Способ разделения минералов и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК B07C5/342 B03B13/06 

Изобретение относится к сортировке полезных ископаемых, содержащих люминесцирующие под действием ионизирующего излучения минералы, а именно к выделению микроклина и плагиоклаза, применяемых в фарфоровой и электротехнической промышленности, из кварц-полевошпатовых руд.

Цель изобретения - повышение точности разделения.

Сущность способа заключается в возбуждении потока измельченной руды периодически повторяющимися импульсами ионизирующего излучения, длительность которых выбирается исходя из соотношения постоянных времени к интенсивностей свечения люминесценции в разных полосах свечения, например в голубой (длдцс 0,4- 0,46 мкм) и красной ( макс 0,57- 0,7 мкм) области спектра, измерении интенсивности свечения в конце импульса возбуждения и через интервал , времени после его окончания,который t выбирается так&е из соотношений посте- ;янных времени послесвечения и интенсивности люминестенции в полосах свече- А. ния, и сравнении измеренных значений.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Zn

4

« ч

N5

D

При выделении микроклина из кварц- пол евошпатовых руд основным мешающим люмииесцирующим компонентом является плагиоклаз. Голубая область свечения рентгенолюминесценции микроклина и плагиоклаза имеет нанооекунд- ную постоянную времени послесвечения, которая обусловлена центрами кислородных экситонов (Фиг.1). Излучение более интенсивного центра практически не участвует в Формировании сиг- на выходе Фотоприемника, по- солъку защитные оптические стекла не пропускают излучение до 0,4 мкм. Красная область свечения рентгенолюминесценции этих минералов имеет мил- лисекундную длительность послесвечения, которая обусловлена центрами (фиг.1) Мп2+ и Реъ

Для пояснения предлагаемого способа представим люминесцентные характеристики минералов точками на плоскости в системе координат Т, F (фиг.2). На оси Т откладываем постоянные времени в полосе, а по оси F - интенсивность люминесценции. Соединим точки, соответствующие одному образцу, прямой линией. В зависимости от общей интенсивности свечения линия может проходить на разном уровне по отношению к началу координат по оси F. В зависимости от соотношения интенсивностей в полосах имеется бфльший или меньший наклон линий по ofношению к -оси Т. Однако для плагиоклазов и микроклинов по углу наклона линии группируются в разных областях. Это различие положено в основу метода.

Для микроклина интенсивности свечения центров голубой области (0) и красной (Мп2+ и Fe) при стационарном возбуждении примерно равны, их отношение близко к единице и может принимать значения как/меньшие, так к большие. При наличии шумов микроклин трудно обнаружить. Решить задачу разделения продуктов при наличии шумов позволяет использование импульсного режима возбуждения.

Для измерения интегральной интенсивности люминесценции в двух спектральных областях (голубой и красной) используется различие в постоянных времени послесвечения этих компонент Зерна руды облучаются периодически следующими импульсами ионизирующего излучения (например, рентгеновского)

В период действия импульса происходит разгорание всех компонент свечения в соответствии с длительностью & импульса, например прямоугольного, ионизирующего излучения и их постоянных времени послесвечения Т. Амплитуда сигнала от i-й компоненты свечения в момент окончания импульса равна s.

L

5

0

5

0

U;t и-0 (1-е т )

где U

ю

(О

амплитуда сигнала от 1-й компоненты при стационарном возбуждении, TJ - постоянная времени послесвечения i-й компоненты.

С учетом спектра свечения Ф ( А) i-й компоненты и спектральной чувствительности S( A) Фоторегистрируюшего тракта получим

оо

uio I 8(ъ)9;(10с1Ъ. (2)

о Подставляя (2) в (1), получим

U; SCJOPjOOdM-e TO. (3)

Полный сигнал в момент окончания импульса ионизирующего излучения равен

%

,

J (fl)crMi-e т;).(4)

5

0

5

0

, При значениях Т; «. с- , например при t, 0,5-1 мс, компоненты с постоянными времени Т,,1 мс, что соответствует голубой области спектра, разгораются до своего максимального значения U0; , а для красной области спектра, где постоянные времени послесвечения для микроклинов и плагиоклазов лежат в диапазоне от единицы до десятков миллисекунд, амплитуды составляющих меныне и, 0и-определяют- ся соотношением (3). При этом на Момент окончания импульса ионизирующего излучения выражение (4) можно записать в виде v со.

+

и Ё- -8ИОР:(4)аъ

+ ilf 8()Р;Сл)( )

(5)

ито+ иКЈ ;

55

где i 1-К - компоненты с голубым

свечением; i K+l-n - компоненты с красным

свечением j

к со51

S( CMd-ft -интегральный °сигнал от компонент с

голубым- свечением в полосе спектральной чувствительности Фоторегист- рирующего траку а,

.il J s«v)P; ftOdfld-e ) - 0 тегральный сигнал от копонент с красным свечением в полосе спектральной чувствительности фо торегистрирующего тракта .

Длительность возбуждения выбирается из условия обеспечения отношения сигналов от голубой и красной областей для микроклина больше 10, при котором уверенно выделяются сигналы от микроклина из шума. Для плагиоклаза отношение при этом будет порядка 5. Эти условия выполняются для микроклина и плагиоклаза при длительности возбуждения ь 0,5-1 мс.

Через интервал времени б после окончания импульса ионизирующего излучения амплитуды сигналов от 1-х

компонент свечения равны л

О°k

0

U;0 J-S( CA)d()e T;. f6)

Суммарный сигнал в этот момент времени равенл д

ц о

ие Jlf 5()Ф;()а( ).(7)

о

Из интервала времени 9 происходят обратные процессы по сравнению с описанными.

Все компоненты, постоянные времени после свечения которых Т., , высветятся, и их амплитуда становитс практически равной нулю. При значениях 0 0,25-0,5 мс амплитуды компонент с большими постоянными времени уменьшаются незначительно. Величина 0 выбирается из условия затухания свечения всех быстрых компонент. С учетом длительности заднего фронта рентгеновского импульса величина 0 выбирается равной 0,25- 0,5 мс. Тогда (7) можно записать

К °°-- --

Ue Z:j S(/)P; ®dA(l-6 T: )6 T: +

О л, Q

Ц 00Ь. fi.

+ 21 зеюФ;(|ЫМ1-е Т;К Т: .

Uro+ + UKS « икГ .(8)

Тогда из (5) и (7) можно найти

Utf

Ufl

(9)

и го и - ие . (io)

Измеряемые величины UЈ и Ug , a также ЪткЈ и U го зависят не только о г параметров, входящих непосредственно в приведенные выражения, S ( Д) , Ф;( Т , а и от общей ингенсивности люминесценции зерен, их размера, мощности дозы и т.п. Для исключения влияния этих факторов сравним интегральное свечение в голубой и красной областях спектра, используя отношение Uro и U,,g. Наблюдаемый минерал считается микроклином, если

Ur°s

п к ; икб 7

(11)

где К - постоянное число, которое

определяется люминесцентными характеристиками зерен руды и параметрами схемы обработки S(fl),Ј , 9 .

При использовании в качестве Фотоприемника ФЭУ со спектральной чувствительностью С-6 (например, ФЭУ-85) и светофильтром ЖС-18 толщиной 5 мм при Ј 1 мс и 0 0,25 мс значение К 10--15 в зависимости от качества получаемого концентрата и извлечения полезного компонента. При меньших К извлечение возрастает, а кондиция концентрата может ухудшиться.

Подставляя в (11) значения из (9)

и (10) получим Ufr - Us

U

е

к,

(12)

Входящие в выражение (12) величины UЈ и UQ являются измеренными значениями.

На фиг. 1 представлена зависимость интенсивности свечения рентгенолюми- несценции микроклина и плагиоклаза

от длины волны; на фиг. 2 - зависимость интенсивности люминесценции от постоянных времени; на Фиг. 3 - функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 4 и 5 - импульсные

диаграммы.

Устройство включает систему 1 подачи руды, высоковольтный источник 2 питания (ВИЛ), ключ 3, импульсный источник 4 ионизирующего излучения,

генератор 5 импульсов, светофильтр 6, Фотоприемник 7 с предварительным усилителем, аналоговые ключи 8 и 9, фильтры 10 и И нижних частот (ФНЧ), пиковый детектор 12, пороговый элемеит в виде компаратора 13, дифференциальный усилитель 14, делитель 15 напряжения, компаратор 16 схему И 17 совладений, Формирователь 18 строба возбуждения (ФСБ), формирователь 19 строба наблюдения (ФСН), схему 20 обнуления, схему 2J управления исполнительным механизмом, исполнительный механизм 22, задатчик 23 коэффициента деления, задатчик 24 уровня обнуления , При этом выход фотоприемника 7 подключен к входам аналоговых ключей 8 и 9, к управляющему входу аналогового ключа 8 подключен выход фор- мирфвателя 19 строба наблюдения, а к управляющему входу аналогового ключа 9 подключен выход формирователя 18 фтроба возбуждения. Выход 8 подключен к входу фильтра 10 нижних часfoт, выход которого подключен к задающему входу компаратора 16, входу комйаратора 13 обнаружения, входу диф- Ферецнального усилителя 14. Выход Фильтра 11 нижних частот подключен к входу пикового детектора 12, выход которого подключен к второму входу дифференциального усилителя 14. Выход последнего подключен к входу делителя 15 напряжений, к задающему которого подключен задатчик 23 коэффициента деления, выход делителя напряжений подключен к сигнальному входу компаратора 16. Выход послед- негб подключен к одному входу схемы И 17 совпадений, ко второму входу ко- торфй подключен выход компаратора 13 обнаружения, к задающему входу которого подключен выход задатчика 24 уройня обнуления. Выход схемы И 17 совпадений соединен с входом схемы 21 управления исполнительным механизмом, выход которой соединен с входом исполнительного механизма 22. Обнуляющие входы Фильтров 10 и 11 и пи- кового детектора соединены с выходом схемы 20 обнуления. Входы формирователей 18 и 19 стробов и схемы 20 обнуления соединены с выходом генератора 5 импульсов, второй выход ко- торого соединен с управляющим входом ключа 3, сигнальный вход которого соединен с выходом ВИТ 2, а выход - с источником 4 ионизирующего излучения.

Устройство работает следующим об- разом.

Система 1 подачи руды обеспечивает позйрновую подачу кусков руды в зону анализа А (фиг.З), которая облучается периодической последовательностью импульсов R(t) ионизирующего излучения от источника 4 (например, рентгеновской трубки). Периодическая последовательность импульсов R(t) задается генератором 5 импульсов посредством периодического подключения ВИЛ 2 через ключ 3 (фиг.З). Длительность импульсов Ј 0,5-1 мс, частота их следования 120-250 Гц. Под действием ионизирующего излучения куски руды в зоне анализа А люминесци- руют. Поток люминесценции Ф (t) поступает на вход оптико-электронной системы, первым элементом которой является светофильтр 6.

На входе светофильтра поток люминесценции во время действия импульса возбуждения много больше амплитуды сигнала послесвечения миллисекундной составляющей. Объсняется это тем, что интегральная интенсивность голубого свечения больше интегральной интенсивности красного, а также тем, что при импульсном возбуждении (длительность импульса R(t), Ј 0,51-1 мс) компоненты с наносекундной постоянной времени разгораются полностью (голубое свечение) и быстро высвечиваются, а миллисекундные (красное свечение) разгораются существенно меньше, но высвечиваются достаточно длительное время.

Выбор светофильтра 6 производится так, чтобы скорректировать спектральную чувствительность фотоприемника 7 и наблюдать при сигнал в период действия импульса возбуждения и сигнал послесвечения в диапазоне линейности предварительного усилителя.

Так, например, при разделении микроклина и плагиоклаза светофильтр ограничивает область голубого свечения и пропускает красное. Его пропускание на уровне 0,5 находится в диапазоне длин волн Ю,5-0,56 мкм / (светофильтр ЖС-18 толщиной 5 мм) при использовании Фотокатода со спектральной чувствительностью С-6 (ФЭУ-85, ФЭУ-86). Поскольку люминесцентное свечение воздуха лежит в области длин волн А 0,4 мкм, то на выходе Фотоприемника оно создает сигнал на.уровне шума, так как практически не пропускается светофильтром, и его можно не учитывать.

Таким образом, на входе светофильтра сигнал #(t) (Фиг.З) в период действия импульса возбуждения имеет большую амплитуду по сравнению с его вы- с ходным значением g(t) за счет уменьшения (поглощения) голубой компоненты, а амплитуда сигналов миллисекунд- ного -послесвечения (красная компонента) практически не изменяется при прохождении светофильтра.

Спектральная чувствительность Фо- торегистрируетщей схемы, входящей в выражения (2)-(8), находится так:

,S CW - ,(13)

где Сф( Х) - спектральный коэффициент пропускания светофильтS рэу Сл)

ра;

- спектральная чувствительно ность Фотоприемника (например , ФЭУ).

Для измерения амплитуды сигнала во время действия импульса возбуждения на управляющий вход аналогового клю25

ча 9 подается импульс 0 ,g (t) строба возбуждения от Формирователя 18 (Фиг.З). Во время действия строба возбуждения ключ 9 открыт и сигнал с его выхода проходит на вход ФНЧ 11. Длительность строба возбуждения равна длительности импульса R(t), ФНЧ 11 предназначен для сглаживания шумов , которые присутствуют на выходе фотоприемника 7 и складываются с сигПостоянная времени ФНЧ 11 выбирается равной Т.,. т. К выхоналом.

i /.

1 лч- - V

3

ду ФНЧ 11 подключен вход пикового детектора 12, на выходе которого сигнал U.n(t) (Фиг.4) устанавливается

равным максимальному значению сигнала на его входе в период действия возбуждения. Полученное значение сохраняется до момента обнуления схемы

Для измерения амплитуды миллисе- кундной компоненты сигнал с выхода фотоприемника 7 подается на аналоговый ключ 8,.на управляющий вход которого подается импульс U (t) строба наблюдения от формирователя строб наблюдения (Фиг.4) и далее на вход ФНЧ 10. Начало импульса строба наблюдения задержано по отношению к окончанию импульса R(t) на величину 0 . В период времени 9 (выбирается равным 0,25-0,5 мс) происходит высвечивание всех быстрых компонент свечения и заканчиваются переходные процессы в цепях возбуждения конизи

с0

5

о

5

0

5

рующего излучения. Постоянная времени ФНЧ 10 выбирается равной 0,2- 0,3 мс, при этом происходит сглаживание шумов, а амплитуда сигнала U (0 (t) при миллисекундных постоянных времени послесвечения на выходе Фильт ра практически на искажается по сравнению с ее входным значением.

С выхода ФНЧ 10 сигнал поступает на инвертирующий, а с выхода пикового детектора 12 на неинвертирующий входы дифференциального усилителя 14, на выходе которого Формируется разность сигналов U12(t) и (t), которая делителем 15 напряжения уменьшается в заданное число раз. Степень уменьшения устанавливается задатчиком 23 в соответствии с выражением (12). С выхода Фильтра 10 сигнал поступает на задающий вход компаратора 16, на котором устанавливается порог срабатывания, равный U10(t) (Фиг. 5). На сигнальный вход компаратора I6 приходит сигнал U 5(t) с выхода делителя 15. В том случае, когда сигнал U45 (t) превышает величину Uw (t), компаратор срабатывает и на его выходе появляется сигнал логической единицы. С помощью этих пре- 1 образований реализуется процедура сравнения (12). Принимая, что

и ие МО,

Urc(t) - U,0(t)

К

u,0(t).

0

5

Q

5

При выполнении неранства считается, что в поле анализа присутствует микроклин .

Для обеспечения помехоустойчивости схемы по отношению к шуму, а также для устранения срабатываний по минералам, у которых нет миллисекундной компоненты (например, кварц), сигнал U(0(t) с выхода ФНЧ 10 поступает на вход компаратора 13 обнаружения, порог срабатывания которого задается задатчиком 24. При наличии сигнала миллисекундной составляющей с амплитудой, большей порогового уровня, на выходе компаратора 13 обнаружения появляется сигнал логической единицы. При наличии на выходах компараторов 13 и 16 сигнала логической единицы одновременно на выходе схемы 17 совпадения появляется сигнал обнаружения, который поступает в схему 21 управления исполнительным механизмом 22. Последний срабатывает с задержкой по отнотению к моменту обнаружения на время, необходимое для перехода минерала из зоны анализа А в зону отсечки Б. При выборе такой ширины зоны анализа А, чтобы за время ее прохождения каждый кусок руды облучался импульсами рентгена 2-3 раза, не требуется стабилизации скорости и положения кусков, надежный перевод кусков в концентрат обеспечивается выбором задержки времени его срабатывания и длительностью его работы.

Формула изобретения

1. Способ разделения минералов, преимущественно микроклина и платно- клаза из кварц-полевошпатовых руд, заключающийся в позерновой подаче кусков руды в зону регистрации, облучении их периодическими импульсами рентгеновского излучения и измерении интенсивности люминесценции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности разделения, длительность рентгеновских импульсов выбирают равной 0,5-1,0 мс, а интенсивность люминесценции минералов измеряют раздельно в двух спектральных областях 0,4-0,46 мкм и г 0, 58 0,70 мкм, при этом коротковолновую компоненту измеряют в конце импульса рентгеновского излучения, а длинноволновую после его окончания с задер кой на 0,25-0,50 мс.

2. Устройство для разделения минералов , преимущественно микроклинэ и плагиоклаза из кварц-полевошпатовы руд, содержащее механизм подачи руды в зону контроля, последовательно соединенные высоковольтный источник

Э,отн.ед W

, Q

5

0

5

дд

35

40

питания, ключ и импульсный источник ионизирующего излучения, последовательно соединенные Фотоприемник, аналоговый ключ и фильтр нижних частот, генератор импульсов, выходы которого связаны с вторым входом ключа и с входами формирователей строба регистрации и строба наблюдения, выходом соединенного с вторым в кодом аналогового ключа, последовательно соединенные схему обнуления, пиковый детектор и дифференциальный усилитель, задатчик уровня обнуления, выходом соединенный с входом порогового элемента, при этом выход схемы обнуления связан с вторым входом Фильтра нижних частот, исполнительный механизм, снабженный схемой управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности разделения, оно содержит дополнительные аналоговый ключ и Фильтр нижних частот, делитель напряжения с задат- чиком коэффициента деления, схему И и компаратор, выходом соединенный с первым входом схемы И, выходом подключенной к входу схемы управления исполнительным механизмом, причем выход фотоприемника дополнительно связан через дополнительные аналоговый ключ и Фильтр нижних частот с вторым . входом пикового детектора, а выход дифференциального усилителя соединен с вторым входом делителя напряжения, выход генератора импульсов -дополнительно связан со схемой обнуления, а выход Фильтра нижних частот соединен с вторыми входами компаратора, дифференциального усилителя и порогового элемента, выходом соединенного с вторым входом схемы И.

ft, /-

Плагиоклаз

/ Микро клин

8ЮЛ,нм

Изобретение относится к технике обогащения сырья, содержащего люминесцирующие минералы, и позволяет повысить точность разделения. Для разделения микроклина и плагиоклаза кварц-полевошпатовых руд используется метод-измерения интенсивности люминесценции минералов в разных полосах свечения, основанный на корреляции величин постоянных времени свечения и положения максимума полосы свечения на оси длин волн. Устройство, реализующее способ, включает систему подачи руды, источник ионизирующего излучения с высоковольтным источником питания и генератором импульсов, фотоприемник со светофильтром и предварительным усилителем, задатчик порогового напряжения и пороговые устройства, аналоговый ключ, пиковый детектор, первый фильтр нижних частот, формирователи стробов, включевые устройства, схему обнуления, дифференциальный усилитель, схему управления исполнительным механизмом и исполнительный механизм. Дополнительно ввведены второй фильтр нижних частот, компараторы, делитель напряжения, задатчик уровня компаратора. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Выстр. комп.

Мед/i. Т копп.

Фиг. 2

Фиг.Э