Способ сепарации алмазосодержащих материалов и устройство для его осуществления



Способ сепарации алмазосодержащих материалов и устройство для его осуществления
Способ сепарации алмазосодержащих материалов и устройство для его осуществления
Способ сепарации алмазосодержащих материалов и устройство для его осуществления

 

G01N23 - Исследование или анализ материалов радиационными методами, не отнесенными к группе G01N 21/00 или G01N 22/00, например с помощью рентгеновского излучения, нейтронного излучения (G01N 3/00-G01N 17/00 имеют преимущество; измерение силы вообще G01L 1/00; измерение ядерного или рентгеновского излучения G01T; введение объектов или материалов в ядерные реакторы, извлечение их из ядерных реакторов или хранение их после обработки в ядерных реакторах G21C; конструкция или принцип действия рентгеновских аппаратов или схемы для них H05G)

Владельцы патента RU 2401165:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ИрГУПС (ИрИИТ)) (RU)

Изобретение относится к способам автоматической сортировки руд и предназначено, в частности, для извлечения алмазов из алмазосодержащих смесей минералов, например из концентратов предварительного обогащения. Изобретение обеспечивает повышение производительности и селективности сепарации алмазосодержащих материалов. Техническими результатами изобретения являются повышение производительности сепарации путем перехода от поштучного режима подачи материала к поточному режиму и повышение селективности сепарации до уровня, необходимого для уверенного обнаружения алмазов в потоке материала при одновременном прохождении зоны облучения одним алмазом и несколькими зернами сопутствующих минералов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способам автоматической сортировки руд и предназначено, в частности, для извлечения алмазов из алмазосодержащих смесей минералов, например, из концентратов предварительного обогащения.

Известны методы обогащения руд [1], основанные на различии минералов по испусканию или ослаблению радиоактивного излучения. Среди методов радиометрической сепарации необходимо выделить группу гамма-абсорбционных методов, к которой относится предлагаемое изобретение. В основе методов лежит физическое явление, связанное с фотоэлектрическим поглощением, когерентным и некогерентным рассеянием гамма - и рентгеновского излучения.

Сортировка руды производится в автоматическом режиме. Сортируемый материал предварительно классифицируют по размеру, в результате чего на конкретный технологический передел подается материал заданного класса крупности, в котором зерна или куски минералов имеют размеры больше нижней границы класса, но меньше верхней границы класса. Необходимо отметить, что внутри определенного класса зерна материала отличаются не только размером, но и геометрической формой.

Известен способ извлечения алмазов из сыпучего материала, описанный в патенте Великобритании 1135232 GIA, МКИ G01 N23/12, 1968. Способ основывается на различии интенсивностей проникающего излучения, прошедшего слой жидкой вмещающей среды, часть которой вытеснена либо алмазом, либо сопутствующим минералом. Материал подается по наклонному желобу в потоке суспензии или растворе тяжелых солей, которые являются непрозрачными для рентгеновского излучения. Согласно известному способу, поток тяжелой (малопрозрачной для рентгеновского излучения) жидкости имеет толщину меньше, чем зерна полезного минерала с низким атомным номером (например, алмаза) минимального размера. Наклонный желоб выполнен из легкого металла и просвечивается жестким рентгеновским или гамма- излучением. Излучение, прошедшее сквозь основание желоба и поток суспензии (или раствора солей тяжелых металлов), попадает на люминесцирующий экран и далее регистрируется детектором, который имеет пространственное разрешение (например, телевизионная камера). В данном способе, согласно описанию патента, алмазы должны давать на экране телевизионной камеры изображение в виде светлого пятна на общем темном фоне.

Данный способ имеет ряд недостатков. Во-первых, пузыри воздуха или газа будут восприниматься как зерна алмазов и вызывать ложные срабатывания; во-вторых, в случае образования волн или завихрений в потоке жидкости алмаз минимального размера может быть покрыт сверху слоем жидкости, то есть быть невидим на экране; в-третьих, алмазы как гидрофобные объекты, за счет поверхностного натяжения, могут плыть на поверхности жидкости, особенно, если эта жидкость представляет собой суспензию или раствор солей тяжелых элементов.

Известен способ обнаружения алмазов и устройство для его осуществления, описанные в патенте Великобритании 2013335 GIA, МКИ G01 N23/00. Известный способ включает в себя операцию облучения зерна сепарируемого материала первичным рентгеновским излучением, которое возбуждает вторичное рентгеновское излучение. Под вторичным рентгеновским излучением в данном патенте подразумевается рассеянное излучение и флуоресцентное одновременно. Вторичное излучение отбирается от той же поверхности зерна, которая облучается, оно регистрируется при угле рассеяния меньше 90° (угол между направлениями распространения первичного и вторичного излучений). Точное значение угла рассеяния в тексте не оговаривается. Вторичное излучение регистрируется в заданном интервале энергий квантов в двух вариантах либо при одной энергии, выбранной из интервала, либо измеряется интегральное излучение одновременно во всем интервале энергий квантов. Заданный интервал регистрируемых энергий квантов выбирается так, чтобы в него не попадали линии характеристического излучения сопутствующих минералов или включений минералов, имеющихся внутри кристаллов алмаза. Вторичное излучение регистрируется с помощью спектрометрического счетчика рентгеновских импульсов в течение заданного интервала времени, типичное время регистрации, указанное в тексте, составляет 20 секунд. Счетчик должен обеспечивать не только счет количества импульсов, но и измерение энергии, например, с помощью амплитудного анализатора или специального кристалла анализатора.

Для повышения контрастности вторичного излучения предлагается перед окном детектора устанавливать фильтр, например в виде фольги, ослабляющий фоновое излучение.

Для снижения влияния размеров зерен предлагается облучать поверхность зерна пучком рентгеновского излучения, поперечное сечение которого заведомо меньше минимально возможного размера зерна сортируемой смеси минералов. В качестве альтернативного способа предлагается критерием разделения минерала с низким атомным номером, то есть алмаза от сопутствующих минералов, имеющих высокий атомный номер, считать отношение интенсивности вторичного излучения в энергетическом диапазоне пика рассеянного излучения анода рентгеновской трубки к интенсивности фонового излучению в области меньших энергий.

Недостатком известного способа является низкий уровень сигнала, регистрируемого детектором, следствием чего является значительное время, требуемое для анализа одного зерна. Так, в примерах конкретного выполнения способа приводятся экспериментальные данные для экспозиций в течение от 10 до 80 с. При этом тестовый сигнал для алмазов составляет от 1099 импульсов (при 10 с) до 9111 импульсов (при 80 с). При сепарации в автоматическом режиме алмазосодержащих смесей минералов типичное время нахождения зерна в зоне анализа составляет 0.002-0.01 с. В противном случае производительность сепарации падает настолько, что применение данного способа сепарации теряет смысл. При указанных временах регистрации, с учетом величин указанных выше, за требуемое время нахождения зерна минерала в зоне анализа будут наблюдаться единичные импульсы счетчика, по которым невозможно провести идентификацию алмаза. Как следует из текста патента, увеличение интенсивности не дает эффекта, так как наступает насыщение детектора, вследствие чего он вообще перестает считать импульсы.

Ближайшим аналогом заявляемого способа является «Способ сепарации алмазосодержащих материалов», описанный в патенте Российской Федерации №2199108, МПК 6 G01N 23/00 В07С 5/342, 2002 г. (прототип).

Данный способ основывается на различии коэффициентов ослабления (фотоэлектрического поглощения и рассеяния) рентгеновского излучения вещества алмаза и сопутствующего минерала. В способе измеряется интенсивность вторичного излучения, под которым понимается суммарная интенсивность рассеянного рентгеновского излучения на частице минерала и рассеянного рентгеновского излучения на полупрозрачном экране, расположенном в непосредственной близости за частицей. Измерение вторичного излучения производится с необлученной стороны экрана.

Так как полезный минерал - алмаз обладает меньшим атомным номером, чем средний атомный номер сопутствующих минералов, составляющих основную массу кимберлита, и, следовательно, обладает большей прозрачностью в рентгеновских лучах, то от алмаза будет наблюдаться и более высокий суммарный сигнал. Подбором материала и толщины рассеивающего экрана добиваются максимального различия сигналов от алмаза и от сопутствующего минерала, достигая ситуации, когда при любых размерах частиц в пределах выбранного класса крупности импульсные составляющие сигналов от алмаза и от сопутствующего минерала будут иметь разную полярность. Этот признак и используется для разделения минералов.

Способ-прототип предполагает поштучную подачу материала, содержащего частицы с различными атомными номерами, в зону анализа, облучение материала коллимированным пучком первичного проникающего излучения, поперечное сечение которого вытянуто в горизонтальном направлении, регистрацию вторичного проникающего излучения, сравнение сигнала с пороговым значением и выделение полезного минерала по результату сравнения. Вторичное излучение регистрируют со стороны, противоположной падающему первичному потоку в телесном угле 0,2-4,0 стерадиана относительно оси этого потока. Ширину поперечного сечения потока первичного излучения выбирают такой, чтобы его пересекали любые возможные траектории движения частиц сепарируемого материала. Высоту пучка выбирают в зависимости от минимальной крупности сепарируемого материала так, чтобы одновременно под облучением находилось не более одной частицы.

Недостатками известного способа являются:

1) низкая производительность метода, связанная с поштучной подачей материала;

2) снижение селективности разделения полезного минерала и сопутствующих минералов при увеличении производительности путем перехода от поштучного к поточному режиму подачи материала.

Первый недостаток связан с тем, что известный способ изначально предназначен для поштучного режима сепарации, что оговорено формулой изобретения. Совокупность признаков прототипа обеспечивает необходимую селективность конкретно для этого режима подачи.

Второй недостаток связан с особенностями формы импульсного сигнала, возникающего при пролете зерен сопутствующих минералов через зону облучения. Полный импульсный сигнал, наблюдаемый при пролете зерна сопутствующего минерала через зону облучения, содержит три основных составляющих: 1) начальную часть сигнала при входе зерна в зону облучения, 2) среднюю часть сигнала при движении зерна в центре зоны облучения, 3) завершающую часть сигнала при выходе зерна из зоны облучения. В моменты времени, соответствующие входу и выходу зерна сопутствующего минерала в облучаемую область (составляющие 1 и 3 полного сигнала), наблюдаются относительно короткие импульсы сигналы рассеяния, направленные в ту же сторону, что и сигналы от полезного минерала - алмаза. Данное направление импульса принято считать положительным. При движении зерна сопутствующего минерала в центре зоны облучения средняя часть сигнала (составляющая 2 полного сигнала) представляет собой относительно длинный импульс с плоской вершиной, причем полярность сигнала противоположна сигналам, наблюдаемым при пролете алмаза. Данное направление принято считать отрицательным.

В режиме поштучной подачи материала в зоне облучения одновременно наблюдается только одно зерно алмаза либо сопутствующего минерала, поэтому совокупность признаков способа прототипа обеспечивает достаточную селективность. В поточном режиме процесса сепарации в зоне облучения одновременно движется несколько зерен минерала, причем моменты входа и выхода для каждого зерна случайны во времени. Вследствие указанной особенности полного импульсного сигнала, наблюдаемого от зерен сопутствующих минералов, общий сигнал системы обработки сигналов представляет собой сумму случайных коротких импульсов положительной полярности и более длительных импульсов отрицательной полярности. Этот эффект создает дополнительный сигнал шума системы обнаружения, который суммируется с полезным сигналом, в результате чего снижается точность разделения алмазов и минералов.

Ближайшим аналогом заявляемого устройства является устройство, описанное в примере конкретного исполнения способа, изложенного в патенте РФ «Способ сепарации алмазосодержащих материалов», №2199108, МПК 6 G01N 23/00 В07С 5/342, 2002 г.

Устройство содержит бункер, транспортирующий механизм, предназначенный для поштучного перемещения материала через зону анализа, источник коллимированного проникающего излучения, рассеивающий экран, детектор проникающего излучения, расположенный со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения, амплитудный дискриминатор, исполнительный механизм отсечки полезного минерала.

Недостатки устройства аналогичны недостаткам способа, перечисленным выше.

Техническими результатами предлагаемого изобретения являются:

во-первых, повышение производительности сепарации путем перехода от поштучного режима подачи материала, использованного в прототипе, к поточному режиму подачи материала, примененного в заявляемом изобретении;

во-вторых, повышение селективности сепарации до уровня, необходимого для уверенного обнаружения алмазов в потоке материала при одновременном прохождении зоны облучения одним алмазом и несколькими зернами сопутствующих минералов.

Технический результат достигается переходом к новой рентгенооптической схеме регистрации рассеянного рентгеновского излучения, а также к новому взаимному расположению двух детекторов рассеянного излучения, дополнительного рассеивающего экрана и источника первичного рентгеновского излучения.

В новой рентгенооптической схеме сепарации суммарное вторичное излучение, рассеянное зернами сепарируемой смеси минералов и рассеивающим экраном, регистрируют с облучаемой стороны минерала и облучаемой стороны рассеивающего экрана. Новое взаимное расположение элементов заключается в том, что рентгеновский излучатель и два детектора рассеянного излучения расположены по одну сторону от потока падающих зерен материала, а рассеивающий экран - по другую сторону от указанного потока зерен. Детекторы излучения расположены соответственно выше и ниже рентгеновского луча.

В заявляемом способе, так же как и в прототипе, используется рассеивающий экран, но его функции и требования к нему отличаются от рассеивающего экрана прототипа.

В прототипе экран расположен под прямым углом к оси рентгеновского луча между падающими зернами смеси минералов и детектором рассеянного излучения. При таком расположении рассеивающий экран должен быть полупрозрачным для рентгеновских лучей, так как рассеянное излучение от алмазов проходит на детектор через этот же экран. Из этого условия вытекают следующие требования: атомный номер вещества экрана должен быть близок к атомному номеру алмаза, а толщина экрана должна быть такой, чтобы рассеянное на алмазе излучение ослаблялось бы экраном незначительно.

В заявляемом изобретении экран расположен за зерном минерала. Экран должен рассеивать излучение так же, как сопутствующий минерал. Дополнительных требований к толщине экрана не предъявляется.

Функция экрана в заявляемом изобретении заключается в следующем.

При прохождении зерна сопутствующего минерала в зоне рентгеновского луча зерно сопутствующего минерала затеняет часть поверхности экрана, так как сопутствующий минерал непрозрачен для рентгеновского излучения. Сигнал от рассеяния излучения экраном уменьшается на величину, пропорциональную площади поперечного сечения зерна минерала.

Одновременно с этим облучаемая поверхность зерна минерала дополнительно рассеивает рентгеновское излучение в направлениях на детекторы, при этом сигнал каждого из детекторов увеличивается на величину, пропорциональную площади облучаемой поверхности зерна минерала.

Коэффициент рассеяния рентгеновского излучения экраном должен быть таким, чтобы сигналы каждого из детекторов не изменялись бы при перекрытии экрана зерном сопутствующего минерала.

При выполнении данного условия прохождение зерна сопутствующего минерала через зону облучения не должно вызывать значительных изменений сигналов детекторов, то есть прохождение зерен сопутствующего минерала не должно создавать никаких дополнительных постоянных и импульсных составляющих сигналов системы регистрации рассеянного излучения.

Указанное условие требует, чтобы атомный номер материала рассеивающего экрана был близок к среднему атомному номеру наиболее распространенных сопутствующих минералов, например карбонатных пород. Экран не должен быть полупрозрачным, так как излучение, прошедшее через него, не используется при анализе сигналов.

При прохождении зерна алмаза через поток рентгеновского излучения формирование сигнала системы детектирования протекает иначе, чем при прохождении сопутствующего минерала.

Так как первичное излучение проходит через алмаз с незначительным ослаблением по сравнению с прохождением излучения через зерно сопутствующего минерала, то сигнал рассеянного от экрана излучения возрастет. Одновременно с этим, зерно алмаза даст дополнительно рассеянное излучение в сторону системы детекторов. В результате, сигналы в каждом из детекторов значительно увеличиваются и на фоне постоянной составляющей сигнала, обусловленной рассеянием излучения только от экрана, появляется импульсный сигнал положительной полярности. Его длительность равна времени пролета зерна минерала через поток первичного рентгеновского излучения. Выделение импульсного сигнала на фоне случайных флуктуации опорного сигнала производится его сравнением с пороговым значением.

Два сигнала положительной полярности, появившиеся одновременно в двух детекторах, подвергаются дополнительной электронной обработке сигнала путем схемы совпадений, что снижает влияние помех электронного тракта и фона естественного радиоактивного излучения, а также исключает срабатывание исполнительного механизма от шумов системы, не связанных с прохождением зерен минералов.

В качестве первичного излучения, так же как в прототипе, используют рентгеновское излучение из интервала энергий 10-50 кэВ. Этот интервал выбран в связи с тем, что в нем различие в процессах поглощения и рассеяния рентгеновского излучения алмазами (с низким атомным номером) и сопутствующими минералами (с высокими атомными номерами) выражено наиболее сильно. Рентгеновское излучение с энергией менее 10 кэВ сильно поглощается и алмазами и сопутствующими минералами, а излучение с энергией квантов более 50 кэВ слабо поглощается как алмазами, так и сопутствующими минералами.

Заявляемое устройство предназначено для осуществления способа. Новые признаки устройства непосредственно предназначены для осуществления новых признаков способа.

Устройство дополнено вторым блоком детектирования. Существенными признаками являются новое взаимное расположение детекторов относительно рентгеновского излучателя и рассеивающего экрана, новые требования к материалу и толщине рассеивающего экрана.

В электронную схему добавлен второй амплитудный дискриминатор и добавлена логическая схема И, выполняющая роль схемы совпадений.

Заявляемое изобретение на способ включает ряд существенных признаков, общих с прототипом способа.

Исходную алмазосодержащую смесь минералов, например концентраты предварительного обогащения, подают в зону обнаружения. Смесь минералов содержит полезный компонент, представленный минералом из вещества с низким атомным номером (алмаз, состоящий из углерода), сопутствующий компонент, представленный смесью минералов, с атомными номерами, более высокими, чем у алмаза.

В зоне обнаружения частицы минерала облучают коллимированным потоком первичного проникающего излучения заданного поперечного сечения. В известном способе поперечное сечение вытянуто в горизонтальном направлении, при этом высоту пучка выбирают в зависимости от крупности сепарируемого материала. В дополнительном пункте формулы известного способа оговорено, что высоту пучка выбирают не меньше минимального размера зерна в заданном классе крупности.

Регистрируют суммарное вторичное проникающее излучение, возникающее, во-первых, вследствие рассеяния первичного проникающего излучения частицами минерала в зоне обнаружения, во-вторых, вследствие взаимодействия первичного излучения с рассеивающим экраном.

Преобразуют зарегистрированное вторичное излучение в электрический сигнал. Сравнивают электрический сигнал с порогом разделения.

По результатам сравнения, при условии превышения сигналом уровня разделения, выделяют зерно полезного компонента с помощью исполнительного механизма.

Заявляемое изобретение на способ имеет ряд существенных признаков, отличающихся от прототипа.

Смесь минералов подают в зону обнаружения в поточном режиме, который обеспечивает производительность, значительно более высокую (в 10 и более раз), чем в поштучном режиме подачи, использованном в известном способе.

Первичное проникающее излучение коллимируют так, что поперечное сечение вытянуто в горизонтальном направлении. Ширину пучка выбирают в зависимости от ширины потока материала, величины разброса траекторий и максимального размера частиц сепарируемого материала так, чтобы обеспечить прохождение всех частиц потока минералов через зону облучения.

Рассеивающий экран располагают в зоне облучения с необлучаемой стороны зерен минерала. Рассеивающий экран выполняют из материала с атомным номером, близким к атомному номеру сопутствующего минерала.

Вторичное излучение регистрируют с облучаемой стороны зерен минерала и облучаемой стороны рассеивающего экрана, для этого детекторы располагают относительно потока зерен минерала с той же стороны, что и рентгеновский излучатель.

Вторичное излучение регистрируют независимо и одновременно в двух областях пространства, верхней и нижней относительно горизонтальной плоскости, проходящей через ось потока первичного проникающего излучения. Техническая реализация данного признака основана на применении нескольких, не менее двух независимых блоков детектирования, установленных соответственно выше и ниже оси потока первичного излучения. Каждой области регистрации соответствует свой независимый канал электронной обработки сигнала, который преобразует вторичное излучение в электрический сигнал.

Два независимых электрических сигнала, соответствующих верхней и нижней области регистрации, сравнивают с соответствующими уровнями дискриминации, результат сравнения преобразуют в импульсы прямоугольной формы.

Сравнивают время появления и продолжительность двух прямоугольных импульсов, поступивших с двух детекторов, и фиксируют факт их совпадения - факт перекрытия импульсов. При регистрации факта перекрытия импульсов делают вывод о наличии в зоне облучения алмаза и приводят в действие исполнительный механизм.

При отсутствии перекрытия импульсов делают вывод о наличии электрических помех системы регистрации и не производят запуск исполнительного механизма.

Заявляемое устройство имеет признаки общие с прототипом устройства: бункер, транспортирующий механизм, предназначенный для перемещения материала через зону анализа, источник коллимированного проникающего излучения, рассеивающий экран, детектор проникающего излучения, амплитудный дискриминатор, исполнительный механизм отсечки полезного минерала.

К известным узлам добавлены новые узлы: 1) второй детектор проникающего излучения, причем детекторы расположены выше и ниже источника коллимированного проникающего излучения, 2) добавлены второй амплитудный дискриминатор и логическая схема И (выполняющая роль схемы совпадений).

Для осуществления совокупности признаков способа в устройстве изменено расположение блоков детектирования в пространстве относительно источника рентгеновского излучения и потока зерен минералов. Детекторы рассеянного излучения расположены со стороны падающего первичного потока излучения с возможностью регистрации рассеянного излучения от облучаемой поверхности зерен минерала и облучаемой поверхности рассеивающего экрана.

Внесены изменения в конструкцию транспортирующего механизма. В заявляемом изобретении транспортирующий механизм выполнен с возможность подачи материала в поточном режиме.

Регистрация рассеянного излучения с облучаемой стороны зерен минерала и рассеивающего экрана, а также новые условия, накладываемые на материал рассеивающего экрана, обеспечивают новое свойство сигналов системы регистрации, а именно позволяют получить импульсную составляющую сигнала при прохождении сопутствующих минералов, близкую к нулю. Данное новое свойство системы регистрации позволяет существенно повысить селективность разделения алмазов и минералов при переходе к поточному режиму подачи материала, что обеспечивает существенное повышение производительности сепарации.

Импульсы излучения радиоактивного фона регистрируются только в одном из каналов регистрации, поэтому не вызывают ложных срабатываний исполнительного механизма, полезный компонент не загрязняется сопутствующими минералами.

Пример.

Пример иллюстрирует процесс доводки алмазосодержащих концентратов жировой сепарации класса -5+2 мм. Полезный компонент - алмаз, наиболее распространенный сопутствующий минерал - известняк. Сепарация производится в поточном режиме, например материал подается в зону обнаружения по лотку шириной 40 мм с производительностью 20 кг/ч. Для технического осуществления способа применена рентгеновская трубка типа БХ-7 с молибденовым анодом, работающая при напряжении анода, равном 36 кВ, при токе 200 мкА. Детектирование излучения осуществляется с помощью сцинтилляционного детектора, выполненного на базе фотоэлектронного умножителя типа ФЭУ-139 со сцинтиллятором типа CaF2(Eu). Рассеивающий экран выполнен из стеклотекстолита толщиной 2,5 мм. Детекторы излучения работают в аналоговом режиме, поэтому выходной сигнал имеет вид непрерывно меняющегося тока.

Способ реализован с помощью устройства, изображенного на фиг.1.

Устройство содержит рентгеновскую трубку 1, коллиматор рентгеновского излучения 2, рассеивающий экран 3, две диафрагмы 4, два детектора вторичного рентгеновского излучения 5, два усилителя сигналов детекторов 6, два амплитудных дискриминатора 7, логическую схему И 8, блок управления исполнительным механизмом 9, исполнительный механизм 10.

На фиг.1 дополнительно обозначены: пучок первичного рентгеновского излучения 11, зерно сепарируемой смеси минералов 12, вторичное рентгеновское излучение 13, рассеянное зерном сепарируемой смеси минералов, вторичное рентгеновское излучение 14, рассеянное экраном 3.

На фиг.2 изображены временные зависимости интенсивности излучения, рассеянного экраном (фиг.2а), зерном сопутствующего минерала (фиг.2б), общий сигнал рассеяния, зарегистрированный одним из детекторов (фиг.2в).

На фиг.3 изображены временные зависимости интенсивности излучения, рассеянного экраном (фиг.3а), зерном полезного минерала (алмаза) (фиг.3б), общий сигнал рассеяния, зарегистрированный одним из детекторов (фиг.3в).

Конструктивные особенности расположения перечисленных выше узлов заключаются в следующем: рентгеновская трубка 1, коллиматор 2, детекторы вторичного рентгеновского излучения 5 с диафрагмами 4 расположены с облучаемой стороны зерна минерала 12, а рассеивающий экран 3 расположен с необлучаемой стороны от зерна 12.

Устройство работает следующим образом.

Рентгеновская трубка 1 излучает первичное проникающее излучение при напряжении на аноде, равном 36 кВ, и токе анода 200 мкА. Рентгеновское излучение формируется коллиматором 2 в пучок прямоугольного поперечного сечения 6. После выхода из коллиматора 2 пучок первичного рентгеновского излучения 6 в зоне обнаружения имеет высоту, равную 2 мм, и ширину 60 мм. Высота выбрана так, чтобы зерна минимального размера класса крупности полностью перекрывали пучок рентгеновских лучей по высоте. Ширина выбрана так, чтобы алмазы максимального размера 5 мм при сходе с лотка 40 мм и при дополнительном разбросе траекторий еще ±5 мм заведомо пересекли пучок рентгеновского излучения. Пучок первичного рентгеновского излучения 11 падает на зерно сепарируемой смеси минералов 12 и проходит далее на рассеивающий экран 3.

Зерно 12 рассеивает часть первичного излучения 13 в направлении детекторов 5 верхней и нижней областей регистрации. Часть первичного излучения 11, пройдя через минерал, падает на рассеивающий экран 3 и рассеивается в виде лучей 14 в верхнюю и нижнюю области регистрации. Детекторы вторичного рентгеновского излучения 5 преобразуют вторичное рентгеновское излучение в электрические сигналы, которые усиливаются одновременно двумя усилителями сигналов детекторов 6. Усиленные сигналы поступают на входы двух амплитудных дискриминаторов 7, которые формируют два прямоугольных импульса. Прямоугольные импульсы поступают на входы логической схемы И 8. Логическая схема И 8 либо формирует один импульс в случае, если входные прямоугольные импульсы перекрываются во времени, либо не выдает на выход импульсов в случае, если импульсы на входе не перекрываются во времени. С выхода логической схемы И 8 прямоугольный импульс поступает на вход блока управления исполнительным механизмом 9, который приводит в действие исполнительный механизм 10. Исполнительный механизм 10 приходит в движение и отклоняет зерно минерала в отдельный приемник концентрата. При отсутствии импульса на входе блока управления исполнительным механизмом 9 исполнительный механизм остается неподвижным, поэтому зерно минерала в процессе свободного падения поступает в приемник хвостов.

Процесс формирования сигналов при прохождении зерна сопутствующего минерала и полезного минерала через зону облучения более подробно поясняется на фиг.2 и 3 соответственно.

В интервале времени, при котором происходит прохождение зерна сопутствующего минерала через пучок первичного рентгеновского излучения, происходят следующие процессы:

1) часть потока первичного рентгеновского излучения перекрывается зерном сопутствующего минерала, зерно минерала непрозрачно для рентгеновского излучения, поэтому общая площадь облучения уменьшается, в результате этого сигнал рассеяния от экрана уменьшается (фиг.2а);

2) облучаемая поверхность зерна сопутствующего минерала рассеивает часть рентгеновского излучения в сторону детекторов, увеличивая общий сигнал рассеяния (фиг.2б);

3) общий сигнал каждого из детекторов рассеянного излучения представляет собой сумму сигналов рассеяния от экрана и рассеяния от поверхности сопутствующего минерала, при правильно выбранном материале и достаточной толщине рассеивающего экрана процессы уменьшения сигнала рассеяния за счет затенения рассеивающего экрана полностью компенсируется сигналом от рассеяния поверхностью минерала, поэтому общий сигнал от рассеяния практически не изменяется (фиг.2в).

В интервале времени, при котором происходит прохождение зерна полезного минерала (алмаза) через пучок первичного рентгеновского излучения, происходят следующие процессы:

1) часть потока первичного рентгеновского излучения перекрывается зерном полезного минерала, зерно полезного минерала (алмаза) полупрозрачно для рентгеновского излучения, поэтому сигнал рассеяния от экрана уменьшается незначительно, намного меньше, чем при прохождении сопутствующего минерала (фиг.3а);

2) облучаемая поверхность и объем зерна полезного минерала рассеивает часть рентгеновского излучения в сторону детекторов, увеличивая общий сигнал рассеяния, причем в рассеянии участвует не только поверхность, но и объем, в результате этого рассеянное излучение от полезного минерала больше по величине, чем при рассеянии от сопутствующего минерала (фиг.3б);

3) общий сигнал каждого из детекторов рассеянного излучения представляет собой сумму сигналов рассеяния от экрана и рассеяния от поверхности и объема полезного минерала, общий сигнал от рассеяния значительно увеличивается, выходной сигнал каждого из детекторов имеет вид импульса положительной полярности, наложенного на постоянный фон от экрана (фиг.3в).

Как видно из чертежей, при прохождении зерна сопутствующего минерала через зону облучения общий сигнал от рассеяния не изменяется и остается равным постоянному уровню, наблюдаемому от рассеяния экрана в отсутствии минералов. В то же время прохождение алмаза вызывает появление значительного импульса положительной полярности.

На основании изложенного видно, что заявляемая совокупность признаков позволяет значительно повысить селективность сепарации в поточном режиме подачи материала.

Если один из детекторов зарегистрирует случайный импульс от естественного радиоактивного фона, то сигнал будет наблюдаться только в одном из каналов, поэтому сигнал не пройдет через схему совпадения и не вызовет срабатывание исполнительного механизма.

1. Способ сепарации алмазосодержащих смесей минералов, включающий подачу смеси минералов, содержащего частицы минерала с различными атомными номерами, в зону обнаружения, облучение частиц минерала коллимированным пучком первичного проникающего излучения заданного поперечного сечения, регистрацию вторичного проникающего излучения возникающего в результате рассеяния первичного излучения частицами минерала в зоне обнаружения, а также в результате взаимодействия первичного излучения с рассеивающим экраном, выполненным из материала с низким атомным номером, преобразование вторичного излучения в электрический сигнал, сравнение сигнала с порогом разделения, выделение частиц полезного минерала исполнительным механизмом по результатам сравнения, отличающийся тем, что материал в зону облучения подают в поточном режиме, вторичное излучение частиц минерала регистрируют с облучаемой стороны, вторичное излучение рассеивающего экрана регистрируют с облучаемой стороны, рассеивающий экран выполняют из материала с атомным номером, близким к среднему атомному номеру наиболее распространенного сопутствующего минерала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рассеивающий экран выполнен из стеклотекстолита.

3. Устройство, предназначенное для осуществления способа по п.1, включающее транспортирующий механизм, предназначенный для перемещения материала через зону анализа, источник коллимированного проникающего излучения, рассеивающий экран, детектор проникающего излучения, усилитель сигнала детектора, амплитудный дискриминатор, исполнительный механизм отсечки полезного минерала, отличающееся тем, что транспортирующий механизм выполнен с возможностью подачи материала в поточном режиме, детекторы проникающего излучения расположены с облучаемой стороны относительно зерен минерала, а рассеивающий экран расположен с необлучаемой стороны зерен минерала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геологии, разработки и использования месторождений полезных ископаемых и может быть использовано на ранних этапах геолого-разведочных работ для предварительной оценки качества кварцевого сырья.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для защиты силовых масляных трансформаторов от повреждений внутри бака - межвитковых замыканий, сопровождающихся выделением газа.

Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано при радиографическом контроле сварных соединений. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля качества цементирования и технического состояния обсадной колоны скважины. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть полезно для выделения из товарного зерна фракции с высоким содержанием белков. .

Изобретение относится к области обогащения и сортировки полезных ископаемых, а именно к радиометрической сепарации руд, предназначено для разделения минералов по их атомному номеру и может быть использовано при обогащении алмазосодержащих руд.

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, а именно к способам рентгенолюминесцентного обогащения дробленого минерального материала крупных фракций, размер которых сравним с протяженностью зоны возбуждения-регистрации сепаратора.

Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых, а именно к способам обогащения дробленого минерального материала. .

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, содержащих люминесцирующие под воздействием излучения минералы. .

Изобретение относится к области обогащения и сортировки полезных ископаемых, а именно к рентгенолюминесцентной сепарации алмазов, и может быть использован при обогащении алмазосодержащих руд.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к способам радиометрической сепарации руд, и может быть использовано для сепарации люминесцирующих минералов.

Изобретение относится к области обогащения и сортировки полезных ископаемых, а именно к радиометрической сепарации руд, и предназначено для отделения люминесцирующих минералов от других, и может быть использовано при обогащении алмазосодержащих руд.

Изобретение относится к области обогащения и сортировки полезных ископаемых и может быть использовано при обогащении алмазосодержащих руд и сортировке алмазов по качественным характеристикам.
Наверх