РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ СЕПАРАТОР МИНЕРАЛОВ

Предлагаемая полезная модель относится к области обогащения полезных ископаемых, содержащих в своем составе минералы, люминесцирующие под воздействием рентгеновского излучения, а именно к сепараторам для обогащения дробленого минерального материала крупных фракций, размер которых сравним с протяженностью зоны возбуждения - регистрации сепаратора. Предлагаемое техническое решение может быть реализовано как в сепараторах для крупных фракций на всех стадиях обогащения, так и в устройствах контроля продукции, например, алмазосодержащего сырья.
Люминесценция минералов включает, по крайней мере две компоненты: короткую, которая возникает одновременно с появлением рентгеновского излучения и гаснет практически сразу же после его пропадания, и длительную, которая разгорается во время облучения минерала рентгеновским излучением и постепенно гаснет в течение некоторого времени после окончания облучения. Кинетика разгорания - затухания люминесценции различна для различных минералов.
Для повышения селективности извлечения обогащаемого минерала в известных рентгенолюминесцентной сепараторах в качестве критерия разделения используют различные соотношения кинетических характеристик сигнала люминесценции, регистрируемых как во время воздействия возбуждающего излучения, так и после него.
1
2
Например, известно устройство, реализующее способ (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 - l и с задержкой относительно возбуждающего импульса - l, a разделение минералов производят, например, при выполнении соотношения
2
1
2
1
2
l/(l-l)<0,17. Значение короткой компоненты сигнала люминесценции определяют в этом устройстве вычитанием (l-l).
Однако при проведении таких измерений очень трудно получить минимально необходимую погрешность, что отрицательно сказывается на селективности извлечение минералов с помощью этого устройства.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является рентгенолюминесцентный сепаратор минералов (RU №2236311 С1, В07С 5/342, В03В 13/06, 20.09.2004.), содержащий транспортирующий механизм, источник импульсного возбуждения, фотоприемник, блок обработки сигналов люминесценции, выполненный в виде аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блок вычисления значения соотношения компонент люминесценции, выполненный в виде программируемого контроллера, и блок выработки команд с исполнительным механизмом. Выход фотоприемника соединен с первым входом АЦП, выход которого соединен по шине ввода - вывода с входом программируемого контролера, первый выход которого соединен со входом блока выработки команд исполнительного механизма. Для синхронизации работы систем сепаратора первый выход источника импульсного возбуждения соединен с первым входом программируемого контроллера и со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом программируемого контроллера. Фотоприемник может быть установлен со стороны падающего рентгеновского излучения или со стороны, противоположной падающему рентгеновскому излучению. Критерием для разделения алмазов и сопутствующих люминесцирующих минералов в сепараторе служит значение отношения суммарной интенсивности короткой и длительной компонент люминесценции, которая измеряется во время действия возбуждающего импульса, к интенсивности длительной компоненты люминесценции, измеряемой через заданное время после окончания возбуждающего импульса. Если полученное значение отношения меньше заданного порогового, то принимается решение о том, что минерал «полезный», а если больше порогового, то минерал считается «сопутствующим».
Сепаратор, использующий такой критерий разделения, может давать хорошие результаты по селективности 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 зоны возбуждения-регистрации в направлении движения материала, появляется эффект ложного обнаружения «полезного минерала». Рассмотрим этот эффект применительно к сопутствующему минералу, у которого значение критерия больше порогового. По мере движения минерала через зону возбуждения-регистрации измеряемое значение длительной компоненты люминесценции, в том числе на выходе АЦП, несколько нарастает, но значение критерия разделения (отношение компонент, определяемое контроллером по выходным данным АЦП) остается больше порогового значения. Поэтому минерал определяется как «сопутствующий». Но на выходе минерала из зоны возбуждения-регистрации интенсивность короткой компоненты резко падает, и значение критерия (отношения компонент) также уменьшается и становится меньше порогового. В результате при выходе минерала из зоны возбуждения-регистрации тот же самый минерал ложно определяется как «полезный» и по сигналу контроллера на блок выработки команд отделяется исполнительным механизмом в концентрат, что снижает селективность сепарации.
Техническим результатом предлагаемого полезной моделью решения является повышение селективности рентгенолюминесцентной сепарации минералов крупных классов за счет исключения ложного извлечения сопутствующих минералов и, как следствие, повышение содержания полезного минерала в концентрате (улучшение кондиции).
Достижение технического результата обеспечивает предлагаемый рентгено-люминесцентный сепаратор, содержащий транспортирующий механизм, источник импульсного возбуждения, фотоприемник, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок выработки команд с исполнительным механизмом, блок вычисления значения отношения компонент люминесценции, выполненный в виде программируемого контроллера, выход фотоприемника соединен с первым входом АЦП, выход которого соединен по шине ввода - вывода с входом программируемого контролера, первый выход которого соединен со входом блока выработки команд исполнительного механизма, при этом в сепаратор дополнительно введены блок памяти предыдущих значений отношения компонент люминесценции и устройство сравнения значения длительной компоненты люминесценции с заданным пороговым
значением, соединенные с шиной ввода - вывода программируемого контроллера, второй, третий четвертый, пятый и шестой выходы которого соединены, соответственно, со вторым входом устройства сравнения, с входом источника импульсного возбуждения, с управляющими входами чтения и записи блока памяти и со вторым входом АЦП, выход устройства сравнения соединен со вторым входом программируемого контроллера, при этом программируемый контроллер дополнительно снабжен возможностью определения знака разности между текущим значением отношения компонент люминесценции и значениями, хранящимися в блоке памяти.
В отличие от известного, в предлагаемый рентгенолюминесцентный сепаратор дополнительно введены блок памяти предыдущих значений отношения компонент люминесценции и устройство сравнения значения длительной компоненты люминесценции с заданным пороговым значением, соединенные с шиной ввода - вывода программируемого контроллера, второй, третий четвертый, пятый и шестой выходы которого соединены, соответственно, со вторым входом устройства сравнения, с входом источника импульсного возбуждения, с управляющими входами чтения и записи блока памяти и со вторым входом АЦП, выход устройства сравнения соединен со вторым входом программируемого контроллера, при этом программируемый контроллер дополнительно снабжен возможностью определения знака разности между текущим значением отношения компонент люминесценции и значениями, хранящимися в блоке памяти.
Фотоприемник в сепараторе может быть установлен со стороны падающего рентгеновского излучения или со стороны, противоположной падающему рентгеновскому излучению.
На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого сепаратора
На фиг.2 временные диаграммы:
13 - импульсов запуска источника импульсного возбуждения;
14 - импульсов запуска на втором входе АЦП;
15 - сигналов люминесценции на выходе фотоприемника (на первом входе АЦП) и напряжения порогового значения длительной компоненты сигнала люминесценции;
16 - сигналов на выходе устройства сравнения;
17 - импульсов записи на входах блока памяти;
18 - импульсов чтения на входах блока памяти;
19 - сигналов управления на блок выработки команд для исполнительного механизма.
Представленный на фиг.1 рентгенолюминесцентный сепаратор содержит бункер 1, транспортирующий механизм 2, источник 3 импульсного возбуждения с рентгеновской трубкой (на фиг.1 не показана), фотоприемник 4, АЦП 5, блок 6 выработки команд с исполнительным механизмом (например, пневмоэжектором), накопитель 7 концентрата, накопитель 8 хвостов, программируемый контроллер 9, шину 10 ввода-вывода, блок 11 памяти предыдущих значений отношения компонент люминесценции и устройство 12 сравнения значения длительной компоненты люминесценции с заданным пороговым значением. Транспортирующий механизм 2 может быть выполнен в виде наклонного лотка и/или вибропитателя. Фотоприемник 4 может быть установлен над потоком сепарируемого материала как со стороны падающего рентгеновского излучения, так и со стороны, противоположной падающему рентгеновскому излучению. Программируемый контроллер 9 выполняет функцию блока вычисления значения отношения компонент люминесценции. Выход фотоприемника 4 соединен с первым входом АЦП 5, выход которого соединен по шине 10 ввода-вывода с первым входом программируемого контроллера 9; с шиной 10 ввода-вывода соединены также блок 11 памяти и устройство 12 сравнения. Второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы программируемого контроллера 9 соединены, соответственно, со вторым входом устройства 12 сравнения, с входом источника 3 импульсного возбуждения, с управляющими входами чтения Rd и записи Wr блока 11 памяти, и со вторым входом АЦП 5. Выход устройства 12 сравнения соединен со вторым входом контроллера 9. Программируемый контроллер 9 снабжен возможностью определения знака разности между текущим значением отношения компонент люминесценции и значениями отношения, хранящимися в блоке 11 памяти.
Рентгенолюминесцентный сепаратор минералов, представленный на фиг.1, работает следующим образом. Перед началом работы в память программируемого контроллера 9 заносятся: пороговое (минимальное) значение длительной компоненты люминесценции полезного минерала (например, алмаза), интервал задержки для определения значения длительной компоненты, пороговое (максимальное) значение отношения компонент люминесценции полезного минерала (отношение значения суммы короткой и длительной компонент к значению длительной компоненты).
После включения питания сепаратора, программируемый контроллер 9 начинает выдавать с выхода 3 импульсы 13 (фиг.2) запуска на вход источника 3, который с помощью входящей в его состав рентгеновской трубки (РТ) формирует импульсы рентгеновского излучения. Транспортирующий механизм 2 непрерывно подает сепарируемый материал (например, алмазосодержащий) в зону возбуждения - регистрации, на которую падают импульсы излучения РТ.
2n
2n+1
2n+1
2n
2n+1
2n
2n+1
2n+1
Под воздействием рентгеновского излучения РТ возникает люминесценция алмазов и некоторых сопутствующих минералов. Оптический сигнал люминесценции попадает на вход фотоприемника 4 и электрический сигнал 15 (фиг.2) с его выхода поступает на первый вход АЦП 5, на второй вход которого поступают импульсы 14 (фиг.2) с выхода 6 программируемого контроллера 9. В моменты времени t=t, соответствующие концу импульса возбуждения, запуск АЦП 5 обеспечивает передачу в программируемый контроллер 9 суммарного значения интенсивности короткой и длительной компонент разгорания люминесценции. В моменты времени t=t, соответствующие задержке относительно конца импульса возбуждения на время (t-t) запуск АЦП 5 обеспечивает передачу в программируемый контроллер 9 значения длительной компоненты затухания люминесценции. По шине 10 данных коды значений суммы короткой и длительной компонент (разгорания) и коды значений длительной компоненты (затухания) поступают с выхода АЦП 5 на первый вход программируемого контроллера 9 и на вход устройства 12 сравнения. На второй вход устройства 12 сравнения с выхода 2 программируемого контроллера 9 поступает сигнал в виде кода порогового значения длительной компоненты. Его значение Uп в масштабе сигнала люминесценции показано на диаграмме 15 фиг.2. В случае, если код значения длительной компоненты сигнала люминесценции в момент времени t=t превышает код ее порогового значения Uп, на выходе устройства 12 сравнения вырабатывается сигнал 16 (фиг.2), длительностью достаточной для регистрации контроллером 9. Сигнал 16 поступает на второй вход программируемого контроллера 9. При поступлении сигнала 16 в программируемый контроллер 9, последний производит расчет отношения компонент по значениям выходного кода АЦП 5, полученным в моменты времени t=t и t=t, и записывает это значение в блок 11 памяти по шине 10 подачей с выхода 5 на вход блока 11 сигнала Wr записи (диаграмма 17 фиг.2). Если в момент времени t=t сигнал 16 отсутствует, то в блок памяти 11 записывается значение отношения равное нулю. После записи в блок 11 памяти текущего значения отношения, программируемый
контроллер 9 переходит к анализу возможного обнаружения полезного минерала. В анализе участвуют несколько критериев:
- если сигнал 16 отсутствует, т.е. в данном периоде возбуждения длительная компонента меньше порога, анализ прекращается и сигнал 19 (фиг.2) на блок 6 не выдается;
- если сигнал 16 присутствует, но значение отношения компонент в текущем периоде больше порогового значения, сигнал 19 (фиг.2) также не выдается;
- если сигнал 16 присутствует и значение отношения компонент в текущем периоде меньше его порогового значения, то программируемый контроллер 9 производит анализ «n» предыдущих (для определенности двух) значений отношения компонент люминесценции. Для этого контроллер 9 с выхода 4 дважды выдает сигнал чтения Rd (диаграмма 18 фиг.2), при этом по шине 10 из блока 11 памяти считываются «n» предыдущих (для определенности два) значений отношения компонент и программируемый контроллер 9 определяет знак разности между текущим значением отношения компонент и значениями, считанными из блока 11 памяти. Если знак разности во всех «n» случаях положительный, то на блок 6 выдается сигнал 19 (фиг.2), а если знак разности отрицательный, то сигнал 19 не выдается.
Рассмотрим теперь реакцию программируемого контроллера 9 на сигналы люминесценции после импульсов возбуждения 13 (фиг.2):
- После первого и второго импульсов возбуждения 13 сигнал длительной компоненты 15 меньше порога Uп и выходной сигнал устройства 12 сравнения отсутствует, сигнал 17 записывает в блок 11 памяти значение отношения компонент - нуль.
5
- После третьего импульса 13 в момент времени t сигнал 15 длительной компоненты больше порога Uп, поэтому с выхода устройства 12 сравнения на вход 2 программируемого контроллера 9 поступает сигнал 16. Контроллер 9 вычисляет значение отношения компонент люминесценции и записывает его импульсом 17 в блок 11 памяти. Затем контроллер 9 двумя импульсами 18 последовательно считывает из блока 11 памяти предыдущие значения отношений компонент. Поскольку эти отношения записаны нулями, знаки разности между текущим и предыдущими значениями - положительные. Все условия обнаружения полезного минерала выполнены. Контроллер 9 формирует сигнал 19 в блок 6. Если сигнал люминесценции «алмаза» наблюдается и после следующего импульса, его анализ не представляет
интереса, т.к. сигнал на его отделение в накопитель 7 концентрата уже сформирован.
- Реакция контроллера 9 на четвертый импульс возбуждения аналогична реакции на первый и второй (сигнал 15 люминесценции ниже порога Uп).
- После пятого импульса 13 возбуждения сигнал 15 длительной компоненты больше порога Uп - формируется сигнал 16, а значение отношения компонент люминесценции превышает заданный для него порог; сигнал 19 управления в блок 6 не формируется, но значение отношения записывается по сигналу 17 в блок 11 памяти.
- Реакция после шестого импульса аналогична реакции на пятый импульс - значение отношения компонент люминесценции превышает заданный для него порог, поэтому сигнал 19 не формируется, но значение отношения компонент по сигналу 17 записывается в блок 11 памяти.
- После седьмого импульса 13 возбуждения сигнал 15 длительной компоненты больше порога Uп - сигнал 16 формируется, значение отношения компонент люминесценции не превышает заданный для него порог (крупный минерал начинает выходить из зоны возбуждения - регистрации и интенсивность короткой компоненты люминесценции падает), но прочитанные из блока 11 памяти по сигналу 18 предыдущие значения отношения компонент превышают его текущее значение, поэтому определяемое значение разности между текущим и предыдущими имеет отрицательный знак. В результате, из-за невыполнения последнего условия обнаружения полезного минерала, сигнал 19 не формируется, и минерал попадает в накопитель 8 хвостов (ложного извлечения не происходит).
Таким образом, предлагаемый рентгенолюминесцентный сепаратор минералов обеспечивает достижение технического результата за счет учета знака изменения критерия разделения в течение всего времени присутствия минерала в зоне возбуждения - регистрации и исключения из рассмотрения сигналов, имеющих амплитуду длительной компоненты близкую к нулю.