Способ разделения минералов и устройство для его осуществления

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК (193 (111

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ Il+IT ССО .(21) 4472841/23-12 (22) 11.08.88 (46) 23.06.90. Бюл. Р 23 (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Буревестник" (72) В.И.Калинчук, В.П.Лысов, В.Г.Катьппов, Т.В.Щестакова, С.Н.Панова, Э.Г.Литвинцев и А.В.Вальщиков (53) 622.232(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 1443348, кл. В 03 В 13/06, 1988. (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике обогащения сырья, содержащего люмине" сцирующие минералы, и позволяет повысить точность разделения. Для разделения микроклина и плагиоклаза кварц-полевошпатовых руд используется метод измерения интенсивности лк|минесценции минералов в разных полосах

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 промьппленности, из кварц-полевошпатовых руд.

Цель изобретения — повышение точнос ги разделения.

Сущность способа закачается в возбуждении потока измельченной руды периодически повторяющимися импульсами ионизирующего излучения, длительность которых выбира тся ис1 (51} В 07 С 5/342, В 03 B .13/06

2 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, эадатчик порогового напряжения и пороговые устройства, аналоговый ключ, пиковый детектор, первый фильтр нижних частот, Формирователи стробов, ключевые устройства, схему обнуления, дифференциальный усилитель, схему управления исполнительным механизмом и исполни- Е тельный механизм. Дополнительно введены второй фильтр нижних частот, компараторы, делитель напряжения, С эадатчик уровня компаратора. 2 с.п.

Ф-лы, 5 -л.

1 ходя иэ соотношения постоянных вре-! мени и интенсивностей свечения люминесценции в разных полосах свечения, например в голубой (ф д,= 0,40,46 мкм) и красной (9 „= 0,570,7 мкм) области спектра, измерении интенсивности свечения в конце импульса возбуждения и через интервал, времени после его окончания, который 1 выбирается также иэ соотношений посто- ,янных времени послесвечения и интенсив. ности люминестенции в полосах свече.ния, и сравнении измеренных значений, Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

1572720

При выделении микроклина из кварцполевошпатовых руд основным мешакщим люминесцирующим компонентом является лагиоклаз. Голубая область свечения рентгенолюминесценции микроклина и плагиоклаза имеет наносекундную постоянную времени послесвечения, которая обусловлена центрами кислородных экситонов (Фиг.l), Излучение бОлее интенсивного центра практически не участвует в Формировании сигнала на выходе Фотоприемника, поc(I>ëüKó защитные оптические стекла не пропускают излучение до 0,4 мкм.

Красная область свечения рентгенолюминесценции этих минералов имеет миллисекундную длительность послесвечения, которая обусловлена центрами (фиг.l) Nn u Fe

Для пояснения предлагаемого способа представим люминесцентные характеристики минералов точками на плоскости в системе координат Т, F (Фиг.2). На оси Т откладываем постоянныее времени в полосе, а по оси

F — интенсивность люминесценции. Со. еДиним точки, соответствующие одному образцу, прямой линией. В зависимос 1 и от общей интенсивности свечения линия может проходить на разном уровне по отношению к началу координат по оси F. В зависимости оТ соотношенйя интенсивностей в полосах имеется больший или меньший наклон линий по отношению 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 (О ) и красной (Ип и Fe ) при стацио2+ > е нарном возбуждении примерно равны, их отношение близко к единице и мож(т принимать значения как,меньшие, так и большие. При наличии шумов микроклин трудно обнаружить . Решить задачу разделения продуктов при наличии шумов позволяет использование импульсного режима возбуждения.

Для измерения интегральной интенсивности >ш>минесценции в двух спектральных областях (голубой и красной) используется различие в постоянных времени послесвечения этих компонент.

Зерна руды облучаются периодически следующими импульсами ионизирук>щего излучения (например, рентгеновского) .

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

U = U (1-е T) (l) где U; амплитуда сигнала от д-й компоненты при стационарном возбуждении, постоянная времени послесвечения i-й компоненты.

С учетом спектра свечения (Р;(%)

1-й компоненты и спектральной чувствительности S(9) Фоторегистрирунщего тракта получим

U;, = f s(q)9,(e)as. (2) о

Подставляя (2) в (1), получим

СО л

«,.= j е(»(>,(>>аъ(<-е >, (з>

„о

Полный сигнал в момент окончания импульса ионизирующего излучения равен

55 ° где .i = l Ê вЂ” компоненты с голубым свечением;

i=K+1-n — компоненты с красным свечением;

>ч

«» = Q J е(>>р (е>ее <>-е > (е> = o

При значениях Т; « (,, например п

35 при <, = 0 5-1 мс компоненты с постое е янными времени Т; + 0,1 мс, что соответствует голубой области спектра, разгораются до своег о максимального значения U;, а для красной области

4 спектра, где постоянные времени послесвечения для микроклинов B плагиоклазов лежат в диапазоне от единицы

pо десятков миллисекунд, амплитуды составляющих меньше U, aè определяют- . ся соотношением (3). При этом на момент окончания импульса ионизирующего излучения выражение (4) можно записать в виде

СО.

Ц л = (Ц (е)() (1 > (9 ) d е(1 + — ( о гс

Fl

+ + I s(e>(>,(»еъ(>-е > = о то к() 157272

Суммарный сигнал в этот мбмент времени равен

СО

vv = 1в(мф, (е)въ (i-e )е ",())

1=! 0 35

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

Все компоненты, постоянные времени после свечения которых Т; « Î высветятся, и их амплитуда становится практически равной нулю. При значениях 9 = 0,25-0,5 мс амплитуды компонент с большими постоянными времени уменьшаются незначительно. Величина 9 выбирается из условия затухания свечения всех быстрых компонент. С учетом длительности заднего фронта рентгеновского импульса величина g выбирается равной 0,250,5 мс. Тогда (7) можно записать л g

1(ОО

vв,= 1 в (е > ф, е) ее < - е ) е ., 0 л и о

1 в(в)ф ())ав< -е ")в

1-=((+! 0

=U,+ Б„ -О+ Uyg =U (Тогда из (5) и (7) можно найти (8) 5

)«>ф

U„= J S (3)(Р; (7() d > -ингегральный сигнал от компонент с голубым. свечением в полосе спектральной чувствительности фоторегистрирующего тракта, )) сО C

v„., - J в(в>ф, (в)вв(-e ) — ин ="" о тегральный сигнал от ком10 понент с красным свечением в полосе спектральной чувствительности Фоторегистрирующего тракта.

Длительность возбуждения выбирается из условия обеспечения отношения сигналов от голубой и красной областей для микроклина больше 10, при котором уверенно выделяются сигналы 20 от микроклина из шума. Для плагиоклаза отношение при этом будет порядка 5. Эти условия выполняются для микроклина и плагиоклаза при длительл ности возбуждения (= 0,5-1 мс. 25

Через интервал времени 8 после окончания импульса ионизирующего излучения амплитуды сигналов от д-х компонент свечения равны (, (%) ф, (.(()(;1(((1 е т, )e т; (6) 30 о (9) U)ëv = UH

)К

"к6 где К вЂ” постоянное число, которое определяется люминесцентными характеристиками зерен руды и параметрами схемы обработки S (Я), (, 8 .

При использовании в качестве Фотоприемника ФЭУ со спектральной чувствительностью С-б (например, ФЭУ-85) и светофильтром ЖС-18 толщиной 5 мм при Ф = 1 мс и О = 0,25 мс значение

К = )0-15 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 (1 О) получим

"В,К (1 2)

Ug

Входящие в выражение (12) величины Б „ и Пр являются измеренными значениями.

На фиг. 1 представлена зависимость интенсивности свечения рентгенолюминесценции микроклина и плагиоклаэа

or 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 (ВИП), 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 11 нижних частот (ФНЧ), пиковый детектор 12, пороговый элеП„, = u; — Ue. (10)

Измеряемые величичы U и U< а также U„и U го зависят не только от параметров, входящих непосредственно в. приведенные выражения,Б(), ((11, Я),(, Т;, а и от общей интенсивности 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 Б,-о и U„g. Наблюдаемый минерал считается микроклином, если

1 572720 мент в виде компаратора 13, дифференциальный усилитель 14, делитель 15 напряжения, компаратор 1Ь|схему И. 17 совпадений, Формирователь 18 строба возбуждения (ФСВ), Формирователь

19 строба наблюдения (ФСН), схему 20 обнуления, схему 21 управления исполнительным механизмом, исполнительный механизм 22, задатчик 23 коэффициента 10 делЫния, 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- 15 мирователя 19 строба наблюдения, а к управляющему входу аналогового ключа 9 подключен выход формирователя

18 строба возбуждения. Выход 8 подключен к входу фильтра 10 нижних 20 частот, выход которого подключен к задающему входу компаратора 16, входу компаратора 13 обнаружения, входу дифферецнального 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 1 5 напряжений, к задающему 30 входу которого подключен задатчик 23 коэффициента деления, выход, целителя напряжений подключен к сигнальному вхофу компаратора !6. Выход последнегО подключен к одному входу схемы

И.17 совпадений, ко второму входу которой подключен выход компаратора 13 обнаружения, к задающему входу которого подключен выход задатчика 24 уровня обнуления. Выход схемы И 17 совладений соединен с входом схемы

21 управления исполнительным .механизмом, выход которой соединен с входом исполнительного механизма 22. Обнуляющие входы фильтров 10 и 11 и пи- 45 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 которого соединен с управляющим входом ключа 3, сигнальный вход которого соединен с выходом ВИГ 2, а выход - с источником 4 ионизирующего излучения.

Устройство работает следующим образом.

Система 1 подачи руды обеспечивает позЕрновую подачу кусков руды в зону анализа А (Фиг.3), которая облучается периодической последовательностью импульсов R(t) ионизируюшего излучения от источника 4 (например, рентгеновской трубки). Периодическая последовательность импульсов R(t) задается генератором 5 импульсов посредством периодического подключения

ВИП .2 через клнч 3 (Фиг,3) . Длительность импульсов = 0,5-1 мс, частота их следования 120-250 Гц. Под действием ионизирующего излучения куски руды в зоне анализа А люминесцируют. Поток люминесценции Р (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), 1: = 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 этом 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 ф = 10,5-0,56 мкм / (светофильтр ЖС-18 толщиной 5 мм) при использовании фотокатода са спектральной чувствительностью С-6 (ФЭУ-85, ФЭУ-86). Поскольку люминесцентное свечение воздуха лежит в области длин волн A (0,4 мкм, то на выходе Фотоприемника оно создает сигнал на.уровне шума, так как практически не пропускается светофильтром, и его можно не учитывать.

1572720

Таким образом, на входе светоФильтра сигнал P (t) (Фиг.3) в период дей" ствия импульса возбуждения имеет большую амплитуду по сравнению с его выходным значением Р (с) эа счет уменьшения (поглощения) голубой компоненты, а амплитуда сигналов миллисекундного послесвечения (красная компонента) практически не изменяется при прохождении светоФильтра.

° Спектральная чувствительность Фоторегистрирующей схемы, входящей в выражения (2)-(8), находится так:

S(S) = +(h)S, (Ь) (13) 15 где (%) — спектральный коэФФициент

Ф пропускания светоФильтра;

S „() — спектральная чувствитель-20 ность (5oтоприемника (например, ФЭУ).

Для измерения амплитуды сигнала во время действия импульса возбуждения на управляюший вход аналогового клю- 25 ча 9 подается импульс 0 <8 (t) строба возбуждения от Формирователя 18 (Фиг.3). Во время деРствия строба .возбуждения ключ 9 открыт и сигнал с его выхода проходит на вход ФНЧ 1 1.

Длительность строба возбуждения равна длительности импульса R(t), ФНЧ

ll предназначен для сглаживания шумов, которые присутствуют на выходе

Фотоприемника 7 и складываются с сигналом. Постоянная времени ФНЧ 11 . и. выбирается равной Т вЂ”. . К выход 3 ду ФНЧ 11 подключен вход пикового детектора 12, на выходе которого сигнал U (t) (Фиг.4) устанавливается 40 равным максимальному значению сигнала на его входе в период действия возбуждения. Полученное значение сохраняется до момента обнуления схемы.

Для измерения амплитуды миллисе 45 кундной компоненты сигнал с выхода

Фотоприемника 7 подается на аналоговый ключ 8,.на управляющий вход которого подается импульс Vq (t) строба наблюдения от формирователя строба 0 наблюдения (Фиг.4) и далее на вход

ФНЧ 10. Начало импульса строба наблюдения задержано по отношению к окончанию импульса R(t) на величину

9 . B период времени 9 (выбирается равным 0,25-0,5 мс) происходит высвечивание всех быстрых компонент свечения и заканчиваются переходные процессы в цепях возбуждения ионизирующего излучения. Постоянная времени ФНЧ 10 выбирается равной 0,20,3 мс, при этом происходит сглаживание шумов, а амплитуда сигнала

U ю (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 U

U,o (t), которая делителем 15 напряжения уменьшается в заданное число раэ. Степень уменьшения устанавливается задатчиком 23 в соответствии с выражением (12). С выхода Фильтра

10 сигнал поступает на задающий вход компаратора 1 6, на котором устанавливается порог срабатывания, равный

U о (t) (Фиг.5). На сигнальный вход компаратора 16 приходит сигнал П (t) с выхода делителя 15. В том случае, когда сигнал V„> (t) превьппает величину U „(г.) компаратор срабатывает и на его выходе появляется сигнал логической единицы. С помощью этих преобразований реализуется процедура сравнения (12). Принимая, что

vö(t) ) v ю()

11 < () U I0 () и (t)

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), сигчал

U о (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 )6 сигнала логической единицы одновременно на выходе схемы 17 совпадения появляется сигнал обнаружения, который поступает в схему 21 управления исполнительным механизмом 22. Последний срабатывает с задержкоР по отно1572720

12.7 отвей шению к моменту обнаружения на время, необходимое для перехода минерала из зоны анализа А в зону отсечки Б. При выборе такой ширины зоны анализа А, ч б тобы эа время ее прохождения каждый

5 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

ere работы.

Фо pìóëà из обре т ения

Способ разделения минералов, преимущественно микроклина и плагиоклаза из кварц-полевошпатовых руд

У заключающийся в поэерновой подаче кусков руды в зону регистрации, об- 20 лучении их периодическими импульсами рентгеновского излучения и измеренин интенсивности люминесценции, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности разделения э 15 длительность рентгеновских импульсов выбирают равной 0,5-1,0 мс, а интенсивность люминесценции минералов измеряют раздельно в двух спектральных .областях ф = 0,4-0,46 мкм и Я = 0 58ЗО

0,70 мкм, при этом коротковолновую компоненту измеряют в конце импульса рентгеновского излучения, а длинноволновую после его окончания с задерж кой на 0,25-0,50 мс.

2. Устройство для разделения минералов, преимущественно микроклина и плагиоклйза из кварц-полевошпатовых руд„ содержащее механизм подачи руды в зону контроля, последовательно сое диненные высоковольтный источник

9 Я 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 входом 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности разделения, оно содержит дополнительные аналоговый ключ и Фильтр нижних частот, делитель напряжения с задатчиком коэффициента деления, схему И и компаратор, выходом соединенный c 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

У выход генератора импульсов .дополнительно связан со схемой обнуления

У а выход фильтра нижних частот соединен с вторыми входами компаратора, дифференциального усилителя и порогового элемента, выходом соединенного с вторым входом схемы И.

1572720

)572120

О (t) (М ) Ц8® цуф

R(t) Ц58) 9)gent) Ugt) Составитель Е. Хачатурова

Техред N ..Ходанич Корректор В. Кабаций

Редактор И. Горная

Заказ 1606 Тираж 525 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101