DE3790473C2 - Trennverfahren für Diamanten - Google Patents

Trennverfahren für Diamanten

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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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