СПОСОБ СЕПАРАЦИИ МИНЕРАЛОВ
METHOD OF SEPARATING MINERALS

Изобретение относится к области обогащения и сортировки полезных ископаемых, а именно к радиометрической сепарации руд, предназначено для разделения минералов по их линейному коэффициенту ослабления проникающего излучения и может быть использовано при обогащении алмазосодержащих руд.
Известен способ сепарации минералов из россыпного сырья /1/. Россыпной материал подается по наклонному желобу в потоке суспензии или растворе тяжелых солей, которые являются малопрозрачными для проникающего излучения. Согласно данному патенту поток малопрозрачной для проникающего 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 раствор солей тяжелых металлов), попадает на люминесцирующий экран, вызывая на нем свечение, пропорциональное интенсивности прошедшего излучения. Свечение регистрируется детектором с двухкоординатным разрешением (например, телевизионная камера). В данном способе, согласно описанию патента, алмазы должны давать па экране телевизионной камеры изображение в виде светлого пятна на общем темном фоне. Данный способ имеет ряд недостатков:
1) пузыри воздуха регистрируются идентично алмазам и вызывают ложные отделения пустой породы в концентрат;
2) образующиеся неравномерности толщины жидкости могут накрывать алмаз сверху слоем жидкости, что приводит к пропуску алмаза;
3) алмазы, как гидрофобные объекты, за счет поверхностного натяжения, могут плыть на поверхности суспензии или раствора солей тяжелых металлов, что также приводит к пропуску алмаза;
4) экологический вред окружающей среде.
Известен способ обнаружения алмазов, в котором для снижения влияния размера частиц па результаты сепарации облучение минералов проводят пучком рентгеновского излучения, сечение которого заведомо меньше, чем размер минимальной сортируемой частицы /2/. При сепарации данным способом величина сигнала не зависит от площади сечения измеряемого минерала, но зависит от его толщины в измеряемом месте. Таким образом, описанный способ частично устраняет недостатки аналога /1/. Данным способом возможна сепарация минералов, рассортированных на узкие классы крупности. При расширении класса крупности сепарируемых минералов снижается селективность сепарации и извлечение, в первую очередь, для минералов верхней и нижней границы класса крупности. Кроме того, при сепарации данным способом задаются очень жесткие требования к технической реализации устройства, поскольку необходимо строго стабилизировать траекторию движения материала. Последнее обстоятельство накладывает ограничения на производительность устройства, реализующего способ, поскольку невозможно реализовать способ, например, при свободном падении частиц.
Известен способ сепарации минералов, включающий транспортирование минералов в виде монослойного потока, облучение минералов проникающим излучением, возбуждающим люминесценцию, регистрацию светового потока люминесценции со стороны проникающего излучения и с противоположной стороны, определение степени прозрачности минерала для проникающего излучения по логарифму отношения световых потоков люминесценции минерала со стороны потока возбуждения и с противоположной стороны и отделение минералов по степени прозрачности минерала для проникающего излучения /3/.
Данный способ частично устраняет недостатки способа /2/, обладает высокой селективностью, может быть использован на широком классе крупности минералов, относительно прост в технической реализации, но обладает недостаточно высоким извлечением. Данным способом невозможно выделить нелюминесцирующие минералы, поскольку пропускание проникающего излучения по данному способу определяется по соотношению световых потоков люминесценции с облучаемой стороны и ей противоположной. Доля же нелюминесцирующих или слаболюминесцирующих алмазов может составлять до 10% в месторождении от их общего содержания. Нелюминесцирующие и слаболюминесцирующие алмазы извлекаются из хвостов рентгенолюминесцентной сепарации дополнительным переделом: контрольной сепарацией адгезионным (жировым) способом. Масса хвостов сепарации алмазов близка массе поступающего на сепарацию материала, поэтому методом адгезионной сепарации для дополнительного извлечения слаболюминесцирующих или нелюминесцирующих алмазов обрабатывают примерно столько же материала, что и радиометрическим переделом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ сепарации минералов, включающий транспортирование минералов в виде монослойного потока, облучение проникающим излучением, регистрацию интенсивности потоков излучения с противоположной стороны минерала, отделение минералов по величине определенной характеристики, в качестве которой используют отношение логарифма интенсивности прошедшего через минерал узкого пучка излучения к количеству следующих подряд пучков /4/. Под пучком понимается излучение, падающее на площадь регистрирующего элемента линейной многоканальной ионизационной камеры или матрицы полупроводниковых детекторов.
Данный способ обладает рядом недостатков, а именно:
1) Способ сильно зависит от степени изометричиости (шарообразности) образца. Ослабление проникающего излучения определяется размером алмаза в перпендикулярной направлению распространения излучения плоскости, а не размером алмаза вдоль оси распространения проникающего излучения, как это должно быть.
2) Способ определяет только раскрытые алмазы, обнаружение алмазов в сростках и внутри кусков руды невозможно.
Целью изобретения является извлечение минералов, находящихся внутри, на поверхности или снаружи куска вмещающей руды и увеличение выхода неповрежденных кристаллов.
Поставленная цель достигается тем, что способе сепарации минералов, включающем транспортирование сепарируемого материала, облучение его проникающим излучением, регистрацию интенсивности излучения с противоположной стороны потока сепарируемого материала, определение характеристики минералов и отделение минералов по величине определенной характеристики, минералы подаются в виде многослойного потока с заполнением воздушных полостей поглощающей иммерсионной средой в виде сыпучего материала и с выравниванием толщины образованной смеси, при этом облучение смеси проникающим излучением производят при линейном коэффициенте ослабления сыпучего материала, равном среднему линейному коэффициенту ослабления сепарируемого материала по всем его компонентам с учетом их весового содержания, интенсивность прошедшего излучения регистрируют координатно-чувствительным детектором с противоположной стороны смеси, а в качестве условия подачи команды на отделяющее устройство используют превышение интенсивности измеренного излучения над средним по сечению его уровнем, за верхнюю границу заданного диапазона параметра принимают площадь от кристалла максимальной сепарируемой крупности, за нижнюю границу заданного диапазона параметра принимают площадь от кристалла минимальной сепарируемой крупности, интенсивность прошедшего через смесь излучения регистрируют многоканальной ионизационной камерой или матрицей полупроводниковых детекторов, в качестве иммерсионной среды используют водную минеральную суспензию или модифицированную рудную пульпу.
При создании изобретения авторы исходили из следующего. Известно, что интенсивность прошедшего излучения определяется соотношением:
0
х
m
2
-1
2
3
где I и I - интенсивности потоков падающего и прошедшего через среду проникающего излучения [Вт/см], µ - линейный коэффициент ослабления [см], µ - массовый коэффициент ослабления [см/г], ρ - плотность среды [г/см], d - линейный размер среды [см]. Для вещества сложного элементного состава, однородных смесей, сплавов, растворов массовый коэффициент определяется выражением:
i
где С - весовое содержание i-го элемента в среде.
3
-1
3
-1
-1
x_алмаза
6
4
10
8
x_серпентина
х_руды
Расчеты и экспериментальные измерения показывают, что линейный коэффициент ослабления алмаза (углерод, плотность 3.5 г/см) для рентгеновских фотонов энергией 30 кэВ составляет µ=0.257 см, а для ближайшего по коэффициенту ослабления компоненту руды серпентина (Mg[SiO][OH], плотность 2.5 г/см) - µ=0.738 см. Средний по всем компонентам руды с учетом их весового содержания линейный коэффициент ослабления руды (например, кимберлит) составляет значение µ=0,243 см. Вместе с тем, воздушные полости практически прозрачны для проникающего излучения.
х_сыпучего_материала
х_руды
х_сыпучего_материала
х_руды
смеси
Согласно изобретению для заполнения воздушных полостей используется сыпучий материал, линейный коэффициент ослабления µ которого равен среднему по всем компонентам руды с учетом их весового содержания линейному коэффициенту ослабления руды µ. Таким образом, µ=µ. Кроме того, выполняются меры по обеспечению одинаковой толщины смеси (h) сыпучего материала и кусков руды. Вследствие этого смесь в кюветах при отсутствии алмаза ослабляет проникающее излучение одинаково во всех сечениях кюветы так же, как параллелепипед, целиком изготовленный из монолитной руды. Прошедшее излучение, регистрируемое с противоположной стороны смеси, определяется выражением:
В случае присутствия алмаза в смеси внутри, на поверхности или снаружи куска руды прошедшее излучение определяется выражением:
0
смеси_без_алмаза
смеси_с_алмазом
Интенсивность падающего на образец излучения I является величиной постоянной. Поскольку линейный коэффициент ослабления смеси существенно больше линейного коэффициента ослабления алмаза, прошедшее излучение I<I. Таким образом, над сечением смеси, в котором находится алмаз, координатно-чувствительный детектор зарегистрирует повышенный уровень проникающего излучения в виде пика (локального максимума). Высота пика пропорциональна геометрическому размеру алмаза по направлению распространения проникающего излучения, ширина пика пропорциональна геометрическому размеру алмаза в перпендикулярной распространению проникающего излучения плоскости. Площадь пика пропорциональна объему (а значит и массе) алмаза.
Материалом, подаваемым на радиометрическую (рентгенолюминесцентную) сепарацию, обычно является концентрат гравитационного обогащения крупностью -16+1 мм. При, например, широко распространенной рентгенолюминесцентной сепарации концентрат гравитационного обогащения -16+1 мм разделяется (рассеивается) на узкие классы -16+6 мм, -6+3 мм, -3-1 мм и после этого подается на отдельные сепараторы. Использование отдельных сепараторов на узкие классы крупности обусловлено невозможностью обработки материала широкого класса крупности. Минералы размером менее 1 мм либо обогащаются флотационными методами, либо выводятся в отвал. Поэтому 1 мм - это минимальный размер кристалла, подаваемый на сепарацию радиометрическими методами. Класс -50+16 обрабатывается отдельно, поэтому максимальный рассматриваемый размер минералов равен 16 мм. Исходя из обрабатываемого класса крупности определили границы диапазона интенсивностей, которые требуется измерить.
0
-1
Если в зоне регистрации находится алмаз размером 1 мм, то по формуле (1), при I=1, β=1,7 см, d=0,1 см, интенсивность прошедшего сквозь такой алмаз излучения Imax составит 0.85. Это значение параметра приняли за верхнюю границу заданного диапазона. Таким образом, за верхнюю границу заданного диапазона интенсивностей приняли интенсивность прошедшего через кристалл полезного компонента минимальной сепарируемой крупности.
min
Если в зоне регистрации находится алмаз, например, размером 16 мм, то по той же формуле (1) при d=1.6 см найдем, что I=0.05. Это значение приняли за нижнюю границу заданного диапазона. Таким образом, за нижнюю границу заданного диапазона интенсивностей приняли интенсивность прошедшего через кристалл полезного компонента максимальной сепарируемой крупности.
Игнорируются также кристаллы, сильно поглощающие рентгеновское излучение: гранат, ильменит, магнетит, циркон, оливин и ряд других, составляющих основную массу отделяемых минералов.
На фиг.1 показаны интенсивность прошедшего через смесь кусков руды (кимберлита) и сыпучего материала (порошок сплава алюминия 94% с цинком 6% фракции+100-200 мкм) излучения (в условных единицах) а) при отсутствии алмаза, б) в присутствии алмаза с размером 4 мм, в) в присутствии эквивалента алмаза размера 12 мм. Толщина смеси 26 мм. В качестве источника проникающего излучения использована рентгеновская трубка с вольфрамовым анодом, напряжение на трубке 60 кВ, ток 5 мА.
Пример конкретного выполнения.
Способ сепарации минералов реализуется и устройстве, состоящем из бункеров подачи сыпучего материала 1 и 1а, вибропитателей 2, бункера подачи руды 3, конвейера с закрепленными на нем с помощью креплений 6 кювет 5, прикатывающего ролика 7, источника проникающего излучения (рентгеновской трубки) 8, координатно-чувствительного детектора 9, контроллера детектора 10 с блоком выдачи команды на отделяющее устройство 11, шибера 12 и привода шибера 13, приемников хвостового и концентратного продуктов 14, сита 15, приемного конвейера сыпучего материала 16, осушителя сыпучего материала 17, бункера приемного сыпучего материала 18, конвейера подъемного сыпучего материала 19, бункера возврата сыпучего материала 20, сборника просыпанного сыпучего материала 21 (фиг.2).
Из бункера 1а через вибропитатель 2а последовательно в каждую кювету 5 насыпается тонкий слой сыпучего материала. Кюветы закреплены поворачивающимся соединением 6 с конвейером 4 и непрерывно продвигаются в указанном стрелкой направлении (слева направо). Из бункера 3 через вибропитатель 2в в кюветы многослойно поступает руда. Из бункера 16 через вибропитатель 2б кюветы досыпаются сыпучим материалом доверху. Прикатывающий ролик 7 выравнивает толщину смеси до одинакового постоянного уровня. Сыпучий материал заполняет все воздушные полости между кусками руды. Излишки сыпучего материала попадают в сборник сыпучего материала 21, откуда поступают в осушитель 17. Согласно изобретению линейный коэффициент ослабления сыпучего материала равен среднему по всем компонентам руды с учетом их весового содержания линейному коэффициенту ослабления руды. Вследствие этого смесь в кюветах при отсутствии алмаза ослабляет проникающее излучение одинаково во всех сечениях кюветы так же, как параллелепипед, целиком изготовленный из руды. Смесь в кюветах продвигается в зону анализа, облучается проникающим излучением от источника 8 (например, рентгеновской трубки), прошедшее излучение регистрируется координатно-чувствительным детектором 9. В случае присутствия в кювете алмаза (находящегося внутри куска, на его поверхности или снаружи) детектор 9 регистрирует в сечении алмаза повышенный фон проникающего излучения и контроллер детектора 10 формирует команду отделяющему устройству 11. По этой команде привод шибера 13 переключает шибер 12 в положение, направляющее содержимое кюветы, в которой зарегистрирован алмаз, в приемник концентратного продукта. В случае отсутствия повышенного фона проникающего излучения привод шибера 13 переключает шибер 12 в положение, обеспечивающее поступление содержимого кюветы в приемник хвостового продукта. Сито 15, конвейер приемный сыпучего материала 16, осушитель сыпучего материала 17, бункер приемный сыпучего материала 18, конвейер подъемный сыпучего материала 19 и бункер возврата сыпучего материала 20 обеспечивают замкнутый цикл оборота сыпучего материала. Через сито 15 сыпучий материал отделяется от руды, по конвейеру приемному сыпучего материала 16 поступает в осушитель 17. Осушение сыпучего материала повышает его коэффициент сыпучести и обеспечивает заполняемость воздушных полостей между кусками руды в кюветах 5. Разгрузка осушителя производится в бункер приемный сыпучего материала 18, конвейер подъемный 19 поднимает сыпучий материал в бункер возврата сыпучего материала 20, из которого последний вновь поступает в бункеры 1 и 1а.
Обозначения на чертеже (фиг.2)
1а, 1б. Бункеры сыпучего материала
2а, 2б, 2в. Вибропитатели
3. Бункер руды
4. Конвейер
5. Кюветы
6. Крепление кюветы к конвейерной ленте
7. Прикатывающий ролик
8. Источник проникающего излучения
9. Координатно-чувствительный детектор
10. Контроллер детектора
11. Отделяющее устройство
12. Шибер
13. Привод шибера
14. Приемник хвостового и коицентратного продуктов
15. Сито
16. Конвейер приемный сыпучего материала
17. Осушитель сыпучего материала
18. Бункер приемный сыпучего материала
19. Конвейер подъемный сыпучего материала
20. Блок возврата сыпучего материала
21. Сборник сыпучего материала
Данный способ обладает высокой селективностью сепарации, поскольку в тяжелой фракции кимберлитовых минералов алмаз обладает наименьшим показателем поглощения рентгеновского излучения. Способ некритичен к крупности минералов и позволяет обрабатывать широкие классы крупности, что дает возможность исключить из технологии операцию рассева на узкие классы крупности. Возможность извлекать алмазы независимо от наличия или отсутствия в них люминесценции дает возможность исключить контрольную операцию на хвостовых продуктах методом адгезионной сепарации. В итоге, использование данного способа позволяет повысить эффективность сепарации алмазов.
Способ сепарации минералов может использоваться как при «сухом» безводном обогащении, так и при обогащении влажных материалов. В последнем случае в качестве иммерсионной среды используют водную минеральную суспензию определенного состава или модифицированную рудную пульпу. Модифицирование рудной пульпы может производиться посредством введения в нее дополнительных наполнителей, например в виде тонкодисперсного магнетита.
Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит извлекать минералы, находящиеся внутри, на поверхности или снаружи куска вмещающей руды и увеличить выход неповрежденных кристаллов.
Источники информации
1. Патент Великобритании №1135232, GIA, G01N 23/12, 1968.
2. Патент Великобритании №2013335, G01N 23/00, 1979.
3. Патент Российской Федерации №2303495, В07С 5/342, 20.07.2007.
4. Патент Российской Федерации №2379130, В07С 5/342, 22.09.2008 (Прототип).