CN102971089A - 借助于x射线发光分离矿物的方法 - Google Patents

Abstract

本方法涉及矿物富集领域。该方法包括在激发辐射脉冲结束随后的给定时间后，设置发光信号强度的阈值，在记录矿物发光信号强度的过程中，在每一激发辐射脉冲随后的给定时间后，测量发光信号的强度，如果记录的信号超过了预设的阈值，记录获得的每一个发光信号的强度值，将当前周期的测量值与之前周期获得的值进行比较，确定强度值达到其峰值时所处的周期，并且在测量的强度值达到其峰值时，对发光信号进行加工，以确定分离参数；当分离参数处于给定值的范围时，做出分离待被精选矿物的决定。

Description

借助于X射线发光分离矿物的方法

技术领域

本发明属于选矿领域，更特别地，本发明属于分离粉碎矿物质的方法，所述矿物质包含矿物，在将辐射激发到精选产品和尾矿的作用下，该矿物发出荧光。在不同的选矿阶段，可以通过使用X射线荧光分离器和荧光激发的脉冲作用来实施提出的方法。

现有技术

记录一段时间的矿物荧光信号的特点是适时的强度变化趋势（动力学特征），并且被认为是两种组分的叠加或重叠：短暂的（short-lived）或快速的组分（进一步称作-FC）和长久的或缓慢的(slow)荧光组分（进一步称作-SC），其中FC实质上与激发辐射效应开始时同时（在几微秒的时间间隔内）产生，并且在激发辐射效应结束时立即消失，SC的强度在激发辐射效应过程中连续增加，并且在激发辐射效应结束后（荧光余辉期）相对缓慢地衰退（在几百微秒和毫秒之间）。

通过增加精选矿物的回收选择性（recovery selectivity）来实现增加矿物分离效率和精选矿物（生产精矿）质量的目标。

可以通过已知的方法来增加精选矿物的回收选择性，已知方法既包括通过选择精选标准从分离物质的运输流中的伴生矿物中确定精选的矿物，也包括在流块分离中，在从矿物流中分离确定的精选矿物时，确定其在矿物流中的位置以避免发生错误，和/或在间接分离中，降低从流中分离的物质的体积。

为了增强目标矿物的回收选择性，已知的X射线荧光分离方法采用荧光信号的各种动力学特征作为分离标准，所述荧光信号记录在矿物原料的激发辐射作用过程中及其结束后（余辉期）。

例如，已知的矿物分离方法[SU 1 510 185 A1 B03B 13/06，B07C5/346，20.08.1995]包括矿物荧光激发，在荧光余辉期测量SC信号起始和当前的振幅，然后通过时间间隔与荧光衰减的时间常数之间的比例标准来进行矿物分离。

该方法的缺点如下：其没有考虑激发脉冲期间的荧光，SC的荧光强度大大不同，例如，对于金刚石和伴生矿物而言。此外，记录仪器的有限振幅范围也限制该方法的应用。由于矿物荧光强度可以存在几个级别的差别，因此这种缺点是本质性的。考虑到这些缺点，精选产品（精矿）中不仅获得精选的矿物，也获得伴生矿物，其具有相对短的余辉期，但是具有密集的荧光。这将导致选择性的本质上降低。

另一个含金刚石矿物的已知分离方法[RU2235599，C1，B03B13/06，B07C5/342，2004]包括，通过足够持续时间的脉冲X射线辐射以诱导产生SC荧光来激发荧光，在X射线辐射脉冲作用期间，确定短暂的和长久的荧光组分的总强度，在X射线辐射脉冲作用结束后，确定具有延迟的长久荧光组分的强度，通过短暂的和长久的荧光组分的总强度对长久荧光组分的水平的比率，确定分离标准值，其与阈值比较，并随后基于比较结果来分离精选的矿物。

该方法的缺点事实是如果荧光信号超出记录仪器的强度的线性范围（信号振幅的限制）之外，将不能应用该方法，这是因为在这种情况下，所述比率不再能捕获矿物的特性。因为在实时选矿机中，矿物荧光强度可以在几个数量级中变化，因此这种缺点是本质性的。

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[RU2355483，C2，20.05.2009]；其包括分离物质的运输，具有激发辐射的重复脉冲序列的所述物质的辐射足够长以诱导产生SC荧光，记录每个序列期间矿物的荧光信号强度，实时加工所记录的信号，确定分离标准值，其与预定的阈值比较，并且基于比较结果从分离的物质流中分离精选的矿物。作为分离标准参数，该方法使用矿物荧光信号的三个特征的组合：归一化（normalized）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（absence of）对记录信号的限制。

该方法中采用的分离标准参数相当完全地考虑了荧光的动力学特征，以确定精选的矿物。

该方法的缺点事实上是当从矿物流中分离确定的精选矿物时会产生错误，并在流块和分批类型的分离中，增加分离的矿物的体积。分离物质的运输流具有不同类型的精选矿物，并且他们的尺寸在分离的粒径级别内产生变化，这样的事实决定了产生这些缺点。上述矿物的荧光强度也可以在3-4个级别内变化。矿物尺寸的差别造成运输物质流在一个平面上进行扩张，该平面垂直于从辐射/记录区向矿物分离区运动的平面。不同矿物荧光强度的差别造成了在激发的不同阶段进行矿物鉴别。具有高强度的矿物几乎遵守起初的激发辐射脉冲作用下的分离标准；与此同时，具有低强度的矿物遵守几个辐射脉冲作用后的分离标准。运输物质流的扩张决定了矿质荧光激发的不同条件。这些因素的影响使用于确定分离标准参数的动力学荧光特性失真，并且因此，降低了矿物鉴别的可靠性。这些因素尤其影响了精选矿物的回收选择性，由于光电探测器视图范围的扩张，增加了矿物分离的生产性能，所述扩张也包括了诱发的高强度矿物荧光，其还没有进入暴露区域。可以在进入暴露（辐射）区域之前对上述矿物进行鉴别，并且在分离区域被漏掉；在执行分离器致动器接收的分离命令时，在上述矿物鉴别中，其并没有进入分离区域。此外，由于光电探测器的视野扩张，其接收到了已经离开暴露区域的高强度的矿物荧光。此处记录的FC荧光强度下降，此时SC荧光强度下降得更慢。上述记录的荧光信号的动力学特性的改变性质可以导致将发光的伴生矿物错误鉴别为精选的矿物。

本发明公开的内容

本发明技术上的结果是以更高的选择性从分离的矿物中提炼精选的矿物。本发明另一个技术上的结果是在分离物质流中定位精选矿物的能力。

通过推荐的根据X射线荧光分离矿物的方法获得了本发明的技术结果，由以下组成：运输分离的物质流，在该物质运动路径的预设部分内，用激发辐射脉冲对该物质进行重复辐射处理，记录矿物的荧光信号强度，实时加工所记录的信号，以确定精选参数，将所得到的参数与预设值比较，并且基于比较结果从运输的物质流中回收精选的矿物，在激发辐射脉冲结束后的一段时间里，建立荧光信号强度的阈值；对记录的矿物荧光信号强度进行加工，包括测量每一个激发辐射脉冲结束后预设时间延迟内的荧光信号强度，如果记录的信号超过了预设的阈值，储存获得的每一个荧光信号的强度值，将当前周期的测量值与之前周期获得的值进行比较，确定强度达到其峰值时所处的周期，并且对确定的精选参数进行加工，包括在测量的强度值达到其峰值时，对荧光信号进行加工，在精选参数处于预设的范围值之内时，做出分离精选矿物的决定。

与已知的方法不同，推荐的基于其荧光特性采用X射线荧光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结束后预设的延迟时间内，对记录的矿物荧光信号强度进行加工，包括测量每一个激发辐射脉冲结束后预设时间延迟内的荧光信号强度，如果记录的信号超过了预设的阈值，储存获得的每一个荧光信号的强度值，将当前周期的测量值与之前周期获得的值进行比较，确定强度达到其峰值时所处的周期，并且，确定精选矿物的存在与否的过程包括在测量的强度值达到其峰值时，对荧光信号进行加工，在精选参数处于预设的范围值之内时，做出分离精选矿物的决定。

为了通过降低分离物质的数量来增加生产的矿物的质量，可以依据激发辐射脉冲作用于分离物质的时间点来建立精选物质分离操作的持续时间，在所述作用于分离物质的时间内测量荧光信号强度值，在该时间结束时，荧光信号强度达到了其峰值。

也可能依据激发辐射脉冲作用于分离物质的时间点来设定在开始执行精选矿物的分离操作之前的延迟时间，在所述作用于分离物质的时间内测量荧光信号强度值，在该时间结束时，荧光信号强度达到了其峰值。

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增加了从分离的物质中实时回收精选矿物的回收选择性以及在分离物质流中定位精选矿物的可能性。此处推荐的作用的组合使既考虑荧光信号的动力学特性又考虑这些特性的趋势成为可能，所述荧光信号为不同种类和尺寸（在每一粒度等级之内）的精选矿物的荧光信号，所述这些特性的趋势基于矿物运输通过暴露区域期间荧光激发条件的变化。考虑不同种类精选矿物荧光激发的动态特性是此处推荐的性能特点组合的决定性因素，以确保增加精选矿物的选择性回收。由于精选矿物在分离物质流中的定位，特征的组合也为改善技术结果提供了可能。

不考虑该问题在选矿业（ore-dressing industry）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。

此处描述的特征和限制的组合决不仅仅是指作者已知的研究内容。

附图的简要描述

图1是说明性的时间图，其记录矿物在受到激发辐射脉冲照射时的矿物荧光信号：

a)–激发脉冲；

b)–运输通过辐射区域期间所记录的矿物荧光信号；

c)–进入辐射区域之前记录的矿物荧光信号；

d)-退出辐射区域之后的矿物荧光信号。

附图2是本发明具体实施例的一种情况的示意图。

工业实用性

可以按如下的方式有效应用本发明推荐的基于荧光特性分离矿物的方法。建立荧光信号U(t)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_a内（图1b-d）。用激发辐射脉冲t_ik对分离的物质进行重复辐射处理，激发辐射（例如X射线辐射）周期为T_k（图1a）。在辐射曝光期间，矿物荧光信号U(t)的缓慢的组分（SC）具有足够的时间进行去激发。以足以记录的强度来观察精选矿物的荧光线性特点（characteristic），记录该能量范围内矿物荧光强度（图1b-d）信号U=f(t)。可以从分离物质朝向和/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)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）组分的延迟段T_d（图1b-d）。在整个激发阶段T_k，每一次脉冲t_ik曝光处理均记录荧光信号U(t)（图1a）。所有记录的信号U(t)都要被实时加工。

在加工荧光信号U(t)期间，首先确定激发辐射脉冲t_ik结束后时间轴上预设时间点t_a的荧光信号U(t_ik)值，然后将其与预设阈值Ua进行比较。如果获得的信号U(t_ik)值大于Ua值，提交进行储存，然后将其与信号U(t_ik+1)值进行比较，如果U(t_ik+1)>Ua，在下一个激发辐射脉冲t_ik+1中进行记录。确定激发周期T_k，在此处信号U(t_ik)的值达到其峰值U(max)，并且（为了获得精选参数值）对该信号进行进一步加工，在此处U(t_ik)=U(max)。将获得的信号U(t_ik)的精选标准参数值与这些参数预设的阈值进行比较，并且如果符合精选标准条件，从分离物质中分离精选矿物。

因此，推荐的方法使用了矿物荧光特性的动力学趋势，基于荧光激发条件的变化来改善精选矿物的选择性恢复。

基于荧光信号强度测量值达到其峰值U(max)结束后激发辐射脉冲t_ik作用于分离物质的时间点和分离物质的最大粒度等级来建立精选物质分离操作的持续时间，但是不能短于激发周期T_k。基于激发辐射脉冲t_ik作用于分离物质的时间点来设定精选矿物分离操作开始之前的延迟时间，在该时间结束时荧光信号强度测量值达到其峰值。因此，推荐的方法能够自动改变精选矿物的分离参数，其也通过降低分离物质的数量，改善了从分离物质中回收精选矿物的选择性回收。

下面基于对设备的操作实例来详细解释使用本发明推荐的方法，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，制成以重力滑动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，矿物荧光光电探测器5，用于荧光信号U(t)的数字加工单元6，用于荧光信号U(t)的强度值Ua和所选择的分离参数的阈值的阈值调节器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。例如可以将机构1制成重力滑道1。同步单元3提供设备中包含的要求的操作装配顺序和单元。制成X射线发射器的源4的作用是通过激发辐射脉冲的连续处理对分离的物质流2进行辐射。光电探测器5的作用是将矿物荧光信号U(t)转换成电信号。数字信号加工单元6的作用是对来自光电探测器5的信号进行加工，将获得的荧光信号U(t)参数值与预设阈值进行比较，并且为制动器8形成命令，基于比较结果分离精选矿物。

同步单元3和数字信号加工单元6可以联合，并且使用个人电脑或微控制器进行安排，所述微控制器具有嵌入式多通道模拟数字转化器。可以基于光电倍增管安排光电探测器5，例如FEU-85或R-6094（滨松，日本）。可以基于连接于微控制器的一组开关或者数字键盘安排阈值调节器7。

设备2（图2）按如下方式工作。在提供分离物质之前，启动同步单元3，并且发出周期为T_k、持续时间为t_ik的激发脉冲，其足以激起荧光SC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的数值和精选标准参数值到单元6中。然后向滑道1供应分离的物质流2，分离的物质流2按照要求分离性能确定的预设速度在滑道1上运动。在离开滑道1后，物质流2进入辐射/记录区，在该区中其暴露于源4产生的持续时间为t_ik和周期为T_k（图1a）的X射线辐射脉冲的重复曝光之下。通过流2的速度和向分离的矿物提供充足数量的荧光激发来确定分离单元中辐射区域的长度。通常，为了符合荧光激发的条件，当分离的矿物通过激发区域时，其应当暴露于源4产生的三个辐射脉冲t_ik中最小的作用之下。在具有较高分离性能的设备中，分离的物质流2以相当高的速度沿着滑道1运动，并且当离开滑道1后，其在一个平面上进行扩张，该平面垂直于从辐射/记录区向精选矿物分离区的运动方向。在分离物质具有较高粒度时，例如(-50+20)mm，流1的扩张发挥作用。因此，应当将分离单元中的光电探测器5定位成远离流2的运动路径，这造成了探测器5视野的显著扩张。上述分离单元的辐射区域与记录区域完全匹配，但是记录区域朝向流2运动的长度大于辐射区域的长度。

在发生器4产生的X射线的辐射作用下，分离物质中的一些矿物发出荧光。荧光信号到达光电探测器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。通过同步单元3，加工单元6记录来源于光电探测器5的信号，与整个周期T_k期间的当前激发脉冲t_ik实时同步；确定激发脉冲结束后在预设时间点t_a的荧光信号U(t_ik)值，将获得的U(t_ik)值与信号的阈值Ua进行比较，并且如果U(t_ik)>Ua，将其储存。通过单元6将荧光信号U(t_ik+1)值与之前的U(t_ik)值进行比较，直到记录的荧光信号U(t_ik+1)值小于之前的U(t_ik)值的时间点时为止，所述的荧光信号U(t_ik+1)值是在每一随后的激发脉冲U(t_ik+1)下确定的。在脉冲处理的同一周期T_k+1，此时U(t_ik+1)<U(t_ik)，单元6对周期T_k中记录的荧光信号U(t_ik)进行加工，此时信号值U(t_ik)=U(max)。当加工的信号U(t_ik)=U(max)，单元6确定精选参数值，将它们与适当的阈值进行比较，并且如果获得参数值符合预设的分离条件，做出从流2分离矿物的决定。执行分离的信号从单元6传递到制动器8，对精选产品而言，制动器8引导精选矿物从流2进入接受容器9中；此时，流2中的剩余物质并不改变运动的方向，进入尾渣容器10中。

优选实施例

在推荐的通过X射线分离荧光矿物的方法中，使用矿物荧光激发完全达到其峰值处的信号来确定精选参数，并且因此，完全展现出这种矿物全部内在的荧光过程性能特点。这确保了随后确定的精选参数的准确性，并且改善了精选矿物的回收选择性。事实上，由于辐射区域的长度是根据所有精选矿物的全部荧光激发进行选择，而不是考虑它们内在的强度，于是在这特定区域，光电探测器5对具有最大强度的信号U(max)进行记录。同步单元3在激发脉冲处理t_ik的周期T_k和记录有强度U(t_ik)=U(max)的信号之间提供连接。这使基于这个特定的激发辐射脉冲作用于分离物质的时间点来建立精选物质分离操作的持续时间以及在起始精选矿物分离操作之前，建立延迟时间，均成为可能。精选矿物分离加工（时间和制动器8的反应期间）与特定激发脉冲之间的关联使得降低从流2中分离物质的量成为可能，并且相应地，又改善了精选矿物的回收选择性和精选产品的质量。

此处推荐的通过荧光特性进行的X射线荧光矿物分离方法符合“工业应用”的标准，并且可以用于，例如基于LS-20-05-2NTU-4276-054-00227703-2003商业化生产的分离器。

因此，推荐的X射线荧光矿物分离方法确保达到了技术结果：从分离物质中改善精选矿物的选择性回收。增加的精选矿物的回收选择性显著改善了精选产品的质量，反过来，其改善了整个选矿过程的可行性和经济效率。

Claims (3)

1.一种推荐的通过X射线荧光分离矿物的方法，由以下组成：运输分离的物质流，在该物质运动路径的预设部分内，用激发辐射脉冲对该物质进行重复辐射处理；记录矿物的荧光强度；实时加工所记录的信号，以确定精选参数；将所得到的参数与预定值比较；并且基于比较结果从运输的物质流中分离精选的矿物，其特征在于，在激发辐射脉冲结束后的一段时间里，建立荧光信号强度的阈值；对记录的矿物荧光信号强度进行加工，包括测量每一个激发辐射脉冲结束后预设时间内的荧光信号强度；如果记录的信号超过了预设的阈值，储存获得的每一个荧光信号的强度值；将当前周期的测量值与之前周期获得的值进行比较；确定强度达到其峰值时所处的周期；并且，确定的精选参数的过程包括在测量的荧光信号强度值达到其峰值时，对荧光信号进行加工，在精选参数处于预设的范围值之内时作出分离精选的矿物的决定。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，其包括依据激发辐射脉冲在分离的物质上的作用时间，设定针对精选的矿物执行分离操作的期间，在所述时间结束时，测量的分离的物质的荧光信号强度达到其峰值。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，其包括依据激发辐射脉冲在分离的物质上的作用时间，设定在执行精选矿物的分离操作之前的延迟时间，在所述时间结束时，分离的物质的荧光信号强度测量值达到其峰值。

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