести их отрицательное влияние на технологические процессы сепарации. На алмазодобывающих фабриках имитаторами осуществляется текущий контроль аппаратуры и специальный контроль, который проводят периодически при испытаниях или для осуществления текущих настроек и проверок. Все эти имитаторы попадают в технологию, которая, как известно, осуществляется по замкнутому циклу. Имитаторы накапливаются в циркуляции и вызывают периодические срабатывания аппаратуры, в результате чего пустой материал отсекается в концентрат. Кондиция концентрата при этом ухудшается. Недостатком является также накопление в циркуляции таких индикаторов, причем введенных в технологический процесс в разное время и с разными целями, что не позволяет определить, когда именно обнаруженный имитатор попал в процесс и с какой целью он туда введен, что также снижает достоверность контроля. Таким образом, использование в качестве вторичного отличительного признака какого-либо физического свойства снижает достоверность и ухудшает информативность контроля технологического процесса. По указанным выше доводам имитаторы на базе данного изобретения не были реализованы и не используются в процессах обогащения алмазодобывающей промышленности.

Техническим результатом данного изобретения является повышение точности идентификации имитатора, что обеспечивает расширение имитируемых характеристик алмаза, требуемых для работы в автоматизированных системах контроля обогатительных процессов алмазодобывающей промышленности, и вследствие этого повышение оперативности и достоверности контроля. Кроме того, проверяемые рентгенолюминесцентные сепараторы могут работать как в люминесцентном, так и в абсорбционном режиме работы.

Указанный технический результат достигается тем, что имитатор алмаза для автоматизированных систем контроля процессов сепарации алмазосодержащего сырья выполнен из связующего вещества, весовой, магнитной, цветовой и люминесцирующей компонент и содержит тело имитатора и ядро, причем тело имитатора выполнено из механической смеси связующего вещества, цветовой и люминесцирующей компонент, при этом в качестве связующего вещества используют вещество на основе углеводородных полимеров, прозрачное для рентгеновского излучения, внутри тела имитатора располагают ядро, выполненное из весовой компоненты с размещенной в центре ядра магнитной компонентой, а в качестве весовой компоненты используют вещества с плотностью более 11 г/см³.

В качестве весовой компоненты могут быть использованы свинец или вольфрам. В качестве связующего вещества используют вещество с плотностью более 1,2 г/см³. В качестве магнитной компоненты имитатор содержит неодимовый магнит. Неодимовый магнит может быть выполнен в форме цилиндра.

Новизной данного решения является то, что внутри тела имитатора, выполненного из механической смеси связующего вещества, цветовой и люминесцирующей компонент, расположено ядро, выполненное из весовой компоненты с размещенной в центре ядра магнитной компонентой, а в качестве весовой компоненты используют вещества с плотностью более 11 г/см³.

Расположение внутри тела имитатора (куба, шара, цилиндра), ровно в его центре, более тяжелого ядра (чем связующее вещество), позволяет сбалансировать центры масс в имитаторе и обеспечить его прямолинейное движение в проверяемом сепараторе (в потоке руды или одиночно).

Сочетание в ядре имитатора весовой и магнитной компонент, соединенных механически в одно целое с размещением магнитной компоненты внутри весовой компоненты, позволяет избежать примагничивания всего имитатора к металлическим поверхностям сепаратора.

Использование в качестве вещества весовой компоненты свинца или вольфрама, имеющих плотность более 11 г/см³, позволяет сократить размеры ядра до 22% относительно связующего вещества.

Использование имитатора в режимах рентгеновской и оптической абсорбции обеспечивается наличием в теле имитатора связующего вещества с плотностью более 1,2 г/см³, что позволит снизить размер ядра с весовым компонентом для получения его удельного веса на уровне 3,5 г/см³ (удельного веса алмаза). Связующее вещество состоит из углеводородного полимера, являющегося оптически прозрачным материалом, что позволяет световому потоку, сформированному в верхних областях имитатора (при воздействии рентгеновского облучения сверху), свободно проникать в нижние области имитатора, взаимодействуя с люминофором, тем самым увеличивая световой поток для фиксации его фотоприемниками с нижней части имитатора (режим оптической абсорбции). Также связующее вещество состоит из углеводородного полимера, являющегося рентгенопрозрачным материалом, что позволяет рентгеновским лучам свободно проникать в нижние области имитатора, воздействуя на люминофор, тем самым увеличивая световой поток для фиксации его фотоприемниками с нижней части имитатора (режим рентгеновской абсорбции).

Использование в качестве магнитной компоненты имитатора мощного магнита, изготовленного из неодимового сплава, обладающего рекордными магнитными характеристиками, позволяет максимально снизить его размеры внутри ядра имитатора.

Цилиндрическая форма магнита будет наиболее оптимальной для прессования в утяжелитель и формирования ядра в центре имитатора.

Совокупность признаков данного технического решения не выявлена из патентной документации и научно-технической информации, что свидетельствует об изобретательском уровне заявляемого технического решения.

Пример конкретной реализации.

Пример 1.

Имитатор изготавливают следующим образом. В качестве весового компонента используют свинец плотностью 11,35 г/см³. Свинец с помощью пресса формуют так, чтобы неодимовый магнит, используемый в качестве магнитной компоненты и сформированный в виде цилиндра, был в центре имитатора и его обрамлял свинцовый утяжелитель. В качестве связующего вещества используют эпоксидную смолу, в которую добавляют люминофор (люминесцирующая компонента) и краситель (цветовая компонента). При выборе связующего вещества придерживаются следующих свойствам материала: рентгенопрозрачность, оптическая прозрачность, износостойкость, ударопрочность и при этом как можно большая плотность вещества. В качестве связующего вещества могут использовать не только эпоксидную смолу, но и другие различные полимеры (полипропилен и др.). Однако при этом плотность эпоксидной смолы около 1,2 г/см³, а, например, полипропилен имеет плотность 0,9 г/см³, что негативно сказывается на удельном весе всего имитатора и требует увеличения количества утяжелителя. Для извлечения имитатора ренгенолюминесцентным сепаратором (РЛС) в тело имитатора внедряют люминофор, например, ФЛ-530, люминесценция которого находится в видимом диапазоне и присутствует послесвечение, как у алмаза под воздействием рентгеновского излучения. Люминофор и краситель распределяют по всему телу имитатора, что позволяет более точно имитировать люминесценцию алмаза. Полученную массу тщательно перемешивают, заливают в форму, соответствующую форме имитатора с размещенным в центре свинцовым утяжелителем и неодимовым магнитом, при этом используется вакуумирование для исключения образования пустот и пор. Удельный вес имитатора, близкий к алмазу, получают за счет внедрения в тело имитатора, состоящего из прозрачного полимера, утяжелителя с плотностью вещества более 11 г/см³, например, свинец 11,35 г/см³ или вольфрам 19,25 г/см³. При этом, чем больше плотность утяжелителя, тем меньше будет размер непрозрачного для рентгена ядра, что способствует большей имитации прозрачного алмаза. Для баланса масс в имитаторе, с целью обеспечения его прямолинейного движения на наклонном лотке РЛС, размещение утяжелителя и магнита (неодимового, имеющего плотность 7,4 г/см³) целесообразно в центре имитатора (в его ядре). Магнит и утяжелитель должны иметь максимально центрально-симметричную форму. При этом, необходимо минимизировать радиус ядра имитатора, чтобы толщина оболочки ядра была максимальной. Предварительно свинцовый утяжелитель формуют с помощью пресса с углублением для размещения неодимового магнита цилиндрической формы. В этом случае получают имитатор алмаза, состоящий из частично прозрачного для рентгеновского излучения материала с уровнем прозрачности на уровне 61% (в том числе оптической) от всей площади имитатора, люминесцирующий всем объемом полимера и обладающий достаточными магнитными свойствами, обеспечивающимися неодимовыми магнитами. При этом удельный вес такого имитатора будет равен плотности алмаза - 3,5 г/см³.

Пример 2.

Изготовление имитатора осуществляется как в примере 1, с заменой свинца в качестве весовой компоненты на вольфрам с плотностью 19,25 г/см³, что позволит увеличить рентгеновскую и оптическую прозрачность до 68% от всего имитатора при удельном весе, соответствующем плотности алмаза.

Изготовленные имитаторы используются в обогатительных процессах следующим образом. Для контроля работы РЛС на обогатительных объектах используются автоматизированные системы контроля, использующие имитаторы алмазов в качестве инструмента для определения показателя извлечения для РЛС. Автоматическая система контроля вводит в питание РЛС имитатор алмаза, который люминесцирует как алмаз и извлекается сепаратором, при этом в концентратной отводящей трубе сепаратора находится магнитный датчик, который фиксирует извлечение сепаратором имитатора алмаза. Автоматическая система вводит в сепаратор имитаторы алмазов по определенному алгоритму через равные промежутки времени, а при необходимости используется ручной режим ввода.

Получаемые имитаторы позволяют проводить автоматизированный контроль процессов обогащения и сепарации алмазосодержащей руды, в основе которых лежит ряд физических эффектов, таких, как разделение по плотности, разделение по уровню люминесценции, разделение по прозрачности в рентгеновском диапазоне с высокой достоверностью. В частности, заявляемый индикатор позволяет оперативно и достоверно контролировать технологический процесс рентгенолюминесцентной сепарации, а именно уровень разделения и механическое извлечение радиометрических сепараторов, работающих в режимах люминесценции, оптической абсорбции и абсорбции рентгеновского излучения. Кроме того, данный имитатор не будет вызывать повторных срабатываний или срабатываний других устройств при попадании имитатора в циркуляцию.

Предложенное изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к способам обогащения алмазосодержащей руды с использованием физических эффектов, и может быть использовано для автоматизированного контроля процессов обогащения и сепарации. Имитатор алмаза для автоматизированных систем контроля процессов сепарации алмазосодержащего сырья, выполненный из связующего вещества, весовой, магнитной, цветовой и люминесцирующей компонент и содержащий тело имитатора и ядро. Тело имитатора выполнено из механической смеси связующего вещества, цветовой и люминесцирующей компонент. В качестве связующего вещества используют вещество на основе углеводородных полимеров, прозрачное для рентгеновского излучения. Внутри тела имитатора расположено ядро, выполненное из весовой компоненты с размещенной в центре ядра магнитной компонентой. В качестве весовой компоненты используют вещества с плотностью более 11 г/см³. Связующее вещество обладает плотностью более 1,2 г/см³. В качестве весовой компоненты используют свинец или вольфрам. В весовую компоненту встроен неодимовый магнит в форме цилиндра. Технический результат - повышение достоверности автоматизированного контроля за счет увеличения точности идентификации имитатора. 5 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Имитатор алмаза для автоматизированных систем контроля процессов сепарации алмазосодержащего сырья, выполненный из связующего вещества, весовой, магнитной, цветовой и люминесцирующей компонент и содержащий тело имитатора и ядро, причем тело имитатора выполнено из механической смеси связующего вещества, цветовой и люминесцирующей компонент, при этом в качестве связующего вещества используют вещество на основе углеводородных полимеров, прозрачное для рентгеновского излучения, отличающийся тем, что внутри тела имитатора расположено ядро, выполненное из весовой компоненты с размещенной в центре ядра магнитной компонентой, а в качестве весовой компоненты используют вещества с плотностью более 11 г/см³.

2. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве весовой компоненты используют свинец.

3. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве весовой компоненты используют вольфрам.

4. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве связующего вещества используют вещество с плотностью более 1,2 г/см³.

5. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве магнитной компоненты содержит неодимовый магнит.

6. Имитатор по п. 5, отличающийся тем, что неодимовый магнит выполнен в форме цилиндра.