Устройство для рентгенорадиометрической сепарации руды Советский патент 1992 года по МПК B03B13/02 B07C5/346 

Изобретение относится к устройствам для рентгенорадиометрической сепарации руды и может быть использовано для сортировки горных пород.

Цель изобретения - повышение точности сепарации путем снижения влияния колебаний толщины слоя руды.

На фиг. 1 представлена геометрическая схема устройства для рентгенорадиометрической сепарации руды; на фиг. 2 - зависимости интенсивности рентгеновского излучения от нормированной по ширине L ленты транспортера высоты Н расположения источника и детектора над лентой транспортера при расстоянии источник детектор 0,7 L, 0,8 L, 0,9 L и 1,0 L; на фиг. 3 - графики поверхностной чувствительности dNr(L) поперек ленты транспортера для тех же расстояний между источником и детектором соответственно; на фиг. 4 - пример конкретного выполнения устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит радиоизотопный источник 1 излучения, помещенный в коллиматор 2, детектор3 излучения, помещенный в коллиматор 4. Источник и детектор установлены над лентой транспортера 5, ширина которой равна L. Высота Н расположения источника и детектора над лентой транспортера 5 составляет 0,5 ширины ленты транспортера L. Расстояние между исXI

4Ьь

GO О

го

точником и детектором равно ширине ленты транспортера L, причем источник и детектор установлены симметрично и по разные стороны относительно середины ленты транспортера (середина ленты транспортера отмечена на фиг. 1 нулем), Коллиматор 2 источника и коллиматор 4 детектора 3 выполнены в форму прямых треуголь/ных лризм, основания 6 которых расположены перпендикулярно направлению движения ленты транспортера 5. Середины ребер 7 и 8 совпадают соответственно с источником 1 и детектором 3. Первая грань 9 каждой призмы расположена вертикально, вторая грань 10 каждой призмы расположена с наклоном в сторону ленты транспортера 5 под углом 11 равным 75-80° к первой грани 9, а третья грань 12 образует с первой гранью 9 угол 13, равный 51-52° и прозрачна для рентгеновского излучения. Высота h призмы составляет(0,02-0,05) L, ширина первой грани 9 составляет (0,1-0,2) L

На фиг, 1-3 также показаны зона 14 облучения, зона 15 отбора излучения, зона 16 обзора, графики 17-20, зависимости интенсивности рентгеновского излучения от отношения H/L, а также графики 21-24 зависимости дифференциальной интенсивности рентгеновского излучения от отношения H/L. На фиг. 4 обозначены корпус 25, предварительный усилитель 26 и высоковольтный преобразователь 27, а также лента 28 транспортера.

После включения устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 выходит через коллиматор 2 и попадает в руду на.ленте транспортера 5, на поверхности которой формирует зону 14 облучения. В руде возбуждается рентгеновское излучение определяемого элемента, которое выходит из руды, проходит через коллиматор 4 и регистрируется детектором 3. Коллиматором 4 на поверхности руды формируется зона 15 отбора излучения, В результате коллиматорами источника и детектора формируется зона 16 обзора, которая является общей частью зоны 15 облучения. По интенсивности зарегистрированного рентгеновского излучения судят о содержании в руде определяемого элемента. Интенсивность регистрируемого рентгеновского излучения зависит не только от содержания в руде определяемого элемента, но и от толщины слоя руды, которая изменяется в зависимости от загрузки ленты, а также от распределения кусков руды на ленте транспортера. Последние два фактора снижают точность опробования.

Распределение кусков руды на ленте транспортера влияет на интенсивность регистрируемого рентгеновского излучения в том случае, если устройство хэрактеризуется неравномерной поверхностной чувствительностью, которая проявляется в том,что с единичной площадки поверхности руды в детектор поступает различное количество рентгеновского излучения в зависимости от

положения этой единичной площадки по отношению к источнику и детектору излучения, т.е. от координаты единичной площадки.

В данном устройстве снижение влияния

колебаний толщины слоя руды (т.е. колебаний высоты расположения источника и детектора по отношению к поверхности руды), а также (частично) влияния распределения кусков руды на ленте транспортера достигается путем оптимизации расположения источника и детектора относительно ленты транспортера с рудой. При этом принято, что средняя толщина слоя руды на ленте транспортера составляет 0,1 ее ширины, а

колебания толщины слоя руды могут происходить в пределах 0-0,2 ширины ленты транспортера.

Анализ обобщенных данных (фиг. 2 и 3) показывает, что наименьшее влияние колебаний толщины слоя руды на регистрируемую интенсивность рентгеновского излучения (фиг. 2, график 20), а также наиболее равномерная поверхностная чувствительность устройства (фиг. 3, график 24)

достигается в случае установки источника и детектора над лентой транспортера на высоте Н, равной 0,5 ширины L ленты транспортера, димметрично и по разные стороны относительно ее середины на расстоянии

друг от друга, равном ширине ленты транспортера.

При исследовании зависимости интенсивности рентгеновского излучения Nr от величины H/L (фиг. 2), а также при исследовании поверхностной чувствительности dNr(L) (фиг. 3) рассмотрены устройства, в которых линия источник-детектор расположена параллельно поверхности ленты транспортера и перпендикулярно направлению ее движения, так как в этом случае обеспечивается опробование руды по всей ширине ленты транспортера. При этом ограничивались максимальным расстоянием источник-детектор в пределах ширины ленты

транспортера, так как увеличение этого расстояния приводит к резкому уменьшению интенсивности регистрируемого излучения и возрастанию статистической погрешности измерений.

В то же время из рассмотрения графика поверхностей чувствительности устройства для указанных оптимальных геометрических параметров видно (фиг. 3, график 24), что поверхностная чувствительность в середине ленты транспортера приблизительно в 2 раза ниже, чем у ее краев. Выравнивание поверхностной чувствительности по всей ширине ленты транспортера достигается использованием коллиматоров такой конструкции, при которой зона обзора в середине ленты транспортера в 2 раза шире, чем у ее краев. Поскольку руда, расположенная на ленте транспортера, движется под источником и детектором, а зона обзора в середине ленты транспортера в 2 раза шире, чем у ее краев, то каждая единичная площадка, расположенная в середине ленты транспортера находится в зоне обзора в 2 раза больше времени, чем единичная площадка, находящаяся с краю. Благодаря этому происходит компенсация неравномерности поверхностной чувствительности устройства временем измерения каждой единичной площадки поверхности руды. Т.е. независимо от положения кусков руды на ленте в детектор поступает одинаковое количество рентгеновского излучения от каждого куска (при прочих равных условиях),

Формирование зоны обзора, ширина которой в середине ленты транспортера в 2 раза больше, чем у ее краев, достигается тем, что коллиматоры источника и детектора выполнены в форме прямых треугольных призм, основания которых расположены перпендикулярно направлению движения ленты транспортера, середина одного из ребер каждой призмы совпадает с источником или детектором излучения, образующая это ребро первая грань призмы расположена вертикально, образующая это же ребро вторая грань призмы расположена с наклоном в сторону ленты транспортера под углом 75-80° к первой грани, а третья грань образует с первой угол 51-52° и является прозрачной для рентгеновского излучения, причем высота призмы составляет 0,02- 0,05, а ширина первой грани - 0,1-0,2 ширины ленты транспортера.

При такой конструкции коллиматоров зона 14 облучения (фиг. 1) представляет собой равнобочную трапецию, малое основание которой совпадает с краем ленты транспортера под источником, а большое - под детектором. Аналогично с помощью коллиматора 4 формируется зона 15 отбора излучения, которая также представляет собой равнобочную трапецию, малое основание которой совпадет с краем ленты транспортера под детектором, а большое под источником. В результате коллиматору- ми источника и детектора формируется зона 16 обзора, ширина которой в середине ленты транспортера составляет 2 d. а у краев d, т.е. в 2 раза меньше. Формирование такой зоны обзора поясняется следующими соображениями. Ширина зоны обзора d(x) обусловлена апертурой коллиматора для текущего значениях и расстоянием от источника (детектора) до этого же текущего значениях. Апертура коллиматора в свою очередь обусловлена высотой призмы h и величиной Ь(х), где Ь(х) - расстояние от источника (детектора) до пересечения с

третьей гранью коллиматора для текущего значения х. Так как высота h постоянна и от х не зависит, то ширина d зоны обзора пропорциональна расстоянию от источника (детектора) до точки х и обратно пропорциональна Ь(х). Так как зона обзора устройства формируется на поверхности руды, а толщина ее слоя в среднем равна 0,1 L, то высота Н1 источника и детектора над поверхностью руды равна 0,4 L Тогда для краев

ленты транспортера получаем

d

Hi

b ( х L/2 )

30 а для середины ленты транспортера необходимым условием является

35

2 d

VHi+(L/2)2 b()

откуда

40

2 Hi УнЗ+(1У2)2 b ( х L/2 ) b ( х О )

Так как L 2,5 Hi, то

2hh

1 6Hi

45

b ( x L/2 ) b () т.е. должно выполняться условие

b(bx(L/2) 1l6Hl/2Hl ° §Это условие обеспечивается выбором угла 13 (фиг. 1). Рассчитаем его величину. Для этого рассмотрим треугольник, образованный первой гранью 9 коллиматора, частью третьей грани 12, заключенной между углом 13 и точкой пересечения луча с гранью 12, а также отрезком луча от грани 12 до детектора 3. При этом учитываем, что луч исходит от точки х 0, так как расчет выполняется до середины зоны обзора устройства. Сначала определяется угол, заключенный между гранью 9 и лучом. Обозначим его

а. Он равен

i /о « arctg ±if--51.3°.

Тогда сумма угла 13 (обозначим его/б) и угла, заключенного между гранью 12 и лучом, равна (180-51,3) 128,7°. Исходя из теоремы синусов для косоугольного треугольника и учитывая, что b(x 0)/b(x L/2) 0,8:1, можем записать 0,8 sln/$ 1 /sin (128,7- ). Решая это выражение, получаем 51,5°С, Ввиду того, что при изготовлении коллиматора точность выполнения выше 0,5° обеспечить трудно, целесообразно принять, что третья грань образует с первой угол 51-52°. На рабочих характеристиках устройства вариации угла в этих пределах практически не сказываются, так как согласно выполненным расчетам, это приводит к изменению ширины зоны обзора в середине ленты транспортера в 1,03 раза, тогда как конструкцией устройства обеспечивается увеличение зоны обзора в середине ленты транспортера в 2 раза, т.е. на 1,5 порядка больше.

Ширина зоны обзора определяется высотой h призмы и величиной b(x L/2), т.е. шириной первой грани призмы. Основная часть излучения регистрируется от той части потока руды, которая расположена непосредственно под линией источник - детектор. По мере удаления кусков руды от линии источник - детектор интенсивность регистрируемого от них излучения уменьшается обратно пропорционально четвертой степени расстояния. Поэтому зона обзора должна представлять собой сравнительно узкую полосу. Она должна быть по крайней мере в несколько раз меньше ширины ленты транспортера. В противном случае закономерность компенсации неравномерной поверхностной чувствительности устройства шириной зоны его обзора не работает, так как расширение зоны обзора до величины, равной например ширине ленты транспортера, практически равнозначно отсутствию коллимации излучения. Чем уже зона обзора, тем более строго выполняется условие компенсации. В связи с этим принято условие, что ширина зоны обзора должна быть в 5-10 , раз меньше ширины ленты транспортера. Как показали выполненные расчеты, в том случае, если зона обзора меньше ширины ленты транспортера, например, в 3 раза, компенсация нарушается и поверхностная чувствительность в середине ленты транспортера становится на 20% меньше, чем

под источником и детектором. При соблюдении указанного условия неравномерность поверхностной чувствительности не превышает 3-10%, что допустимо исходя из требований к точности опробования.

Рассчитаем размеры коллиматора, т.е. высоту призмы h и ширину ее первой грани b(x L/2), руководствуясь-условием, что ширина зоны обзора должна быть, например,

в 5 раз меньше ширины ленты транспортера. Ширина зоны обзора связана с величинами h и b(x L/2) следующим соотношением:

d h

Н

b ( х L/2 ) Так как Hi 0,4 L, то

20

d 0,4h

b ( х L/2 )

откуда

25

d L

0,4 h b ( x L/2 )

Так как по условию ,2 (т.е. ширина зоны обзора в 5 раз меньше ширины ленты

транспортера), получаем зависимость между h и b(x L/2): b(x L/2) 2h.

Поверхность руды расположена над лентой транспортера в среднем на высоте

0,1 L, В случае максимальной загрузки ленты транспортера рудой ее поверхность может находиться над лентой транспортера на высоте (0,2-0,3) L. Исходя из этого следует принять, что наибольшим размером величины b(x L/2) является 0,2 L, так как в случае превышения этого значения коллиматор касается поверхности руды при максимальной загрузке ленты транспортера. Чтобы снизить опасность аварии, целесообразно

уменьшить размер b(x L/2) до величины 0,1 L. Тогда h 0,05 L.

Если задаться условием d/L 0,1, то получается h 0,025 L.

Таким образом, условием работы устройства является выполнение требований, чтобы высота h призмы составляла 0.02-0,05 ширины ленты транспортера, а ширина Ь(х L/2) первой грани была бы равна 0,1-0,2 ширина ленты транспортера.

Расположение второй грани призмы по отношению к первой грани регламентируется тем условием, что излучение источника не должно попадать в коллиматор детектора, так как при этом возникает мешающее излу- коллиматора детектора, которое снижает точность опробования. Если принять b (х L/2) 0,2 L, то угол наклона второй грани к горизонтали равен arctg 0,2 11.3°, а угол между первой и второй гранями (90-11,3) - 78,7°. В связи с возможными вариациями величины b(x L/2) и верхнего уровня поверхности руды интервал выполнения угла между первой и второй гранями принят 75- 80°.

Благодаря такому выполнению устрой- ства обеспечивается одинаковая чувствительность по отношению к любому куску руды, независимо от его положения в потоке (при прочих равных условиях), а также снижается до минимума (10 отн,%) зависи- мость интенсивности рентгеновского излучения от высоты источник - детектор над поверхностью руды при изменении его уровня на ±0,1 L от верхнего уровня до нижнего.

Пример конкретного выполнения устройства (фиг, 4).

Устройство состоит из корпуса 25, в котором размещены источник 1 излучения типа америций-241 размером 10x10 мм

активностью 500 мКи (1,85- 101и Бк), расположенный в коллиматоре 2, детектор 3 излучения (пропорциональный счетчик СИ-11Р-3), расположенный в коллиматоре 4, предварительный усилитель 26 и высоко- вольтный преобразователь 27 для питания детектора. Корпус выполнен из дюралюминия, коллиматоры источника и детектора - из листового свинца толщиной 5 мм. Корпус расположен над лентой транспортера 28, загруженной рудой.

Ширина ленты транспортера составляет 50 см. Источник и детектор расположены по краям ленты транспортера также на рас- стоянии 50 см от друга и на высоте 25 см над ее поверхностью. Коллиматоры выполнены в виде правильных треугольных призм, основания которых расположены перпендику

лярно направлению движения ленты TpaHq- портера, а источник и детектор совпадают с серединой одного из ребер каждой призмы. Ширина вертикальной грани призмы составляет 7,5 см, высота призмы (внутренний размер)- 2,5 см.

Изобретение позволяет повысить точность опробования руды на ленте транспортера в среднем на 3-5%.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность сепарации.

Формула изобретения Устройство для рентгенорадиометриче- ской сепарации руды, содержащее источник и детектор излучения, помещенные в коллиматоры и расположенные над лентой транспортера, отличащееся тем, что, с целью повышения точности сепарации путем снижения влияния колебаний толщины слоя руды, источник и детектор установлены над лентой транспортера на высоте, равной 0,5 ширины ленты транспортера, симметрично и по разные ее стороны на расстоянии, равном ширине ленты, коллиматоры выполнены в виде прямых треугольных призм, основания которых перпендикулярны плоскости ленты транспортера, на одном из ребер каждой призмы установлены соответственно источник и детектор излучения, при этом плоскость первой грани прямых треугольных призм установлена вертикально от- носительно ленты транспортера, а плоскость второй грани прямых треугольных призм расположена под углом 75-80° относительно плоскости первой грани призм, плоскость третьей грани призм размещена под углом 51-52° относительно плоскости первой грани призм, причем высота призм и ширина их первой грани равны соответственно 0,02-0.05 и 0,1-0,2 ширины ленты транспортера, а первые грани прямых треугольных призм выполнены прозрачными

7Г&МГ

Изобретение относится к устройствам для рентгенорадиометрической сепарации руды и может быть использовано для сортировки горных пород. Данное устройство позволяет повысить точность сепарации путем снижения влияния колебаний толщины слоя руд. Оно содержит источник и детектор излучения, помещенные в коллиматоры и расположенные над лентой транспортера на высоте, равной 0,5 ширины ленты транспортера, над ее краями так, что линия источник - детектор параллельна поверхности ленты транспортера и перпендикулярна направлению ее движения. Коллиматоры выполнены в форме прямых треугольных призм, основания которых расположены перпендикулярно направлению движения ленты транспортера, одни грани призм расположены вертикально, другие грани расположены с наклоном 75-80° к первым граням, а третьи грани призм образуют с первой гранью угол 51-52°. Высота призмы составляет 0,02-0,05, а ширина первой грани составляет 0,1-0,2 ширины ленты транспортера. Коллиматоры формируют зону обзора, которая в середине ленты транспортера в 2 раза шире, чем у ее краев, благодаря чему компенсируется неравномерность поверхностной чувствительности устройства. 4 ил.

2fr9CfrU

мф

Ф w& ytf

V

ZWlvLl

it ч

| ,g

И

1

1| fti

4br.j