DE112011102069T5

DE112011102069T5 - Verfahren zur Aufbereitung von Mineralien mit Hilfe der Röntgenlumineszenz

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Publication number: DE112011102069T5
Application number: DE112011102069T
Authority: DE
Inventors: Leonid Vasilievich Kazakov; Natalia Pavlovna Kolosova
Original assignee: RESEARCH AND PRODUCTION ENTERPRISE "BOUREVESTNIK"
Current assignee: RESEARCH AND PRODUCTION ENTERPRISE "BOUREVESTNIK"
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: BR112012023491A2; US20130220898A1; CA2794394A1; GB2491083B; GB2491083A; WO2012067541A1; JP2013536420A; AU2011329903A1; ZA201207840B; CN102971089A; AP3201A; AU2011329903B2; GB201216575D0; CN102971089B; AP2012006449A0; CA2794394C; JP5339108B2; US8766129B2; DE112011102069B4; RU2438800C1

Abstract

Das Verfahren betrifft das Gebiet der Aufbereitung von Mineralen. Es umfasst das Einstellen eines Schwellenwertes für die Intensität des Lumineszenzsignals zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Ende des Anregungsimpulses, daß bei der Aufzeichnung der Intensität des Luminszenzsignals eines Minerals die Intensität der Lumineszenz zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Ende jedes Anregungsimpulses bestimmt wird, daß der ermittelte Intensitätswert für jedes Lumineszenzsignal gespeichert wird, falls das aufgezeichnete Signal den eingestellten Schwellenwert übersteigt, daß der während einer Periode gemessene Wert mit den Werten aus den vorhergehenden Perioden verglichen wird, daß die Periode mit dem maximalen Intensitätswert bestimmt wird, und daß das Lumineszenzsignal mit der höchsten gemessenen Intensität zur Bestimmung der Trennparameter verarbeitet wird; und daß die Extraktion des aufzubereitenden Minerals entschieden wird, falls sich die Trennparameter im Sollwertbereich befinden.

Description

Gebiet der Erfindung
Das vorgeschlagene Verfahren fällt in den Bereich der Mineralienaufbereitung, und zwar der Verfahren zur Trennung in Anreicherungs- und Abgangsprodukte von zerkleinertem mineralischen Material, in dem Minerale enthalten sind, die unter der Einwirkung einer Anregungsstrahlung lumineszieren. Das vorgeschlagene Verfahren kann in Röntgenlumineszenzseparatoren Anwendung finden, die mit Impulsanregung der Lumineszenz arbeiten und für verschiedene Stadien der Aufbereitung bestimmt sind.
Stand der Technik
Das in einem bestimmten Zeitintervall registrierbare Lumineszenzsignal eines Minerals ist gekennzeichnet durch den dynamischen Verlauf der Intensität über die Zeit (die kinetischen Eigenschaften). Es läßt sich als Superposition oder Überlappung zweier Komponenten betrachten: einer kurzlebigen oder schnellen Komponente (fortan – SK), welche praktisch gleichzeitig (mit einem Intervall von einigen Mikrosekunden) mit dem Einsetzen der Anregungsstrahlung auftritt und unmittelbar nach deren Abbrechen verschwindet, und einer langlebigen oder langsamen Komponente (fortan – LK), deren Intensität während der Einwirkzeit der Anregungsstrahlung kontinuierlich zunimmt und nach deren Abbrechen relativ langsam (von einigen hundert Mikrosekunden bis zu einer Millisekunde) abnimmt (Nachleuchtphase der Lumineszenz).
Aufgabe ist es, die Effizienz der Mineralextraktion und die Qualität des aufzubereitenden Minerals (des erzielten Konzentrats) zu steigern; sie wird gelöst durch Erhöhung der Extraktionsselektivität für das aufzubereitende Mineral.
In den bekannten Verfahren wird die Extraktionsselektivität für das aufzubereitende Mineral zum einen durch die Auswahl des Trennkriteriums gesteigert, welches das aufzubereitende Mineral inmitten der begleitenden Minerale im Transportstrom des zu separierenden Materials identifiziert, wie auch durch die Lagebestimmung (Lokalisation) im Materialstrom, um Fehler bei der Abtrennung der zur Aufbereitung identifizierten Minerale aus dem Materialstrom bei der Stück-Fließextraktion auszuschließen, und/oder das Volumen des aus dem Materialstrom extrahierbaren Materials bei der Batch-Separation zu reduzieren.
Um die Extraktionsselektivität für das gesuchte Mineral zu steigern, verwendet man bei den bekannten Verfahren der Röntgenlumineszenzseparation als Trennkriterium verschiedene kinetische Eigenschaften des Lumineszenzsignals, das sowohl während des Einwirkens der Anregungsstrahlung auf das mineralische Material als auch danach (in der Nachleuchtphase) aufgezeichnet wird.
Bekannt ist z. B. ein Verfahren zur Separation von Mineralen [ SU 1 510 185 A1 B03B 13/06, B07C 5/346, 20.08.1995], welches die Pulsanregung der Minerallumineszenz, die Messung der anfänglichen Signalamplitude der MK sowie deren zeitlichen Verlaufs während der Nachleuchtdauer der Lumineszenz und die Extraktion der Minerale nach Maßgabe des zur Abklingkonstanten proportionalen Zeitintervalls umfaßt.
Als Nachteil dieses Verfahrens erweist sich, daß die Lumineszenz während des Anregungsimpulses – die SK der Lumineszenz – unberücksichtigt bleibt, die wesentlich verschieden ist z. B. für Diamanten und begleitende Minerale. Außerdem wird die Anwendung dieses Verfahrens durch den Amplitudenbereich der Aufzeichnungseinrichtung eingeschränkt. Dies ist ein wesentlicher Nachteil, da sich die Lumineszenzintensität der Minerale um einige Größenordnungen unterscheiden kann. Infolge dieser Nachteile gelangen außer dem aufzubereitenden Mineral auch begleitende Minerale mit relativ kurzer Nachleuchtdauer, aber intensiver Lumineszenz in das Anreicherungsprodukt (Konzentrat). Das führt zu einer wesentlichen Verschlechterung der Selektivität.
Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Separation von diamanthaltigem Material [ RU 2235599 , C1, B03B 13/06, B07C 5/342, 2004], bei dem die Lumineszenz durch Röntgenstrahlimpulse ausreichender Dauer angeregt wird, um die langanhaltende Lumineszenzkomponente aufleuchten zu lassen und bei dem die Gesamtintensität der kurzen und der langanhaltenden Lumineszenzkomponenten zum Zeitpunkt des Röntgenstrahlimpulses bestimmt, die Intensität der langanhaltenden Lumineszenzkomponente mit Verzögerung nach dem Ende des Röntgenimpulses ermittelt, der Wert des Trennkriteriums aus dem Verhältnis der summarischen Intensität der kurzen und der langanhaltenden Lumineszenzkomponenten SK und LK zu ihrer Komponente LK bestimmt, deren Wert mit einem Schwellenwert verglichen und das aufzubereitende Mineral anhand des Vergleichsergebnisses extrahiert wird.
Der Nachteil des beschriebenen Verfahrens ist, daß es sich nicht anwenden läßt, falls das Lumineszenzsignal über den linearen Bereich der Aufzeichnungsvorrichtung für die Intensität hinausgeht (abgeschnitten wird), da in diesem Fall das (vorbeschriebene) Verhältnis die Eigenschaften des Minerals nicht länger abbildet. Dies ist ein wesentlicher Nachteil, da sich die Lumineszenzintensität der Minerale in Aufbereitungsanlagen um einige Größenordnungen unterscheiden kann.
Bekannt ist außerdem das von uns als Prototyp benutzte Verfahren zur Aufbereitung von Mineralen anhand ihrer Lumineszenzeigenschaften [ RU 2355483 , C2, 20.05.2009], das die Schritte umfasst, daß ein Strom separierbaren Materials transportiert wird, daß dieses Material mit einer periodischen Folge von Impulsen einer Anregungsstrahlung bestrahlt wird, deren Dauer ausreicht, die langsame Lumineszenzkomponente zum Leuchten zu bringen, daß die Intensität des Lumineszenzsignals des Minerals während jeder Periode der Impulsfolge aufgezeichnet wird, daß das aufgezeichnete Signal in Echtzeit verarbeitet wird, daß ein Wert für das Trennkriterium bestimmt wird, daß dieses mit dem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird und daß das aufzubereitende Mineral aus dem Strom des transportierten Materials nach Maßgabe der Vergleichsergebnisse extrahiert wird. Bei diesem Verfahren benutzt man als Parameter für das Trennkriterium einen Satz von drei Merkmalen des Lumineszenzsignals des Minerals – der normalisierten Autokorrelationsfunktion, des Verhältnisses der Gesamtintensität von SK und LK des während der Aktivität des Anregungsimpulses aufgezeichneten Signals und der Intensitätskomponente LK des zu einer vorgegebenen Zeit nach Ende des Anregungsimpulses aufgezeichneten Lumineszenzsignals und der Abklingrate der Lumineszenz. Die Lumineszenzintensität wird in einem Amplitudenbereich aufgezeichnet, der eine Übersteuerung (Abschneiden) ausschließt.
Die in diesem Verfahren verwendeten Parameter für das Trennkriterium berücksichtigen die kinetischen Lumineszenzmerkmale vollständig genug, um das aufzubereitende Mineral zu identifizieren.
Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß bei der Extraktion der identifizierten aufzubereitenden Minerale aus dem Materialstrom Fehler auftreten und sich das Volumen des aus dem Materialstrom extrahierten Materials bei der Stück-Fließextraktion und der Batch-Separation vergrößert. Diese Nachteile beruhen auf der Tatsache, daß in dem transportierten Strom des zu separierenden Materials verschiedene Arten aufzubereitender Minerale enthalten sind und deren Abmessungen in den Grenzen der zu separierenden Korngrößenklasse variieren. Die Lumineszenzintensität solcher Minerale kann sich um drei bis vier Größenordnungen unterscheiden. Der Größenunterschied der Minerale führt zu einer Aufweitung des transportierten Materialstroms in der Ebene senkrecht zur Ebene der Bewegung vom Bestrahlungs-/Aufzeichnungsbereich zum Separationsbereich der aufzubereitenden Minerale. Der Intensitätsunterschied in der Lumineszenz der verschiedenen Mineralarten führt dazu, daß die Identifizierung der Minerale in unterschiedlichen Stadien der Lumineszenzanregung stattfindet. Minerale mit einer hohen Intensität können das Trennkriterium praktisch bei der Einwirkung schon des ersten Impulses der Anregungsstrahlung erfüllen, während Minerale von niedriger Intensität dem Trennkriterium nach der Einwirkung mehrerer Strahlungsimpulse genügen. Die Aufweitung des transportierten Materialstroms führt zu unterschiedlichen Bedingungen für die Lumineszenzerregung der Minerale. Der Einfluß dieser Faktoren bewirkt eine Störung in den kinetischen Lumineszenzmerkmalen, die für die Bestimmung der Parameterwerte des Trennkriteriums verwendet werden, und folglich reduzieren sie die zuverlässige Identifikation der Minerale. Besonders stark wirken sich diese Faktoren auf die Extraktionsselektivität der aufzubereitenden Minerale bei der Steigerung der Produktivität der Mineraltrennung aus, da das Sichtfeld des Photodetektors erweitert wird, in das auch Strahlung von Mineralen mit hoher induzierter Lumineszenz gelangt, die sich noch nicht im Bestrahlungsbereich befinden. Solche Minerale können vor dem Eintritt in den Bestrahlungsbereich identifiziert, bei der Abscheidung jedoch verfehlt werden, da sie nicht zu dem Zeitpunkt in den Separationsbereich gelangen, in dem der Trennbefehl von der Stelleinheit des Separators bei ihrer Identifikation ausgelöst wird. Ferner gelangt wegen der Sichtfelderweiterung des Photodetektors in diesen auch Strahlung von Mineralen mit hoher Lumineszenzintensität, die den Bestrahlungsbereich bereits verlassen haben. Dabei fällt die aufgezeichnete Intensität der schnellen Lumineszenzkomponente SK steil ab, die Intensität der langsamen Lumineszenzkomponente LK dagegen beträchtlich langsamer ab. Ein solches Änderungsverhalten der kinetischen Merkmale des aufgezeichneten Lumineszenzsignals kann dazu führen, daß ein hell leuchtendes begleitendes Mineral fälschlich als aufzubereitend identifiziert wird.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Steigerung der Extraktionsselektivität aufzubereitender Minerale aus separierbarem Material. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Möglichkeit dafür zu schaffen, ein aufzubereitendes Mineral im zu separierenden Materialstrom zu lokalisieren.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das vorliegende Verfahren zur Röntgenlumineszenzseparation von Mineralien, mit den Schritten, daß ein Strom separierbaren Materials transportiert wird, daß dieses Material innerhalb eines definierten Abschnitts der Transportbahn mit einer Folge von Impulsen einer Anregungsstrahlung bestrahlt wird, daß die Intensität des Lumineszenzsignals des Minerals aufgezeichnet wird, daß das aufgezeichnete Signal in Echtzeit zur Bestimmung der Separationsparameter verarbeitet wird, daß diese mit Sollwerten verglichen werden und daß das aufzubereitende Mineral aus dem Strom des transportierten Materials nach Maßgabe der Vergleichsergebnisse abgetrennt wird; dabei stellt man einen Schwellenwert für die Intensität des Lumineszenzsignals ein, das innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Ende des Anregungsimpulses auftritt, mißt bei der Aufzeichnung der Lumineszenzintensität des Minerals die Intensität des Lumineszenzsignals zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Ende jedes Anregungsimpulses, speichert den erhaltenen Intensitätswert für jedes Lumineszenzsignal, falls das aufgezeichnete Signal den eingestellten Schwellenwert übersteigt, vergleicht den während einer Periode erhaltenen Wert mit den Werten der vorangegangenen Perioden, bestimmt die Periode mit dem höchsten Intensitätswert, verarbeitet das Signal mit der höchsten gemessenen Intensität zur Bestimmung der Trennparameter und fällt die Entscheidung zur Extraktion des aufzubereitenden Minerals, falls die Trennparameter innerhalb des Sollwertbereichs liegen.
Das vorgeschlagene Verfahren zur Röntgenlumineszenzseparation von Mineralien zeichnet sich gegenüber dem bekannten dadurch aus, daß ein Schwellenwert für die Intensität des Lumineszenzsignals eingestellt wird, das innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Ende des Anregungsimpulses auftritt, daß bei der Aufzeichnung der Lumineszenzintensität des Minerals die Intensität des Lumineszenzsignals zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Ende jedes Anregungsimpulses gemessen wird, daß der erhaltene Intensitätswert für jedes Lumineszenzsignal gespeichert wird, falls das aufgezeichnete Signal den eingestellten Schwellenwert übersteigt, daß der in der augenblicklichen Periode erhaltene Wert mit den Werten der vorangegangenen Perioden verglichen wird, daß die Periode mit dem höchsten Intensitätswert bestimmt wird, daß das Signal mit der höchsten gemessenen Intensität zur Bestimmung der Trennparameter verarbeitet und die Entscheidung zur Extraktion des aufzubereitenden Minerals gefällt wird, falls die Trennparameter innerhalb des Sollwertbereichs liegen.
Zur Steigerung der Qualität des erzielten Konzentrats durch Volumenreduzierung des zu separierenden Materials läßt sich die Aktionsdauer des Trennvorgangs für das aufzubereitende Mineral in Abhängigkeit von der Zeit einstellen, in der jener Anregungsimpuls auf das aufzubereitende Mineral einwirkt, nach dessen Ende der Maximalwert der Signalintensität gemessen wurde.
Ferner läßt sich eine Verzögerungszeit bis zum Beginn des Trennvorgangs für das aufzubereitende Mineral in Abhängigkeit von der Zeit einstellen, in der jener Anregungsimpuls auf das aufzubereitende Mineral einwirkt, nach dessen Ende der Maximalwert der Signalintensität gemessen wurde.
Die Gesamtheit der kennzeichnenden Merkmale und ihrer Wechselbeziehung zu den den Schutzbereich festlegenden Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung gestattet die Steigerung der selektiven Extraktion der aufzubereitenden Minerale aus dem zu separierenden Material in Echtzeit. Sie ermöglicht außerdem die Lokalisierung der aufzubereitenden Minerale in dem zu separierenden Materialstrom. Die Gesamtheit der in der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrensschritte erlaubt es dabei, nicht nur die kinetischen Merkmale des Lumineszenzsignals des aufzubereitenden Minerals unterschiedlichen Typs und unterschiedlicher Größe (im Rahmen jeder Korngrößenklasse), sondern auch die Änderungsdynamik dieser Merkmale zu erfassen, die von der Änderung der Bedingungen für die Lumineszenzanregung während des Transports der Minerale durch das Bestrahlungsfeld abhängen. Gerade die Berücksichtigung dynamischer Eigentümlichkeiten bei der Lumineszenzanregung in verschiedenen Typen des aufzubereitenden Minerals ist für die in der Erfindung vorgeschlagenen kennzeichnenden Merkmale zur Steigerung der selektiven Extraktionsrate der Mineralaufbereitung maßgeblich. Die kennzeichnenden Merkmale insgesamt ermöglichen ferner, das technische Ergebnis durch die Lokalisierung des aufzubereitenden Minerals im zu separierenden Materialstrom zu verbessern.
Daß die vorliegende Lösung nicht auf der Hand liegt, wird auch durch die Tatsache unterstrichen, daß vergleichbare Lösungen trotz der Aktualität der Aufgabe für die mineralaufbereitende Industrie seit mindestens 20 Jahren nicht existieren. Auf diese Weise erlangt die vorliegende technische Lösung Patentrang.
In der den Autoren bekannten Literatur ist die vorliegende Zusammenführung der kennzeichnenden und der den Schutzbereich festlegenden Merkmale gemäß der Erfindung nicht beschrieben.
Kurzbeschreibung der Abbildungen
In 1 ist der zeitliche Verlauf der Lumineszenzsignale eines Minerals unter Einwirkung einer gepulsten Anregungsstrahlung dargestellt:
a) – Anregungsimpulse;
b) – Lumineszenzsignale der Minerale während des Transports durch den Bestrahlungsbereich;
c) – Lumineszenzsignale von Mineralen vor dem Eintritt in den Bestrahlungsbereich;
d) – Lumineszenzsignale von Mineralen nach dem Verlassen des Bestrahlungsbereichs
2 zeigt die schematische Darstellung einer Gerätevariante zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung.
Industrielle Anwendbarkeit
Das vorliegende Verfahren zur Aufbereitung von Mineralen anhand ihrer Lumineszenzeigenschaften wird auf folgende Weise realisiert. Man definiert einen Schwellenwert Ua für die Intensität des Lumineszenzsignals U(t) zu einer vorgegebenen Zeit t_a nach dem Ende des Anregungsimpulses (1b–d). Das zu separierende Material wird durch eine periodische Folge von Impulsen mit der Länge t_ik und der Periode T_k der Anregungsstrahlung – z. B. Röntgenstrahlung – bestrahlt (1a). Die Bestrahlungszeit reicht aus, die langsame Komponente (LK) des Lumineszenzsignals U(t) aufleuchten zu lassen. Das Signal U = f(t) der Lumineszenzintensität des Minerals wird in dem Energieintervall aufgezeichnet (1b–d), in dem sich die für das aufzubereitende Mineral charakteristische Lumineszenzlinie mit für die Aufzeichnung ausreichender Intensität beobachten läßt. Die Lumineszenz des Minerals läßt sich dabei aus der Richtung der Oberfläche des aufzubereitenden Materials erfassen, die der Strahlenquelle zugewandt ist, und/oder aus der Richtung der Oberfläche des aufzubereitenden Materials, die der Strahlenquelle gegenüberliegt. Das meßbare Lumineszenzsignal U(t) enthält sowohl einen Anteil T_b aus der Anregung der schnellen (SK) und der langsamen (LK) Komponente des Lumineszenzsignals, wie auch einen Anteil T_d aus dem Abklingen seiner langsamen (LK) Komponente (1b–d). Das Lumineszenzsignal U(t) wird bei jedem Bestrahlungsimpuls t_ik der Impulsfolge während der gesamten Anregungsperiode T_k aufgezeichnet (1a). Alle aufgezeichneten Signale U(t) werden in Echtzeit verarbeitet.
Bei der Verarbeitung der Lumineszenzsignale U(t) bestimmt man zunächst den Wert des Lumineszenzsignals U(t_ik) zum vorgegebenen Zeitpunkt t_a nach dem Ende des Anregungsimpulses zum Zeitpunkt t_ik und vergleicht ihn mit dem vorgegebenen Schwellenwert Ua. Überschreitet der Wert des Signals U(t_ik) die Werte Ua, wird er gespeichert und danach mit dem Wert des Signals U(_tik+1) verglichen, der beim darauffolgenden Anregungsimpuls t_ik+1 aufgezeichnet wird, wenn U(_tik+1) > Ua. Es wird die Anregungsperiode T_k bestimmt, in dem U(t_ik) den Maximalwert U(max) angenommen hat, und verarbeitet jenes Signal zur Herleitung der Trennparameter weiter, bei dem U(t_ik) = U(max). Dazu vergleicht man die Parameterwerte des Trennkriteriums für das Signal U(t_ik) mit den vorgegebenen Schwellenwerten dieser Parameter und extrahiert das aufzubereitende Mineral aus dem zu separierenden Material, falls die Bedingungen des Trennkriteriums erfüllt sind.
Auf diese Weise nutzt das vorliegende Verfahren die Änderungsdynamik in den Lumineszenzmerkmalen der Minerale, die von der Änderung der Bedingungen für die Lumineszenzanregung abhängt, zur Steigerung der Extraktionsselektivität der aufzubereitenden Minerale.
Die Ausführungsdauer der Extraktion des aufzubereitenden Minerals wird in Abhängigkeit vom Zeitpunkt der Einwirkung desjenigen Anregungsimpulses t_ik auf das zu separierende Material festgelegt, nach dessen Ende die gemessene Lumineszenzintensität U(t_ik) den Maximalwert U(max) erreicht hat, sowie der maximalen Korngröße des zu separierenden Materials, jedoch nicht kleiner als die Periode T_k der Anregung. Die Verzögerung bis zum Einsetzen des Abtrennvorgangs wird in Abhängigkeit vom Zeitpunk der Einwirkung desjenigen Anregungsimpulses t_ik auf das zu separierende Material festgelegt, nach dessen Ende die gemessene Lumineszenzintensität den Maximalwert erreicht hat. Auf diese Weise lassen sich in dem vorliegenden Verfahren die Trennparameter für das aufzubereitende Mineral automatisch verändern, wodurch die selektive Extraktion des aufzubereitenden Minerals aus dem zu separierenden Material infolge der Volumenreduzierung des abgetrennten Materials zusätzlich erhöht wird.
Die Realisierung des vorliegenden Verfahrens wird am Beispiel der Funktionsweise einer Vorrichtung zur industriellen Umsetzung der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
Die Vorrichtung (2) zur Realisierung der vorliegenden Methode besteht aus einem Transportmechanismus 1 in Form einer schrägen Rinne für den Transport des zu separierenden Materialstroms 2, aus einer Synchronisiereinheit 3, einer Strahlenquelle 4 zur Impulsanregung, einem Photodetektor 5 zur Registrierung der Lumineszenz der Minerale, einer Einrichtung 6 zur digitalen Verarbeitung des Lumineszenzsignals U(t), einem Schwellenwertgeber 7 für den Wert Ua der Intensität des Lumineszenzsignals U(t) sowie die Schwellenwerte für die gewählten Trennparameter, einem Stellantrieb 8 und den Auffangbehältern 9 und 10 für das aufzubereitende Mineral bzw. den Abgang.
Der Transportmechanismus 1 dient dazu, den Strom 2 des zu separierenden Materials mit der erforderlichen Geschwindigkeit (z. B. mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 3 m/s) durch den Bestrahlungs- und Meßbereich zu führen und anzuhalten. Der Mechanismus 1 kann z. B. in Form einer schrägen Rinne 1 ausgeführt sein. Die Synchronisiereinheit 3 stellt die notwendige Arbeitsabfolge der Baugruppen und Funktionseinheiten der Vorrichtung sicher. Die Quelle 4 in Form eines Röntgengenerators dient dazu, den zu separierenden Materialfluß mit einer kontinuierlichen Impulsfolge anzuregen. Der Photodetektor 5 dient dazu, das Lumineszenzsignal U(t) eines Minerals in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Die digitale Datenverarbeitungsanlage 6 dient dazu, die Signale des Photodetektors 5 zu verarbeiten, die daraus resultierenden Parameterwerte des Lumineszenzsignals U(t) mit den vorgegebenen Schwellenwerten zu vergleichen und die Befehle an den Stellantrieb 8 zur Abscheidung des aufzubereitenden Minerals anhand des Vergleichsergebnisses zu generieren.
Die Synchronisiereinheit 3 und die Datenverarbeitungseinrichtung 6 können zusammengefaßt und auf der Basis eines PC oder eines Mikroprozessors mit integriertem Vielkanal-Analog/Digital-Konverter ausgeführt werden. Der Photodetektor 5 läßt sich auf der Basis des Photomultipliers FEU-85 oder R-6094 (Firma Hamamatsu, Japan) realisieren. Der Schwellenwertgeber 7 kann mit einer Gruppe von Wählschaltern oder auch einer an den Mikroprozessor angeschlossenen Tastatur ausgeführt werden.
Die Funktionsweise der Vorrichtung (2) ist wie folgt: vor der Zuführung des zu separierenden Materials wird die Synchronisiereinheit 3 gestartet. Diese sendet an die Röntgenstrahlquelle 4 und den Digitalrechner 6 Anregungsimpulse der Periode T_k und der Länge t_ik, die ausreicht, um die LK der Lumineszenz anzuregen. Über den Schwellenwertgeber 7 werden die Zahlenwerte für den Schwellenwert Ua und die Trennparameter in den Rechner 6 eingegeben. Dann wird der zu separierende Materialstrom 2 auf der Rinne 1 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit vorwärtsbewegt, die durch die geforderte Extraktionsproduktivität definiert ist. Nach dem Verlassen der Rinne 1 gelangt der Materialstrom 2 in den Bestrahlungs- und Meßbereich, wo er mit periodischen Röntgenimpulsen von der Dauer t_ik und der Periode T_k aus der Quelle 4 bestrahlt wird (1a). Die Ausdehnung des Bestrahlungsbereichs in der Trennvorrichtung ergibt sich durch die Verschiebegeschwindigkeit des Materialstroms 2 sowie die Sicherstellung einer ausreichend vollständigen Lumineszenzanregung der aufzubereitenden Minerale. In der Regel muß das aufzubereitende Mineral, um den Anforderungen der Lumineszenzanregung zu genügen, mindestens drei Strahlenimpulsen t_ik der Quelle 4 auf seinem Weg entlang des Anregungsbereichs ausgesetzt sein. In einer Anlage mit hoher Extraktionsproduktivität bewegt sich der Strom 2 des zu separierenden Materials mit ziemlich hoher Geschwindigkeit entlang der Rinne 1 und weitet sich nach dem Verlassen der Rinne 1 in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Bewegung vom Bestrahlungs- und Beobachtungsbereich zum Abscheidungsbereich für die aufzubereitenden Minerale auf. Die Verbreiterung des Materialstroms 1 tritt besonders bei der Aufbereitung von grob gekörntem Material auf, z. B. (–50 +20) mm. Der Photodetektor 5 muß deshalb in der Trennvorrichtung in ziemlichem Abstand von der Transportbahn des Materialstroms 2 angeordnet werden, wodurch sich sein Sichtfeld wesentlich verbreitert. In einer solchen Extraktionsanlage fällt der Bestrahlungsbereich vollständig mit dem Aufzeichnungsbereich zusammen, der Aufzeichnungsbereich in der Bewegungsrichtung des Materialstroms 2 ist jedoch größer als der Bestrahlungsbereich.
Unter der Einwirkung der Röntgenimpulse aus der Quelle 4 gibt ein Teil der Minerale, die in dem zu separierenden Material enthalten sind, Lumineszenzstrahlung ab. Das Lumineszenzsignal trifft auf den Photodetektor 5, der es in ein elektrisches Signal umwandelt.
Dieses gelangt in den Verarbeitungsrechner 6. Mit Hilfe der Synchronisiereinheit 3 zeichnet die Verarbeitungseinrichtung 6 das vom Photodetektor 5 eingehende Signal synchron mit dem aktuellen Anregungsimpuls t_ik während der gesamten Periode T_k in Echtzeit auf; sie ermittelt den Wert U(t_ik) des Lumineszenzsignals zum vorgegebenen Zeitpunkt t_a nach dem Ende des Anregungsimpulses, vergleicht den Wert U(t_ik) mit dem Schwellenwert Ua und speichert ihn, falls U(t_ik) > Ua. Den Wert U(t_ik+1) des Lumineszenzsignals für jeden nachfolgenden Anregungsimpuls t_ik+1 vergleicht die Verarbeitungseinrichtung 6 mit dem vorhergehenden Wert U(t_ik) so lange, bis der Wert U(t_ik+1) des aufgezeichneten Lumineszenzsignals kleiner wird als der vorhergehende Wert U(t_ik). In genau der Periode T_k+1 der Impulsfolge, in der U(t_ik+1) < U(t_ik), verarbeitet das Gerät 6 das Signal U(t_ik) der in der Periode T_k aufgezeichneten Lumineszenz, in der der Wert des Signals U(t_ik) = U(max) ist. Bei der Verarbeitung des Signals U(t_ik) = U(max) bestimmt das Gerät 6 die Werte der Trennparameter, vergleicht sie mit den entsprechenden Schwellenwerten und trifft die Entscheidung zur Abscheidung des Minerals aus dem Materialstrom 2, falls die gewonnenen Parameterwerte den vordefinierten Bedingungen für die Extraktion genügen. Das Extraktionssignal gelangt aus dem Gerät 6 in den Stellantrieb 8, welcher das aufzubereitende Mineral aus dem Materialstrom 2 in den Auffangbehälter 9 für das Aufbereitungsprodukt lenkt, während das restliche Material im Materialstrom 2 ohne Richtungsänderung der Transportbahn in den Auffangbehälter 10 für den Abgang gelangt.
Bevorzugte Realisierung der Erfindung
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Aufbereitung von Mineralen mit Hilfe der Röntgenlumineszenz wird für die Bestimmung der Trennparameter das Signal mit der höchstmöglichen Lumineszenzausbeute für das Mineral verwendet, bei dem sich folglich alle charakteristischen Besonderheiten des einem bestimmten Mineral innewohnenden Lumineszenzprozesses möglichst vollständig darstellen. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der ermittelten Trennparameter gewährleistet und die Extraktionsslektivität der aufzubereitenden Minerale erhöht. Da die Ausdehnung des Bestrahlungsbereichs so ausgewählt wird, daß die Anregung der Lumineszenz aller aufzubereitenden Minerale unabhängig von der ihnen eigenen Intensität ausreichend vollständig gesichert ist, wird tatsächlich genau in diesem Bereich auch das Signal U(max) der maximalen Intensität vom Photodetektor 5 aufgezeichnet. Die Synchronisiereinheit 3 verknüpft die Periode T_k der Folge von Anregungsimpulsen t_ik mit dem Signal der aufgezeichneten Intensität U(t_ik) = U(max). Dadurch wird es möglich, die Ausführungsdauer des Extraktionsvorgangs für das aufzubereitende Mineral in Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Einwirkens genau dieses Anregungsimpulses auf das zu separierende Material wie auch die Verzögerungszeit bis zum Start des Extraktionsvorgangs für das aufzubereitende Mineral einzustellen. Durch die Verknüpfung des Extraktionsprozesses für das aufzubereitende Mineral (Zeitpunkt und Dauer der Betätigung des Stellantriebs 8) mit einem bestimmten Anregungsimpuls kann das Volumen des aus dem Materialstrom 2 extrahierten Materials reduziert und in der Folge zusätzlich die Extraktionsselektivität des aufzubereitenden Minerals sowie die Qualität des Produktes erhöht werden.
Das nach der Erfindung vorgeschlagene Verfahren zur Mineralaufbereitung durch Röntgenlumineszenz erfüllt das Kriterium der ”industriellen Anwendbarkeit”. Es läßt sich z. B. auf der Grundlage des serienmäßig hergestellten Lumineszenzseparators LS-20-05-2H TU – 4276-054-00227703-2003 realisieren.
So wird durch das vorliegende Verfahren der Röntgenlumineszenzextraktion die technische Aufgabe gelöst – nämlich die Erhöhung der Extraktionsselektivität für aus separierbarem Material aufzubereitende Minerale. Durch die gesteigerte Extraktionsselektivität der aufzubereitenden Minerale wird die Qualität des erzielten Konzentrats beträchtlich verbessert, wodurch ihrerseits die technologische Reife und die Wirtschaftlichkeit des gesamten Aufbereitungsprozesses zunehmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

SU 1510185 A1 [0006]
RU 2235599 [0008]
RU 2355483 [0010]

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Mineralen durch Röntgenlumineszenz, mit den Schritten des Transports eines Stroms von separierbarem Material, der Bestrahlung dieses Materials mit einer Folge von Anregungsimpulsen innerhalb eines bestimmten Abschnitts der Transportbahn des Materials, der Aufzeichnung der Lumineszenzintensität des Minerals, der Echtzeitverarbeitung des aufgezeichneten Signals zur Bestimmung der Trennparameter, deren Vergleich mit Sollwerten sowie der Extraktion des aufzubereitenden Minerals aus einem Strom transportierten Materials nach Maßgabe des Vergleichs, dadurch gekennzeichnet, daß Schwellenwerte für die Intensität des Lumineszenzsignals zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Ende des Anregungsimpulses festgelegt werden, daß bei der Aufzeichnung der Intensität des Luminszenzsignals eines Minerals die Intensität der Lumineszenz zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Ende jedes Anregungsimpulses bestimmt wird, daß der ermittelte Intensitätswert für jedes Lumineszenzsignal gespeichert wird, falls das aufgezeichnete Signal den eingestellten Schwellenwert übersteigt, daß der während einer Periode gemessene Wert mit den Werten aus den vorhergehenden Perioden verglichen wird, daß die Periode mit dem maximalen Intensitätswert bestimmt wird, daß das Lumineszenzsignal mit der höchsten gemessenen Intensität zur Bestimmung der Trennparameter verarbeitet wird und daß die Extraktion des aufzubereitenden Minerals entschieden wird, falls sich die Trennparameter im Sollwertbereich befinden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausführungsdauer des Extraktionsvorgangs für das aufzubereitende Mineral in Abhängigkeit von der Zeit festgelegt wird, zu der derjenige Anregungsimpuls auf das zu separierende Material einwirkt, nach dessen Ende die gemessene Intensität des Lumineszenzsignals den Maximalwert erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungszeit bis zum Start des Trennvorgangs für das aufzubereitende Mineral in Abhängigkeit von der Zeit festgelegt wird, zu der derjenige Anregungsimpuls auf das zu separierende Material einwirkt, nach dessen Ende die gemessene Intensität des Lumineszenzsignals den Maximalwert erreicht hat.