СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОБ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ КУСКОВОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ СОРТИРОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для отработки рациональных параметров кусковой люминесцентной сортировки для различных типов руд (например, шеелитсодержащих).

Широко известны и описаны рядом авторов методы статического исследования образцов проб на возможность использования технологии кусковой люминесцентной сортировки. Так, например, методика кусковых исследований шеелитсодержащих руд помощью люминесцентной лампы (патент РФ 2465459). В процессе технологического картирования дополнительно проводятся кусковые исследования предварительной оценки распределения полезного минерала (шеелита) по поверхности кусков (классов крупности) с помощью люминесцентной лампы. При этом куски разбиваются на четыре группы. Куски горной массы в каждой группе отличаются по уровню люминесценции:

1. Слабая люминесценция отдельных зерен.

2. Интенсивная люминесценция на одной из сторон куска (дисперсное распределение полезного минерала по поверхности).

3. Равномерная, слабая люминесценция по всей поверхности кусков.

4. Равномерная, интенсивная люминесценция по всей поверхности кусков.

В результате исследований определяется содержание WO₃ в кусках каждой группы и обосновывается целесообразность (нецелесообразность) выделения кусков группы при сепарации в обогащенный продукт. Для решения задачи избирательного выделения при сепарации кусков отдельных групп в обогащенный продукт обосновываются режимы облучения и регистрации полезных сигналов, а также алгоритм обработки сигналов люминесценции. Данные исследования имеют весьма важное значение для выработки конечного результата по структуре обогащенного и хвостового продуктов сепарации, т.е. решается весьма важная задача обоснования, какие по качеству куски должны попадать в обогащенный и хвостовой продукты. В то же время данные исследования не дают ответ по рациональным параметрам устройств излучения и регистрации, а также по рациональным алгоритмам обработки сигналов люминесценции для достижения поставленной задачи по отбору кусков определенного качества в обогащенный продукт. Это отдельная задача, требующая дополнительного проведения динамических исследований, по сути, с большим приближением моделирующих реальные процессы, обеспечивающие эффективность люминесцентной кусковой сортировки руд.

Наиболее близким решением является широко известный способ динамического исследования проб твердых полезных ископаемых в условиях, максимально приближающихся к промышленной кусковой сортировке. Например, с помощью лабораторного сепаратора типа ЛСЛ-20 ООО «Эгонт» (Оборудование. Сепараторы. Люминесцентный сепаратор лабораторный ЛСЛ - 20 http://WWW.egont.ru). В сепараторе куски крупностью от 20 до 3 мм загружаются в бункер, равномерно подаются вибропитателем на второй вибрационный питатель, на котором куски выстраиваются в ряд и последовательно подаются (в свободном падении) в контрольную зону. В контрольной зоне куски облучаются рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами и просматриваются фотоприемниками. Куски, люминесценция которых соответствует заданному оператором уровню, отделяются электропневмоклапаном в концентратный сборник. Сепаратор позволяет сортировать куски по интенсивности свечения, времени возбуждения или гашения люминесценции, а также по спектральному составу рентгенлюминесценции минералов. Разделение кусков при регистрации фотолюминесценции осуществляется по интенсивности свечения. Работа сепаратора осуществляется в автоматическом режиме по заданию технолога, который устанавливает границу сепарации по содержанию отделяемых металлов.

Данное техническое решение обладает рядом недостатков связанных со способом подачи кусков в контрольную зону (зону регистрации), которое не предусматривает строгой фиксации куска по отношению к направлению действия устройств излучения и регистрации. Положение куска проходящего контрольную зону по отношению к направлению действия устройств излучения и регистрации не фиксируется и носит случайный характер. Поэтому сопоставить полученные сигналы люминесценции (при прохождении контрольной зоны) с параметрами люминесцирующих минералов располагающихся на поверхности куска обращенной в данный момент времени к устройствам излучения и регистрации не представляется возможным. Кроме того, траектория движения кусков в свободном падении не отличается стабильностью. При прохождении кусков через контрольную зону постоянно меняется расстояние от их поверхности до источников излучения и регистрации сигналов люминесценции. Необходимо отметить, что величина сигнала люминесценции меняется пропорционально отношению меняющихся расстояний от поверхности кусков до источников излучения и регистрации, возведенных кубическую степень. Таким образом, даже небольшой разброс в траектории движения вызывает значительное изменение сигналов люминесценции, при котором кусок с низким содержанием полезного компонента и проходящий ближе к устройствам излучения и регистрации может формировать более мощный сигнал люминесценции и восприниматься системой регистрации как рудный. В тоже время более богатый полезным компонентом кусок, проходящий на некотором удалении, может формировать значительно менее мощный сигнал люминесценции и восприниматься как породный. Более того, данный способ исследования люминесцирующих типов руд не позволяет повторить эксперимент с одним и тем же положением куска в контрольной зоне (зоне регистрации) при других параметрах излучения или регистрации. В то же время данный способ исследования не исключает жесткого физического воздействия на куски горной массы в процессе подачи в контрольную зону и в момент отбора электропневмоклапаном или шиберным устройством. В результате физического воздействия на кусок вкрапления более мягкого, чем вмещающая порода полезного минерала (например, шеелита) выкрашиваются с поверхности кусков. При последующих исследованиях пробы, на других параметрах излучения и регистрации люминесценции получаются не сопоставимые результаты с реальным содержанием полезного компонента в кусках.

Задачей изобретения является повышение эффективности обоснования рациональных технологических параметров кусковой люминесцентной сортировки исследуемых типов руд.

Задача решается тем, что в зону регистрации (контрольную зону) куски подают по жестко фиксированной траектории и с фиксацией сторон куска относительно направлений излучения регистрации полезного сигнала, с обеспечением неограниченного количества проходов контрольной зоны с разными параметрами облучения и регистрации. Для этого излучатель и приемник снабжены устройствами перемещения, а устройство подачи кусков в контрольную зону выполнено в виде движущейся по направляющему валу многосекционной каретки с механизмом крепления образцов, приводящейся в движение шаговым двигателем с помощью приводного ремня, а устройство управления, выполненное на основе микроконтроллера, имеет функции управления скоростным режимом прохождения образцами контрольной зоны, функции управления излучателем, приемником и устройствами их перемещения, а также функции управления серией логически связанных экспериментов прогона образцов через контрольную зону.

На Фиг.1 представлен внешний вид лабораторного стенда для исследований технологических типов руд.

1 - Движущаяся каретка с исследуемыми образцами

2 - Механизм фиксации образцов в секциях движущейся каретки

3 - Шаговый двигатель

4 - Приводной ремень

5 - Вал для перемещения каретки с образцами

6 - Корпус с устройствами излучения и регистрации

7 - Станина стенда

8 - Светонепроницаемый внешний корпус стенда

На Фиг.2 представлена структурная схема лабораторного стенда для исследований технологических типов руд.

1 - Движущаяся каретка с исследуемыми образцами

3 - Шаговый двигатель

9, 10, 11, 12 - Датчики фиксации положения приводного ремня

13 - Исследуемый образец

14 - Излучатель

15 - Детектор

16 - Логический анализатор

17 - Редуктор устройства перемещения излучателей и детекторов

18 - Шаговый двигатель устройства перемещения излучателей и детекторов

19 - Микроконтроллер управления функциональными частями стенда

20 - Персональный компьютер.

Примеры конкретного выполнения

Внешний вид лабораторного стенда для исследований технологических типов руд представлен на фиг.1. Стенд для лабораторных исследований технологических типов руд включает устройство подачи кусков в зону регистрации - 1, которое выполнено в виде подвижного контейнера с механизмом крепления исследуемых образцов - 2. Перемещение каретки с образцами - 1, осуществляется с помощью привода шагового двигателя - 3 и приводного ремня - 4 по направляющему валу - 5. Конструкция собрана на неподвижной станине - 6. Микроконтроллер - 19 решает задачу управления функциональными частями стенда. В частности микроконтроллер выполняет функции управления скоростным режимом прохождения образцами контрольной зоны, функциями управления излучателем, приемником и устройствами их перемещения, а также серией логически связанных экспериментов прогона образцов через контрольную зону. Излучатель и приемник крепятся над траекторией движения контейнера с образцами в корпусе - 6 (на направляющих имеющих возможность поступательного движения задаваемого шаговым двигателем с червячным редуктором устройств перемещения излучателя и детектора - 18). Такая конструкция крепления излучателей и приемника обеспечивает возможность программно изменять (в процессе серии логически связанных экспериментов) расстояние от излучателя и приемника до исследуемого образца при неизменной ориентации образца по отношению к излучателю и приемнику.

Описанная выше конструкция стенда обеспечивает проведение эксперимента с серией прогонов одного образца, в которой положение образца строго зафиксировано, меняются только расстояние от образца до излучателя, приемника и (или) параметры облучения (спектр, время облучения), алгоритм обработки сигналов люминесценции. По результатам прогона с помощью логического анализатора - 16 формируется шаблон сигнала люминесценции, параметры которого сохраняются в базе данных на жестком диске персонального компьютера - 20, а по результатам серии прогонов набор шаблонов сигналов люминесценции с параметрами траектории движения.

Необходимо выделить важнейшие конструктивные параметры стенда, определяющие его исследовательскую функциональность:

1. Параметры хода каретки с исследуемыми образцами установлены из условия возможности проведения эксперимента максимально приближенного к реальным условиям движения кусков в промышленной сепарационной установке, где сортируемые куски горной массы разгоняются в свободном падении при прохождении от точки схода с подающе-раскладывающего механизма (вибропитателя или стабилизирующего элемента) до зоны контроля (зоны действия излучателя и устройства регистрации). В известных сепарационных устройствах это расстояние колеблется от 100 до 500 мм. В конструкции стенда предусмотрена длина хода каретки с образцами до 500 мм.

2. Скорость движения исследуемых образцов является важным параметром, определяющим эффективность сортировки руд, содержащих люминесцирующие минералы (особенно, когда приходится разделять люминесцирующие полезные минералы и люминесцирующие минералы вмещающих пород). С помощью рационального выбора этого параметра (совместно с параметрами устройства излучения) можно добиться максимальной люминесцентной контрастности полезных люминесцирующих минералов (которые должны отбираться в обогащенный продукт) и люминесцирующих минералов пустых пород (которые должны скапливаться в хвостовом продукте). Для решения этой задачи скорость движения сортируемых кусков в контрольной зоне и ширина контрольной зоны выбираются такой, чтобы время действия излучения на образец было достаточно для возбуждения люминесценции полезного минерала, но не достаточно для возбуждения люминесценции минералов, входящих во вмещающие породы. Например, время возбуждения шеелита составляет 2-5 мкс, а время возбуждения кальцита 40-50 мкс. В рамках данной задачи для обеспечения максимальной люминесцентной контрастности разделяемых минералов через выбор режима облучения скорость движения образца должна быть более 0.5 м/сек, а ширина контрольной зоны около 2 мм. Кроме того, для обеспечения исследования режимов, максимально соответствующих процессам в промышленных установках, автоматизированная система управления движением каретки с исследуемыми образцами имеет режим, при котором ускорение движения каретки соответствует ускорению свободного падения кусков в камере регистрации.

3. Расположение устройств излучения и регистрации относительно траектории движения исследуемых образцов. С целью обеспечения моделирования и изучения с максимальной точностью процессов в промышленных сепараторах на стенде обеспечивается возможность изменения расстояний от движущегося образца в контрольной зоне до устройств излучения и регистрации в пределах от 10 до 90 мм.

4. Конструктивные параметры каретки с исследуемыми образцами. Конструкция каретки определяет функциональные возможности исследования предельных расстояний между рудными кусками, при которых система регистрации и система отбора (исполнительный механизм) работают эффективно. Эти функциональные возможности определяют следующие параметры движущейся каретки:

- Количество секций в каретке определяет количество одновременно исследуемых образцов (позволяет исследовать эффективность системы регистрации при различной последовательности движения рудных и нерудных образцов). В конструкции стенда используется трехсекционная движущаяся каретка, позволяющая исследовать различные варианты движения рудных и породных кусков;

- Размеры секций определяют размеры исследуемых образцов и возможности установления и исследования, обоснования минимальных интервалов движения кусков в промышленном сепараторе. В предлагаемой конструкции стенда размеры секции в каретке составляют 100×41 мм. Это позволяет исследовать классы крупности +1-20 мм и +20-50 мм в широком спектре интервалов движения между кусками. Минимальный интервал движения между кусками ограничивается только размером перегородки между секциями и составляет 2 мм.

Заявляемое техническое решение повышает достоверность методов динамических исследований руд на эффективность люминесцентной кусковой сепарации. Решается задача пофакторного анализа работы системы регистрации полезных кусков при сепарации. При этом обеспечивается снижение трудоемкости исследований и повышение точности обоснования рациональных технологических параметров кусковой люминесцентной сортировки и исследуемых типов руд.

Источники информации

1. Патент РФ №2465459. Способ стабилизации качества руд / Хакулов В.А., Новиков В.В., Кононов О.В., Сыцевич Н.Ф., Хакулов В.В. // Бюл. И. - 2012. - №30.

2. Оборудование. Сепараторы. Люминесцентный сепаратор лабораторный ЛСЛ - 20 http://WWW.egont.ru

3. П.В. Налейкин, Э.Г. Литвинцев, Б.С. Городец, В.А. Расулов, В.И. Михейкин, В.В. Зверев. Оценка обогатимости целестиновых руд радиометрическими методами

4. М.Л. Гафт, В.А. Расулов, Э.Г. Литвинцев, Е.Л. Евдокименко, В.В. Морошкин, А.И. Черняк, Т.Ю. Шалашина. Применение люминесценции минералов при возбуждении лазером для крупнокусковой сепарации руд. В сб.: Передовой научно-производственный опыт, рекомендуемый для внедрения в геологоразведочной отрасли. ВИЭМС - М., 1989 г.