СПОСОБ СЕПАРАЦИИ АЛМАЗОВ
METHOD OF SEPARATING DIAMONDS

Заявляемое изобретение относится к области добычи полезных ископаемых, а именно к рентгеновским способам обогащения различных пород полезных ископаемых, и может быть использовано при сепарации алмазосодержащей породы.
Известен способ сепарации алмазосодержащей породы (Авдеев С.Е., Махрачев А.Ф., Казаков Л.В., Левитин А.И., Морозов В.Г. Рентгенолюминесцентные сепараторы ОАО «НПП «Буревестник» - аппаратурная основа российской технологии обогащения алмазосодержащего сырья. Горный журнал. 2005. №7) при котором обогащаемая порода в виде монослойного потока отдельных частиц определенного технологического класса крупности двигается на ленте транспортера. Участок породы на всю ширину ленты облучается пучком рентгеновского излучения, под воздействием излучения алмазы, содержащиеся в данном участке породы, флуоресцируют. Возникающее флуоресцентное излучение (оптического диапазона) регистрируется с помощью детектора на основе фотоэлектронного умножителя, который включает механизм сброса алмазосодержащего участка породы в накопитель.
Данный способ обладает рядом недостатков, а именно:
1. При неблагоприятном расположении отдельного алмаза по отношению к другим частицам породы происходит уменьшение интенсивности флуоресцентного излучения до значений, меньших чем порог чувствительности детектора.
2. Значительная часть алмазов не флуоресцируют под воздействием рентгеновского излучения.
Известен также рентгеновский способ сепарации, являющийся прототипом заявляемого способа, при котором анализируется теневое рентгеновское изображение участка монослойного потока породы на движущейся ленте транспортера (Патент РФ на изобретение №2379130. «Способ сепарации минералов». Миронов В.П., опубл. 20.01.2010, МПК В07С 5/342, заявл. 2008137876/12 от 22.09.2008).
cp
С этой целью регистрируется распределение интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через участок породы, с помощью линейного (однокоординатного) рентгеночувствительного детектора. Полученное рентгеновское изображение представляет собой совокупность пятен (теней) от отдельных частиц породы различной яркости (плотности почернении). Алмазы обладают меньшим атомным номеров (Z=6) по сравнению с другими составляющими алмазосодержащей породы (Z=11) и меньше ослабляют рентгеновское излучение. Поэтому изображение алмаза в общем случае имеет меньшую плотность почернения на изображении участка потока породы.
Данный способ частично устраняет недостатки способа-аналога, так как позволяет сепарировать нелюминесцирующие алмазы, но обладает недостаточно высоким извлечением.
Как известно, помимо атомного номера вещества породы на величину ослабления интенсивности рентгеновского излучения влияет также толщина частицы породы d
d
где I - интенсивность излучения, прошедшего через частицу породы;
o
I - интенсивность излучения, падающего на породу;
µ(Z, Е) - коэффициент ослабления излучения, зависящий от атомного номера вещества (Z) и энергии излучения (Е);
d - толщина частицы породы.
Поэтому в пределах одного технологического класса крупности
алмазосодержащей породы могут встречаться алмазы и отдельные частицы породы, например чешуйки слюды, для которых произведения коэффициента ослабления на толщину будут равны.
В этом случае плотность почернения изображений алмаза и частицы породы одинакова, что приводит к ложным срабатываниям и обуславливает в целом невысокую эффективность сепарации.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности сепарации за счет повышения извлечения независимо от диапазона толщин отдельных частиц породы в технологическом классе крупности.
Для получения указанного технического результата, в способе сепарации алмазов, включающем в себя транспортировку алмазосодержащей породы в виде монослойного потока отдельных частиц, облучение породы рентгеновским излучением, регистрацию распределения интенсивности излучения, прошедшего через участок потока породы, определение характеристики алмазов и отделение алмазов по величине характеристики, облучение породы осуществляют двумя узкими последовательно расположенными моноэнергетичными пучками излучения, энергии которых не равны друг другу, а распределение интенсивности излучения каждого пучка, прошедшего через один и тот же участок потока породы, регистрируется с помощью двух последовательно расположенных линейных рентгеночувствительных детекторов, при этом каждый из детекторов регистрирует излучение только от соответствующего ему пучка излучения, а максимум спектральной чувствительности каждого их детекторов равен энергии соответствующего ему пучка излучения, причем в качестве характеристики алмаза используется частное от деления натурального логарифма отношения интенсивности излучения, прошедшего через алмаз, к интенсивности излучения, прошедшего мимо алмаза и любой другой частицы породы, одного пучка излучения, к натуральному логарифму отношения интенсивности излучения, прошедшего через этот же алмаз, к интенсивности излучения, прошедшего мимо алмаза и любой другой частицы породы, другого пука излучения.
Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг.1 представлена рентгенооптическая схема заявляемого способа сепарации алмазов, на фиг.2 - спектральные зависимости линейного коэффициента ослабления рентгеновского излучения, на фиг.3. - спектры излучения трубок с медной (25 кВ, без фильтра) и серебряной (40 кВ, фильтр - А103, мм) мишенями, на фиг.4 - структурная схема устройства реализующего способ сепарации алмазов, на фиг.5 - результаты обработки изображения участка потока алмазосодержащей породы двухэнергетичным способом.
Предлагаемый способ основан на следующих расчетах.
В соответствии с рентгенооптической схемой предлагаемого способа сепарации (фиг.1) и выражением (1) можно получить зависимость интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через одну и ту же частицу алмазосодержащей породы, от двух моноэнергетичных источников излучения при последовательном движении породы на ленте транспортера.
1
Для источника излучения с энергией E
,
1
1
где I(E) - интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего только через ленту транспортера, от первого источника излучения;
o
1
I(E) - начальная интенсивность рентгеновского излучения, попавшего на ленту транспортера, от первого источника;
t
1
1
µ(E) - коэффициент ослабления рентгеновского излучения материалом ленты при энергии квантов излучения E;
t - толщина ленты.
,
2
1
где I(E) - интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего через ленту и частицу породы, от первого источника;
k
1
µ(E) - коэффициент ослабления рентгеновского излучения частицей породы;
d - толщина частицы породы.
2
Для источника излучения с энергией Е
1
2
где I(E) - интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего только через ленту транспортера, от второго источника излучения;
o
2
I(E) - начальная интенсивность рентгеновского излучения, попавшего на ленту транспортера, от второго источника излучения;
1
2
2
µ(Е) - коэффициент ослабления рентгеновского излучения материалом ленты при энергии квантов излучения E.
2
2
где I(Е) - интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего через ленту и частицу, от второго источника излучения;
o
2
I(E) - начальная интенсивность рентгеновского излучения, попавшего на ленту транспортера, от второго источника излучения.
1
2
Путем последующих преобразований можно получить выражение для отношения коэффициентов ослабления рентгеновского излучения каждой частицей алмазосодержащей породы для квантов излучения с энергией E и Е независимо от толщины частицы d, так называемую характеристику вещества породы R.
1
2
Поскольку зависимости коэффициентов ослабления от энергии квантов излучения для всех веществ алмазосодержащей породы известны (фиг.2), выражение (3) однозначно характеризует вещество любой частицы породы, в том числе алмаза. Для обеспечения максимального извлечения алмазов решающее значение имеет выбор энергии источников излучения E и Е.
Анализ кривых, представленных на фиг.2, позволяет сделать вывод о том, что наиболее резкая зависимость коэффициента ослабления рентгеновского излучения веществом алмазосодержащей породы от энергии квантов рентгеновского излучения наблюдается в низкоэнергетичной области спектра излучения, примерно от 20 кэВ и ниже. Кванты с энергией менее 5 кэВ практически полностью поглощаются конструктивными элементами источника излучения (в данном случае рентгеновской трубки), материалом ленты транспортера, а также рассеиваются на воздухе и так далее. Поэтому величину энергии моноэнергетичного источника излучения целесообразно выбирать в диапазоне 5-20 кэВ.
Как известно, конкретное значение энергии отдельных линий спектра рентгеновской трубки (характеристического спектра) определяется материалом мишени трубки. В указанном диапазоне энергии квантов наиболее подходящими являются медная и серебряная мишени, значения энергии линий Кα-излучения которых составляют соответственно 8 и 22 кэВ (фиг.3). При указанных значениях энергии отношение коэффициентов ослабления излучения для алмаза составит R=0,71, для частиц породы R=0,54. Большая разница между значениями характеристик алмаза и частиц породы позволяет гарантировать выделение отдельных алмазов из алмазосодержащей породы независимо от их конечных размеров. При этом минимальный размер алмаза ограничивается лишь разрешающей способностью рентгеночувствительного детектора и экономической целесообразностью их добычи.
Предлагаемый способ реализуется с помощью устройства (фиг.4), в состав которого входят: бункер 1 для алмазосодержащей породы, транспортирующий механизм (траспортер) 2, два источника рентгеновского излучения 3, 4, два рентгеночувствительного детектора 5, 6, блок обработки информации 7, механизм сброса 8 и накопитель 9.
Из бункера 1 транспортирующим механизмом 2 алмазосодержащая порода 10 монослоем последовательно подается сначала в зону облучения и регистрации канала №1, состоящего из источника излучения 3 и детектора 5, затем - канала №2, состоящего из источника излучения 4 и детектора 6. Блок обработки 7 с помощью специальной компьютерной программы «определяет» характеристику каждой частицы алмазосодержащей породы. При совпадении численного значения характеристики частицы с численным значением характеристики алмаза механизм сброса 8 направляет выделенный алмаз 10 в накопитель 9.
На фиг.5 показаны результаты обработки изображений одного и того же участка породы - кимберлита, полученных с помощью каналов №1 и №2. Изображения получены при спектральном составе излучения источников, соответствующем фиг.3. Технологический класс крупности породы -10+5, в качестве имитаторов алмазов используются фрагменты фторопластовой пластины произвольной формы и соответствующего размера.
Светлыми пятнами отмечены частицы породы, характеристика которых соответствует характеристике материала имитаторов алмазов для указанных энергий. Характеристика частиц в алмазосодержащей породе, определяемая заявляемым способом, в отличие от всех методов рентгеносепарации зависит только от эффективного атомного номера вещества. Поэтому предлагаемый способ позволяет исключить технологическую операцию предварительной сортировки породы на узкие классы крупности.