Способ закрепления люминофорсодержащих композиций на поверхности алмазов
METHOD FOR SECURING PHOSPHOR-CONTAINING COMPOSITIONS ON THE SURFACE OF DIAMONDS

Изобретение относится к области нанесения жидкостей или текучих веществ на поверхности минералов для модифицирования их свойств, а именно к способам закрепления люминофоров на алмазах, и может быть использовано для детектирования алмазов рентгенолюминесцентным методом.
Известен способ закрепления люминофоров на поверхности алмазов, предусматривающий заполнение трещин в алмазах люминофорами под вакуумом, для чего люминофоры применяют в виде расплавов [Патент SU №121962 МПК G01N 21/87 от 19.11.1958, опубл. БИ №16, 1959 г.].
Данный способ не позволяет обеспечить детектирование алмазов, находящихся в руде или алмазосодержащих продуктах.
Известен способ нанесения люминофоров, предусматривающий нанесение на поверхность минералов люминесцирующих жидкостей. Люминесцентные жидкости обладают высокой проникающей способностью, повышенной интенсивностью свечения при облучении ультрафиолетовыми лучами, а также химической инертностью по отношению к испытуемому материалу [Карякин А.В., Боровиков А.С. Люминесцентная и цветная дефектоскопия. М.: Машиностроение, 1972, с. 229].
Данный способ не позволяет достичь прочного и селективного закрепления люминофоров на алмазах, находящихся в смеси минеральных зерен, и их последующего детектирования, поскольку не предотвращает закрепление люминофоров на поверхности сопутствующих минералов, что снижает эффективность сепарации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ закрепления люминофоров на поверхности алмазов, включающий приготовление композиции, содержащей органическую жидкость и люминофор на основе силиката цинка, и обработку смеси алмазов и сопутствующих минералов приготовленной композицией, [В.А. Чантурия и др. «Экспериментальное обоснование состава люминофорсодержащих композиций для извлечения нелюминесцирующих алмазов» // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 2019, №1, с. 128-136.] (прототип).
Указанный способ позволяет решить задачу нанесения на поверхность алмазов люминофоров, однако не позволяет достичь высокой селективности закрепления из-за одновременного закрепления люминофоров на сопутствующих минералах, что снижает эффективность последующего процесса детектирования алмазов при рентгенолюминесцентной сепарации.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности закрепления люминофоров на поверхности кристаллов алмазов, обеспечивающее избирательное детектирование слабо и аномально светящихся алмазов методом рентгенолюминесцентной сепарации.
Указанная цель достигается тем, что в способе закрепления люминофоров на поверхности алмазов сначала люминофор обрабатывают реагентом, повышающим его гидрофобность, в качестве которого используют водный раствор ксантогената калия или олеата натрия, а композицию готовят путем диспергирования обработанного люминофора в органической жидкости из ряда, включающего мазут флотский, керосин и дизельное топливо, и последующего дополнительного диспергирования в водной фазе, в качестве которой используют раствор гексаметафосфата натрия или тринитрийфосфата с образованием водоорганической эмульсии, содержащей конгломераты капель указанной органической жидкости и люминофора».
Закрепление люминофоров на поверхности алмазных кристаллов в смеси минеральных зерен приводит к модифицированию спектрально-кинетических характеристик алмазов и их эффективному детектированию методом рентгенолюминесцентной сепарации. Выбор состава органических фаз, применяемых в люминофорсодержащей композиции, определяется задачей придания люминофорсодержащим композициям способности целенаправленно закрепляться на определенной минеральной поверхности - на кристаллах алмазов. В качестве люминофоров используют как органические, так и неорганические соединения сцинтилляторов, например люминофор ФЛ-530, представляющий собой силикат цинка, активированный марганцем, обеспечивающие направленное изменение спектрально-кинетических характеристик алмазов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема приготовления и закрепления люминофорсодержащей композиции на поверхности алмаза.
На схеме приготовления и закрепления люминофорсодержащей композиции на поверхности алмаза показано: 1 - диспергирование органической жидкости (О) и люминофоров (Л) в воде; 2 - образование конгломератов капель органической жидкости и зерен люминофоров; 3 - закрепление капель органической жидкости с люминофорами на кристаллах алмаза (А)
Обработка перед приготовлением композиции люминофора реагентами, повышающими его гидрофобность, обеспечивает преимущественное закрепление люминофора в органической жидкости. Диспергирование люминофорсодержащей композиции в водной фазе с образованием водоорганической эмульсии, содержащей агрегаты капель органической жидкости и люминофоров обеспечивает последующее закрепление люминофоров на поверхности алмазов по механизму, представленному на чертеже. В качестве реагентов, повышающих гидрофобность люминофора, применяют водные растворы ксантогената калия или олеата натрия. Эффективность применения, например, изопропилового ксантогената подтверждается данными таблицы 1, показывающими увеличение устойчивости конгломератов капель органической жидкости и зерен люминофоров (по доле удерживаемого в ДТ люминофора) и возможность достижения конечной цели - повышения эффективности закрепления люминофоров на поверхности кристаллов алмазов.
Диспергирование люминофора в органической жидкости из ряда, включающего мазут флотский, керосин и дизельное топливо и последующее дополнительное диспергирование в водной фазе, в качестве которой используют раствор гексаметафосфата натрия или тринитрийфосфата с образованием водоорганической эмульсии, содержащей конгломераты капель указанной органической жидкости и люминофора обеспечивает повышение эффективности взаимодействия органической жидкости с гидрофобизированными люминофорами и обеспечивает селективный режим закрепления, при котором вследствие конкуренции фаз органической жидкости и водного раствора происходит преимущественное закрепление конгломератов капель органической жидкости и люминофоров на алмазах.
Применение в качестве органической жидкости реагентов из ряда: мазут флотский, керосин и дизельное топливо, склонных к адгезионному взаимодействию с поверхностью алмазов и обработанных люминофоров, с одной стороны обеспечивает прочное закрепление люминофорсодержащих композиций на алмазах за счет содержащихся в нем 18-20% циклических углеводородов и нефтяных масел, а с другой стороны - обеспечивает удаление люминофоров с поверхности алмазов при их сушке, необходимой перед использованием определенных конструкций рентгенолюминесцентных сепараторов.
Как видно из данных таблиц 2 и 3 использование органической жидкости реагентов из ряда: мазут флотский, керосин и дизельное топливо наиболее эффективно и обеспечивает эффективность закрепления до 87,5%, (таблица 2).
Использование в качестве водной фазы растворов гекс аметафосфата натрия или тринатрийфосфата, обеспечивает наилучшие по эффективности закрепления и селективности (разности эффективности закрепления на алмазах и сопутствующих минералах) показатели закрепления люминофоров на алмазах и результаты их последующего детектирования методом рентгенолюминесцентной сепарации (разность эффективности закрепления 60-70%, таблица 3).
Способ реализуется следующим образом.
Для закрепления люминофоров и последующего детектирования несветящихся кристаллов алмазов методом рентгенолюминесцентной сепарации используют обработку алмазосодержащих минеральных смесей композициями с люминофорами на основе силиката цинка, особенностью которых является способность создавать характерное свечение под действием рентгеновского излучения.
Предварительно проводят обработку люминофора на основе силиката цинка реагентами, повышающими гидрофобность. В качестве реагентов, повышающих гидрофобность люминофора, применяют водные растворы ксантогената калия или олеата натрия. Концентрация растворов реагентов, время обработки и температура выбираются в соответствии со свойствами применяемых люминофоров. Так для люминофора ФЛ-530 (активированный марганцем ортосиликат цинка) целесообразно использовать изопропиловый ксантогенат калия или олеат натрия при концентрации 0,1-0,5 г/л.
Согласно второй операции способа проводят диспергирование люминофора в органической жидкости. Для диспергирования применяют механические или ультразвуковые диспергаторы. Время обработки не превышает 1 мин.
Согласно третьей операции способа проводят дополнительное диспергирование органической жидкости с люминофорами в водной фазе с образованием водоорганической эмульсии, содержащей конгломераты капель органической жидкости и люминофоров. Для диспергирования применяют механические или ультразвуковые диспергаторы. Время обработки не превышает 1 мин. В водную фазу предварительно подают гексаметафосфат натрия или тринатрийфосфат. Концентрация реагентов (2-3 г/л) определяется видом применяемого люминофора и типов минералов, содержащихся в алмазосодержащем продукте.
Согласно четвертой операции способа проводят обработку алмазосодержащих минеральных смесей люминофорсодержащими композициями, при которой конгломераты капель органической жидкости и люминофоров селективно закрепляются на поверхности алмазов. Время обработки не превышает 1 мин. После обработки алмазосодержащих минеральных смесей избыток водоорганической эмульсии удаляется на сетчатой поверхности и, при необходимости, проводится промывка алмазосодержащей минеральной смеси водой.
Обработка алмазосодержащих минеральных смесей композициями, содержащими индикаторные люминофоры с избирательными свойствами, селективно закрепляющимися на поверхности алмазного кристалла и обладающими требуемой формой сигнала, и длительностью свечения обеспечивает эффективное избирательное детектирование алмазов в минеральной смеси методом рентгенолюминесцентной сепарации. Закрепление люминофоров посредством легко испаряющихся углеводородов из ряда: мазут флотский, керосин, дизельное топливо, обеспечивает при необходимости их быстрое удаление с поверхности алмаза.
Описанный в заявке способ и технология не требует кардинальных изменений схемы рентгенолюминесцентного сепаратора и характеризуется применением дешевых отечественных компонентов, простотой и экологической безопасностью использования.
Пример.
Разработанный способ был апробирован для обработки смеси алмазов и минералов кимберлита, извлеченных из концентрата тяжелосредной сепарации алмазосодержащего сырья. Согласно предлагаемого способа была проведена гидрофобизация люминофора ФЛ-530 раствором изопропилового ксантогената калия, при этом в качестве органической жидкости использовали дизельное топливо, а при приготовлении водоорганической эмульсии был использован раствор тринатрийфосфата при концентрации более 2 г/л. Режим подготовки минеральной смеси к рентгенолюминесцентной сепарации включал обработку алмазов и сопутствующих минералов в люминофорсодержащей водоорганической эмульсии в течение 1 мин, отделение эмульсии, промывку пробы минеральной смеси и ее диагностику в сепараторе «Полюс - М».
Для оценки поведения сопутствующих минералов были проведены исследования на предварительно подготовленных минеральных фракциях, которые содержали флогопит, циркон, оливин, пироп, лейкократовую породу, халькопирит и пирит. Обобщение результатов исследования изменения спектрально-кинетических характеристик алмазов и сопутствующих минералов после обработки люминофорсодержащими эмульсиями показали, что количество закрепившейся люминофорсодержащей композиции и, соответственно, значения амплитуд сигналов рентгенолюминесценции на алмазах в 1,8-7 раз выше, чем на сопутствующих минералах (таблица 4).
3
К
МК
При проведении испытаний алмазы изменяли значения свертки (Sν), времени запаздывания (τ), соотношения компонент сигнала рентгенолюминесценции (К), амплитуды медленной компоненты (А), таким образом, что обеспечило обнаружение аномально и слабо люминесцирующих алмазов (таблица 4) из минеральной смеси. Наилучшие результаты для аномально светящихся (синтетических) алмазов были получены с использованием эмульсии с концентрацией раствора гексаметафосфата натрия 2 г/л (режим 1). Для слабо люминесцирующих алмазов (окрашенных) наиболее эффективной оказалась эмульсия с концентрацией тринатрийфосфата в водной фазе более 2 г/л (режим 2).
Способ закрепления люминофорсодержащих композиций на поверхности алмазов обеспечил селективное отделение ранее не детектируемых и не извлекаемых методом рентгенолюминесцентной сепарации алмазов с аномальной и слабой светимостью от сопутствующих минералов.
Результаты проверки разработанного способа в условиях укрупненных лабораторных испытаний показали, что использование выбранных режимов закрепления люминофоров на поверхности алмазных кристаллов обеспечило их полноценное избирательное детектирование в обработанной смеси алмазов и сопутствующих минералов и извлечение методом рентгенолюминесцентной сепарации.