CN102958621B - 依据其发光特性分离矿物的方法 - Google Patents

Abstract

本方法涉及矿物富集领域。该方法包括建立发光信号强度阈值，所述发光信号产生于激发辐射脉冲作用于被分离的物质期间以及激发脉冲结束随后的特定时间之后，并且，在加工记录信号时，首先确定发光信号强度值，将所获得的值与特定的阈值比较，并且，如果超过了阈值，对信号进行加工，以确定选择的分离标准值，将该加工结果与特定的阈值比较，并且，如果比较结果符合特定的标准，从被分离的物质中分离被富集的矿物；如果激发脉冲结束随后的特定时间之后的发光信号强度值小于它的阈值，确定激发辐射脉冲期间产生的发光信号强度值，将该值与特定的阈值比较，并且，如果超过了阈值，从被分离的物质中分离被富集的矿物。

Description

依据其发光特性分离矿物的方法

技术领域

本发明属于选矿领域，更具体地，属于压碎的矿物物质的分离方法，所述矿物物质包含矿物，在将辐射激发到精选(concentrating)产品和尾渣的作用下，该矿物发出荧光。在每一个选矿(beneficiation)阶段，既可以通过X射线荧光分离器，也可以通过产品控制器，针对例如含金刚石的原料物质来实施本发明所推荐的方法。

现有技术

针对特定时间段所记录的矿物荧光信号通常包含：

-短的或快速(fast)的荧光组分（进一步称作-FC），其几乎与激发辐射作用开始时同时（在几微秒的时间间隔内）产生，并且在激发辐射作用结束时立即消失。

-长的或缓慢(slow)的荧光组分（进一步称作-SC），其强度在激发辐射作用过程中连续增加，并且在激发辐射作用结束时（荧光余辉期）相对缓慢地衰减（在几百微秒和毫秒之间）。

实际的荧光信号可以认为是上述组分的叠加或重叠。

已知的分离器是FLOW Sort CDX-116VE机，其用于精选含有金刚石的原料，所述矿物原料被放置在其运动的预定轨迹上，并且连续地受到激发辐射的作用；并且以激发辐射作用期间所记录的FC和SC矿物荧光信号总（完整的）强度作为排序标准

[http://www.flow.co.za/writeups/NEW_RECOVERY_MACHINE.pdf]。

这种矿物分离方法可以检测包括II类金刚石（group II diamonds）在内的所有种类的金刚石，所述II类金刚石的荧光信号中几乎不包含SC。

然而，这种矿物分离方法对精选矿物的回收选择性低，该方法被确定为不能够从一些与金刚石相关联的矿物中识别金刚石荧光信号，所述相关联的矿物也具有与所述金刚石相同的加强的FC（锆石、长石等）。

为了增强精选矿物回收选择性，已知的方法采用荧光信号的动力学特征的各种组合作为分离标准，所述荧光信号是在矿物原料的激发辐射作用过程中以及结束后（余辉期）所记录下来的。

例如，矿物分离的已知方法包括：矿物荧光激发、SC余辉强度的测量、测量时间的预设期间内变化率的确定——该方法确定了矿物分离[SU1459014，A1，B03B13/06，1995]。在该方法中，选择荧光信号SC的衰减率作为分离精选矿物和相关荧光矿物的标准。

该方法具有两个缺点：

-不能确保针对具有高荧光强度和相对短SC的相关矿物的选择性。

-不适于检测具有非常低的（具有仪器硬件噪音水平）或缺少荧光SC强度的矿物。

另一个分离含有金刚石的矿物的已知方法包括，通过脉冲X射线辐射以足够诱导产生长荧光组分的期间来激发荧光；确定X射线辐射脉冲作用期间产生的短的和长的荧光组分的总强度；在X射线脉冲作用结束后，确定长荧光组分的强度；通过短的和长的荧光组分的总强度与长荧光组分的水平的比率，确定精选标准值（concentrationcriterion value）；将其与阈值比较，并基于比较结果来分离精选的矿物[RU2235599，C1，B03B13/06，B07C5/342，2004]。

该方法的缺点包括其也不适于检测具有非常小的或几乎缺少SC的金刚石，因为在这种情况下，要么不可能确定比率，要么会产生过高的错误比率以至于不能提供适于应用的推荐标准。

作为标准，我们采用另一个已知的基于荧光特性分离矿物的方法，包括：运输分离的物质；用激发辐射脉冲对该物质进行重复辐射处理足够长的以诱导产生缓慢荧光组分的时间；记录每次辐射处理期间矿物的荧光信号强度；实时加工所记录的信号；确定精选标准值；将其与预设的阈值比较；并且基于比较结果从分离的物质中回收有用的矿物[RU2355483，C2，2009]。作为精选标准，该方法使用了矿物荧光信号的三个特征的组合，分别为标准化自相关函数，激发脉冲期间记录的FC和SC信号总强度与预设的激发脉冲终止时间后记录的SC信号强度的比率，以及荧光衰减比率。荧光信号强度以峰值范围进行记录，以确保不存在仪器对记录信号的限制。

该方法的缺点是不能回收具有非常小的或几乎不具有SC的矿物。因为在这种情况下，确定标准化自相关函数、组分比率和衰减比率，要么是不可能的，要么对正常工作的推荐标准而言，会产生过高的错误比率。

本发明公开的内容

本发明技术上的结果是增加了从分离的矿物中选择性提取的精选矿物。

通过推荐的根据矿物的荧光特性分离矿物的方法获得了本发明的技术结果，该方法包括：运输分离的物质流；用激发辐射脉冲对该物质进行重复辐射处理足以诱导产生缓慢的荧光组分的时间；记录每次辐射处理期间矿物的荧光信号强度；实时加工所记录的信号；确定精选标准值；将其与预设的阈值比较；并且基于比较结果从分离的物质中回收精选的矿物；建立荧光信号强度的阈值，所述荧光信号发生在激发辐射脉冲作用于分离的物质的期间以及激发脉冲结束后预设的时间内；在加工记录信号时，首先确定激发脉冲结束后预设时间后的荧光信号强度，该结果与预设的阈值比较，并且在阈值提高的情况下，对信号进行加工，以确定选择的精选标准，该加工结果与预设的阈值比较，并且从分离的物质中回收精选的矿物，如果比较结果符合预设的标准，如果激发脉冲结束后预设时间后荧光信号强度的结果值小于其阈值，确定激发辐射脉冲期间发生的荧光信号强度值，将其与预设的阈值比较，并且在提高的阈值情况下从分离的物质中回收精选的矿物。

与传统的方法不同，推荐的基于其荧光特性分离矿物的方法建立了荧光信号的强度阈值，所述荧光信号产生于激发辐射脉冲作用于分离的物质期间以及激发脉冲结束后预设的延迟时间内，在对记录的信号加工时，首先确定激发脉冲结束后预设的延迟时间内的荧光信号强度，将该结果值与预设的阈值比较，并且在阈值提高的情况下，对信号进行加工，以确定选择的精选标准值，将该加工结果与预设的阈值比较，并且从分离的物质中回收精选的矿物，如果比较结果符合预设的标准，在激发脉冲结束后预设延迟时间后荧光信号强度的结果值小于其阈值的情况下，确定激发辐射脉冲期间发生的荧光信号强度值，将其与预设的阈值比较，并且在提高的阈值的情况下从分离的物质中回收精选的矿物。

当确定荧光信号强度时，为了消除时间和仪器硬件漂移对记录的荧光信号产生的影响，额外确定特定时间阶段记录的最小荧光信号强度的平均值是可能的，并且将分离的物质的荧光信号强度标准化为该平均值。

无论其振幅如何，为了确保矿物荧光信号强度记录的可靠性，在几个振幅范围内同时记录信号是可能的，即在固定增益系数范围内以及在N倍减少增益系数（reduction of gain factor）的范围内，确定没有信号限制的范围，并且加工在该范围内记录的信号以确定选择的精选标准值。

推荐的发明中特征和特征之间的具有有限性能的关系的组合确保了从分离的物质中实时回收精选的矿物的选择性和其改进。此处推荐的作用的组合使既考虑精选矿物荧光信号的动力学特性又考虑各种原料的自然能量特征（natural energy feature）成为可能。具体地，对于本发明推荐的矿物的精选标准而言，不同类型的精选的矿物的可用性和示踪的能量特征是主要的。特征的组合也保证了在一个测量循环中进行原料分离，这不仅实现了技术效果，还保证了分离过程的高性能和经济效率，紧接着又增加了接下来富集阶段的过程效率。不考虑该问题在选矿业中的重要性，至少过去的20年没有出现本发明推荐的方案也证实了该方案富有创造性的性质。因此，推荐的工程学方案可以被真正地认为富有创造性。

在此所述特征和限定的组合在发明人已知的研究中从没有被涉及过。

附图的简要描述

图1说明了当矿物在受到激发辐射脉冲照射时，记录的矿物荧光信号时间图：

a)–激发脉冲；

b)–不存在荧光矿物时记录的荧光信号；

c)–具有FC和SC的矿物荧光信号；

d)–仅具有FC的矿物荧光信号。

图2是本发明一个具体实施例的示意图。

工业实用性

可以按如下的方式应用本发明推荐的通过荧光特性分离矿物的方法。建立荧光信号U(t)的强度的阈值Ua，所述荧光信号发生在激发辐射脉冲结束后的预设时间t_a1内（图1c），同时建立荧光信号U(t)的阈值Ub，所述荧光信号发生在激发辐射脉冲作用在分离的物质的期间t_r1内（图1d）。用激发辐射（例如X射线）脉冲t_r1（图1a）对分离的物质进行重复辐射处理，而曝光区和记录（检查）区相结合。在辐射曝光期间，矿物荧光信号U(t)的缓慢组分（SC）具有足够的时间来完全去激发。以足以记录的强度来观察精选矿物的荧光线特性（linecharacteristic），记录该能量范围内矿物荧光强度信号U=f(t)（图1c，d）。可以从分离的物质朝向和/或背向辐射源一侧的表面来记录矿物的荧光。记录的荧光信号U(t)可以包括荧光信号的快速（FC）和缓慢（SC）组分的去激发区段（segment）T_b和荧光信号的缓慢（SC）组分的延迟区段T_d（图1c）。记录信号U(t)可以具有去激发的荧光信号FC组分，以及可能的SC组分的区段T_b，，并且可能根本就不具有荧光信号SC的延迟区段T_d（图1d）。在没有荧光矿物时，记录信号U(t)仅仅是大气荧光的FC去激发区段T_b（图1b），其形状几乎遵循激发辐射脉冲的形状，并且强度时最小的。在整个激发阶段T均记录荧光信号U(t)（图1a）。所有记录的信号U(t)都要被实时加工。而且，保存特定时间段的大气荧光信号U(t)值，以确定其在统计学上的有效平均值。在加工荧光信号U(t)期间，首先确定激发辐射脉冲t_r1结束后预设时间点t_a1的荧光信号U(t)值，然后将其与预设阈值Ua进行比较。如果获得的信号U(t)值大于Ua值，则对其进行进一步加工，以获得为上述情况预设的精选标准参数值。将获得的信号U(t)的精选标准参数值与这些参数的预设阈值进行比较，并且如果精选标准条件符合的话，从分离的物质中回收精选矿物。如果获得的信号U(t)值不大于Ua值，则确定发生在激发辐射脉冲作用时间t_r1时的荧光信号U(t)值。将获得的值与阈值Ub进行比较，如果获得的信号U(t)值大于阈值Ub，从分离的物质中回收精选的矿物。因此，推荐的方法利用所有种类荧光矿物的能量特征用于选择性分离。

下面基于对设备的操作实例来详细解释本发明推荐方法的实施例，该设备用于本推荐发明的工业应用中。

用于本发明推荐方法的设备（图2）包括转送机构1，制成以重力滑梯的方式运输分离的物质流2，同步单元3，脉冲激发辐射源4，矿物荧光光电管5，用于荧光信号的数字加工单元6，用于荧光信号强度U(t)的Ua和Ub值的阈值调节器7，制动器8，分别用于精选矿物和尾渣的接收容器9和10。

转送机构1的作用是在要求的速度下（例如在1-3米/秒的速度下）将分离的物质流2运输通过曝光记录区和截止区。单元3的作用是将设备包含的装配和单元的所需的操作顺序进行同步。制成X射线发射器的源4的作用是通过激发辐射脉冲对分离的物质流2进行连续辐射处理。光电管5的作用是将矿物荧光转换成电信号。数字信号加工单元6的作用是对来自光电管5的信号进行加工，将获得的荧光信号特性值与各自预设阈值进行比较，为制动器8形成命令，基于比较结果分离精选的矿物。

设备2（图2）按如下方式工作。在提供加工物质之前，启动同步单元3，并且发出激发脉冲，激发脉冲的持续时间足以激发荧光SC（例如0.5毫秒在4毫秒周期内）到X射线发射器4和数字加工单元6。调节器7输入阈值Ua和Ub的数值（以伏特为单位）和精选标准参数值到单元6中。然后启动分离物质的供给。重力滑梯1将分离的物质流2输送到激发/记录区，在该区中分离的物质暴露于X射线发射器4产生的持续时间为t_r周期为T（图1a）的重复脉冲之下。

在X射线的辐射作用下，分离物质中的一些矿物发出荧光。荧光信号到达光电管5，其将荧光信号转换成电信号，电信号被传送到加工单元6。在激发脉冲处理的每个周期T中（图1a），单元6记录下荧光信号，然而：

-如果激发/记录区中没有荧光矿物（图1b），单元6记录大气荧光信号，并且，当获得统计学上有效数量的上述信号时，确定激发/记录区的大气荧光的平均值（在此种情况下，不需要确定矿物荧光特征）；

-如果激发/记录区中具有完全荧光矿物，并且在预设的时间t_a1中，荧光水平增加到阈值Ua（图1c），加工单元6确定上述荧光信号特征，所述荧光信号特征被精选标准具体解释为标准化自相关函数，组分（FC+SC）/SC的比率，激发脉冲结束后荧光延迟时间的常数。此后，加工单元6对结果特征与预设值进行比较，该预设值与精选矿物的鉴定标准相一致，并且，如果比较结果是正的，向制动器8发出控制信号。制动器8使精选的矿物偏离并进入尾渣容器10中。通过4的精选标准参数在单元6中的信号加工允许对精选的矿物进行分离，例如从锆石或长石等在激发脉冲作用期间具有加强荧光的原料中分离；

-如果激发/记录区中具有在激发脉冲作用期间具有加强荧光的矿物（图1d），单元6对上述信号进行加工，并且确定激发脉冲t_r1结束后预设时间t_a1内的荧光缺失（小于阈值Ua），然后将激发脉冲作用期间的信号与预设阈值Ub进行比较。

在确定信号的强度值时，通过大气荧光信号的平均值，对测量的信号量级U(t)进行标准化处理。

此外，如果记录的矿物荧光强度过高，以至于大于加工单元6的输入范围（信号受振幅所限），光电管5将提供几个输出：一个具有可用增益（available gain），具有增益N倍（例如10倍）的其他输出小于之前的输出。加工单元6分别提供几个输入，并且自动选择正确的输入，此处信号不受振幅所限。

同步单元3和数字信号加工单元6可以组合，并且根据个人电脑或微控制器进行制作。同步单元3也可制成脉冲发生器，所述发生器在逻辑集成电路系列K155或K555上产生持续时间为tr周期为T的脉冲，可以基于光电倍增管FEU-85或R-6094（滨松Hamamatsu）制造光电管5，并且基于微处理器制造加工单元6，所述微处理器具有嵌入式多通道模拟数字转化器。可以基于连接于微处理器的一组开关或者数字小键盘制造阈值调节器7。此处推荐的利用荧光特性分离矿物的方法符合“工业应用”的标准。

优选实施例

在金刚石加工厂，使用金刚石模仿物（示踪物）对图2所说明的设备进行测试。使用的FLOW Sort的蓝色模仿物在激发脉冲结束后几乎不含有荧光，并且Commeral的模仿物基于缓慢的磷（slow phosphor）K-35。在没有初步调整精选参数的情况下，将上述两种类型的示踪物纳入分离的物质流中。测试结果显示了针对上述两种类型的模仿物达到了100%的提取。

因此，推荐的根据荧光特性分离矿物的方法确保了从分离的物质流中提取全部类型的精选矿物，并且增加了提取的选择性。

Claims (3)

1.一种通过矿物的荧光特性分离矿物的方法，包括：运输分离的矿物流，用激发辐射脉冲对该物质进行重复辐射处理足以诱导激发产生缓慢的荧光组分的时间；记录每次辐射处理期间矿物的荧光信号强度；实时加工所记录的信号；确定精选标准值；将其与预设的阈值比较；并且基于比较结果从分离的物质中回收精选矿物，其特征在于，其包括建立荧光信号强度的阈值，所述荧光信号发生在激发辐射脉冲作用于分离的物质的期间以及激发脉冲结束后预设的时间内；在加工记录信号时，首先确定激发脉冲结束后预设时间内的荧光信号强度，将该结果与预设的阈值比较，并且在阈值提高的情况下，对信号进行加工，以确定选择的精选标准，将该加工结果与预设的阈值比较，并且从分离的物质中回收精选的矿物，如果比较结果符合预设的标准，如果激发脉冲结束后预设时间内荧光信号强度的结果值小于其阈值，确定激发辐射脉冲期间发生的荧光信号强度值，将其与预设的阈值比较，并且在提高的阈值情况下从分离的物质中回收精选的矿物。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，其包括确定在特定时间周期期间内记录的荧光信号强度的平均值，并且将荧光信号强度标准化为该平均值。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，其包括在几个振幅范围内同时记录荧光信号，即具有固定增益系数的范围以及具有N倍减少增益系数的范围，确定没有信号限制的范围，并且加工在该范围内记录的信号以确定选择的精选标准值。

Images