Рентгеноспектральный сепаратор

Полезная модель относится к области аналитической химии и технической физики, а также к различным областям науки и техники, где требуется покусковая сепарация разных материалов, и основана на измерении рассеянного разделяемыми материалами рентгеновского излучения. Полезная модель может быть использована в различных отраслях промышленности, в первую очередь, на горно-обогатительных и металлургических предприятиях, для обогащения руд черных металлов, углей и вторичного металлургического сырья. Технический результат полезной модели состоит в повышении производительности сепарации, расширении диапазона сепарируемых материалов, снижении трудоемкости и удешевлении всего процесса сепарации.

2 н.п. ф-лы; 2 илл.

Полезная модель относится к области аналитической химии и технической физики, а также к различным областям науки и техники, где применяются устройства и технология покусковой сепарации разных материалов, и которые основаны на измерении рассеянного рентгеновского излучения, разделяемого сепарируемыми материалами. Заявленная полезная модель может быть использовано в различных отраслях промышленности, в первую очередь на горно-обогатительных и металлургических предприятиях, для обогащения руд черных металлов, углей и вторичного металлургического сырья.

Известно, что с увеличением эффективного атомного номера материала (Z _эфф) интенсивность рассеянного излучения, пропорциональная отношению массового коэффициента рассеяния к массовому коэффициенту ослабления, уменьшается, что используется, например, в известных способах обогащения руд, которые приняты в качестве аналогов заявляемой полезной модели [1-3]. Однако известные аналоги имеют малую чувствительность к изменению эффективного атомного номера объекта Z_эфф, а также большую трудоемкость и высокую стоимость, поскольку требуются величины контролируемого куска материала, и, достаточно часто, дополнительные данные о величине рентгеновской флуоресценции ряда мешающих элементов. Все это ведет к повышению трудоемкости и удорожанию всего процесса сепарации, так как требует более усложненной аппаратуры и его электронной схемы.

Наиболее близким по решению технической задачи и достигаемому техническому результату является устройство и технология сепарации алмазоносных материалов [4], принятое в качестве прототипа. Он включает поштучную подачу материала, содержащего частицы с различными атомными номерами, в зону анализа, облучение материала пучком первичного проникающего излучения заданного поперечного сечения, регистрацию вторичного проникающего излучения, сравнение сигнала с пороговым значением, и выделение полезного минерала по результату сравнения. Материал облучают коллимированным пучком проникающего излучения, поперечное сечение которого вытянуто в горизонтальном направлении, при этом высоту и ширину пучка выбирают в зависимости от крупности сепарируемого материала, регистрируют со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения в телесном угле 0,2-4,0 стерадиана относительно оси пучка проникающего излучения, вторичное проникающее излучение, прошедшее в направлении детектора через рассеивающий экран толщиной, выбранной в зависимости от атомного номера сопутствующих минералов, составляющих основную массу кимберлита, и из материала с атомным номером, близким к атомному номеру полезного минерала, причем угол падения пучка проникающего излучения на рассеивающий экран выбирают в зависимости от атомного номера сопутствующих минералов, а пороговое значение интенсивности вторичного проникающего излучения устанавливают пропорционально коэффициенту прозрачности рассеивающего экрана и коэффициентам пропускания и рассеивания излучения алмазом. Кроме того, в качестве вторичного проникающего излучения используют интенсивность проникающего излучения, прошедшего через минерал, и рассеянного минералом. В качестве материала рассеивающего экрана используют органическое вещество (полимер). При этом толщина и материал рассеивающего экрана выбираются так, чтобы максимально компенсировать эффект поглощения и рассеяния первичного проникающего излучения от сопутствующих минералов.

Недостатком прототипа являются сложность аппаратура и дороговизна ее электронной схемы, что приводит к повышенная трудоемкости и удорожанию всего процесса сепарации, так как требует более высоких затрат, а также связанные с этим невысокая производительность, ограниченный круг сепарируемых материалов.

Технический результат заявленной полезной модели состоит в повышении производительности сепаратора за счет возможности сепарации крупнокусковых материалов, а также существенном расширении типов сепарируемых материалов (от каменного угля до руд черных металлов и ряда сплавов) и удешевление всего процесса сепарации.

Указанный технический результат достигается новым устройством, которое содержит систему покусковой подачи сепарируемого материала, включающей рентгеновскую трубку, детектор рассеянного рентгеновского излучения, детектор, фильтр детектора, коллиматор, рассеивающий экран, систему регистрации и исполнительный механизм отбора, и в котором, в соответствие с заявленной полезной моделью, рассеивающий экран установлен с необлучаемой стороны сепарируемого материала, выполнен из материала с Z_эфф , промежуточным между эффективными атомными номерами отбираемого и пропускаемого материала, детектор расположеп с облучаемой стороны сепарируемого материала, перед детектором установлен фильтр флуоресцептного излучения.

Указанный технический результат, а также повышение производительности сепарации и расширение диапазона сепарируемых материалов достигается в заявленной полезной модели тем, что при сепарации, включающей покусковую подачу сепарируемого материала, содержащей куски с разными эффективными атомными номерами, в зону анализа, расположенную между рентгеновской трубкой и рассеивающим экраном, устанавливается с облучаемой стороны материала детектор с фильтром, поглощающим флуоресцентное излучение элементов материала, и регистрирует только рассеянное образцом рентгеновское излучение, которое сопоставляется с излучением рассеивающего экрана, выполненного из материала с Z_эфф, промежуточным между эффективными атомными номерами отбираемого и пропускаемого материала.

Сущность заявленной полезной модели поясняется Фиг.1 и Фиг.2

На Фиг.1 приведена схема полезной модели, рентгеноспектрального сепаратора.

На Фиг.2 изображены выходные сигналы отбираемого и пропускаемого кусков.

Сепаратор, приведенный на Фиг.1, включает питатель (1), рентгеновскую трубку (2), детектор (3), фильтр детектора (4), коллиматор (5) экран(6), регистрирующее устройство (7) и исполнительный механизм отбора (8).

Рентгеновский сепаратор функционирует следующим образом:

Покусковая подача сепарируемого материала осуществляется питателем (1). Свободно падающие куски сепарируемого материала облучаются излучением рентгеновской трубки (2) (в данном случае приведена трубка прострельного типа). Рассеянное сепарируемым материалом и экраном (6) рассеянное излучение регистрируется детектором (3), в данном случае - сцинтилляционным счетчиком, работающем в токовом режиме. Перед детектором установлен фильтр (4), поглощающий низкоэнергетическую часть спектра, которая может содержать флуоресценцию элементов, находящихся в сепарируемом материале. Коллиматор (5) ограничивает телесный угол регистрируемого излучения, препятствуя одновременному попаданию в детектор излучения от нескольких кусков материала. Экран (6), изготовленный из материала с Z_эфф, промежуточным между эффективными атомными номерами пропускаемых и отбираемых кусков, создает при отсутствии сепарируемого материала на выходе детектора постоянный ток, поступающий в схему регистрации (7). При прохождении между экраном и детектором куска материала с Z_эфф, меньшим Z_эфф экрана, интенсивность рассеянного излучения увеличивается, т.е. в схему регистрации поступает импульс положительной полярности. В противном случае полярность импульса отрицательна (см. Фиг.2). В зависимости от сепарируемого материала и цели сепарации включения механизма отбора (8), обычно пневматического, осуществляются импульсами заданной полярности.

Заявленная полезная модель была апробировано в реальных полевых условиях. Результаты апробации в виде конкретных примеров приведены в таблице.

Результаты испытаний, приведенные в таблице, получены для рентгеновской трубки с Ag анодом при анодном напряжении 35 кВ и алюминиевом фильтре перед сцинтилляционным детектором толщиной 0.7 мм.

Как следует из таблицы, в зависимости от объекта и целей сепарации в качестве материала экрана могут быть как чистые металлы, так и пластмассы, включая пластмассы с требуемым содержанием подходящего наполнителя.

Заявленная полезная модель по сравнению с прототипом и аналогами обеспечивает возможность сепарации разнообразных материалов и имеет существенно более высокую производительность, так как позволяет осуществлять сепарацию крупнокусковых материалов. Кроме того, обеспечивается расширение круга сепарируемых материалов, удешевляется весь процесс сепарации и снижается трудоемкость.

Список использованных источников информации.

1. Патент РФ 2156168 (RU). Класс(ы) патента: В03В 13/06, В07С 5/346. СПОСОБ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ МАГНЕЗИТОВЫХ РУД. Заявка 99111017/03. Дата подачи заявки: 02.06.1999. Дата публикации: 20.09.2000. Автор(ы): Гельфенбейн В.Е.; Семянников В.П.; Журавлев Ю.Л.; Тимощенко М.И.; Дубровин М.Е.; Федоров Ю.О.; Кацер И.У.

2. Патент РФ 2154537(RU). Класс(ы) патента: В07С 5/346. СПОСОБ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ МИНЕРАЛИЗОВАННОЙ МАССЫ. Заявка 99102299/12. Дата подачи заявки: 03.02.1999. Дата публикации: 20.08.2000. Автор(ы): Канцель A.B. (RU); Богушевский 3.M. (RU); Демидов A.M. (RU); Журавлев O.K. (RU); Земляницин M.A. (RU); Канцель M.A. (RU); Куркин B.A. (RU); Мазуркевич П.A. (RU); Кучерский Николай Иванович (UZ); Толстов Евгений Александрович (UZ); Мазуркевич Александр Петрович (UZ); Иноземцев Сергей Борисович (UZ); Мальгин Олег Николаевич (UZ); Прохоренко Геннадий Алексеевич (UZ); Сытенков Виктор Николаевич (UZ); Клименко Александр Ильич (UZ); Шеметов Петр Александрович (UZ); Беленко Александр Павлович (UZ).

3. Патент РФ 2164830 (RU). Класс(ы) патента: В07С 5/346, В07В 15/00, В03В 13/06. СПОСОБ СОРТИРОВКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ И ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД. Заявка 99109833/03. Дата подачи заявки: 07.05.1999. Дата публикации: 10.04.2001. Автор(ы): Федоров Ю.О.; Кацер И.У.; Короткевич В.А.; Коренев О.В.; Цой В.П.; Ковалев П.И.; Тишкевич О.П.; Носков И.Г.

4. Патент РФ 2199108 ((RU). Класс(ы) патента: G01N 23/00, В07С 5/342. СПОСОБ СЕПАРАЦИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ. Заявка 2002109367/12. Дата подачи заявки: 10.04.2002. Дата публикации: 20.02.2003. Автор(ы): Шлюфман Е.М.; Мухачев Ю.С.; Китов Б.И.; Борзенко С.Ю. - прототип

Рентгеноспектральный сепаратор, содержащий систему покусковой подачи сепарируемого материала, включающую рентгеновскую трубку, детектор рассеянного рентгеновского излучения, детектор, фильтр детектора, коллиматор, рассеивающий экран, систему регистрации и исполнительный механизм отбора, отличающийся тем, что рассеивающий экран установлен с необлучаемой стороны сепарируемого материала, выполнен из материала с Z_эфф, промежуточным между эффективными атомными номерами отбираемого и пропускаемого материала, детектор расположен с облучаемой стороны сепарируемого материала, перед детектором установлен фильтр флуоресцентного излучения.