СПОСОБ СЕПАРАЦИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF SEPARATING DIAMOND-CONTAINING MATERIALS

Предлагаемое изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, конкретнее к способам сепарации сухих алмазосодержащих материалов, например концентратов первичного обогащения.
Известны способы электрической сепарации для смесей минералов, отличающихся по электрическим свойствам /Справочник по обогащению руд. Основные процессы / Под ред. Богданова, 2 изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983, стр.209-216/. В известных способах электрической сепарации частицам сортируемой смеси минералов вначале сообщают электрический заряд с помощью коронного разряда или трибоэлектризации. Затем частицы сортируемой смеси подаются в область разделения, в которой под действием электростатических сил материал разделяется на два или более продуктов.
При сепарации минералов, значительно отличающихся по проводимости, разделение проводят с помощью вращающегося барабана. В барабанных сепараторах используется сила притяжения заряженной частицы к металлической поверхности, зерна материала с высокой проводимостью быстро разряжаются, так как их заряд стекает на заземленный барабан, после чего эти зерна подают вниз с незначительным отклонением от траектории свободного падения. Зерна материала с низкой проводимостью разряжаются значительно медленнее, за счет электростатического притяжения заряженных зерен к металлической поверхности вращающегося барабана из траектории значительно отклоняются от траектории свободного падения, вследствие чего такие зерна попадают в отдельный приемник концентрата.
При сепарации минералов, не имеющих значительного различия в проводимости, разделение проводят в камерных сепараторах, в которых материал свободно падает в области сильного электрического поля. Под действием электрических сил заряженные частицы отклоняются от траектории свободного падения и попадают в отдельный приемник.
Недостатками известного способа являются низкая селективность разделения и возможность использования сепарации только для мелкого материала. При сепарации крупного материала электрические силы становятся намного меньше механических и эффективность разделения резко падает.
Известно применение электрической сепарации для доводки черновых алмазных концентратов на барабанных сепараторах, в которых зарядка частиц осуществлялась коронным разрядом /Справочник по обогащению руд. Основные процессы / Под ред. Богданова, 2 изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983, стр.240/.
Недостатком данного способа является то, что он применим для материала крупностью менее 2 мм. При повышении размеров частиц сортируемого материала степень сокращения резко снижается. Этот недостаток связан с тем, что при увеличении размеров сепарируемых частиц величина электрических сил становится меньше, чем силы тяжести, поэтому отклонение траектории движения зерен от траектории свободного падения становится сравнимым с величиной естественного разброса траекторий. Кроме того, различие в проводимости между алмазами и некоторыми распространенными сопутствующими минералами незначительно, что также снижает селективность сепарации.
Известен способ трибоэлектрической сепарации /Справочник по обогащению руд. Основные процессы / Под ред. Богданова, 2 изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983, стр.209/, который применяется для разделения минералов, имеющих близкие значения проводимости. В данном способе заряд задается путем трения частиц о металлическую или диэлектрическую поверхность, например, при движении по вибрирующей поверхности вибрационного транспортного механизма. После трибоэлектризации материал подается в область сильного электрического поля. Разделение материала обусловлено различным отклонением частиц под действием внешнего электрического поля.
В литературе нет сведений о применении известного способа трибосепарации для сепарации алмазосодержащих руд. Кроме этого, недостатком известного способа является то, что он неприменим для сепарации материала крупнее 2 мм вследствие того, что при увеличении размеров сепарируемых частиц величина электрических сил становится меньше, чем силы тяжести.
Ближайшим аналогам заявляемого способа является способ сепарации алмазосодержащих материалов / патент РФ №2353439, кл. МПК В07С 5/344, В03С 7/00 2009/. Известный способ сепарации алмазосодержащих материалов включает перемещение сортируемого материала в зону измерения. Одновременно с перемещением сепарируемого материала осуществляют его трибоэлектрическую зарядку трением о поверхность заземленного металлического вибролотка. Сепарируемую смесь минералов подают в режиме свободно падающего потока. Бесконтактное измерение знака и величины наведенного трибоэлектрического заряда производят с помощью датчика, подключенного к быстродействующему электрометрическому усилителю, связанному с блоком обработки сигнала. Сигнал с выхода датчика дополнительно усиливают и сравнивают с порогом разделения. В том случае, когда усиленный сигнал превышает порог разделения, вырабатывается сигнал запуска исполнительного механизма. Электронный блок задерживает сигнал на время транспортной задержки, равное времени пролета зерна от датчика до зоны действия исполнительного механизма, затем вырабатывается сигнал выдержки исполнительного механизма (длительность срабатывания), исполнительный механизм отклоняет зерно алмаза в приемник концентрата. Порог разделения выбирают на основании предварительно оцененных значений для природных алмазов заданного класса крупности. Известный способ применим для сепарации материалов любой крупности.
Недостатком известного способа является недостаточная величина трибоэлектрического заряда алмазов малого размера. Сигнал датчика сравним с уровнем сигналов, наблюдаемых от некоторых сопутствующих минералов, поэтому некоторые мелкие кристаллы алмаза могут быть потеряны. Недостаток прототипа связан с тем, что в прототипе используются только диэлектрические свойства алмаза, такие как высокое электрическое сопротивление и работа выхода поверхностных состояний.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего повысить чувствительность и селективность сепарации путем дополнительного увеличения электрического заряда алмазов.
Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем перемещение сортируемого материала в зону измерения, трибоэлектрическую зарядку трением о поверхность заземленного металлического вибролотка, бесконтактное измерение знака и величины наведенного трибоэлектрического заряда с помощью датчика, усиление сигнала датчика и сравнение его величины с порогом разделения, временную задержку и управление исполнительным механизмом, отклонение алмаза в приемник концентрата с помощью исполнительного механизма, в процессе трибоэлектрической зарядки над поверхностью вибролотка создают электрическое поле отрицательной полярности и одновременно облучают светом видимой части спектра.
Величину напряженности электрического поля выбирают равной 100-500 В/см.
Электрическое поле создают с помощью электрода, расположенного над поверхностью растягивающего вибролотка.
Электрод выполняют полупрозрачным из металлической сетки, а освещение производят сквозь электрод.
Освещение производят светом лампы накаливания.
Способ осуществляется следующим образом.
Сепарируемую смесь минералов перемещают по вибролотку и одновременно с перемещением создают трибоэлектрический заряд. После схода материала с вибролотка на участке свободного падения измеряют электрический заряд с помощью бесконтактного датчика электрического заряда. Сигнал датчика усиливают и сравнивают с порогом разделения. Если усиленный сигнал датчика превышает порог разделения, вырабатывают сигнал запуска блока временной задержки, после этого вырабатывают сигнал запуска исполнительного механизма. Исполнительный механизм срабатывает и отклоняет алмаз из общего потока в приемник концентрата, в отсутствие срабатываний исполнительного механизма материал поступает в приемник хвостов.
Над поверхностью вибролотка создают область электрического поля отрицательной полярности и одновременно в этой области материал освещают светом из области фотопроводимости алмаза. Область электрического поля создают с помощью дополнительного электрода, на который подано отрицательное напряжение. Электрод выполнен с возможностью пропускания света от внешнего источника на поверхность вибролотка, например электрод выполнен из металлической сетки.
В заявляемом способе для создания электрического заряда используется не только электризация трением, но и дополнительная инжекция электрического заряда во внешнем электрическом поле отрицательной полярности при дополнительном освещении материала за счет эффекта фотопроводимости алмаза. Спектр источника света выбирается таким, чтобы он соответствовал спектру возбуждения фотопроводимости алмаза.
Отрицательная полярность электрода обусловлена тем, что трибоэлектрический заряд алмаза имеет положительный знак, поэтому поле отрицательной полярности вызывает инжекцию положительно заряженных носителей заряда из металлической поверхности вибролотка в алмаз.
Напряженность электрического поля выбирают из интервала 100-500 В/см. Например, электрод устанавливают на расстоянии 2 см над поверхностью вибролотка и на него подают отрицательное напряжение величиной 200-1000 В.
При напряженности электрического поля менее 100 В/см инжекция заряда недостаточна для достижении требуемой чувствительности, а при напряженности электрического поля более 500 В/см возможно появление паразитного коронного заряда, что в данном способе нежелательно, так как коронный заряд будет вызывать заряжание материала отрицательным зарядом, который снизит величину заряда алмазов.
Спектр источника света должен соответствовать спектру фотопроводимости алмазов. Спектр фотопроводимости алмазов содержит несколько полос в видимой и ультрафиолетовой областях. Для заявляемого способа важны полосы в видимой области спектра, так как именно они связны с дырочной фотопроводимостью, способной обеспечить дополнительную инжекцию положительных носителей заряда. Источниками света могут быть: лампа накаливания, ксеноновая или ртутная лампы со светофильтрами, пропускающими видимую часть спектра, но ограничивающими ультрафиолетовую часть. Ограничение ультрафиолетового излучения может быть осуществлено с помощью стеклянного светофильтра.
Ограничение ультрафиолетовой части спектра источника света связано с тем, что некоторые полосы фотопроводимости алмаза ультрафиолетового диапазона могут вызывать генерацию электронов, то есть отрицательно заряженных носителей заряда, а это исказит процесс дополнительного накопления положительного заряда.
Заявляемый способ осуществляется с помощью устройства, показанного на чертеже.
На чертеже обозначены: 1 - загрузочный бункер, 2 - подающий вибролоток, 3 - растягивающий вибролоток, 4 - электрод, 5 - источник напряжения, 6 - источник света, 7 - датчик для бесконтактного измерения электрического заряда, 8 - усилитель сигнала датчика, 9 - пороговое устройство, 10 - блок временной задержки, 11 - блок управления исполнительным механизмом, 12 - исполнительный механизм, 13 - приемник концентрата, 14 - приемник хвостов.
Исходную смесь минералов, например концентрат жировой или тяжелосредной сепарации, загружают в загрузочный бункер 1. Подающий вибролоток 2 расположен под бункером 1 и предназначен для разгрузки материала из бункера и подачи материала на растягивающий вибролоток 3.
Растягивающий вибролоток 3 выполнен из алюминия и заземлен. Над растягивающим вибролотком расположен электрод 4, выполненный из металлической сетки. Электрод 4 соединен с источником напряжения 5, с которого на электрод 4 подано отрицательное напряжение, например, равное -400 В. Выше электрода расположен источник света 6, например галогенная лампа напряжением 12 В и мощностью 50 Вт. Датчик для бесконтактного измерения электрического заряда 7 выполнен в виде электроемкостного преобразователя. Датчик для бесконтактного измерения электрического заряда 7 выполнен в виде чувствительного электрода, расположенного внутри заземленного корпуса. Чувствительный электрод датчика соединен с усилителем сигнала датчика 8. Выход усилителя сигнала датчика 8 соединен со входом порогового устройства 9. Выход порогового устройства 9 соединен со входом блока временной задержки 10. Выход блока временной задержки 10 соединен со входом блока управления исполнительным механизмом 11. Выход блока управления исполнительным механизмом 11 соединен с исполнительным механизмом 12. Исполнительный механизм 12 выполнен с возможностью отклонять обнаруженный алмаз в приемник концентрата 13. При отсутствии срабатываний минералы поступают в приемник хвостов 14.
Исходную смесь минералов, например концентрат жировой или тяжелосредной сепарации, загружают в загрузочный бункер 1. Из загрузочного бункера 1 материал подают с помощью подающего вибролотка 2 на растягивающий вибролоток 3. С помощью растягивающего вибролотка 3 материал перемещают в зону действия электрического поля, которая расположена под электродом 4. На электрод 4 постоянно подают электрическое напряжение -400 В от источника напряжения 5. В зоне действия электрического поля материал облучают светом видимой части спектра с помощью источника света 6. В электрическом поле под действием света кристаллы алмаза приобретают дополнительный положительный заряд за счет эффекта фотопроводимости. После схода с растягивающего вибролотка 3 зерна смеси минералов пролетают во внутренней части датчика бесконтактного измерения электрического заряда 7. На чувствительном электроде датчика наводится сигнал, пропорциональный величине электрического заряда. Выходной сигнал датчика усиливается усилителем сигнала датчика 8, далее усиленный сигнал сравнивается с порогом разделения с помощью порогового устройства 9. Если усиленный сигнал датчика превышает порог разделения, пороговое устройство вырабатывает сигнал, который поступает на вход блока временной задержки 10. Блок временной задержка отрабатывает время задержки, равное времени пролета алмаза от зоны действия датчика 7 до зоны действия исполнительного механизма 12.
После отработки временной задержки сигнал с выхода блока 10 поступает на вход блока управления исполнительным механизмом 11, который вырабатывает импульсный сигнал, необходимый для срабатывания исполнительного механизма 12. Исполнительный механизм 12 срабатывает и отклоняет алмаз в приемник концентрата 13. При отсутствии срабатываний исполнительного механизма 12 материал свободно падает в приемник хвостов 14.
Технический эффект заявляемого способа заключается в том, что по сравнению с известными способами повышается чувствительность и селективность способа путем дополнительного увеличения электрического заряда алмазов.