СПОСОБ РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ СЕПАРАЦИИ МИНЕРАЛОВ
METHOD OF ROENTGEN-LUMINESCENT SEPARATION OF MINERALS

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, содержащих люминесцирующие под действием рентгеновского излучения минералы, а именно к способам обогащения дробленого минерального материала крупных фракций, размер которых сравним с протяженностью зоны возбуждения-регистрации сепаратора. Такой способ может быть использован как в рентгенолюминесцентных сепараторах на всех стадиях обогащения, так и в устройствах контроля продукции, например алмазосодержащего сырья.
При рентгенолюминесцентной сепарации используют свойство минералов генерировать излучение в оптической области спектра под воздействием рентгеновского излучения. При облучении потока обогащаемого материала периодическими импульсами рентгеновского излучения некоторые минералы, транспортируемые через зону возбуждения-регистрации сепаратора, люминесцируют. При этом как интенсивность, так и кинетические характеристики люминесценции зависят от вида минерала.
Для повышения селективности извлечения обогащаемого минерала в известных способах рентгенолюминесцентной сепарации используют кинетические характеристики сигнала люминесценции, регистрируемые как во время воздействия рентгеновского излучения, так и после него. Кинетические характеристики люминесценции минерала обладают, по крайней мере, двумя компонентами свечения, отличающимися постоянной времени разгорания и затухания люминесценции. Короткая компонента имеет постоянную времени на уровне долей мкс, а постоянная времени длительной компоненты лежит в диапазоне (0,5-20) мс.
1
2
Например, известен способ сепарации минералов (SU 1603588 А1 В07С 5/342, 20.08.1999.), включающий облучение исходного материала импульсами рентгеновского излучения для возбуждения люминесценции полезного минерала, измерение интенсивностей короткой и длительной компонент возбужденной в нем люминесценции и выделение полезного минерала из исходного материала по заданному отношению уровней измеренных интенсивностей, выбранному в качестве критерия разделения. При этом уровни интенсивности измеряют во время возбуждающего импульса I и с задержкой относительно возбуждающего импульса - I, а разделение минералов производят, например, при выполнении соотношения
2
1
2
I/(I-I)<0,17.
2
1
В этом способе интенсивность короткой компоненты люминесценции определяется вычитанием I из измеряемой во время возбуждающего импульса суммарной интенсивности люминесценции I, то есть учитывается вклад длительной компоненты. Однако при этом способе сепарации очень трудно получить минимально необходимую погрешность измерения, что отрицательно сказывается на его селективности.
1
к
д
2
1
2
1
2
Известен также принятый нами за прототип способ сепарации алмазосодержащих материалов (RU 2235599 С1 В03В 13/06, В07С 5/342. 10.09.2004), включающий возбуждение люминесценции минералов импульсным рентгеновским излучением длительностью, достаточной для разгорания длительной компоненты люминесценции, измерение суммарной интенсивности короткой и длительной компонент люминесценции в момент действия импульса рентгеновского излучения, измерение интенсивности длительной компоненты люминесценции с задержкой после окончания действия импульса рентгеновского излучения, определение значения отношения суммарной интенсивности короткой и длительной компонент люминесценции I=I+I к интенсивности длительной компоненты люминесценции I, сравнение его с пороговым значением и отделение полезного минерала по результату сравнения. Если значение отношения I/I меньше порогового, то принимается решение о том, что минерал «полезный», а если I/I больше порогового, то минерал считается «сопутствующими.
1
2
1
2
1
2
Этот способ может давать хорошие результаты по селективности сепарации при неизменном положении минерала в зоне возбуждения-регистрации люминесценции, поскольку в этом случае значение отношения, принятого в качестве критерия разделения, не меняется при последовательном облучении минерала несколькими импульсами рентгеновского излучения. Однако люминесцирующий минерал движется вместе с материалом и входит в зону возбуждения-регистрации люминесценции асинхронно по отношению к импульсам возбуждения. При сепарации минерального материала крупных фракций, когда размер минерала сравним с протяженностью в направлении потока материала зоны возбуждения-регистрации, появляется эффект ложного обнаружения «полезного минерала». Рассмотрим этот эффект применительно к сопутствующему минералу, у которого значение I/I больше порогового. По мере движения минерала через зону возбуждения-регистрации измеряемое значение длительной компоненты люминесценции)s несколько нарастает, но значение отношения I/I остается больше порогового значения. Поэтому минерал определяется как «сопутствующий». Но на выходе минерала из зоны возбуждения-регистрации интенсивность короткой компоненты)к резко падает, и значение отношения I/I также уменьшается и становится меньше порогового. В результате при выходе минерала из зоны возбуждения-регистрации тот же самый минерал ложно определяется как «полезный» и отделяется в концентрат, что снижает селективность сепарации.
Техническим результатом изобретения является повышение селективности процесса рентгенолюминесцентной сепарации минералов крупных классов за счет исключения ложного извлечения сопутствующих минералов и, как следствие, повышение полезного минерала в концентрате (улучшение кондиции).
Достижение технического результата обеспечивает предлагаемый способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов, включающий возбуждение люминесценции минералов импульсным рентгеновским излучением длительностью, достаточной для разгорания длительной компоненты люминесценции, измерение суммарной интенсивности короткой и длительной компонент люминесценции в момент действия импульса рентгеновского излучения, измерение интенсивности длительной компоненты люминесценции с задержкой после окончания действия импульса рентгеновского излучения, определение значения отношения суммарной интенсивности короткой и длительной компонент люминесценции к интенсивности длительной компоненты люминесценции, сравнение его с пороговым значением, принятие решения «полезный минерал - сопутствующий минерал» и разделение минералов согласно принятому решению, в котором люминесценцию минералов возбуждают, по крайней мере, двумя импульсами рентгеновского излучения, при каждом импульсе рентгеновского излучения сравнивают значение интенсивности длительной компоненты люминесценции с заданным пороговым значением и запоминают значение отношения суммарной интенсивности короткой и длительной компонент люминесценции к интенсивности ее длительной компоненты, причем значение вышеупомянутого отношения равно нулю, если значение интенсивности длительной компоненты меньше порогового, определяют значение разности между текущим и предыдущими значениями отношения суммарной интенсивности короткой и длительной компонент люминесценции к интенсивности ее длительной компоненты, и принимают решение «полезный минерал», если значение отношения суммарной интенсивности короткой и длительной компонент люминесценции к интенсивности ее длительной компоненты ниже заданного порогового значения и одновременно все значения разности между текущим и предыдущими значениями вышеупомянутого отношения - положительные.
В отличие от известного в предлагаемом способе люминесценцию минералов возбуждают, по крайней мере, двумя импульсами рентгеновского излучения, при каждом импульсе рентгеновского излучения сравнивают значение интенсивности длительной компоненты люминесценции с заданным пороговым значением и запоминают значение отношения суммарной интенсивности короткой и длительной компонент люминесценции к интенсивности ее длительной компоненты, причем значение вышеупомянутого отношения равно нулю, если значение интенсивности длительной компоненты меньше порогового, определяют значение разности между текущим и предыдущими значениями отношения суммарной интенсивности короткой и длительной компонент люминесценции к интенсивности ее длительной компоненты, и принимают решение «полезный минерала, если значение отношения суммарной интенсивности короткой и длительной компонент люминесценции к интенсивности ее длительной компоненты ниже заданного порогового значения и одновременно все значения разности между текущим и предыдущими значениями вышеупомянутого отношения - положительные.
Совокупность отличительных признаков и их взаимосвязь с ограничительными признаками в предлагаемом изобретении обеспечивает селективность сепарации минералов крупных фракций. В предлагаемом способе решение «полезный минерал», для которого отношение суммарной интенсивности короткой и длительной компонент к интенсивности длительной компоненты люминесценции находится в диапазоне заданных значений, принимается не по результатам определения этого отношения после очередного возбуждающего импульса, а с учетом предыстории изменения этого отношения после «n» предыдущих импульсов.
На фиг.1 представлены временные диаграммы:
а - импульсов возбуждения (условные порядковые номера 1…5),
б - сигналов регистрации люминесценции полезного минерала;
в - сигнала на отделение полезного минерала;
г - сигналов регистрации люминесценции сопутствующего минерала.
На фиг.2 представлена структурная схема сепаратора для осуществления предлагаемого способа рентгенолюминесцентной сепарации минералов.
s
d
p
s
d
p
d
и
При осуществлении предлагаемого способа разделения минералов предварительно задают соответствующее пороговое значение (U/U) (на фиг.1 не отмечено) отношения суммарной интенсивности U короткой и длительной компонент люминесценции минерала к интенсивности U ее длительной компоненты и пороговое значение U интенсивности U длительной компоненты люминесценции минерала (фиг.1). Люминесцирующий минерал движется вместе с обогащаемым материалом и входит в зону возбуждения-регистрации люминесценции. По мере движения минерала через зону возбуждения-регистрации его облучают периодическими импульсами рентгеновского излучения с условными порядковыми номерами 1…5 (фиг.1а). Длительность импульса t должна быть такой, чтобы успела разгореться длительная компонента сигнала люминесценции полезного минерала.
d
p
s
d
s
d
d3
1
0
p
s3
d3
s3
d3
s
d
p
s3
d3
s2
d2
s3
d3
s1
d1
s3
d3
s2
d2
s3
d3
s1
d1
Рассмотрим сигнал люминесценции полезного минерала (фиг.1б). После воздействия импульсов (фиг.1а) с номерами 1 и 2, пока минерал не вошел в зону возбуждения-регистрации, сигнал интенсивности U длительной компоненты люминесценции отсутствует (ниже порога U), поэтому значение отношения U/U суммарной интенсивности U люминесценции короткой и длительной компоненты к интенсивности U длительной компоненты запоминается как нуль. После воздействия импульса возбуждения 3 сигнал люминесценции полезного минерала по интенсивности U длительной компоненты (определяется через интервал t от начала импульса возбуждения t) превышает U, и отношение U/U суммарной интенсивности люминесценции короткой и длительной компоненты к интенсивности длительной компоненты лежит в диапазоне заданных значений U/U<(U/U) (т.е. ниже порогового значения), а значения разности U/U-U/U и U/U-U/U между текущим и двумя предыдущими (примем для упрощения описания n=2) значениями отношения суммарной интенсивности люминесценции короткой и длительной компоненты к интенсивности длительной компоненты - положительные, т.е. (U/U-U/U)>0 и (U/U-U/U)>0. Поэтому производится отделение полезного минерала от обогащаемого материала - выдается сигнал на отделение (фиг.1в). Как видно из диаграммы (фиг.1б), дальнейшие соотношения для сигнала люминесценции полезного минерала при движении его по зоне возбуждения-регистрации при последующих импульсах 4 и 5 на сепарацию не влияют.
d
В случае прохождения через зону возбуждения-регистрации сопутствующего минерала (фиг.1г) после воздействия импульсов возбуждения 1 и 2 сигнал интенсивности U длительной компоненты люминесценции отсутствует
p
s
d
d3
(ниже порога U), поэтому значение отношения U/U также запоминается как нуль. После воздействия импульсов возбуждения 3 и 4, где значения интенсивностей U и
d4
p
d3
p
d4
p
U люминесценции длительной компоненты превышает U (U>U и U>U),
s3
d3
s4
d4
значения U/U и U/U отношений выше их порогового значения
s3
d3
s
d
p
s4
d4
s
d
p
s3
d3
s4
d4
s5
d5
(U/U>(U/U) и U/U>(U/U)). Полученные значения U/U и U/U запоминают, но сигнал на отделение минерала не выдают. После воздействия импульса возбуждения 5, когда сопутствующий минерал выходит из зоны возбуждения-регистрации, значение отношения U/U ниже порогового (т.е. лежит в диапазоне заданных значений
s5
d5
s
d
p
s5
d5
s4
d4
s5
d5
s3
d3
s5
d5
s4
d4
U/U<(U/U)) из-за того. что короткая компонента уже «не видна». Однако сигнал на отделение сопутствующего минерала, который после импульса возбуждения 5 имеет соответствующие полезному минералу характеристики, не выдают, так как, значения разности U/U-U/U и U/U-U/U между текущим и предыдущими сохраненными значениями отношения уровня суммарной интенсивности люминесценции короткой и длительной компоненты к уровню интенсивности длительной компоненты - отрицательные ((U/U-U/U)<0 и
s5
d5
s3
d3
(U/U-U/U)<0).
si
di
sk
dk
si
di
sk
dk
Таким образом, дополнительным признаком алмаза служит нарастание отношения ((U/U-U/U)>0, где i=1, 2, 3, (к+1) и к=1, 2, … (i-1)) суммарной интенсивности люминесценции короткой и длительной компоненты к интенсивности длительной компоненты, а сопутствующего минерала - уменьшение этого соотношения ((U/U-U/U)<0) при предыдущих импульсах. Анализируя предысторию, можно исключить ложное обнаружение крупных сопутствующих минералов, которые при движении по зоне возбуждения-регистрации испытывают воздействие двух и более импульсов возбуждения.
Сепаратор (фиг.2), с помощью которого реализуется предлагаемый способ, содержит бункер 1 с обогащаемым материалом, питатель 2, транспортирующее устройство 3 в виде наклонного лотка, источник 4 импульсного рентгеновского излучения с рентгеновской трубкой, фотоприемное устройство 5, блок 6 обработки сигналов люминесценции, блок 7 отсечки с исполнительным механизмом (на фиг.2 не показан), накопитель 8 концентрата и линию 9 отвода хвостов.
s
d
s
d
Бункер 1, питатель 2, источник 4 импульсного рентгеновского излучения, фотоприемное устройство 5, блок 7 отсечки, накопитель 8 концентрата и линия 9 отвода хвостов могут быть выполнены, например, как в сепараторе ЛС-Д-4-03 (Руководство по эксплуатации сепаратора люминесцентного ЛС-Д-4-03, С-Петербург, 1997). Блок 6 обработки содержит логарифмический усилитель, устройства выборки и хранения УВХ для запоминания значений (в логарифмическом масштабе) суммарного сигнала U и сигнала U длительной компоненты, аналоговые сумматоры для определения отношения (разности логарифмов) значений суммарного сигнала U и сигнала U длительной компоненты, УВХ для запоминания указанных отношений в n-циклах и устройства сравнения (в виде аналоговых сумматоров) значений упомянутого отношения в текущем и предыдущих циклах. Вход усилителя служит входом блока 6, а его выход подключен к входам устройства выборки и хранения УВХ. Число УВХ равно (2·n), где n - число циклов анализа предыстории. Выходы УВХ соединены с входами аналоговых сумматоров.
Логарифмический усилитель может быть выполнен, например, как описано в литературе (Е.А.Коломбет. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. М.: Радио и связь, 1991 г., стр.102, табл.4.3.). Аналоговый сумматор может быть выполнен, например, как описано в той же литературе, стр.96, рис.4.20. УВХ может быть выполнено, например, как описано в той же литературе, стр.225, табл.8.1а.
s
d
p
s
d
p
и
s
и
d
1
и
s
d
d
s
d
si
di
s
d
s(i-k)
d(i-k)
si
di
s(i-k)
d(i-k)
d
p
Сепаратор работает следующим образом. Бункер 1 заполняют обогащаемым материалом, например алмазосодержащим, в блок 6 обработки сигналов вводят пороговое значение (U/U) отношения суммарной интенсивности U короткой и длительной компоненты люминесценции к интенсивности U ее длительной компоненты и пороговое значение U интенсивности длительной компоненты. После включения питателя 2 материал начинает поступать по транспортирующему устройству 3 в зону (на фиг.2 не отмечена) возбуждения-регистрации, где подвергается воздействию импульсов (фиг.1а) рентгеновского излучения от источника 4. Значение t длительности импульса возбуждения - 0.5 мс. Период Т=4 мс следования импульсов возбуждения сравним с временем жизни длительной компоненты полезного минерала - алмаза. За время прохождения зоны возбуждения-регистрации куски материала подвергаются воздействию нескольких импульсов излучения (фиг.1) от источника 4. Возникающая люминесценция алмазов и сопутствующих минералов воспринимается фотоприемным устройством 5. Электрический сигнал, возникающий при этом в устройстве 5. поступает в блок 6 обработки сигналов. В блоке 6 производят определение значения суммарной интенсивности U люминесценции короткой и длительной компонент во время действия импульса t возбуждения, значения интенсивности U люминесценции длительной компоненты через заданное время t после окончания импульса t возбуждения и значение отношения U/U, сравнивают полученные значения U и U/U с заданными пороговыми значениями этих величин, для каждого импульса возбуждения запоминают значения отношения U/U), где i=1, 2, 3, (к+1), и определяют значения разности (U/U-U/U) между текущим значением отношения U/U и сохраненными значениями U/U, где к=1, 2, … (i-1), этого отношения. При выполнении комбинированного условия: интенсивность U длительной компоненты выше заданного порога U и отношение
si
di
s
d
p
s
d
s(i-k)
d(i-k)
s
d
U/U<(U/U) суммарной интенсивности люминесценции короткой и длительной компоненты к уровню интенсивности ее длительной компоненты ниже заданного порога и разность (U/U-U/U)>0 между текущим значением отношения U/U и «n» предыдущими значениями этого отношения - положительная, - выдается сигнал в блок 7 на отделение минерала от остального материала. При срабатывании исполнительного механизма алмаз отделяется в накопитель концентрата 8, остальной материал попадает в линию отвода хвостов 9.
Для крупных сопутствующих минералов условие положительной разности
s
d
s(i-k)
d(i-k)
si
di
(U/U-U/U)>0 между текущим U/U и «n» предыдущими значениями
s(i-k)
d(i-k)
s
d
s(i-k)
d(i-k)
U/U, суммарной интенсивности люминесценции короткой и длительной компоненты к уровню интенсивности длительной компоненты не выполняется (в этом случае (U/U-U/U)<0) и крупные сопутствующие минералы в концентрат 8 не отделяются.
Таким образом, предлагаемый способ рентгенолюминесцентной сепарации минералов позволяет повысить селективность процесса сепарации минералов крупных классов за счет исключения ложного извлечения сопутствующих минералов и, как следствие, улучшить кондицию концентрата.