РЕНТГЕНОВСКИЙ СЕПАРАТОР МИНЕРАЛОВ

Предлагаемая полезная модель относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно, к устройствам для разделения минерального сырья на обогащаемый и хвостовой продукты, использующим вторичное излучение, возникающее в обогащаемых минералах под воздействием возбуждающего излучения для их обнаружения. Такой сепаратор может быть использован на всех стадиях обогащения минералов, например, алмазосодержащего сырья.
Одна из важных систем сепаратора - транспортная система, обеспечивающая дозированную подачу исходного материала и, таким образом, регулировку производительности сепаратора.
Известны по крайней мере три способа регулирования производительности сепаратора: с использованием свободного падения материала через отверстие с переменным сечением [1], с использованием ленточного транспортера с переменной скоростью движения ленты [2], с использованием наклонного лотка с вибропитателем [3]. Последний способ наиболее широко применяется в отечественных и зарубежных сепараторах.
Эти сепараторы работают с одной заранее заданной при запуске производительностью. При этом изменение производительности обеспечивается вручную.
Наиболее близким аналогом предлагаемому рентгеновскому сепаратору является сепаратор, содержащий наклонный лоток с вибропитателем для подачи исходного материала в зону обнаружения, систему обнаружения обогащаемого минерала, систему управления сепаратором, включающую задатчик уставки производительности и сетевой синхронизатор, и исполнительное устройство для выделения обогащаемого минерала из исходного материала [3]. Система обнаружения полезного минерала выполнена в виде импульсного источника рентгеновского излучения для возбуждения люминесценции минералов, блока фотоприемных устройств для измерения интенсивности люминесценции и блока обработки сигналов люминесценции минералов согласно заданному критерию разделения и выработки команды на исполнительное устройство. Исполнительное
устройство выполнено виде пневмоотсекателя. Вибропитатель, электрически соединенный с источником импульсного напряжения, содержит катушку с подвижным магнитным (железным) сердечником, с которым механически с помощью пружин связан наклонный лоток. Конструкцию вибропитателя обычно строят таким образом, чтобы собственная частота колебательной системы превышала частоту вынужденных колебаний. Для упрощения схемы управления частоту вынужденных колебаний выбирают равной частоте питающей сети (например, 50 Гц), либо ей кратной (100 Гц). Система управления синхронизируется частотой питающей сети с помощью сетевого синхронизатора.
При подаче питания в системе лоток - катушка возникают вынужденные механические колебания. Регулирование производительности осуществляется изменением тока в катушке в соответствии со ступенчатой или плавной уставкой производительности.
Использование вибропитателя для подачи исходного материала приводит к нарушению стабильности производительности из-за зависимости амплитуды колебаний от внешних факторов. В первую очередь, это изменение напряжения питающей сети и изменение количества (массы) материала на лотке питателя, а также изменение характеристик подвижной системы в процессе эксплуатации. Такой сепаратор работает с одной заранее заданной при запуске производительностью. Регулировку производительности в этом сепараторе можно обеспечить только вручную, изменяя через систему управления сепаратором уровень напряжения на задатчике уставки. При использовании сепаратора на современных обогатительных фабриках, где вся технологическая линия охвачена автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП), ручная регулировка производительности является его существенным недостатком. Кроме того, при большом содержании обогащаемого минерала в исходном материале отсутствие автоматического регулирования производительностью сепаратора в реальном времени приводит к аварийным остановкам его работы или к уменьшению извлечения обогащаемого минерала.
Предлагаемая полезная модель решает задачу автоматического регулирования производительности сепаратора в реальном времени за счет стабильного поддержания заданной производительности независимо от влияния внешних факторов, таких как изменение напряжения питающей сети, изменение массы материала на лотке, изменение механических характеристик во времени.
Кроме того, эта полезная модель позволяет поддерживать производительность сепаратора на уровне, обеспечивающем высокое извлечение обогащаемого минерала при различной кондиции исходного материала.
Поставленную задачу решает рентгеновский сепаратор минералов, содержащий наклонный лоток с вибропитателем для подачи исходного материала в зону обнаружения, систему обнаружения полезного минерала, систему управления сепаратором, включающую задатчик уставки производительности и сетевой синхронизатор, и исполнительное устройство для выделения обогащаемого минерала из исходного материала, при этом в него введены закрепленный на лотке датчик амплитуды вибрации вибропитателя, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микропроцессор (МП), причем выход датчика соединен со входом АЦП, выход которого подключен к первому входу МП, выход сетевого синхронизатора соединен со вторым входом МП, а выход задатчика уставки производительности соединен с третьим входом МП, выход МП соединен с катушкой вибропитателя.
В отличие от известного, в предлагаемый сепаратор введены закрепленный на лотке датчик амплитуды вибрации вибропитателя, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микропроцессор (МП), причем выход датчика соединен со входом АЦП, выход которого подключен к первому входу МП, выход сетевого синхронизатора соединен со вторым входом МП, а выход задатчика уставки производительности соединен с третьим входом МП, выход МП соединен с катушкой вибропитателя.
Кроме того, для обеспечения высокого извлечения обогащаемого минерала при различной кондиции исходного материала в систему управления сепаратором может быть дополнительно введено средство контроля числа срабатываний исполнительного устройства и/или числа обнаружений полезного минерала, выход которого подключен к входу задатчика уставки.
На фиг.1 представлен один из вариантов структурной схемы предлагаемого рентгеновского сепаратора минералов.
На фиг.2 представлены временные диаграммы сигналов.
Представленный на фиг.1 рентгеновский сепаратор минералов содержит наклонный лоток 1, закрепленный на лотке 1 датчик 2 амплитуды вибрации механически соединенного с лотком 1 вибропитателя 3, систему 4 обнаружения обогащаемого минерала (на фиг.1 не обозначен) в исходном материале 5, систему 6 управления сепаратором, выпрямитель 7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, микропроцессор (МП) 9, усилитель мощности 10 и исполнительное
устройство 11 для выделения обогащаемого минерала из исходного материала 5. Система 6 управления сепаратором включает сетевой синхронизатор 12, задатчик 13 производительности и средство 14 контроля числа срабатываний исполнительного устройства 11. Выход системы 4 обнаружения соединен с входом средства 14 контроля числа срабатываний системы 6 управления сепаратором, выход которой соединен с входом исполнительного устройства 11. Выход датчика 2 амплитуды вибрации соединен через выпрямитель 7 с входом АЦП 8, выходная шина которого соединена поразрядно с первой группой входов МП 9, вторая группа входов которого соединена поразрядно с выходом задатчика 13 производительности, а третий вход МП 9 соединен с выходом синхронизатора 12. Выход МП 9 соединен с входом усилителя 10 мощности, выход которого подключен к катушке вибропитателя 3. Выход средства 14 контроля числа срабатываний соединен с входом задатчика производительности.
Сепаратор минералов, представленный на фиг.1, работает следующим образом.
До включения подачи материала 5 на вторую группу входов МП 9 поступает поразрядно двоичный код производительности от задатчика 13, а на третий вход - сигнал в виде коротких импульсов от сетевого синхронизатора 12, совпадающих во времени с переходом питающего сетевого напряжения через ноль (фиг.2а). Сигнал от датчика 2 амплитуды вибрации отсутствует. При включении подачи материала 5 от МП 9 на усилитель 10 мощности и далее на катушку вибропитателя 3 начинают поступать широтно-модулированные импульсы управления, синхронизированные с питающей сетью с помощью синхронизатора 12 (фиг.2б). Одновременно на выходе датчика 2 появляется сигнал близкой к синусоиде формы, амплитуда которого пропорциональна амплитуде вибрации (фиг.2в). Этот сигнал выпрямляется выпрямителем 7 и напряжение, пропорциональное амплитуде вибрации, поступает на аналоговый вход АЦП 8. На выходной шине АЦП 8 формируется цифровой код амплитуды вибрации, который поступает на первую группу входов МП 9. В МП 9 производится усреднение значений амплитуды за несколько (для определенности - 8) периодов и сравнение усредненного кода амплитуды вибрации с кодом уставки, поступающим от задатчика 13 на вторую группу входов МП 9. До тех пор, пока код амплитуды вибрации остается меньше кода уставки, МП 9 ступенчато увеличивает длительность импульсов управления (фиг.2б). Число таких ступеней для определенности принято 256 на весь диапазон регулирования (четверть периода частоты вибрации),
что обеспечивает квазиплавное регулирование амплитуды вибрации. Время перехода от одной ступени к другой определяет постоянную времени регулирования и принято в данном случае - 16 мс.
После того, как код уставки от задатчика 13 сравняется с усредненным кодом амплитуды вибрации, МП 9 переходит в режим стабилизации. Например, если самопроизвольно изменилось напряжение питания катушки вибропитателя 3, это вызывает уменьшение амплитуды вибрации лотка 1 (и производительности сепаратора). Соответственно, уменьшается амплитуда сигналов датчика 2 (фиг.2в), напряжение на входе АЦП 8, выходной код АЦП 8, поступающий на первую группу входов МП 9. Реагируя на уменьшение кода амплитуды, МП 9 увеличивает длительность управляющего импульса на усилителе 10 мощности (УМ) одной или последовательно несколькими ступенями (1/256 диапазона), следующими через 16 мс, что увеличивает амплитуду вибрации лотка 1, компенсируя таким образом уменьшение питающего напряжения. Сходным образом, по изменению амплитуды сигналов датчика 2 отрабатывается влияние на амплитуду вибрации любых других перечисленных выше факторов. Таким образом, технический эффект от введения в рентгеновский сепаратор датчика 2 вибрации, АЦП 8 и МП 9 состоит в автоматическом поддержании амплитуды колебаний лотка 1 и, следовательно, производительности рентгеновского сепаратора минералов на уровне, который устанавливается задатчиком 13 в системе управления 6.
Обогащаемые минералы, содержащиеся в движущемся по лотку 1 исходном материале 5, люминесцируют при прохождении через зону обнаружения (на фиг.1 не обозначена). Эта люминесценция обнаруживается средствами системы 4 обнаружения и сигналы обнаружения в виде импульсов поступают на вход системы 6 управления. По этим сигналам система 6 управления формирует импульсы управления на исполнительное устройство 11, выполненное, например, в виде электромагнитного пневмоклапана, который струей сжатого воздуха отделяет (отсекает) обогащаемый минерал из потока исходного материала 5 в концентратный отсек (на фиг.1 не показан). Остальной материал уходит в «хвосты» или на повторную переработку.
Если исходный материал 5 содержит большое количество обогащаемых минералов, то может произойти нарушение условий оптимального обнаружения в системе 4 обнаружения или наложение срабатываний из-за перегрузки исполнительного устройства 11, что, в свою очередь, может привести к пропуску обогащаемых минералов. В предлагаемом сепараторе при возрастании числа срабатываний
исполнительного устройства 11 в единицу времени больше заданного значения (например, больше 15 в секунду), с выхода средства 14 контроля подается соответствующий сигнал на вход задатчика 13, который изменяет (уменьшает) уставку производительности задатчика 13 на предусмотренную величину (например, на один бит кода задатчика 13). Амплитуда напряжения с выхода датчика 2, преобразованная в код АЦП 8, превысит в этом случае код задатчика 13. Сравнивая эти коды, МП 9 начнет уменьшать длительность управляющих импульсов (фиг.2б), поступающих на УМ 10 и далее на вибропитатель 3. Изменение производится ступенями, как описано выше. Амплитуда вибрации лотка 1 падает, соответственно уменьшается производительность до значения, когда система 4 обнаружения и исполнительное устройство 11 обеспечивают уверенное извлечение всех обогащаемых минералов. При снижении концентрации обогащаемых минералов в материале 5 средство 14 контроля числа срабатываний восстанавливает (увеличивает) уставку задатчика 13 и производительность сепаратора возрастает до ранее установленной величины. Таким образом, введение датчика 2, АЦП 8 и МП 9 с их связями и цепи управления уставкой задатчика 13 при помощи средства 14 контроля числа срабатываний исполнительного устройства 11 позволило регулировать производительность рентгеновского сепаратора минералов адаптивно по отношению к частоте срабатываний или, иными словами, к кондиции материала. Это обеспечивает стабильное высокое качество извлечения полезных минералов.
Предлагаемая полезная модель может быть осуществлена, например, на базе люминесцентных сепараторов, используемых при обогащении в алмазодобывающей промышленности. В частности, на базе сепаратора ЛС-ОД-4-04Н [3].
В качестве датчика 2 амплитуды вибрации может быть использован модуль ADXL-190 EM1 фирмы Analog Devices [4].
В качестве микропроцессора 9 может быть использована микросхема PIC16F877 фирмы Microchip [5]. АЦП 8 интегрирован в составе указанной микросхемы.
Выпрямитель 7 может быть выполнен, например, как описано в [6].
УМ 10 может быть выполнен на основе силового тиристора (симистора) BT139F800 фирмы Philips [7].
Таким образом, предлагаемый рентгеновский сепаратор минералов обеспечивает автоматическое регулирование производительности сепаратора в реальном времени как для устранения влияния внешних факторов и, соответственно,
поддержания заданной производительности, так и в случае изменения содержания обогащаемых минералов в исходном материале, что обеспечивает их высокое извлечение. Достигнутый результат позволяет эффективно использовать такой сепаратор в АСУ ТП обогатительных фабрик.
Источники информации:
1. Устройство для сортировки зерна. JP, №3356922, В2, В 07 С 5/02, 16.12.2002.
2. Способ и устройство для сортировки минерального сырья с помощью рентгеновского излучения. US, 5236092, А, В 05 С 5/02, 17.08.1993.
3. Рентгенолюминесцентный сепаратор ЛС-ОД-4-04Н. Технические условия ТУ 4276-051-00227703-2003.
4. http//www.analog.com. Сайт фирмы Analog Devices (США).
5. http//www.rnicrochip.com. Сайт фирмы Microchip Tech. (США).
6. В.А.Прянишников. Электроника. Курс лекций С-Пб "КОРОНА принт" 1998, с.263.
7. http//www.semiconductors.Philips.com. Сайт фирмы Philips (США)/