Способ выделения оптического флюорита из руды Советский патент 1993 года по МПК B07C5/346 B03B13/06 

Изобретение касается способов разделения предметов по их люминесцентным и фотометрическим свойствам и может быть использовано для выделения оптического флюорита из некондиционных руд.

Цель изобретения - повышение точности выделения оптического флюорита.

На фиг.1 и 2 дана блок-схема, реализующая способ; на фиг.З - рентгеновский коллиматор; на фиг.4 - схема корректора траектории; на фиг.5 - схема приемника рентгеновского пучка; на фиг.6 и 7 - диаграммы работы элементов блок-схемы.

Блок-схема (см.фиг.1) содержит питатель 1, рентгеновскую трубу 2, рентгеновский коллиматор 3, коллиматоры 4-1 и 4-2 детекторов рентгеновского излучения, Д§- текторы 4-3 и 4-4 рентгенррбкоре, излуче- ния, фотенвиемйики | и §, уеилители 7 и § е изменяемым коэффициентом усиления, корректоры 9 и 10 траектории, делители 11 и 12 сигналов, схема 13 управления исполнительным механизмом, компараторы 14-16, задат- чик 17 отделения сростков, вычитающий блок 18,детектор 19 максимальных амплитуд, детектор 20 минимальных амплитуд, ключи 21- 1, 21-2, формирователь 22 прямоугольных импульсов, сумматор 23, схема ИЛИ 24, схема И 25, одновибраторы 26 и 27, потенциометр 28, задатчик 29 отделения нелюминесцирую- щих пород, исполнительный механизм 30, хвостовой и концентраторный приемники 31 и 32, сепарируемые куски 33.

Блок-схема работает следующим образом. Куски 33, двигаясь по питателю 1, раскладываются на нем в ручей и поштучно подаются, в рентгеновские пучки ренлтенбг ,й трубь 2., Рентгеновская трура 2 облучает куски двумя рентгеновскими пучками через рентгеновский коллиматор 3. Верх00

сЈ ел ю о

ний рентгеновский пучок образуется за счет отверстия в коллиматоре 3 (рентгеновский пучок точечного источника), нижний рентгеновский пучок образуется за счет горизонтальной щели в коллиматоре 3 (рентгеновский пучок линейного источника). Ослабление верхнего рентгеновского пучка куском регистрируется детектором 4-3 через коллиматор 4-1. Ослабление А нижнего рентгеновского пучка куском регистрируется детектором 4-4 через коллиматор 4-2. Отношение сигналов А и В определяет место пролета куска через рентгеновские пучки.

На фиг.2 показан Вид сверху рентгено- оптических элементов блок-схемы. В качестве примера показан один и тот же кусок в форме шара, пролетающий через области b и п. При пролете через область bi тень от куска верхнего рентгеновского пучка равна D2, а тень от куска нижнего рентгеновского пучка равна bi, причем . При пролете куска через область а, тень от куска верхнего рентгеновского пучка равна аа, а тень от куска нижнего рентгеновского пучка равна ai, причем . Из приведенного примера следует, что, используя отношения сигналов ослабления А и В, можно индефицировать траекторию полета кусков через рентгеновские пучки.

Индефикация траектории полета кусков и корректировка потоков люминесценции Ф0 и Фп происходит следующим образом. Отношение сигналов ослабления А/В определяется делителем 11. Сигнал делителя 11 подается на корректоры 9 и 10 траектории. Корректор 9 траектории преобразует мгновенные текущие значения сигнала А/В в корректирующий сигнал, с помощью которого происходит необходимое изменение коэффициента усиления усилителя 8. Аналогично корректор 10 траектории изменяет коэффициент усилителя 7 усиления. Закономерности коррекции коэффициентов усиления усилите- лей 7 и 8 разные и определяются предварительной экспериментальной настройкой блок-схемы. Световые потоки люминесценции Фо и Фп , испускаемые куском, регистрируются фотоприемниками 5 и 6 и преобразуются ими в электрические сигналы. Эти сигналы проходят на усилители 7 и 8, где и происходит коррекция их амплитуды в соответствии с траекторией полета куска. После такой коррекции амплитуды сигналов с выходов усилителей 7 и 8 не зависят от траектории полета куска, а определяются только интенсивностью люминесценции, размерами и прозрачностью куска.

Сигнал с усилителя 8 проходит на инвертирующий вход компаратора 15. Сигнал

и

10

15

.20

25

30

35

40

45

50

55

с выхода усилителя 7 поступает на вход делителя 12 сигналов, потенциометр 28 и инвертирующий вход компаратора 14. Заданная часть сигнала с потенциометра 28 и сигнал с компаратора 14 суммируются сумматором 23. Компаратор 15 сравнивает амплитуду сигнала усилителя 8 и амплитуду сигнала сумматора 23 через ключ 21-2. Если сигнал с сумматора 23 превышает по амплитуде сигнал усилителя 8, то компаратор 15 вырабатывает сигнал, который проходит через схему ИЛИ 24, схему 13 и включает исполнительный механизм 30, который отдувает кусок в хвостовой приемник 31. По описанному алгоритму отделяются в хвостовой приемник 31 замутненные куски флюорита, непрозрачные люминесцирующие куски сопутствующих минералов, прозрачные, но не люминесцирующие полевой шпат и кварц. Это происходит следующим образом/При появлении замутненного куска флюорита в рентгеновских пучках, он испускает два потока люминесценции Ф0 и Фп. Поток Ф0- основной поток люминесценции, испускаемый облученной поверхностью куска, и поток Фп- световой поток люминесценции, прошедший сквозь толщу куска (см.фиг.1). Поток Ф0 регистрируется фотоприемником 5, поток. Фп - фотоприемником 6. Усилители 7 и 8 вырабатывают сигналы пропорционально скорректированным потоком Ф0 и Фп (см.фиг.6, и(т.5Дб), Us (ts, т.6). Поток Фп значительно рассеивается и поглощается примесями замутненного куска флюорита, поэтому сигнал Us будет меньше по амплитуде, чем сигнал U. Движок потенциометра 28 предварительно устанавливается в такое положение, при котором его сигнал больше сигнала с усилителя 8 для замутненного куска флюорита, но меньше сигнала с усилителя 8 для прозрачного флюорита. Поэтому при пролете замутненного куска флюорита на выходе компаратора 15 появляется сигнал, который через схему ИЛИ 24 и схему 13 включает исполнительный механизм 30.

При появлении прозрачного куска флюорита поток люминесценции Фп проходит через кусок с меньшим ослаблением, чем у замутненного флюорита, поэтому сигналы U и Ue будут отличаться друг от друга в меньшее число раз, чем для замутненного куска флюорита (см.фиг,6, U(ti-t2), Uefti-ts). Вследствие этого сигнала с выхода компаратора не будет, и соответственно не будет включения исполнительного механизма 30.

При появлении нелюминесцирующих кусков (породы, полевого шпата или кварца) потоков люминесценции не будет, но на выходе фотоприемников и усилителей 7 и 8

будут наблюдаться шумы. Сигнал шумов с выхода усилителя 7 поступает на инвертирующий вход компаратора 14, на прямой вход которого проходит .сигнал с задатчика 29. Амплитуду сигнала задатчика 29 предварительно выбирают больше максимальной амплитуды шумов на 5-10%. Поэтому при наличии только сигналов шумов на инвертирующем входе компаратора 14 на его выходе всегда присутствует сигнал, амплитуда которого существенно превышает амплитуду шумов. Указанный сигнал через сумматор 23 и открытый ключ 21-2 проходит на прямой вход компаратора 15, на инвертирующем входе которого в данный момент присутствует сигнал шума фотоприемника 6 (т.к. кусок не люминесцирует). Ключ 21-2 открывается только при наличии куска в рентгеновских пучках. Сигнал, который открывает ключ 21-2, формируется блоком 22 из аналогового сигнала детектора 4-4, регистрирующего ослабления рентгеновского пучка в момент вхождения куска. В результате на выходе компаратора 15 формируется сигнал, который проходит через схемы 24 и 13 на исполнительный механизм, 30. Последний отделяет нелюминесцирующий кусок в хвостовой приемник 31.

Для отделения (выбраковки) сростков оптического флюорита с нелюминесцирую- щими сопутствующими минералами (кварцем, полевым шпатом и т.п.) в блок-схеме применены элементы 12, 21-1,16-20, 25-27. Распознавание сростков и их отделение происходит следующим образом. Проникающую способность рентгеновских пучков предварительно подбирают так, чтобы их энергии хватало для устойчивой регистрации-потоков люминесценции, но их проникновение через толщу кусков практически исключалась бы (например, для крупности кусков 10-20 мм этому удовлетворяет напряжение питания рентгеновских трубок, равное 10-15 кВ). Тогда сигнал детектора 4-4 будут пропорционален линейным( размерам тени от куска, т.е. пропорционален размерам проекции куска на щель рентгеновского коллиматора 3 (см.тени ai, bi на фиг.2). Влияние толщины кусков на величину сигнала детектора 4-4 из-за слабой проникающей способности рентгеновских лучей практически исключено. Это в конечном счете позволяет организовать достаточно точный способ распознавания сростков.

Распознавание происходит в следующей последовательности.

Производят деление сигнала с фотоприемника 5 (скорректированного усилителем 7) на сигнал детектора 4-4 посредством делителя 12. Для куска однородного, состоящего

только из флюорита, удельная интенсивность люминесценции, т.е. световой поток люминесценции, снимаемой с единицы пло5 щади куска, - величина постоянная, а для куска, имеющего нелюминесцирующие примазки или вкрапления удельная интенсивность люминесценции существенно меняется. На фиг.6 сигнал блока 12 для кусков про0 зрачного и замутненного имеет вид прямо угольника (фиг.6, Ui2(ti-t2); Ui2(t5-te), в то. время как у сростка в районе люминесциру- ющего включения удельная интенсивность

существенно уменьшается и сигналобпока

5 12 имеет впадину (см.фиг.6, Ui2()flpH- чина уменьшения удельной интенсивности в зоне нелюминесцпрующего включения наглядно представлена на фиг.6. При пересечении рентгеновского пучка полосой Xi

0 сростка его удельная интенсивность будет численно равна световому потоку, испускаемому полосой Xi. деленному на площадь полосы Xi, а при пересечении рентгеновско- го пучка полосой Ха световому потоку, испу5 скаемому полосой Ха, деленному на площадь полосы Х2. Но так как световой поток полисы Xi больше светового потока полосы Х2, а площади полос /фактически равны, то.соответственно удельная интен0 сивность полосы с включением будет меньше удельной интенсивности полосы без включения.

Формируют логический сигнал, который начинается позже и заканчивается

5 раньше, чем сигнал с детектора 4-4. Формирование логического сигнала осуществляют с помощью блока 22 (см.фиг.6, lJ22(t). Его роль может выполнять обычный компаратор, на прямой вход которого подается сиг0 нал с детектора 4-4, а на инвертирующий вход - необходимая величина порогового смещения.

Запоминают максимальное значение амплитуды сигнала блока 12 с помощью

5 детектора максимальных амплитуд 19 (см.фиг.6, Uig(t)).

Запоминают минимальное значение амплитуды сигнала блока 12с помощью амплитудного детектора 20 минимальных амп0 литуд и ключа 21-1, открываемого сигналом с блока 22 (см.фиг.б, U2o(t)).

Определяют разность амплитуд сигналов (Uig-U2o) с помощью вычитающего блока 18 (фиг.6, Uie(t)).

5 Сравнивают амплитуду сигнала (Uig-Uao) .

с заданной долей амплитуды сигнала Dig.

Заданная доля амплитуды сигнала U19 определяется экспериментальным путем. Пробрасывая прозрачные флюоритовые куски и сростки, находят такое положение задатчика 17, при котором сигнал на выходе

компаратора 16 появлялся бы только при пролете сростка.

По окончании сигнала с блока 22 формируют короткий импульс с помощью одновибратора 26 (см.фиг.6, U26(t)). Этот импульс проходит на один из входов схемы U25, Если в этот момент присутствует сигнал с компаратора 16 (пролет сростка), то импульс одно- вибратора 25 проходит через схему U25, схему ИЛИ 24, схему 13 на исполнительный механизм 30. Последний отбирает сросток в хвостовой приемник 31.

По окончании импульса одновибратора 26 появляется импульс с одновибратора 27 (см.фиг.5, U2(t)). Этот импульс проникает на входы сброса амплитудных детекторов 19 и 20 и возвращает их в исходное нулевое состояние, подготавливая их к приему сигналов от следующего куска.

Реализованный в блок-схеме способ распознавания сростков не подвержен влиянию изменения чувствительности фотоприемника: 5, детектора 4-4 и интенсивности рентгеновской трубы 2. Это связано с тем, что для распознавания сростков используется отноU19-U20

шение

U19

-. Сигналы U19 и U20 блоков

19 и 20 - максимальная и минимальная амплитуды сигнала блока 12. Его сигнал можно представить следующим обобщенным выражением:

U12

.КгК2Фо КзХ

(D

где Ki - коэффициент, учитывающий взаимосвязь между дозой рентгеновского излучения и световым потоком Фь люминесценции куска;

К2 - коэффициент преобразования потока Фо в электрический сигнал (светочувствительность фотоприемника 5);

Кз - коэффициент преобразования детектором 4-4 ослабления рентгеновского излучения (полосой X куска) в электрический сигнал.

С учетом выражение (1) имеем

U19-U20

К1)

U19

К2К1Фомзкс

омакс

Ф

Змакс

0

5

0

5

0

5

0

5

0

Оно показывает, что на сигнал

U19 - U20

Uao

изменения коэффициентов Ki (дозы и интенсивности рентгеновского излучения), К2 (светочувствительности фотоприемника 5) и Кз (чувствительности детектора 4-4) не сказываются,

Это позволяет распознавать нелюминес- цирующие вкрапления, занимающие 5-10% поверхности флюоритового куска с вероятностью не менее 0,8, что вполне достаточно для реализации автоматического получения оптического флюорита. Для этого необходимо организовать две-три операции последовательного выделения сростков. Вероятность выделения сростков такого процесса составит 0,992. Вероятность ручного выделения сростков (на классе -20+3 мм) не превышает 0,95.

Порядок настройки коррекции световых потоков Ф0 и Фп .

На фиг.4 показан пример выполнения корректоров 9 и 10 траектории. Принцип работы заключается в том, что при подаче на вход 1 сигнала он поступает на прямые входы компараторов 34-1 - 34-п, на инвертирующие входы которых подается сигнал делителей Ri, R2,...,Rn. Когда на входе 1 сигнала нет. компараторы заперты сигналами с делителей Ri, R2,...,Rn и на их выходах наблюдаются нули. Соответственно нуль будет и на выходе 2 корректора. При появлении куска, на выходах детекторов 4-3 и 4-4 возникают сигналы теней и блок 12 вырабатывает сигнал, пропорциональный отношению сигналов детекторов 4-3, 4-4. В зависимости от амплитуды сигнала блока 12 срабатывает соответствующее количество компараторов 34-1 - 34п корректора, На выходе каждого из сработавших компараторов корректора появляется сигнал с нормированной амплитудой. Каждый из этих сигналов преобразует в ток определенной величины с помощью потенциометров 35-1, 35-2,...,35-п. Эти токи суммируются элементом 36, в результате чего на его выходе возникает сигнал, амплитуда которого пропорциональна сумме токов на его входах. Предположим, необходимо откорректировать сигнал фотоприемника 6 в зависимости от траектории полета куска. На фиг.2 видно, что по мере приближения куска

5

1М -з к фотоприемнику 6 сигнал г.-- растет. По

U4 - 4

мере приближения люминесцирующего куска к фотоприемнику 6 его сигнал будет монотонно меняться. В зависимости от геометрии рентгеновской камеры, закономерности излучения рентгеновского потока рентгеновской трубой 2 сигнал фотоприемника 6 по мере приближения к нему люминисцирующего куска либо будет возрастать, либо убывать. Допустим, эксперимент показал, что сигнал фотоприемника 6 возрастает по мере приближения к нему люминесциру- ющего куска. Следовательно, необходимо по мере приближения куска к фотоприемнику б уменьшить коэффициент усиления усилителя 8так, чтобы сигнал на его выходе был безразличен к траектории полета кусков.

Дальнейшая экспериментальная настройка корректора 9 производится следующим образом: помещают флюоритовый кусок в область Ь. При этом на выходе блока 12 появится минимальный сигнал. Подбирают источник Е (см. фиг.4) такой величины, при котором ни один из компараторов 34-1, 34-2,..,,34-п не срабатывает и на выходе корректора 9 сохраняется нулевой сигнал. Этот сигнал поступает на вход управления усилителя 8 и устанавливает у него коэффициент усиления, например. 10. Затем передвигают кусок к фотоприемнику 6 на такое расстояние, чтобы сработал только один компаратор 34-п. Затем, не трогая куска, регулировкой потенциометра 35-п добиваются, чтобы сигнал с усилителя 8 по амплитуде стал равен сигналу усилителя 8, когда кусок был в положении Ь (т.е. фактически уменьшают на необходимую величину его коэффициент усиления). Указанные операции проделывают для каждого компаратора 34-1-34-п. Число компараторов определяется требуемой точностью коррекции. Для большинства случаев достаточно 5-6 компараторов. В этом случае точность коррекции траектории полета кусков находится в. пределах 5-10%.

Настройка корректора 10 производится аналогичным образом.

Необходимо отметить, что по мере приближения к фотоприемнику 5 люминесциру- ющего куска сигнал на его выходе будет интенсивно нарастать. Это связано с тем, что по мере приближения к фотоприемнику 6 возрастает и интенсивность рентгеновского потока и интенсивность падающего на его фотослой светового потока люминесценции куска. Т.е., если у фотоприемника 6 сигнал может либо возрастать, либо убывать по мере приближения к немулюминес- цирующего куска, то у фотоприемника 5 всегда возрастает. Отсюда становится понятным необходимость применения двух отдельных корректоров траектории.

На фиг,5 представлен вариант выполнения электронной схемы детекторов 4-4 (4-3), вырабатывающий сигнал, пропорциональный тени куска, Электронная схема содержит рентгеночувствительный элемент 38, вычитающее устройства 39, инвертор 40. компаратор 41, диод 42 и ячейку памяти 43.

Схема работает следующим образом. Элемент 38 преобразует рентгеновский по- 5 ток в электрический сигнал +Upn (см.фиг.7, U3s(t)). Этот сигнал через вычитающее устройство 39 и инвертор 40 поступает на компаратор 41. Элементы 41-43 образуют контур отрицательной обратной связи, в ре- 10 зультате действия которой на ячейке памяти 43 запоминается отрицательный сигнал - ирп (см.фиг.7, (t)). Поэтому на выходах вычитающего устройства 39 и инвертора 40 устанавливается сигнал с нулевой амплиту15 дои (см.фиг.7, L)39(t), U4o(t), за исключением промежутка (ti-t2)). При появлении куска в зоне рентгеновских пучков его поток уменьшается, соответственно уменьшается сигнал элемента 38 (см.фиг.7,lJ38(ti-t2)). Сигнал

0 на выходе вычитающего устройства 39 становится отрицательным, с амплитудой, пропорциональной тени куска (см.фиг.6, U39()). Отрицательный сигнал, проходя через инвертор 40, через компаратор 41 попадает на

5 диод 42 и из-за своей положительной полярности не проходит через него. Поэтому ячейка памяти 43 сохраняет сигнал, пропорциональный рентгеновскому потоку без его ослабления куском. Сигнал положительной гтолярности с

0 выхода инвертора 40 пропорционален теням кусков и всегда равен нулю, когда кусков нет. В процессе эксплуатации интенсивность рентгеновского потока медленно изменяется (старение трубы и загрязнение ее анода). Для

5 отслеживания интенсивности рентгеновского потока ячейку памяти 43 делают на основе конденсатора С и резистора R (.4). Под- б.ирая постоянную разряда конденсатора С, добиваются, чтобы за время нахождения кус0 ка в рентгеновском пучке конденсатор С существенно не разряжался бы, но успевал бы отслеживать медленные изменения интенсивности рентгеновского потока. Это легко удается, т.к. время нахождения куска в рентге5 невском пучке на 3-4 порядка меньше времени изменения интенсивности рентгеновского потока. Практикаэксплуатациитакогодетекто- ра подтвердила его достаточную точность отслеживания интенсивности рентгеновского

0 потока.

Формула изобретения Способ выделения оптического флюорита из руды, заключающийся в облучении 5 кусков руды двумя потоками рентгеновского излучения, регистрации интенсивности люминесценции со стороны облучения и со стороны, противоположной облучению, и разделении кусков, отличающийся TeMt что, с целью повышения точности выделения прозрачных кусков флюорита и кусков флюорита, сросшихся с другой породой, один поток рентгеновского излучения выбирают точечным, дополнительно регистрируют интенсивность двух потоков рентгеновского излучения, прошедших сквозь кусок руды, и регистрируют максимальную и минимальную интенсивности люминесценции, прошедших сквозь кусок руды, и разделение прозрачных кусков флюорита производят по результатам сравнения произведения отношения интен- сивностей люминесценции, зарегистриро0

ванных со стороны облучения и со стороны, противоположной облучению, и отношения интенсивностей двух потоков рентгеновского излучения, прошедших сквозь кусок, с заданным значением, а разделение кусков флюорита, сросшихся с другой породой, производят по результатам сравнения разности максимальной и минимальной интенсивностей люминесценции, прошедшей сквозь кусок руды, с заданным значением максимальной интенсивности люминесценции, прошедшей сквозь кусок руды.

Сущность изобретения: способ выделе- ния оптического флюорита из руды, в котором облучают кусок, рентгеновским пучком линейного источника, осматривают кусрк со стороны облучения и регистрируют основной поток люминесценции, а затем принимают решение об отделении куска, при этом дополнительно облучают кусок рентгеновским пучком точечного источника, осматривают кусок со стороны, противоположной стороне облучения, определяют поток люминесценции, прошедший через кусок, его максимальную и минимальную яркости и величины ослабления куском рентгеновских пучков линейного и точечного источников, а решение принимают по отношению основного и прошедшего потоков люминесценции и отношению разности максимальной и минимальной яркостей к максимальной яркости прошедшего потока, при этом корректируют измеренные потоки в зависимости от отношения ослаблений рентгеновских потоков,7 ил. у Ё

Фс/$У

фог.2

Put. 3

PatA

/

WA-&

Прозрачный

Мпгпра&енс/е

--+, пфаекто- /

Сросто $#мупчнё ннм&