DE3790473C2 - Trennverfahren für Diamanten - Google Patents
Trennverfahren für DiamantenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Abtrennung von Dia
manten von der damit verbundenen Gangart.
Diamant führende Erze haben, abweichend von den meisten
anderen Erzen, ein sehr niedriges Verhältnis von Diamant
zu dem damit verbundenen Abfallmaterial (bekannt als
Gangart), und dieses kann so klein wie eins zu mehreren
Millionen sein. Weiterhin muß Diamant unbeschädigt aus
dem Erz gewonnen werden, und das Vorkommen von Diamant
in Erzen ist mittels chemischer Untersuchungsmethoden
nicht leicht zu bestimmen.
Diamanten kommen in alluvialen Ablagerungen oder in
Kimberlit-Röhren vor. Das Erz wird einer Reihe mechani
scher Anreicherungsverfahren unterworfen, die die
Arbeitsweisen des Siebens, des Zerkleinerns und der
Dichte-Trennung umfassen, wodurch ein die Diamanten
enthaltendes Konzentrat erhalten wird, wobei die
Grobstoffe oder die Gangart verworfen wird. Das
Konzentrat wird dann zu einer Anzahl Größenbereiche
klassiert und durch Röntgenstrahl-Separatoren hindurch
geführt, die die Fluoreszenz der Diamanten (und einer
Anzahl anderer Stoffe) nachweisen und ein Luftausstoß-
System veranlassen, das Diamant führende Material von
dem nicht Diamant führenden Material zu trennen. Die
abschließende Auswahl ungeschnittener Diamanten erfolgt
dann von Hand.
Die britische Patentanmeldung 2 140 555 der Anmelderin
betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Diamanten von
mit ihnen verbundener Gangart, das die Schritte des
Hindurchleitens diskreter Einheiten eines Diamant füh
renden Erzes durch einen Laserstrahl, der befähigt ist,
eine Raman-spektrale Aktivierung hervorzurufen, des
Nachweises der Raman-Streustrahlung mittels eines
Detektors, der so ausgebildet ist, daß er Mittel zur
Abtrennung diskreter Einheiten des Diamant enthaltenden
Erz es von den diskreten Einheiten der keinen Diamant
enthaltenden Gangart betätigt, und des Sammelns der
abgetrennten Einheiten umfaßt. Die Anmeldung offenbart
auch einen für die Verwendung bei der Abtrennung von
Diamanten geeigneten Separator, der eine Quelle für
Laserstrahlung, Mittel zum Hindurchleiten diskreter
Einheiten eines Diamant enthaltenden Erzes durch den
Laserstrahl, Mittel zum Nachweis der Raman-Streustrahlung
und Mittel zur Abtrennung diskreter Einheiten mit
hohem Diamant-Gehalt aus dem Strom der Gangart mit
geringem Diamant-Gehalt umfaßt, wobei die Mittel zur
Abtrennung durch die Mittel zum Nachweis gesteuert
werden.
Bei bekannten Verfahren zur Diamant-Abtrennung wird
Diamant führendes Material zur Abtrennung mit Hilfe
eines endlosen Förderbandes transportiert, wobei ein
kontinuierlicher Strom herabfallenden Materials von dem
Ende des Bandes abgegeben wird. Das Materal wird mit
Röntgenstrahlung oder Raman-Laserstrahlung bestrahlt,
und ein geeigneter Detektor wird zum Nachweis der ent
stehenden Fluoreszenz oder reflektierten bzw. gestreuten
Strahlung eingesetzt, wobei das System so eingerichtet
ist, daß der Ausgang des Detektors eine Vorrichtung wie
etwa eine Preßluft-Düse steuert, um das Diamant enthal
tende Material aus dem Strom abzulenken. Die Grundlage die
ser Verfahren sind in den US Patenten 4 323 159 und 4 397 556
beschrieben.
Das Diamant führende Material zur Abtrennung ist oft
feucht oder enthält einiges Wasser, und dabei tritt ein
besonderes Problem dadurch auf, daß die Teilchen zusam
menkleben oder verklumpen. Sie kleben auch am Förder
band. Dies kann dazu führen, daß das Material in
unregelmäßigem Strom vom Ende des Bandes herabfällt,
wodurch nachfolgend Fehler beim Vorgang der Diamant-
Abtrennung entstehen.
Die britische Patentschrift 1 135 232 beschreibt ein Mine
ralien-Sortierverfahren, das zur Abtrennung von Diamanten
von mit ihnen verbundener Gangart geeignet ist, wobei eine
Aufschlämmung des aufzutrennenden Materials durch Röntgen
strahlung untersucht wird.
Es ist jedoch auch bekannt, daß die
Anwesenheit von Wasser in dem Material im Zusammenhang
mit der Abtrennung von Diamanten mit Hilfe der auf
Röntgenstrahlung beruhenden Arbeitsweise Probleme ver
ursacht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
verbessertes Verfahren zur Abtrennung von Diamanten von mit ih
nen verbundener Gangart bei Diamanten führendem Material zur
Verfügung zu stellen.
Es wurde gefunden, daß der Zusatz von Wasser zu dem
Diamant führenden Material zur Bildung einer Aufschläm
mung eine wirksamere Durchführung der Abtrennung der
Diamanten ermöglicht, wenn sie in Verbindung mit ein
gestrahlter Raman-Laserstrahlung verwendet wird.
Demgemäß macht die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Abtrennung von Diamanten von der damit verbundenen
Gangart bei einem Diamant führenden Material verfügbar,
das die Schritte
- (a) des Vermischens des Diamant führenden Materials mit Wasser oder einer Wasser enthaltenden Lösung zu einer Aufschlämmung,
- (b) des Hindurchleitens der Aufschlämmung durch einen Laserstrahl bekannter Wellenlänge, der zur Erzeu gung einer Raman-spektralen Aktivierung befähigt ist,
- (c) des Filterns der Streustrahlung aus der Aufschläm mung mittels eines Filters, das so ausgelegt ist, daß es sämtliche Strahlung mit Ausnahme der für Diamant charakteristischen Strahlung entfernt, und
- (d) des Nachweises der gefilterten Strahlung mittels eines Detektors, der so ausgelegt ist, daß er Mittel zur Trennung einer Aufschlämmung mit hohem Diamant-Gehalt von einer Aufschlämmung mit niedri gem Diamant-Gehalt betätigt,
umfaßt.
Unter einer Aufschlämmung mit hohem Diamant-Gehalt ist
eine Aufschlämmung zu verstehen, die einen höheren
Diamant-Anteil aus dem Diamant-führenden Material hat
als die Aufschlämmung mit niedrigem Diamant-Gehalt. So
kann die Aufschlämmung mit hohem Diamant-Gehalt alle
Diamanten aus dem Diamant-führenden Material enthalten,
und die Aufschlämmung mit niedrigem Diamant-Gehalt würde
dann gar keine Diamanten enthalten. Alternativ kann die
Aufschlämmung mit hohem Diamant-Gehalt nur einen Teil
der Diamanten aus dem Diamant-führenden Material enthal
ten, und einige Diamanten können in der Aufschlämmung
mit niedrigem Diamant-Gehalt vorhanden sein. Im
letzteren Falle kann die Aufschlämmung mit niedrigem
Diamant-Gehalt weiteren Trennvorgängen unterworfen
werden.
Die abgetrennte Aufschlämmung mit hohem Diamant-Gehalt
kann im Kreislauf erneut mit anderen Durchflußgeschwin
digkeiten durch den Separator hindurchgeführt werden, um
eine weitere Abtrennung der Diamanten von der damit ver
bundenen Gangart zu ermöglichen.
Die Mittel zum Nachweis enthalten vorzugsweise einen
Dioden-Analysator, der mit einem Spektrometer verbunden
ist. Vorzugsweise entscheidet ein Bewerter auf Computer-
Basis (Assessor) oder Mikroprozessor darüber, ob die von
den Nachweis-Mitteln empfangene Information von der auf
einen Diamanten auftreffenden Strahlung herrührt. Der
Assessor ist in der Lage, die Information mit vorher
festgelegten Werten zu vergleichen, etwa der Wellenlänge,
bei der ein spektraler Peak auftritt, der Größe
des Peaks und dem Niveau über der Untergrund-Streuung.
Vorzugsweise betätigt der Assessor ein Befehlssystem,
das ein Trennmittel betreibt. Das Trennmittel umfaßt
vorzugsweise einen Ausstoßer (Ejektor), der befähigt
ist, eine Druckwelle eines komprimierten Gases auszu
stoßen, die befähigt ist, die Aufschlämmung mit hohem
Diamant-Gehalt in einen benachbarten Sammelbehälter zu
verschieben. Der Einsatz eines schmalen Laserstrahls
ermöglicht die Analyse sowohl großer als auch kleiner
Proben.
Herkömmliche Raman-Spektrometer tasten das Streulicht
ab, wobei jede Wellenlänge sequentiell beobachtet und
gemessen wird. Der Einsatz dieser Abtast-Technik er
fordert eine Zeit in der Größenordnung von Minuten, um
eine spezielle Substanz wie Diamant zu identifizieren.
In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt,
Flächenempfänger (Diodenfeld-Detektoren) einzusetzen,
die mit einem System optischer Fasern verbunden sind,
wobei die Flächenempfänger in wirksamer Weise eine Reihe
von Detektoren in einer Zeile umfaßt. Dies ermöglicht
eine gleichzeitige Prüfung eines großen Teils des
Spektrums, und mit Hilfe dieser Technik kann die An
wesenheit von Diamanten in einer Zeit in der Größen
ordnung von Millisekunden oder sogar noch schneller
bestimmt werden. Es wird auch bevorzugt, die Streu
strahlung durch Verwendung optischer Fasern zu sammeln
und dadurch den Einsatz von Detektor und Analysensystem
von dem Diamant führenden Material entfernt zu ermög
lichen und dadurch die Sicherheit und Zweckdienlichkeit
des Trennvorgangs zu verstärken.
Vorzugsweise ist das Diamant führende Material ein
Diamant führendes Erz, das ein konzentriertes, Diamant
führendes Erz sein kann, das nach bekannten Techniken
des Konzentrierens erhalten wurde. Es ist auch daran
gedacht, daß das Diamant führende Material ein Diamant
führender Erz-Schlamm ist, wie er von einem alluvialen
Saugbagger auf einer Bergbau-Fläche oder vom Meeres-
Bergbau erhalten wird.
Weiterhin ist vorgesehen, daß die Erfindung auch für die
Abtrennung synthetischer Diamanten von mit ihnen verbun
denem Material verwendet werden kann. Das verbundene
Material soll bei dieser Ausführungsform unter die
Bedeutung des Begriffs Gangart fallen.
Die Erfindung wird nunmehr lediglich beispielhaft und
unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 der beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein perspektivisches Diagramm eines Geräts
zur Abtrennung von Diamanten unter Anwendung einer
Technik des freien Falls und unter Verwendung eines
Netzwerks optischer Fasern zur Übertragung und zum
Nachweis der Laser-Strahlung.
Fig. 2 bis Fig. 5 zeigen schematische Diagramme von
Geräten zur Abtrennung von Diamanten unter Anwendung des
freien Falls, einer Zuführungsrutsche, einer Spalt-
Zuführungsrutsche bzw. einer Rutsche mit mehreren
Ejektor-Positionen.
In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein Schwingförderer 10 so
angebracht, daß er Diamanten führendes Erz entlang einer
Rutsche 11 mit ebenem Querschnitt befördert. Eine
Wasser-Zuführung 12 leitet Wasser in das Erz, wodurch
eine Aufschlämmung 13 gebildet wird, die entlang der
Rutsche befördert wird und schließlich vom Ende der
Rutsche frei nach unten fällt.
Ein im kontinuierlichem Betrieb arbeitender Argon-Ionen-
Laser 15, der befähigt ist, eine Hochleistungsstrahlung
der Wellenlänge 514,5 nm abzugeben, ist so angeordnet,
daß die Strahlung in die hinabfallende Aufschlämmung 14
gerichtet wird, um die Anwesenheit von Diamanten nachzu
weisen. Die aufgrund des Raman-Effekts gestreute Laser-
Strahlung wird mit Hilfe von Filtern 20 gefiltert und
mit Hilfe eines Flächenempfänger (Diodenfeld-Detektors)
16 nachgewiesen. Ein Druckgas-Düsen-Ejektor 17 ist neben
der herabfallenden Aufschlämmung angeordnet und auf
diese gerichtet. Eine mit dem Detektor verbundene elek
tronische Mikroprozessor-Einheit 19 ist zur Steuerung
(Auslösung) des Ejektors so angeordnet, daß sie die
Aufschlämmung mit hohem Diamant-Gehalt in einen benach
barten Sammelbehälter 18 verschiebt.
Die Laser-Strahlung wird zu der herabfallenden Auf
schlämmung mit Hilfe eines Systems optischer Fasern 21
hingeleitet. Die Raman-Streustrahlung wird mit Hilfe
eines zweiten optischen Faser-Systems 22 gesammelt und
zu dem Filter/Detektor geschickt. Das filternde System
kann ein optisches schmales Bandpaßfilter sein, das be
fähigt ist, eine optische Wellenlänge von +0,5 nm oder
-0,5 nm von der gewünschten Raman-Wellenlänge hindurch
zulassen.
Während der Benutzung wird das von dem Schwingförderer
10 auf die Rutsche 11 geleitete Erz mit Wasser gemischt,
so daß eine Aufschlämmung 13 gebildet wird. Sobald diese
Aufschlämmung das Ende der Rutsche erreicht, fällt sie
vom Ende der Rutsche im freien Fall nach unten. Laser-
Strahlung von der Quelle 15 trifft auf die herab fallende
Aufschlämmung 14, und die Raman-Streustrahlung wird
gesammelt und mittels des Diodenfeld-Detektors 16
nachgewiesen. Wenn von der Anwesenheit vom Diamant her
rührende Raman-Streustrahlung nachgewiesen wird, sendet
der Detektor ein Signal zu einer elektronischen Mikro
prozessor-Einheit 19, die den Ejektor 17 so steuert
(auslöst), daß dieser einen Druckgas-Stoß ausstößt, der
die Aufschlämmung mit hohem Diamant-Gehalt in einen be
nachbarten Sammelbehälter 18 verschiebt. Die verbleiben
de Aufschlämmung bewegt sich unbeeinflußt von dem
Ejektor 17 abwärts in einen weiteren Sammelbehälter.
In Fig. 3 ist ein Schwingförderer 31 so angebracht, daß
er Diamanten führendes Erz entlang einer Rutsche 30
befördert, die um etwa 60° gegen die Waagerechte geneigt
ist. Eine Wasser-Zuführung 32 leitet Wasser in das Erz,
wodurch eine Aufschlämmung 33 gebildet wird, die
schließlich vom Ende der Rutsche frei nach unten fällt.
Ein im kontinuierlichen Betrieb arbeitender Argon-Ionen-
Laser 35, der befähigt ist, eine Hochleistungsstrahlung
der Wellenlänge 514,5 nm abzugeben, ist so angeordnet,
daß die Strahlung in die hinabfallende Aufschlämmung 34
gerichtet wird, um die Anwesenheit von Diamanten nachzu
weisen. Die aufgrund des Raman-Effekts gestreute Laser-
Strahlung wird mit Hilfe von Filtern 36 gefiltert und
mit Hilfe eines Flächenempfänger (Diodenfeld-Detektors)
37 nachgewiesen. Ein Druckgas-Düsen-Ejektor 38 ist neben
der herabfallenden Aufschlämmung 34 angeordnet und auf
diese gerichtet. Eine mit dem Detektor verbundene elek
tronische Mikroprozessor-Einheit 39 ist zur Steuerung
des Ejektors so angeordnet, daß sie die Aufschlämmung
mit hohem Diamant-Gehalt in einen benachbarten Sammelbehälter
verschiebt. Eine Anzahl wahlweise verschiedener
Querschnitte (a), (b), (c) und (d) für die Rutsche sind
dargestellt. Der Einsatz der geneigten Rutsche in Ver
bindung mit einer Wasser-Aufschlämmung ermöglicht eine
Erhöhung des Erz-Durchsatzes im Vergleich zu einer An
ordnung, die mit freiem Fall arbeitet.
Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung, bei der die
Aufschlämmung dadurch gebildet wird, daß das Erz von
einem Schwingförderer 40 in eine V-förmige Rutsche 41
geleitet wird, wobei die Rutsche 41 von einem benach
barten Überlaufwehr 42 mit Wasser versorgt wird. Der
Einsatz dieser Anordnung ermöglicht die Erzielung
stabilerer Betriebsbedingungen in bezug auf das Fließen
der Aufschlämmung. Die Rutsche ist auch mit einem
transparenten Fenster 43 (oder einer Unstetigkeitsstelle
44, durch die eine Kaskade gebildet wird) versehen, so
daß die Laser-Strahlung auf die Aufschlämmung gerichtet
und die Raman-Streustrahlung aus der Aufschlämmung auf
der Rutsche nachgewiesen werden kann. Ein geeigneter
elektronischer Mikroprozessor 45 mit der Fähigkeit zur
Verzögerung ist mit dem Nachweis-System 46 verbunden, um
durch Verzögerung des Betriebs des Ejektors 47 bis zum
freien Herabfallen der betreffenden Aufschlämmung vom
Ende der Rutsche eine akkurate Trennung zu erzielen.
Fig. 5 zeigt eine andere alternative Anordnung, bei der
mehrere Trennschritte längs einer einzigen Rinne 50
erfolgen können. Die Rutsche hat einen breiten
Querschnitt und weist vier Kaskaden 51 auf. Jede Kaskade
hat jeweils eine Versorgung mit Laserstrahlung 52, einen
Detektor 53, und einen Druckluft-Ejektor 54. Laser,
Detektor und Ejektor können mittels eines Netzwerks aus
optischen Fasern 55 und einer damit zusammenhängenden,
die Entscheidung treffenden Elektronik 56 verbunden
sein. Diese Anordnung kann mit hohem Erz-Durchsatz, der
eine ebene, breite Rutsche durchläuft, betrieben werden,
so daß eine grobe Abtrennung der Diamanten erreicht
werden kann. Anschließend kann eine V-förmige Rutsche
zur Erzielung einer Fein-Abtrennung der Diamanten
verwendet werden.
Die eingesetzten Rutschen können verschiedenartige
Querschnitte haben, je nach dem Durchsatz und der
Teilchengröße des Diamant führenden Materials. So kann
im allgemeinen eine breite Rutsche für einen großen
Durchsatz und eine Grob-Abtrennung eingesetzt werden,
während eine V-förmige Rutsche für einen niedrigen
Durchsatz und eine Fein-Abtrennung benutzt wird.
Alternative Formen der Rutsche, etwa mit kreisförmigem
oder ebenen Querschnitt des Bodens können erforderlichenfalls
ebenfalls verwendet werden, wie beispielhaft
in Fig. 3 dargestellt ist.
Claims (9)
1. Verfahren zur Abtrennung von Diamanten von der damit
verbundenen Gangart bei einem Diamant führenden Materi
al, umfassend die Schritte
- (a) des Vermischens des Diamant führenden Materials mit Wasser oder einer Wasser enthaltenden Lösung zu einer Aufschlämmung,
- (b) des Hindurchleitens der Aufschlämmung durch einen Laserstrahl bekannter Wellenlänge, der zur Erzeu gung einer Raman-spektralen Aktivierung befähigt ist,
- (c) des Filterns der Streustrahlung aus der Aufschläm mung mittels eines Filters, das so ausgelegt ist, daß es sämtliche Strahlung mit Ausnahme der für Diamant charakteristischen Strahlung entfernt, und
- (d) des Nachweises der gefilterten Strahlung mittels eines Detektors, der so ausgelegt ist, daß er Mittel zur Trennung einer Aufschlämmung mit hohem Diamant-Gehalt von einer Aufschlämmung mit niedri gem Diamant-Gehalt betätigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Detektor einen Flächenempfänger (Diodenfeld-Detek
tor) umfaßt.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die gestreute Strahlung mit Hilfe eines
Systems optischer Fasern gesammelt wird, wodurch es
ermöglicht wird, die Mittel zum Nachweis von den Mitteln
zum Trennen entfernt anzuordnen.
4. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor mit einem Mikro
prozessor (Assessor) verbunden ist, der entscheidet, ob die
empfangene Strahlung von einem Diamanten herrührt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Mikroprozessor (Assessor) die Betätigung der Trennmittel steuert.
6. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmittel einen Ausstoßer
(Ejektor) umfassen, der unter Druck stehendes Gas zur Ver
schiebung der Aufschlämmung mit hohem Diamant-Gehalt in ei
nem benachbarten Sammelbehälter benutzt.
7. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennte Aufschläm
mung mit hohem Diamant-Gehalt im Kreislauf geführt wird,
um eine weitere Abtrennung der Diamanten zu ermöglichen.
8. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß das Diamant führende Material der alluviale
Schlamm eines Saugbaggers ist.
9. Diamanten, abgetrennt mittels eines Verfahrens nach
irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche.
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