Устройство для сепарации полезных ископаемых Советский патент 1984 года по МПК B03B13/06 

Изобретение относится к обогащеHHio полезных ископаемых и может быть использовано, например, для сепараци на сорта угля, железных и марганцевых руд и других полезных ископаемых.

Известно устройство покускового обогащения руд, включйкядее питатель транспортер, фотометрическую аппаратуру и пневмопривод, срабатывающий по сигналу датчика. Дпя повышения эффективности между транспортером и фотометрической аппаратурой установлен полый цилиндр с тангенциально расположенными в нем форсунками, которые сообщают кусками руды вращательное движение Г 1 J

Недостатками данного устройства являются сложность фотометрической аппаратуры для сканирования поверхности кусоков и необходимость установки форсунок ДПЯ вращения курков. Кроме того, устройство имеет низкую точность, обусловленную погрешностями фотометрической аппаратуры.

Известно также устройство дпя сепарации полезных ископаемых, содержащее исполнительный механизм и фотометрический блок, включающий два фотоприемника, светофильтр, например оранжевьй, элемент сравт нения, измеритель отношений и последовательно соединенные осветитель, входной волоконно-оптический отвод, фокон и свеТопреломпяклцую призму, к которой через фоконы подсоединены также два выходных волоконно-оптических световода, первый из которых соединен с первым фотоприемником, а второй через светофильтр соединен .с вторым фотоприемпиком, выход которого coe данeн с вторым входом измерителя отношений, первый вход которого соединен с выходом первого фотоприешшка и входом элемента сравнения, а управлянщий вход соединен с выходом элемента сравнения С 2 3.

Недостатк 1ми известного устройства являются низкая точность (оно позволяет достоверно сепарировать куски на полезное ископаемое и пород лить после гидрогрохота и имеет большие погрешности при сепарации запыленных кусков), невозможность сепара ции полезных ископаемых на несколько сортов по качеству и автоматического учета общей производительности сепаратора и количеств полезного

ископаемого каждого сорта. Кроме того, устройство не позволяет автоматически определять качество полезного ископаемого по нескольким признакам одновременно.

Цель изобретения - повьшсение точности сепарации.

Поставленная цель достигается тем,

что устройство дпя сепарации полезных ископаемых, содержащее исполнительный механизм и фотометрический блок, включающий два фотоприемника, светофильтр, например оранжевый,

5 элемент сравнения, измеритель отношений и последовательно соединенные осветитель, входной волоконно-оптический световод, фокон и светопреломлякнцую призму, к которой через фоконы

0 подсоединены также два выходных волоконно-оптических световода, первый из которых соединен с первым фотоприемником, а второй через свето яшьтр соединен с вторым фотоприемником,

5 выход которого соединен с вторым входом измерителя отношений, первый вход которого соединен с выходом первого фотоприемника и входом элемента сравнения, а управляющий вход

соединен с выходом элемента сравнения, снабжено консольно закрепленными под углом естественного схода потока полезного ископаемого датчиком, выполненным из двух изолированных друг от друга и скрепленных между собой металлический пластин с тензоприемниками, термопарой и п светопреломлявгщими призмами, установленными над датчиком плоским электродом, двумя усилителями, куметром, омметром, К полосовыми фильтрами, (К+1) интегратором, блоком вычисления совместной вероятности, блоком индикации и (п-) дополнительным фотометрическим блоком, причем к нижней час- . ти пластин датчика прикреплены последовательно соединенные тензощ ие1)1ни11з1, а в среднюю часть пластин датчика в шахматном порядке врезаны п светопрепомпянщих призм и термопара, соединенная с первым усилителем, тензоприемники соединены с вторым усилителем, к выходу которого подключен первый интегратор и (К/2) полосовых фильтров с интеграторами, выходы п измерителей отношений соединены с входами других К/2 полосовых фильтров с интеграторами, металлические пластины датчика соединены с омметром а первая металлическая {пластина датчика и плоский электрод соединены с куметром, при этом выход куметра, омметра, первого усилителя и (К+1) интегратора соединены с входами блока вычисления совместной плотности вероятности, выхода которого соединены с блоком индикации и исполнительным механизмом. Одновременное измерение, совмещен ное в 1фостранстве на одной плите j отражательных способностей I, электрического сопротивления R, диэлектрической цроницаемости , тангенса угла диэлектрических потерь tgcT; емкости С, температуры t и шумов, а также разделение сигналов о шумах и об отражательной способности I на различные частотные составляющие достигаемые такой конструкцией устройства, позволяют повысить точнос.ь проводить сепарацию на несколько сортов по одному или нескольким пока зателям качества и автоматически учи тывать не только работу сепаратора, но и б10)еделять показатели качества: каждого из сепарируемых сортов в отдельности. На фиг. 1 показана структурная , схема устройства (с разрезом датчика) { на г. 2 - датчик, разрез по последовательным 1 сверху вниз ) светопреломлякяцим призмам; на фиг. 3 то же, со стороны плоского электрода (для показа расположения светопрелом ляющих призм и тензоприемников датчик изображен без полезного ископае мого на нем), Полезное ископаемое 1с помощью приводного барабана 2 и конвейерной ленты 3 подается на датчик, установленный под углом естественного откос к направлению движения ископаемого (.Датчик закреплен неподвижно с помощью основания 4 и выполнен из металлических пластин 5 и 6, изолиро ванных друг от друга прокладкой 7 и скрепленных между собой (например, с помощью клея). В датчик запод лицо с лицевой, стороны врезаны п светопреломляющих призм 8. К торцам каждой из призм 8 че1рез фоконы 9 с возможностью оптического контакта подсоединены входной 10 и выходные 11 и 12 волоконно-оптич ескиё световоды Все входные волоконнооптические световоды собраны в оАций -жгут, торец которого через фоконы 20 освещается осветителем, состоящим источника 14 света и непрозрачно-, го отражателя 15. На нижнкно часть датчика наклеены тензоприемникн 16, последовательно соединенные друг с другом. В датчик заподлицо с лицевой стороной врезана также термопара 17. Над датчиком параллельно ему установлен плоский.Электрод 18. Первые выходные волоконно-оптические световоды П через фоконы 19 оптически соединены с первыми фотопрнемниками 20. Вторые волоконйооптические световоды 12 через фоконы 21 и светофильтры 22, например оранжевые, .оптически соединены с вторыми фотоприемниками 23. В качестве фотоприемников могут быть использованы усилители на фототранзисторах (фиг, 1),а также фотоумножители, фотодиоды., фоторезисторы и т.п. Термопара 17 соединена с первым усилителем 24. Усилители на фототранзисторах соединены с блоком 25 питания. Тензоприемники 16 соедннены с вторым усилителем 26, к выходу которого подсоединены(к/2) полосовых фильтров 27-29 с интеграторами 30-32. К выходу второго усилителя 26 подключен также непосредственно интегратор 33. Выходы первых фотоприемников 20 соединены с входами блоков 34-36 сравнения и с первыми входами п измерителей 37-39 отношений. й)ходы всех измерителей отношений соединены впа раллель и подключены к входам (K/Z) полосовых фильтров 40-42 с интеграторами 43-45. Элементы 13, 14, 15, 8, 9, 10, П, 12, 19, 20, 21, 22, 23, 25, 34 и 37 составляют фотометрический блок. Первая металлическая пластина 5 и плоский электрод 18 соединены с куметром 46, а первая 5 и вторая 6 пластины соединены с омметром 47. Выходы (К+1) интеграторов 30, 31, 32, 33, 43, 44 и 45, а также выход первого усилителя 24, выходы куметра 46 н выход омметра 47 соединены с входами блока 48 вычисления совместной плотности вероятности, выхо ды которого соединен с блоком 49 индикации и с исполнительным механизмом 50. Устройство работает следующим образом. Температура полезного ископаемог I, подаваемого на консольный датчик с помощью ленты 3 конвейера, измер ется термопарой 17, от которой сигнал, усиленный с помощью усилителя 24,подается в блок 48. / С помощью куметра 46 и подсоединенных к нему металлической пластин 5 и плоского электрода 18 (образую щими конденсатор, между пластинами которого перемещается полезное ископаемое 1) измеряется диэлектричес кая проницаемость , тангенс угла диэлектрических потерь tgcTH емкость конденсатора С. С помощью омметра 47 и металлических пластин 5 и 6 (изолированных между собой с помощью прокладки 7) измеряется электрическое сопротивле ние слоя полезного ископаемого 1, находящегося на полке. Тензоприемники 16 измеряют вибрации пластин 5 и 6 и шумы перемещающегося по ним полезного ископаемого 1. Сигналы тензоприемкиков 16 усиливаются усилителем 26. Свет от источника 14 и отражател 15 через фокон 13 по волоконно-опти ческим световодам 10 через фоконы 9 попадает в светопрелог«1ягацие приз мл 8 и выходит из них на поток полез ного ископаемого 1„ Отразившись от полезного ископаемого,свет снова попа дает в призмы 8 и через фоконы 9| по волоконно-оптическим световодам 1 и 12 подается на фототранзисторы 20 и 23 (на последний фототранзис- тор тюпадает через светофильтр 22 только оранжевая составляющая рассеянного полезным ископаемь1м света). Если перед наугад выбранной призмой 8 находится частица ископаемого, на фототранзисторы 20 и 23 попадает больше света, нежели при ее отсутствии. Пороги элементов 34-36 сравнения установлены таким образом, что сигналы на их выходах появляются лищь при появлении частицы полезного ископаемого перед соответствующей призмой, так как при этом увеличиваются са1гналы на выходах соответствующих фототранзисториых усилителей. Тогда при попадании частицы в поле зрения соответствзгюцей призмы увеличится, проходящий по световодам 11 и 12 отраженный световой сигнал, увеличится сигнал на выходе фототранзисторных усилителей, сработает элемент 34 сравнения, который своим сигналом разрешит работу измерителя 37 отношений. На выходе измерителя 37 (в течение времени прохождения частицы перед соответствующей призмой) будет формироваться сигнал, пропорциональный отношению отражательных способностей частицы в белом и оранжевом свете. При исчезновеши частицы из поля зрения призмы сигнал на фототранзистор 20 уменьшится , исчезнет сигнал на выходе элемента 34 сравнения и выключится измеритель 37 отношений. Сигнал на его выходе станет равным нулю. Таким образом, на выходе каждого измерителя отношений (3 7, 38, 39 и т.д.J будет формироваться сигнал только во время прохождения перед соответствукмцей призмой частицы полезного ископаемого (или совокупности частиц, когда размер светопреломляющей грани призмы Оольше размера частицы). Величина отношения (1д/1ц) отражательной способности частицы в оранжевом свете 1. к отражательной способности в белом свете 1 будет больше У частиц породы и меньше частиц угля. Если перед призмой проходит частица-сросток (состоящая из угля, и породы), величина отношения (1л/1,) будет являться количественной мерой относительного содержания породы в сростках (чём больше отношение - тем больше породы в сростке). Длительность поя.влещ1Я на выходе блоков 37-39 сигналов, амплитуда которых пропорциональна содержанию порода в частице, будет пряью пропорциональной времени прохождения частицы перед соответствующей светопреломляющей призмой. При постоянной скорости ленты конвейера и, следовательно, при постоянной скорости движения частиц полезного ископаемого по датчику длительность появления сигнала на выходе блоков 37-39 будет прямо пропорциональна размеру проходящей перед призмой частицы. Сигналы с измерителей 37-39 отношенмя поступают на входы поЛосовых фильтров 40-42 (количество фильтров выбрано в соответствии с требованием числа классов при определении гранулометрического состава полезного ископаемого). Каждый полосовой фильтр настроен на передачу сигналов с длительностью не менее f,, и

не более Tj . Псшоса пропускания

f,фильтра it соответствует CBOему классу крупности например, при скорости частиц 1 м/с.полоса фильтра от 0,01 до 0,05 с соответств;ует классу крупности частиц 10-50 мм, полоса фильтра от 0,05 с до tj™ 0,2 с соответствует классу крупности частиц 50-200 мм и т.д. г Если, например, фильтр 40 настроей на полосу от 0,01 с до 0,05 с, частота появления сигналов на его выходе равна частоте появления части крупностью 10-50 мм перед всею призмами , а напр)шение на выходе интег ратора 43 пропорционально количеству частиц этого класса крупности за время интегрирования прошедших перез призмеши), а также количеству породных частиц этого класса крупности и относительному содержанию порода в частицах-сростках. ,

Аналогичные сигналы появятся на щлходах измерителей 38 и 39 отношений, полосовых фильтров 41 и 42 и интеграторов 44 и 45 (только для частиц других диапазонов крупности),

Величина сигнала на выходе усилителя 24 пропорциональна температуре полезного ископаемого, трению частиц полезного ископаемого о пластину 5 и в общем случае зависит от температуры t°, гранулометрического состава полезного ископаемого ai , степени засоренности полезного ископаемого породой п, а также от влажности полезного ископаемого w:

(tO, eL , n , WP). (1)

Величина сигнала I2 на выходе омметра пропорциональна злектрическому сопротивлению R потока материала, обратно пропорциональна влажности w, обратно пропорциональна производительности конвейера, пропорциональна зольности угля А ((или степени засоренности угля породой П и зависит также от грансостава d и плотности р

I.f2(wP, AS oi, P,f) (2)

Величина сигнала 13(8) на выходе куметра также зависит от w. , d, f,( и от содержания серы в угле S:

,(W% А, ot, Р, j, S). (3)

Величина сигнала 1 (пропорционального tgcO на выходе куметра зависит от W, А, об , Р, S:

А, ot , Р, S). (4)

Величина сигнала Гс (пропорционального С) на выходе кумметра запишется аналогично:

(A«,o(-. WP, я , Р, SX (5)

Величина сигналов Ig(амплитуда) на выходе усилителя 26 зависит от , P,oi., А, WP:

(P,ot, А, WP). (6)

Частотный спектр сигналов 1 на выходе усилителя 26 в основном .определяется грансоставом ct и зави сит также от А-, W, Р:

(«t, П, AS Р, WP). (7) Амплитуда сигнала, пропорционального , зависит от П, А, W, Р, S на входах полосовых фильтров 40-42:

Ie-f8(n, А, S, WP Р). (8)

Частотно-широтный спектр сигнала на входах полосовых фильтров 40-42 определяется в основном грансоставом частиц полезного ископаемого, но зависит от неровностей поверхностей частиц, производительности Р конвейера, плотностир :

(o. П, Р, р), (9)

Проведены исследования отличительных способностей углей и вйещающих пород. При исследовании сепарации отыскивалась такая -совокупность сигналов, каторая после получения результатов измерения -этих сигналов сужает до минимума условную плотность вероятности качественного признака X, по которому необходимо сепарировать полезное ископаемое на сорта. Вторым требованием к выбору совокупности сигналов 1, IA, ... 1( было условие возможности одновременного получения всех указанных сигналов простыми средствами и локализованном участке пространства. Исследовались более 60 параметров угле и пород. Было установлено, что оптимальной для разделения полезного ископаемого на сорта по величине засоренности угла породой П, по зольности угля А или по гранулометрическому составу является описанная совокупность сигналов .

Условная плотность вероятности .этих сигналов f (П /1, Т, I, Т. , Ij, Ig, I, Ig, Ig.) дает возможность проводить сепарацию угля по степени его засоренности породой на сорта, отстоящие друг от друга менее чем на 0,5%.

Условная плотность вероятности по зольности позволяет сепарировать уголь по зольности с погрешностью менее 0,2 абс.% по золе или с такой же точностью определять зольность, Одновременно по этим девяти сигналам определяется гранулометрический cocTaiB об , влажность W , плотность ft производительность конвейера Р, содержание серы в угле S.

Предлагаемое устройство для сепарации полезных ископаемых является универсальным: позволяет производить сепарацию по П, А, S, d и одновременно измерять любой из этих пок 1зателей, а такжери Р.

Перед монтажом устройства на конкретный конвейер конкретного предприятия определяют средний угол ествественного откоса транспортируемого конвейером полезного ископаемого. Затем консольно закрепляют датчик под углом естественного откоса к потоку полезного ископаемого. Датчик консольно прикрепляется (например, при помощи сварки) одним концом к неподвижному относительно шкива конвейера основанию 4, Второй конец датчика остается незакрепленным. При такой установке датчика полезное ископаемое с минимальным трением (но без дополнительных усилий) свободно перемещается по нему. Изменения гранулометрического состава, абразивным свойств полезного ископаемого, его влажности и пропзводительности конвейера изменяют шумы при движеиии ископаемого по . ппастннам и приводят к ее прогибам. Шумы и прогибы пластин улавливаются тензоприемниками 16.

Перед включением устройства в работу его градуируют. Градуировка является стандартным процессом и состоит в однозначном установлении соответствия каящого нз семи показателей полезного ископаемого и производительности конвейера П, А , S, W , ei, f или Р девяти измеренным сигналам Идеальной градзгировVoft предложенного устройства для вс

семи параметров является установлен условных плотностей вероятностей

i(W.))Если предложенное устройство используется, например, лишь для сепарации полезного ископаемого по одному показателю его качества, при градуировке определяют лишь одну требуемую условную плотность вероятности. Например, при использовании устройства в качестве сепаратора угля на пять сортов по его зольности (порода зольностью выше 80%, порода зольностью от 60 до 80%, сростки зольностью 60-40%, сростки зольностью 40-15, уголь зольностью менее 15%) при градуировке определяют границы совместных изменений .девяти измеряемых сигналов для каждого из сепарируе1уых сортов. После градуировки сепаратор запускают в работу Блок 48 вычисления совместной плотности вероятности в л{рбой момент времени по девяти измеренным сигнал 1М 1, I, ,,,,1, используя полученные в процессе градуировки границы совместных изменений сигналов, соответствукицие каждому из сортов; определяют, какого сорта уголь находится на пластинах, и вьщает управлякяций сгигнал на нсполннтельный механизм, направлянщий уголь в соответствующий бункер (количество бункеров равно количеству сортов)1

Устройство позволяет одновременно определить семь основных показателей потока сыпучего материала или проводить сепарацию по любому из пят показателей качества полезного ископаемого.

По сравне1шю с существующими ра-, диометрическ11ми или оптическими се,параторами предлагаемое устройство выгодно отличаемся многофункциональностью и универ сальностью, а также имеет значительно болыпие точность и производительность ,;

/У

УСТРОЙСТВО ДГЫ СЕПАРАЦИИ ПОЛЕЗШХ ИСКОПАЕМЫХ, содержащее исполнительный и фотометрический блок, включающий два фотоприемиика, светофильтр, например ор аи- жевый, элемент сравнения, измеритель отношений и последовательно соединенные осветитель, входаой волокоИно- . оптический световод, фокон и светопреломляющую призму, к которой через фокошл подсоединешл также два вы- : ходиых волокоиио-оптических световода, первсой из которых соединен с первым фото11риемни ом, а второй через светофильтр соединен с вторым фотоприемником, выход которого соединен с вторым входом измерителя отношений, первый выход которого соединен с выходом первого фотоприемника,и входом элемента сравнения, а управп ляющий вход соединен с выходом элемента сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности сепарации, оно снабжено консольно закрепленными под углом естественного схода потока полезного материала датчиком, выполиенным из двух изолированных друг от друга и скрепленных между собой металлических пластин с тензоприемниками, термопарой и п светопреломляющими призмами, установленным над датчиком плоским электродом, двумя усилителями, куметром, омметром, К полосовыми фильтрами, (К+1) интегратором, блоком вычисления совмебтной плотности вероятности, блоком индикации и (n-l) дополнительшлм фотометрическим блоком, причем к нижней части пластин датчика прикреплены последовательно соединен(Л ные тёнзоприёмники, а в среднюю часть пластин датчика в шахматном порядке врезаны п светопреломляющих призм и § термопара, Соединенная с первым усилителем, теизодриемники соединены с вторым усилителем, к выходу которого подключен первый интегратор и со К, 4 полосовых фильтров с интегратораО) ми, выходы п измерителей отношений to соединены с входами других полосовых фильтров с интеграторами, металлические ппастины датчика соединены с омметром, а первая металлическая пластина датчика и плоский электрод соединены с куметром, при этом выходы куметра, .омметра, первого усилителя и (К+1) интегратора соединены с входами блока вычисления совместной плотности вероятности, выходы которого соединены с блоком индикации и исполнительным механизмом.

|/Г4

П

I

/777777 ///////////////7//77//////////////////////Л ;,.«., . ...... .,.,.- . t . . . . . : . . . . .«.... .х.. .

(риг.З