JP5354235B2 - 発光特性にしたがって鉱物を分離する方法 - Google Patents

Description

本発明は、選鉱の分野に関し、特に、励起放射の効果により蛍光発光する鉱物を含有する破砕鉱物質を、選鉱生成物と尾鉱とに分離する方法に関する。提案に係る方法は、たとえば、ダイヤモンドを含有する原物質用の、Ｘ線蛍光分離機のあらゆる選鉱段階と、生成物制御機との両方で実施することができる。

所定の期間にわたって記録された鉱物蛍光発光信号は、一般的に、以下のものを含む。
−励起放射効果が開始すると実質的に同時に（数マイクロ秒の間隔をおいて）発生し、その効果が終了すると直後に消失する、短期間もしくは高速の蛍光発光成分（以後、ＦＣ）。
−強度が、励起放射効果の間は継続的に増大し、その効果が終了すると比較的低速（数百マイクロ秒からミリ秒間）（蛍光発光残光期間）に減衰する、長期間もしくは低速の蛍光発光成分（以後、ＳＣ）。

実際の蛍光発光信号は、上記の成分が重畳もしくは重ね合わさったものと考えることができる。

周知の分離機としては、ダイヤモンドを含有する材料を選鉱する流動選別機ＣＤＸ−１１６ＶＥがあり、その所定の移動軌跡に配置された鉱物材料に励起放射を継続的に作用させ、選別基準として、励起放射の作用期間にわたって記録した鉱物蛍光発光信号のＦＣおよびＳＣの全強度（積分強度）を用いる[ｈｔｔｐ：ｗｗｗ．ｆｌｏｗ．ｃｏ．ｚａ／ｗｒｉｔｅｕｐｓ／ＮＥＷ＿ＲＥＣＯＶＥＲＹ＿ＭＡＣＨＩＮＥ．ｐｄｆ]。

この鉱物分離方法は、蛍光発光信号が実質的にＳＣを含まないＩＩ族ダイヤモンドを含むあらゆる種類のダイヤモンドを検出することができる。

しかし、この鉱物分離方法は、同じく強度のＦＣを含む共生鉱物（ジルコン、長石等）の蛍光発光信号からダイヤモンドの蛍光発光信号を識別することができないために、選鉱鉱物の回収選別性が低い。

選鉱鉱物の回収選別性を高めるべく、周知の方法では、鉱物材料に励起放射を作用させている間およびその後（残光期間）に記録した蛍光発光信号の動的特性（ｋｉｎｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）を多様に組み合わせた分離基準を用いる。

たとえば、周知の鉱物分離方法では、鉱物の蛍光発光を励起し、ＳＣ残光強度を測定し、鉱物分離を決定付ける、所定の測定時間間隔におけるＳＣ残光強度の変化速度を判定する[ＳＵ １４５９０１４、Ａ１、Ｂ０３Ｂ １３／０６、１９９５]。この方法では、蛍光発光信号ＳＣの減衰速度が、選鉱蛍光発光鉱物と共生蛍光発光鉱物との分離の基準として選択される。

この方法には、不利点が２つある。
−蛍光発光強度が大きく、ＳＣが比較的に短期間の共生鉱物からの選別性が保証されない。
−蛍光発光ＳＣの強度が非常に小さい（計測機器のノイズレベル）か、または当該強度を検出できない鉱物を検出するには不適切である。

ダイヤモンド含有材料を分離する別の周知の方法では、長期間の蛍光発光成分を誘発するのに十分な期間にわたってパルス状のＸ線を放射して蛍光発光を励起し、Ｘ線放射パルスの作用期間における短期間および長期間の蛍光発光成分の全強度を判定し、長期間の蛍光発光成分の強度を判定し、Ｘ線放射パルスの作用期間後に長期間の蛍光発光成分のレベルに対する短期間および長期間の蛍光発光成分の全強度の比で表す選鉱基準の値を判定し、それを閾値と比較し、比較結果に基づいて選鉱鉱物を分離する[ＲＵ ２２３５５９９、Ｃ１、Ｂ０３Ｂ １３／０６、Ｂ０７Ｃ ５／３４２，２００４]。

この方法も、ダイヤモンドがＳＣを、ごく少量しか、もしくは実質的に含まない場合は、比の判定が不可能、もしくは、提案する基準を適用可能なものとして標榜するには誤差が過大な比が導出されてしまうので、このようなダイヤモンドの検出には不適切である。

試行策として本願発明者らが用いた蛍光発光特性に基づいて鉱物を分離する別の周知方法では、分離物質を搬送し、低速の蛍光発光成分を誘発するのに十分な長さの励起放射パルスの繰り返し列をその物質に照射し、各列期間にわたり鉱物の蛍光発光信号の強度を記録し、記録した信号をリアルタイムに処理し、選鉱基準の値を判定し、その値を所定の閾値と比較し、比較結果に基づいて、分離物質から有用な鉱物を回収する[ＲＵ ２３５５４８３、Ｃ２、２００９]。選鉱基準として、この方法では、鉱物の蛍光発光信号の三つの特性、つまり、正規化自己相関関数、励起パルス期間に記録した信号のＦＣおよびＳＣの全強度と励起パルス期間の所定の終了時間後に記録した信号のＳＣの強度との比、および蛍光発光減衰速度を組み合わせて用いる。蛍光発光信号の強度は、記録される信号の測定限界が存在しないことが保証されるピーク値範囲で記録される。

この方法の不利点は、ＳＣをごく少量しか、もしくは実質的に含まない鉱物を回収できないことであり、それは、このような鉱物の場合、正規化自己相関関数、成分比、および減衰速度の判定が、不可能、もしくは、提案する基準が適正に機能するには誤差が過大な比が導出されてしまうからである。

本発明によると、分離材料から選択的に抽出される選鉱鉱物の量が技術的に増加する。

この技術的結果は、蛍光発光特性により鉱物を分離する提案に係る方法により達成され、本方法は、分離材料流を搬送する段階と、低速蛍光発光成分を誘発するのに十分な期間の励起放射パルスの繰り返し列をこの材料に照射する段階と、各列期間にわたり鉱物の蛍光発光信号の強度を記録する段階と、記録した信号をリアルタイムに処理する段階と、選鉱基準の値を判定し、所定の閾値と比較する段階と、比較の結果により、分離物質から選鉱鉱物を回収する段階とを備え、励起放射パルスが前記分離物質に作用している間と、励起パルスの終了後の所定の期間とに発生する蛍光発光信号の強度の閾値を設定し、記録した信号の処理においては、まず、励起パルスが終了した後の所定の期間後における蛍光発光信号の強度を判定し、判定結果を所定の閾値と比較し、閾値より大きい場合は、選択した選鉱基準を判定するべく信号を処理し、処理の結果を所定の閾値と比較し、比較の結果が所定の基準を満足する場合、分離物質から選鉱鉱物を回収し、励起パルスが終了した後の所定の期間後における蛍光発光信号の強度の値がその閾値より小さい場合は、励起放射パルスの期間に発生する蛍光発光信号の強度の値を判定し、所定の閾値と比較し、閾値より大きい場合は分離物質から選鉱鉱物を回収する。

従来の方法と異なり、蛍光発光特性に基づいて鉱物を分離する提案に係る方法では、励起放射パルスが分離物質に作用している間と、励起パルスが終了した後の所定の遅延期間後とに発生する蛍光発光信号の強度の閾値を設定し、記録した信号の処理においては、まず、励起パルスの終了後の所定の遅延期間における蛍光発光信号の強度を判定し、得られた値を所定の閾値と比較し、閾値より大きい場合は、選択した選鉱基準の値を判定するべく信号を処理し、処理結果を所定の閾値と比較し、比較結果が所定の基準を満足する場合、分離物質から選鉱鉱物を回収し、励起パルスが終了した後の所定の遅延期間後における蛍光発光信号の強度の値がその閾値より小さい場合、励起放射パルスの期間に発生した蛍光発光信号の強度の値を判定し、所定の閾値と比較し、閾値より大きい場合、分離物質から選鉱鉱物を回収する。

記録した蛍光発光信号の強度を判定する間、時間および計測機器の変動による影響を除去するべく、さらに、所定の期間にわたって記録した蛍光発光信号の最小強度の平均を判定し、分離物質の蛍光発光信号の強度をこの値に対して正規化してよい。

鉱物の蛍光発光信号の強度を、その振幅とは無関係に、信頼性を以って記録するべく、信号を同時にいくつかの振幅範囲、つまり、利得係数が固定された範囲と、利得係数がＮ分の１の範囲とに記録し、信号が制限されない範囲を判定し、選択した選鉱基準の値を判定するべくその範囲に記録された信号を処理することができる。

提案に係る発明の特性の組み合わせと、発明特定特性との関係性とにより、分離物質からの選鉱鉱物の回収における選別性と改善とがリアルタイムに保証される。本明細書に提案される作用の組み合わせにより、選鉱鉱物の蛍光発光信号の動的特性と様々な種類の材料の自然エネルギー特性との両方を考慮することができる。特に、様々な種類の選鉱鉱物のエネルギー特性の利用可能性と追跡とが、本発明に提案される鉱物選鉱基準に最も影響する。特性の組み合わせにより、１回の測定サイクル内での材料の分離も保証され、技術的な結果が得られるだけでなく、分離処理の高効率性と経済効率性とが保証され、以後の選鉱段階の処理の有効性が高まる。提案に係る方法の発明的本質は、選鉱産業における当該問題の重大性にもかかわらず、少なくとも過去２０年間はこのような方法が登場しなかった事実によっても確認できる。したがって、提案に係る技術的解決策は、発明として真にふさわしい。

本明細書に記載した特性および発明特定特性の組み合わせは、本願発明者らの知る範囲の研究において言及されたことがない。

励起放射パルスによる照射時に、鉱物からの蛍光発光信号を記録するタイムチャートを示し、（ａ）は励起パルスであり、（ｂ）は蛍光発光する鉱物がない場合に記録された蛍光発光信号であり、（ｃ）はＦＣおよびＳＣの両方を含む鉱物の蛍光発光信号であり、（ｄ）はＦＣだけを含む鉱物の蛍光発光信号である。 本発明の実施形態のうち１つを概略的に示す。

［産業上の利用可能性］
蛍光発光特性により鉱物を分離するための提案に係る方法は、以下のように適用することができる。励起放射パルスの終了後の所定の期間ｔａ１に発生する蛍光発光信号Ｕ（ｔ）の強度の閾値Ｕａ（図１（ｃ））と、分離物質に励起放射パルスが作用している期間における時間ｔｒ１において発生する蛍光発光信号Ｕ（ｔ）の閾値Ｕｂ（図１（ｄ））とを設定する。分離物質に、励起放射（たとえば、Ｘ線）パルスｔｒ１の繰り返し列（図１（ａ））を照射し、暴露領域を記録（検査）領域と組み合わせる。鉱物の蛍光発光信号Ｕ（ｔ）の低速成分（ＳＣ）は、照射されている間、完全に脱励起するのに十分な時間がかかる。選鉱鉱物の蛍光発光線特性が記録されるのに十分な強度で観察されるエネルギー範囲に、鉱物の蛍光発光強度の信号Ｕ＝ｆ（ｔ）（図１（ｃ）および（ｄ））を記録する。鉱物の蛍光発光は、分離物質の側面を照射源に、および／またはその反対に向けた状態で、分離物質の表面から記録することができる。記録された蛍光発光信号Ｕ（ｔ）は、蛍光発光信号の脱励起高速成分（ＦＣ）および脱励起低速成分（ＳＣ）のセグメントＴｂと、低速成分（ＳＣ）の減衰セグメントＴｄとの両方を含みうる（図１（ｃ））。記録された信号Ｕ（ｔ）は、蛍光発光信号の脱励起ＦＣと、可能性としてはＳＣとを含むセグメントＴｂを含み、ＳＣの減衰セグメントＴｄを全く含まない場合がある（図１（ｄ））。蛍光発光する鉱物がない場合は、記録される信号Ｕ（ｔ）は、エアフルオレッセンス（ａｉｒ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）の脱励起ＦＣのセグメントＴｂだけとなり（図１（ｂ））、その形状は、ほぼ励起放射パルスの形状に従い、強度は最小である。蛍光発光信号Ｕ（ｔ）は、全励起期間Ｔにわたって記録される（図１（ａ））。記録した全ての信号Ｕ（ｔ）は、リアルタイムに処理される。このとき、エアフルオレッセンス信号Ｕ（ｔ）の値は、所定の期間、退避させて、その統計的に妥当な平均値を判定する。蛍光発光信号Ｕ（ｔ）の処理では、励起放射パルスｔｒ１が終了した後の所定の時点ｔａ１における蛍光発光信号Ｕ（ｔ）の値をまず判定し、それを所定の閾値Ｕａと比較する。導出された信号Ｕ（ｔ）の値がＵａ値より大きい場合、信号をさらに処理して、このような場合における所定の選鉱基準パラメータの値を導出する。導出した信号Ｕ（ｔ）の選鉱基準パラメータの値を、これらパラメータの所定の閾値と比較し、選鉱基準条件が満たされている場合は、分離物質から選鉱鉱物を回収する。導出した信号Ｕ（ｔ）の値がＵａ値より大きくない場合、励起放射パルスが作用している時間ｔｒ１に発生する蛍光発光信号Ｕ（ｔ）の値を判定する。導出した値を閾値Ｕｂと比較し、導出した信号Ｕ（ｔ）の値が閾値Ｕｂより大きい場合、分離物質から選鉱鉱物を回収する。したがって、提案に係る方法は、選択的分離のために、あらゆる種類の蛍光発光鉱物のエネルギー特性を用いる。

提案に係る方法の実施形態を、提案に係る発明を産業上利用するための装置の動作例に基づいてより詳細に説明する。

提案に係る方法を実施するための装置（図２）は、分離物質流２を搬送する重力スライドとして形成された搬送機構１と、同期ユニット３と、パルス励起放射源４と、鉱物蛍光発光フォトセル５と、蛍光発光信号用のデジタル処理ユニット６と、蛍光発光信号の強度Ｕ（ｔ）の値ＵａおよびＵｂ用の閾値設定器７と、アクチュエータ８と、それぞれ選鉱鉱物用および尾鉱用の受け取り容器９および１０とを備える。

搬送機構１は、分離物質流２を暴露／記録領域を搬送し、要求速度（たとえば、１〜３ｍ／ｓ）未満で中断（ｃｕｔ ｏｆｆ）する。ユニット３は、装置に含められたアセンブリおよびユニットに要求される一連の動作を同期させる。Ｘ線発生器として形成された源４は、分離物質流２に、励起放射パルスの連続列を照射する。フォトセル５は、鉱物の蛍光発光を電気信号に変換する。デジタル信号処理ユニット６は、フォトセル５からの信号を処理し、蛍光発光信号特性についての導出値をそれぞれの所定の閾値と比較し、比較結果に基づいて、アクチュエータ８に対して選鉱鉱物を分離するよう命令を生成する。

装置（図２）は、以下のように動作する。処理対象の物質をフィードする前に、同期ユニット３が起動され、蛍光発光ＳＣ（たとえば、０．５ｍｓで４ｍｓの期間）を励起するのに十分な持続期間を持つ励起パルスをＸ線発生器４およびデジタル処理ユニット６に発する。設定器７は、閾値ＵａおよびＵｂの数値（電圧単位）と、選鉱基準パラメータの値とをユニット６に入力する。次に、分離材料の供給が開始される。分離物質流２は、重力スライド１により励起／記録領域に送達され、Ｘ線発生器４からの持続期間ｔｒのパルスに期間Ｔ（図１（ａ））にわたって繰り返し暴露される。

分離物質に含まれる鉱物には、Ｘ線放射の効果により蛍光発光するものがある。蛍光発光信号は、フォトセル５に到達し、そこで電気信号に変換されて、処理ユニット６に送信される。各励起パルス列の期間Ｔ（図１（ａ））において、ユニット６は蛍光発光信号を記録する。

励起／記録領域に蛍光発光する鉱物がない場合（図１（ｂ））、ユニット６は、エアフルオレッセンス信号を記録し、この信号を統計的に妥当な量確保したら、励起／記録領域におけるエアフルオレッセンスの平均値を判定する（この場合、鉱物の蛍光発光特性は判定されない）。

励起／記録領域に完全蛍光発光（ｆｕｌｌ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）する鉱物があり、蛍光発光レベルが所定期間ｔａ１内で閾値Ｕａより高くなった場合（図１（ｃ））、処理ユニット６は、正規化自己相関関数、成分比（ＦＣ＋ＳＣ）／ＳＣ、励起パルスの終了後の蛍光発光減衰時間の定数等の、選鉱基準で規定された蛍光発光信号特性を判定する。その後、処理ユニット６は、得られた特性を、選鉱鉱物を識別する基準に従う所定の値と比較し、比較結果がポジティブであれば、アクチュエータ８に制御信号を発する。アクチュエータ８は、選鉱鉱物を尾鉱用の容器１０へと分流させる。ユニット６における４つの選鉱基準パラメータによる信号処理により、励起パルスが作用する間に強度の蛍光発光を示す、たとえばジルコンもしくは長石から選鉱鉱物を分離することが可能になる。

励起／記録領域に励起パルスの作用期間に強度の蛍光発光を示す鉱物がある場合（図１（ｄ））、ユニット６は、その信号を処理し、励起パルスｔｒ１が終了した後の所定期間ｔａ１内において蛍光発光が存在しないこと（閾値Ｕａより小さいこと）を判定し、励起パルスの作用期間における信号を所定の閾値Ｕｂと比較する。

強度の値を判定するとき、測定された信号の強度Ｕ（ｔ）は、エアフルオレッセンス信号の平均値により正規化される。

さらに、記録された鉱物の蛍光発光強度が過大で、処理ユニット６の入力範囲より大きい（信号が振幅により制限される）場合、フォトセル５はいくつかの出力を提供するのであるが、１つは利用可能な利得を持つものであり、その他は前の出力のＮ（たとえば、１０）分の１の利得を持つ。それぞれについて、処理ユニット６は、いくつかの入力と、信号が振幅により制限されない正しい入力の自動選択とを提供する。

同期ユニット３およびデジタル処理ユニット６は、組み合わせて、パーソナルコンピュータもしくはマイクロコントローラに基づいて形成することができる。同期ユニット３は、論理集積回路シリーズＫ１５５もしくはＫ５５５に基づいて、それぞれの持続期間がｔｒで、期間Ｔにわたって連続するパルスの発生器として形成することもでき、フォトセル５は、光電子増倍管ＦＥＵ−８５もしくはＲ−６０９４（浜松）に基づいて形成することができ、処理ユニット６は、マルチチャネルアナログ−デジタル変換器を内蔵したマイクロコントローラに基づいて形成することができる。閾値設定器７は、マイクロコントローラに接続された一群のスイッチまたは数字キーパッドに基づいて形成することができる。本明細書に提案する、蛍光発光特性により鉱物を分離する方法は、「産業上の利用可能性」の基準に適合する。
［好適な実施形態］

図２に示す装置を、ダイヤモンド処理工場において、ダイヤモンドイミテーション（トレーサー）（ｄｉａｍｏｎｄ ｉｍｉｔａｔｏｒｓ（ｔｒａｃｅｒｓ））で試験した。流動選別用の青色イミテーション（Ｂｌｕｅ ｉｍｉｔａｔｏｒｓ ｏｆ Ｆｌｏｗ Ｓｏｒｔ）を励起パルスの終了後に実質的に蛍光発光しないものとして用い、低速リン光体（ｓｌｏｗ ｐｈｏｓｐｈｏｒ）Ｋ−３５に基づいてＣｏｍｍｅｒａｌイミテーション（ｉｍｉｔａｔｏｒｓ ｏｆ Ｃｏｍｍｅｒａｌ）を用いた。両方のトレーサーを、選鉱パラメータを前もって調整せずに、分離物質流に投入した。試験結果は、両方のイミテーションとも、１００％抽出されたことを示した。

したがって、蛍光発光特性により鉱物を分離する提案に係る方法によって、分離物質流からあらゆる種類の選鉱鉱物が抽出されること、および抽出選別性が高まることが保証される。

Claims (3)

1. 蛍光発光特性により鉱物を分離する方法であって、
   分離材料流を搬送する段階と、
   低速蛍光発光成分を励起するのに十分な長さの励起放射パルスの繰り返し列を材料に照射する段階と、
   各列期間にわたり鉱物の蛍光発光信号の強度を記録する段階と、
   記録した前記信号をリアルタイムに処理する段階と、
   選鉱基準の値を判定し、所定の閾値と比較する段階と、
   前記比較の結果により、分離物質から選鉱鉱物を回収する段階と
   を備え、
   前記励起放射パルスが前記分離物質に作用している間と、前記励起放射パルスの終了後の所定の期間とに発生する前記蛍光発光信号の前記強度の閾値を設定し、
   記録した信号の処理においては、まず、前記励起放射パルスの終了後の所定の期間における前記蛍光発光信号の強度を判定し、判定結果を所定の閾値と比較し、閾値より大きい場合は、選択した選鉱基準を判定するべく前記信号を処理し、前記処理の結果を所定の閾値と比較し、前記比較の結果が所定の基準を満足する場合、前記分離物質から前記選鉱鉱物を回収し、前記励起放射パルスの終了後の所定の期間における前記蛍光発光信号の強度の値がその閾値より小さい場合は、前記励起放射パルスの期間に発生する前記蛍光発光信号の強度の値を判定し、所定の閾値と比較し、閾値より大きい場合は前記分離物質から前記選鉱鉱物を回収する方法。
2. 所定の期間にわたって記録された蛍光発光信号の強度の平均値を判定し、前記蛍光発光信号の強度を前記平均値に対して正規化する請求項１に記載の方法。
3. 前記蛍光発光信号を同時にいくつかの振幅範囲に記録し、信号が制限されない範囲を判定し、選択した選鉱基準の値を判定するべく前記範囲に記録された前記信号を処理し、前記いくつかの振幅範囲は、利得係数が固定された範囲と、利得係数がＮ分の１の範囲とを含む請求項１に記載の方法。

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