Способ определения сохранности алмазов в процессах технологической переработки

 

Использование: изобретение относится к обогащению полезных ископаемых. Сущность изобретения: способ включает отбор представительной пробы алмазов, определение среднего веса кристалла в пробе, определение для каждого кристалла в пробе интенсивности поляризованного света, характеризующую величину напряжений в кристалле, построение распределения кристаллов по интенсивности поляризованного света, расчет среднего значения и стандартного отклонения интенсивности поляризованного света и оценку степени сохранности алмазов по формуле где I_cр. - среднее значение интенсивности поляризованного света; Р_ср. - средний вес кристалла в пробе; Δ - стандартное отклонение интенсивности поляризованного света. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, а именно к способам оценки сохранности алмазов в процессах добычи и переработки.

Известен способ оценки сохранности алмазов в технологических переделах обогатительных фабрик, основанный на визуальном сопоставлении повреждений кристаллов из текущей добычи и алмазов-индикаторов, вводимых в технологический передел. Сущность способа заключается в детальном минералогическом описании каждого кристалла, после чего последние подразделяются на следующие группы: целые, целые с трещинами и включениями, незначительно нарушенные, значительно нарушенные, осколки.

Определение степени нарушенности кристаллов производится визуально при помощи микроскопа.

К незначительно нарушенным кристаллам относятся те, у которых, по субъективной оценке минералога, недостает 10 15% массы целого, к значительно нарушенным кристаллы, составляющие более половины целого, к осколкам менее половины целого кристалла.

Подобное минералогическое описание очень длительный процесс, который может произвести только специалист с большим опытом. Оценка степени нарушенности осложняется тем, что многие кристаллы имеют неправильную форму (уплощенные, удлиненные, неопределенной формы), поэтому часто один и тот же кристалл разные специалисты относят в разные категории в зависимости от своего субъективного восприятия степени целостности. Дополнительное и очень важное осложнение трудности, которые возникают у минералогов при анализе сколов на кристаллах.

Если скол произошел в природных условиях, как правило, во время роста алмазов или транспортировке его кимберлитовыми массами к поверхности Земли, то на таких сколах, как правило, наблюдаются характерные микроскульптуры роста или растворения. Такие сколы считаются "природными". Скол с явными признаками излома считаются "техногенными".

Четких критериев отличия в скульптурах нет, поэтому в зависимости от квалификации специалиста кристалл со сколом по этой причине может попасть как в число целых, так и в число поврежденных.

Субъективная оценка вносит большую погрешность в определении степени сохранности, а минералогическое описание кристаллов является трудоемким процессом.

Известен способ определения сохранности алмазов в продукте обогатительных фабрик, включающий отбор представительной пробы алмазов от каждого класса крупности, идентификацию каждого кристалла по морфологии повреждений и оценку степени сохранности по отношению количества алмазов с повреждениями к общему количеству алмазов в пробе [1] Данное техническое решение не устраняет недостатков, отмеченных при критике аналога.

Техническая задача изобретения повышение точности и оперативности оценки сохранности алмазов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения сохранности алмазов, включающем отбор представительной пробы алмазов, определение у каждого кристалла заданного диагностического признака и оценку сохранности алмазов, определяют средний вес кристаллов (Р_ср.) в пробе, определяют для каждого кристалла интенсивность поляризованного света, характеризующую величину напряжений в кристалле, строят распределение кристаллов по интенсивности поляризованного света, рассчитывают среднее значение и стандартное отклонение интенсивности поляризованного света, оценивают сохранность алмазов по формуле где I_ср. среднее значение интенсивности поляризованного света; Δ стандартное отклонение интенсивности поляризованного света.

Предлагаемый способ поясняется фиг. 1 3.

При создании изобретения исходили из следующих теоретических и экспериментальных предпосылок.

В связи с термодинамическими условиями роста кристаллов в их объеме формируются локальные области напряжений, проявляющиеся от точечных вакансий до макродефектов. Природная совокупность алмазов имеет логонормальное распределение по величине напряжений. Поскольку кристаллы с большими значениями напряжений подвергаются разрушению в первую очередь, то вероятность их разрушения при одинаковом мехвоздействии значительно выше по сравнению с остальными кристаллами. В результате прохождения технологического процесса кристаллы с большими значениями напряжений разрушаются чаще и на выходе их вклад в общую совокупность алмазов уменьшается. На графике это будет выглядеть как увеличение величины и "остроты" пика, смещение его по оси (оси напряжений) влево, к более малым значениям, и уменьшение "хвоста", т.е. значений с большими значениями напряжений, которые при разрушении либо потеряют напряженность, либо образуется несколько осколков с остаточными или наведенными снова напряжениями (см. фиг. 2 А, Б).

Таким образом, среднее значение является важным параметром сохранности кристаллов. Чем ниже среднее значение напряженности, тем ниже сохранность алмазов.

Интенсивность поляризованного света, прошедшего через кристалл, пропорциональна напряженности в кристалле. Это связано с тем, что естественный свет, проходя первый поляризатор, приобретает линейную поляризацию и становится линейно-поляризованным. Линейно-поляризованный свет, проходя через кристалл, поворачивает плоскость поляризации на угол, прямо пропорциональный наличия напряжений в кристалле. Второй поляризатор пропускает лишь ту часть линейно-поляризованного света, которая отклонилась от плоскости поляризации, т. е. пропускает поляризованный свет, пропорциональный напряженности в кристалле.

Зная напряженность каждого кристалла в отдельности, можно составить функции относительной частоты встречаемости кристалла в выборке от значения напряженности. Зная природное соотношение напряженностей в достаточно большой выборке, можно проследить за изменением кривой после прохождения технологического процесса. Т.к. все величины у нас относительные, нас будет интересовать лишь форма кривой, а не ее абсолютное значение.

Другой важный параметр, отражающий форму кривой, распределения среднее значение и стандартное отклонение или дисперсия, которая показывает величину разброса значений по интенсивности напряжений. Если часть кристаллов с большими значениями напряжений разрушились, то и величина среднего значения уменьшится (сместится максимум кривой распределения), но стандартное отклонение либо не изменится, либо изменится очень слабо.

Следовательно, чем ближе полученная кривая распределения кристаллов по интенсивности поляризованного света (после прохождения технологии процесса ) будет к природному логонормальному распределению, тем больше будет сохранность процесса.

Регистрируемая интенсивность поляризованного света пропорциональна объему кристалла. Чтобы избавиться от зависимости от показаний сохранности от крупности введен нормирующий фактор, зависящий от объема (крупности) и, следовательно, от толщины кристалла, это вес кристалла в выборке. Т.к. нас интересует сохранность выборки в целом, то берется средний вес кристалла выборки.

Таким образом, учитывая среднее значение интенсивности поляризованного света, характеризующую напряженность кристалла, стандартное отклонение, средний вес кристалла в выборке можно с достаточной высокой степенью точности определить сохранность S алмазов. Экспериментальные результаты показали, что при стабильном технологическом процессе колебания параметра S не превышают ±5% (см. пример реализации).

Пример конкретного выполнения.

Для конкретной реализации способа было отобрано по 1000 прозрачных кристаллов крупностью -3+2 мм добытых с помощью взрыва и комбайновым методом.

Был создан прибор (фиг. 1), предназначенный для измерения у кристаллов интенсивности поляризованного света, характеризующую напряженность. Прибор состоит из осветителя 1, скрещенных поляризаторов 2, собирающей линзы 3 и измерителя интенсивности света 4, включающий усилитель и регистрирующее устройство. В качестве осветителя 1 использовалась лампа накаливания мощностью 20 Вт, питаемая стабилизированным источником питания с напряжением 8 В и коэф. стабилизации ≥ 30.

Один из поляризаторов 2 установлен во вращающейся обойме для настройки прибора в отсутствии кристалла по минимуму сигнала. В качестве измерителя 4 интенсивности света использовался фотодиод ФД-3 с предварительным усилителем, находящимся для устранения внешних наводок в непосредственной близости с фотодиодом. Предварительный усилитель выполнен на малошумящем OY К140 УД8А и включен по неинвертирующей схеме. Перед фотодиодом, на пути следования луча размещена собирающая линза, предназначенная для концентрации луча света на фотодиод. Фотодиод, предварительный усилитель и собирающая линза могут перемещаться в вертикальном направлении для настройки прибора.

В качестве регистрирующего устройства может использоваться любой вольтметр, обладающий достаточной точностью. В нашем случае использовался цифровой универсальный вольтметр В 7 16.

Каждый из алмазов обоих партий помещался между поляризаторами 2 и измерялась интенсивность поляризованного света, прошедшая через второй поляроид и характеризующая интегральную напряженность в каждом конкретном образце алмаза.

Полученные данные заносились в компьютер и с помощью ППП "Statgraphic" cтроилось распределение кристаллов (фиг. 3) в каждой партии по степени напряженности (интенсивности аномального двулучепреломления). Обе партии алмазов взвешивались и вычислялся средний вес кристаллов по формуле где m_i вес i-го кристалла; N кол-во алмазов в партии.

Среднее значение распределения при взрыве составило 0,0400 при стандартном отклонении 0,044, а при комбайновой добыче среднее значение распределения 0,0389 при стандартном отклонении 0,035. Таким образом, степень напряженности кристаллов после взрыва несколько выше, хотя и незначительно. Средний вес кристаллов составил при взрывной и комбайновой добыче соответственно 0,244 кар и 0,216 кар.

Затем осуществлялась оценка сохранности алмазов по формуле где I_ср. среднее значение интенсивности поляризованного света, характеризующее среднюю напряженность в кристаллах;
Δ стандартное отклонение интенсивности поляризованного света;
P_ср. средний вес кристалла.

В результате получены показатели сохранности: для партии, добытой "взрывным" методом S 3,725 и для партии, добытой с помощью комбайна S 1,158.

Анализ степени нарушенности этих же кристаллов способом-прототипом дал результаты, представленные в таблице.

Оба способа показали повышение сохранности кристаллов при добыче с помощью комбайна, но в отличии от способа-прототипа потребовал работы двух минералогов в течение недели, данные, измеренные и обработанные по заявляемому способу, были получены в тот же день. Кроме выигрыша по времени исключается субъективность оценки, т.к. все измерения производятся приборными методами. В отличие от способа-прототипа, который не дает явной количественной оценки сохранности, а показывает субъективную минералогическую характеристику, данный способ показывает конкретную количественную характеристику.

Формула изобретения

Способ определения сохранности алмазов в процессах технологической переработки, включающий отбор представительной пробы алмазов, определение у каждого кристалла заданного диагностического признака и оценку степени сохранности алмазов, отличающийся тем, что определяют средний вес кристаллов в пробе, определяют для каждого кристалла интенсивность поляризованного света, характеризующую величину напряжений в кристалле, строят распределение кристаллов по интенсивности поляризованного света, рассчитывают среднее значение и стандартное отклонение интенсивности поляризованного света, оценивают степень сохранности алмазов по формуле

где J_ср среднее значение интенсивности поляризованного света,
P_ср средний вес кристалла в пробе,
Δ стандартное отклонение интенсивности поляризованного света.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4