Способ неразрушающего обнаружения и классификации крупности алмазов в цельном куске алмазоносной породы на конвейере Российский патент 2024 года по МПК G01N23/83 

Описание патента на изобретение RU2827303C1

Область техники

Изобретение относится к алмазодобывающей промышленности и может быть использовано как в технологических процессах на горно-обогатительных предприятиях при добыче алмазов, так и при проведении геологоразведочных работ.

Уровень техники

Из уровня техники известны различные способы отделения алмазов от вмещающей их породы.

К основным способам высвобождения алмазов можно отнести методы, основанные на дезинтеграции исходной руды, в частности, стадиальное дробление и мокрое самоизмельчение.

Достоинством стадиального дробления является высокая сохранность кристаллов при их высвобождении из руд и меньший удельный расход электроэнергии. Однако при этом остается нераскрытой значительная часть алмазов меньшей крупности. К недостаткам также следует отнести увеличение циркуляции руды за счет уменьшения ошламования ее в дробилках, что приводит к увеличению числа обогатительного и вспомогательного оборудования.

Процесс мокрого самоизмельчения обеспечивает хорошую дезинтеграцию руды (в том числе и глинистой), сокращение исходной рудной массы по заданному отвальному продукту, значительно упрощает технологическую схему рудоподготовки за счет исключения операций среднего и мелкого дробления. Существенным недостатком этой схемы являются неизбежные потери массы и качества алмазов за счет их техногенной повреждаемости (Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), В.М. Авдохин, Е.Н. Чернышева, Современные технологии обогащения алмазосодержащих кимберлитов, 2010, с. 466-467).

Общим недостатком указанных решений является невозможность предварительного определения содержания целевого продукта в общей рудной массе, что приводит к невозможности одновременного обеспечения выделения образцов мелкой крупности при сохранении качества алмазов большой крупности.

К неразрушающим способам обнаружения алмазов, в частности, относится решение, далее принятое за прототип предложенного изобретения. Так, известно решение по патенту RU 2193185 C2, 20.11.2002, представляющее собой способ обнаружения алмазов на конвейере, в потоке или образце алмазоносной породы, основанный на облучении слоев породы рентгеновским излучением в направлении, поперечном направлению перемещения породы относительно источника излучения.

В известном способе для томографирования используется источник (источники) рентгеновского или гамма-излучения, имеющий не менее двух разных значений (диапазонов) энергии, таких, что для одного из этих значений ослабление интенсивности (линейный коэффициент ослабления, далее ЛКО) зондирующего излучения в исследуемой породе определяется в основном фотоэффектом, а для другого ЛКО определяется преимущественно эффектом комптоновского рассеяния. Знание распределения величины ЛКО не менее чем для двух таких значений (диапазонов) энергии внутри исследуемого объема позволяет вычислить распределения эффективного атомного номера и массовой плотности вещества внутри исследуемого объема.

Предложенное изобретение направлено на достижение технических результатов, заключающихся в повышении вероятности обнаружения алмазов, определении крупности обнаруженных алмазов для уменьшения их повреждений и увеличение производительности процесса обогащения.

Раскрытие изобретения

Для достижения указанных, а также иных следующих для специалиста из описания технических результатов предложен способ неразрушающего обнаружения и классификации крупности алмазов в цельном куске алмазоносной породы на конвейере, содержащий этапы, на которых облучают слои породы рентгеновским излучением в направлении, поперечном направлению перемещения породы относительно источника излучения, при этом кванты рентгеновского излучения имеют, по меньшей мере, два разных значения энергии, регистрируют интенсивности прошедших потоков квантов для каждой из используемых энергий при распространении этих потоков по различным направлениям внутри облучаемого слоя, пересчитывают зарегистрированные интенсивности прошедших потоков квантов в наборы коэффициентов ослабления интенсивности излучения для всех используемых энергий вдоль каждого направления, по этим наборам коэффициентов ослабления вычисляют линейные коэффициенты ослабления (ЛКО) излучения для каждой из используемых энергий для каждого элемента этого слоя, при этом периодически помещают на ленту конвейера томографа эталонные образцы, вычисляют методом дуальных энергий (МДЭ) несколько пар эталонных томограмм (ЭПТ), содержащих алмазы разного размера в кусках породы разного размера и находящихся на разных расстояниях от оси томографа, а также пару томограмм пустого слоя (ТПС), по ТПС контролируют интенсивность рентгеновского излучения и корректируют уровень сигнала детекторов для уменьшения погрешности определения величины ЛКО алмазов, в ЭПТ находят пары чисел, соответствующих алмазам разного размера (ЭПА), и составляют реестр ЭПА - список пар ЛКО всех алмазов эталонных образцов, который с тем же периодом редактируют, каждая пара томограмм анализируемого слоя породы поэлементно проверяется на совпадения с ЭПА из реестра с допустимой погрешностью К1, К2, где К1, К2 - параметры эллипса погрешностей измерения ЛКО алмазов, равные двум дисперсиям Д1 и Д2 величин ЛКО в реестре ЭПА соответственно, подсчитывают для каждого анализируемого слоя количество совпадений с ЭПА К3, для каждого куска породы на конвейере определяют сумму К3 и крупность К4 каждого алмаза, выдают сигнал исполнительному устройству на отделение того куска породы на конвейере, крупность К4 которого больше заданной, выдают сигнал исполнительному устройству на отделение того куска породы на конвейере, для которого сумма К3=0 и отправляют в отвал, куски породы, оставшиеся на конвейере после сепарации, направляют в общий поток обогащения.

Осуществление изобретения

Рентгеновские лучи, как и любое электромагнитное излучение, поглощаются в той или иной степени всеми веществами, через которые они проходят. Доля энергии лучей, поглощенных в веществе, зависит от толщины поглощающего слоя, природы вещества и длины волны рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи теряют при прохождении через вещество часть своей энергии вследствие нескольких процессов: превращения энергии фотонов в другие виды энергии, которое получило название истинного поглощения и изменения направления их распространения, т.е. рассеяния.

Закон ослабления интенсивности рентгеновских лучей в веществе может быть получен при предположении, что доля энергии рентгеновских лучей, поглощенной при их прохождении через достаточно тонкий слой вещества, пропорциональна толщине этого слоя.

Коэффициентом пропорциональности при этом является так называемый коэффициент ослабления μ, зависящий от атомного номера вещества Z и длины волны излучения.

Таким образом, при известности закона ослабления, определяемого формулой

Ix=I0exp(-μxx), где Iх – интенсивность излучения на границе выделенного слоя, I0 - интенсивность падающего излучения, μ - коэффициент ослабления, х - толщина слоя,

появляется возможность оценить атомный номер Z облучаемого материала.

Предложенное изобретение основано на применении метода дуальных энергий (МДЭ), известного, например, из источника (Markus Firsching, Frank Nachtrab, , Norman Uhlmann. Detection of Enclosed Diamonds using Dual Energy X-ray imaging. - 18th World Conference on Nondestructive Testing, Durban, South Africa, April 16-20, 2012).

Суть метода заключается в том, что объект контроля просвечивается дважды - при двух различных значениях эффективной энергии излучения, а результаты регистрации излучения обрабатываются по определенному алгоритму для получения оценки атомного номера Z материала.

За существенное свойство алмаза в предложенном способе принят линейный коэффициент ослабления (ЛКО) для алмаза, а именно - степень изменения ЛКО для алмаза с изменением энергии (т.е. длины волны) зондирующего рентгеновского излучения.

Для примера на фиг. 1 представлен график зависимости ЛКО излучения для некоторых веществ в зависимости от энергии квантов, кэВ.

Для обнаружения алмазов в предложенном способе используют двухкратную послойную рентгеновскую томографию потока алмазоносной породы на конвейере. Результирующая томограмма (Z-преобразование Радона) каждого слоя представляет собой карту ЛКО этого слоя.

Как и в известном решении, в предложенном способе облучают слои породы рентгеновским излучением в направлении, поперечном направлению перемещения породы относительно источника излучения, при этом кванты рентгеновского излучения имеют, по меньшей мере, два разных значения энергии. Во время облучения регистрируют интенсивности прошедших потоков квантов для каждой из используемых энергий при распространении этих потоков по различным направлениям внутри облучаемого слоя, далее пересчитывают зарегистрированные интенсивности прошедших потоков квантов в наборы коэффициентов ослабления интенсивности излучения для всех используемых энергий вдоль каждого направления, по этим наборам коэффициентов ослабления вычисляют линейные коэффициенты ослабления (ЛКО) излучения для каждой из используемых энергий для каждого элемента этого слоя, при этом получают две карты ЛКО этого слоя.

Отличительной особенностью предложенного способа является предварительное или периодическое помещение на конвейер эталонных образцов с известным содержанием алмазов разного размера в кусках породы разного размера и находящихся на разных расстояниях от оси томографа. Для каждого из этих эталонных образцов по результатам измерений вычисляют несколько пар эталонных томограмм (ЭПТ).

Кроме того, согласно способу, на этом же этапе вычисляют пару томограмм пустого слоя (ТПС), что позволяет в процессе контролировать интенсивность рентгеновского излучения и корректировать уровень сигнала детекторов. Периодическая регистрация пары ТПС с коррекцией реестра ЭПА, уменьшает дисперсии величин ЛКО и погрешность К1, К2 определения ЛКО алмазов эталонных образцов, что повышает вероятность их обнаружения в потоке.

Из несколько пар эталонных томограмм (ЭПТ), содержащих алмазы разного размера в кусках породы разного размера и находящихся на разных расстояниях от оси томографа, составляют реестр ЭПА, т.е. в ЭПТ находят пары чисел, соответствующих алмазам разного размера (ЭПА), и составляют реестр ЭПА - список пар ЛКО всех алмазов эталонных образцов, который с тем же периодом редактируют.

В процессе работы каждая пара томограмм анализируемого слоя породы поэлементно проверяется на совпадения с ЭПА из реестра с допустимой погрешностью К1, К2 - параметры эллипса погрешностей измерения ЛКО алмазов равные двум дисперсиям Д1 и Д2 величин ЛКО в реестре ЭПА соответственно, при этом также подсчитывают количество таких совпадений - К3. При этом для каждого куска породы на конвейере определяют сумму К3 и крупность К4 (которую позволяет определить известная зависимость ослабления излучения от толщины слоя) каждого алмаза. В случае обнаружения значения крупности К4 более заранее заданной, выдают сигнал исполнительному устройству на отделение соответствующего куска породы на конвейере. Классификация крупности алмазов в цельном куске алмазоносной породы на конвейере обеспечивает изъятие с него крупных (например, крупность К4=10+ мм) и уникальных алмазов, для исключения сколов и трещин путем щадящего разрушения (например, химического травления) этого куска.

В процессе работы выдают сигнал исполнительному устройству на отделение того куска породы на конвейере, для которого сумма К3=0 (алмазов не обнаружено) и отправляют его в отвал, что приводит к увеличению общей производительности обогащения.

Далее, куски породы, оставшиеся на конвейере после сепарации предложенным способом, направляются в общий поток обогащения, которое может быть осуществлено описанными выше известными из уровня техники методами.

Таким образом, при своем осуществлении, предложенное изобретение вследствие использования для сравнения заранее составленного и корректируемого в процессе работы реестра томограмм эталонных образцов, позволяет снизить погрешность обнаружения алмазов в руде при движении ее по конвейеру.

Кроме того, подача сигнала исполнительному устройству для отделения цельных кусков породы с содержанием алмазов с заранее заданной крупностью позволяет не только выявить наличие алмаза определенной крупности, но и обеспечить дальнейшую обработку таких образцов методами, не приводящими к повреждению особо ценных алмазов. Это же позволяет обеспечить гибкость управления процессом в зависимости от поставленной задачи.

В свою очередь, выявление в процессе работы породы, не содержащей алмазов и выдачи сигнала исполнительному устройству на удаление такого образца с конвейера, позволяет повысить общую производительность процесса обогащения и приводит к существенному снижению абразивного износа оборудования и энергетических затрат.

Таким образом, предложенное изобретение может быть осуществлено на основании известных специалисту методов, приводя при этом в случае своего осуществления к достижению отмеченного выше множества технических результатов.

Специалисту также будет понятно, что предложенное изобретение может быть эффективно использовано не только в раскрытой в описании области алмазодобычи, но и в других областях, где возникает необходимость обнаружения скрытых объектов, обладающих заранее известными свойствами материала (вещества).

Похожие патенты RU2827303C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ АЛМАЗОВ НА КОНВЕЙЕРЕ, В ПОТОКЕ ИЛИ ОБРАЗЦЕ АЛМАЗОНОСНОЙ ПОРОДЫ 2000
  • Кондратьев В.И.
  • Переверзев В.Б.
RU2193185C2
СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ АЛМАЗОВ В КИМБЕРЛИТЕ И СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОБОГАЩЕНИЯ АЛМАЗОВ С ИХ ПРИМЕНЕНИЕМ 2015
  • Апевалов Роман Викторович
  • Арлычев Михаил Анатольевич
  • Белых Андрей Вячеславович
  • Наливаев Александр Валерьевич
  • Новиков Виктор Львович
  • Огородников Сергей Анатольевич
  • Полевченко Иван Владимирович
  • Родионов Алексей Павлович
  • Шевелев Игорь Евгеньевич
  • Никитин Геннадий Маркович
  • Белоцерковский Сергей Ремович
RU2623692C2
СПОСОБ СЕПАРАЦИИ МИНЕРАЛОВ 2011
  • Новиков Владлен Васильевич
  • Рудаков Валерий Владимирович
  • Злобин Михаил Николаевич
  • Малаховский Владимир Иванович
  • Купцов Владимир Дмитриевич
  • Валюхов Владимир Петрович
  • Купцов Михаил Владимирович
  • Ольховой Валерий Александрович
RU2472595C1
СПОСОБ РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ МИНЕРАЛОВ 2020
  • Владимиров Евгений Николаевич
  • Жогин Иван Львович
  • Никитин Илья Михайлович
  • Романовская Татьяна Евгеньевна
  • Тарачева Елена Юрьевна
  • Саенко Павел Игоревич
  • Коротков Артем Сергеевич
RU2731173C1
СПОСОБ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 2013
  • Дементьев Владимир Евгеньевич
  • Федоров Юрий Олимпович
  • Кононко Роман Васильевич
  • Рахмеев Ринат Наильевич
RU2551486C1
РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР МИНЕРАЛОВ 2019
  • Владимиров Евгений Николаевич
  • Жогин Иван Львович
  • Волк Елена Борисовна
  • Драгун Александр Анатольевич
  • Колков Павел Иванович
  • Кучин Павел Николаевич
  • Местер Юрий Александрович
  • Никитин Илья Михайлович
  • Романовская Татьяна Евгеньевна
RU2715374C1
Способ и устройство для рентгенопроекционной сепарации минерального сырья 2022
  • Дворцов Михаил Алексеевич
  • Комарский Александр Александрович
  • Корженевский Сергей Романович
  • Корженевский Никита Сергеевич
RU2785068C1
СПОСОБ СЕПАРАЦИИ АЛМАЗОВ 2011
  • Потрахов Николай Николаевич
  • Потрахов Евгений Николаевич
  • Грязнов Артём Юрьевич
  • Жамова Карина Константиновна
  • Селиванов Лев Михайлович
RU2470714C1
СПОСОБ СЕПАРАЦИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2009
  • Мухачев Юрий Сергеевич
  • Китов Борис Иванович
  • Рябов Евгений Валерьевич
RU2401165C1
СПОСОБ СЕПАРАЦИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2007
  • Рябов Евгений Валерьевич
  • Мухачев Юрий Сергеевич
  • Китов Борис Иванович
RU2366519C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 827 303 C1

Реферат патента 2024 года Способ неразрушающего обнаружения и классификации крупности алмазов в цельном куске алмазоносной породы на конвейере

Использование: для неразрушающего обнаружения и классификации крупности алмазов в цельном куске алмазоносной породы на конвейере. Сущность изобретения заключается в том, что применяют метод дуальных энергий (МДЭ) при составлении и дальнейшем сравнении эталонных и измеряемых томограмм. Технический результат: обеспечение возможности повышения вероятности обнаружения алмазов, а также обеспечение возможности определения крупности обнаруженных алмазов. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 827 303 C1

Способ неразрушающего обнаружения и классификации крупности алмазов в цельном куске алмазоносной породы на конвейере, содержащий этапы, на которых облучают слои породы рентгеновским излучением в направлении, поперечном направлению перемещения породы относительно источника излучения, при этом кванты рентгеновского излучения имеют, по меньшей мере, два разных значения энергии, регистрируют интенсивности прошедших потоков квантов для каждой из используемых энергий при распространении этих потоков по различным направлениям внутри облучаемого слоя, пересчитывают зарегистрированные интенсивности прошедших потоков квантов в наборы коэффициентов ослабления интенсивности излучения для всех используемых энергий вдоль каждого направления, по этим наборам коэффициентов ослабления вычисляют линейные коэффициенты ослабления (ЛКО) излучения для каждой из используемых энергий для каждого элемента этого слоя, отличающийся тем, что периодически помещают на ленту конвейера томографа эталонные образцы, вычисляют методом дуальных энергий (МДЭ) несколько пар эталонных томограмм (ЭПТ), содержащих алмазы разного размера в кусках породы разного размера и находящихся на разных расстояниях от оси томографа, а также пару томограмм пустого слоя (ТПС), по ТПС контролируют интенсивность рентгеновского излучения и корректируют уровень сигнала детекторов для уменьшения погрешности определения величины ЛКО алмазов, в ЭПТ находят пары чисел, соответствующих алмазам разного размера (ЭПА), и составляют реестр ЭПА - список пар ЛКО всех алмазов эталонных образцов, который с тем же периодом редактируют, каждая пара томограмм анализируемого слоя породы поэлементно проверяется на совпадения с ЭПА из реестра с допустимой погрешностью К1, К2, где К1, К2 - параметры эллипса погрешностей измерения ЛКО алмазов, равные двум дисперсиям Д1 и Д2 величин ЛКО в реестре ЭПА соответственно, подсчитывают для каждого анализируемого слоя количество совпадений с ЭПА К3, для каждого куска породы на конвейере определяют сумму К3 и крупность К4 каждого алмаза, выдают сигнал исполнительному устройству на отделение того куска породы на конвейере, крупность К4 которого больше заданной, выдают сигнал исполнительному устройству на отделение того куска породы на конвейере, для которого сумма К3=0 и отправляют в отвал, куски породы, оставшиеся на конвейере после сепарации, направляют в общий поток обогащения.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2024 года RU2827303C1

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ АЛМАЗОВ НА КОНВЕЙЕРЕ, В ПОТОКЕ ИЛИ ОБРАЗЦЕ АЛМАЗОНОСНОЙ ПОРОДЫ 2000
  • Кондратьев В.И.
  • Переверзев В.Б.
RU2193185C2
СПОСОБ РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ МИНЕРАЛОВ 2019
  • Владимиров Евгений Николаевич
  • Жогин Иван Львович
  • Иванов Андрей Витальевич
  • Николаев Дмитрий Петрович
  • Романовская Татьяна Евгеньевна
RU2715375C1
СПОСОБ РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО ОБОГАЩЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ 2003
  • Левитин А.И.
  • Пономарев В.С.
RU2248245C2
СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ЧАСТИЦ ПОЛЕЗНОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2012
  • Лукьянченко Евгений Матвеевич
  • Захаров Владимир Гаврилович
RU2517148C1
WO 2013033572 A2, 07.03.2013
УСТАНОВКА ДЛЯ ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И СОРТИРОВКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ 1990
  • Зайцев Н.И.
  • Греков А.Б.
  • Чевикин А.С.
  • Ермолаев А.Г.
RU2013335C1

RU 2 827 303 C1

Авторы

Кондратьев Владимир Иванович

Кондратьев Александр Владимирович

Даты

2024-09-23Публикация

2024-06-02Подача