RU2517148C1 - Method of useful material particles separation and device to this end - Google Patents
Method of useful material particles separation and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2517148C1 RU2517148C1 RU2012158108/03A RU2012158108A RU2517148C1 RU 2517148 C1 RU2517148 C1 RU 2517148C1 RU 2012158108/03 A RU2012158108/03 A RU 2012158108/03A RU 2012158108 A RU2012158108 A RU 2012158108A RU 2517148 C1 RU2517148 C1 RU 2517148C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- primary
- ray
- collimator
- analyzed
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к способам сепарации частиц полезного материала, включающего золото, драгоценные металлы и алмазы, в частности к способам автоматической сортировки руд и извлечения алмазов из алмазосодержащих материалов, а также к устройствам, реализующим такие способы.The invention relates to methods for separating particles of useful material, including gold, precious metals and diamonds, in particular to methods for automatic sorting of ores and extraction of diamonds from diamond-containing materials, as well as to devices that implement such methods.
Уровень техникиState of the art
Известен способ переработки золотосодержащих руд, описанный в патенте РФ 2336950, опубл. 27.10.2008. Способ переработки золотосодержащих руд включает выемку руды при горнодобычных работах, стадиальное дробление руды в дробилках с контрольным грохочением, разделение дробленой руды на классы крупности, выделение из дробленой классифицированной руды некондиционной ее части и пустой породы. Выделение некондиционной части руды и пустой породы осуществляют пофракционной обработкой руды каждого класса крупности с применением покусковой рентгеноспектральной сепарации и мелкопорционной рентгеноспектральной сортировки с последующими, аналогичными основным процессам, очистными операциями хвостовых продуктов основных процессов каждой из фракций. Объединенные обогащенные продукты основной и контрольной операций каждой из фракций подвергают перечистным операциям с возвратом хвостов перечисток на основные процессы соответствующих фракций. Предложенный способ мелкопорционной рентгеноспектральной сортировки требует последующегоA known method of processing gold-bearing ores described in the patent of the Russian Federation 2336950, publ. 10/27/2008. A method of processing gold-bearing ores includes ore extraction during mining operations, stage-by-stage crushing of ore in crushers with control screening, separation of crushed ore into size classes, separation of its substandard part and gangue from crushed classified ore. The substandard part of the ore and gangue are separated by fractional processing of ore of each size class using piecewise x-ray spectral separation and fine-proportioned x-ray spectral sorting with subsequent, similar to the main processes, treatment operations of tail products of the main processes of each fraction. The combined enriched products of the main and control operations of each of the fractions are subjected to cleaning operations with the return of tailings to the main processes of the respective fractions. The proposed method of small-portion x-ray spectral sorting requires subsequent
доизмельчения продукта, а также дополнительной воздушной сепарации. Кроме того, необходимо складирование грубозернистых сухих хвостов.regrinding of the product, as well as additional air separation. In addition, coarse-grained dry tailings are required.
В качестве прототипа принят способ сепарации алмазосодержащих материалов по патенту РФ 2199108, опубл. 20.02.2003, включающий поштучную подачу материала, содержащего частицы с различными атомными номерами, в зону анализа, облучение материала пучком первичного проникающего излучения заданного поперечного сечения, регистрацию вторичного проникающего излучения, сравнение сигнала с пороговым значением, выделение полезного минерала по результату сравнения, облучают материал коллимированным пучком проникающего излучения, поперечное сечение которого вытянуто в горизонтальном направлении, при этом высоту и ширину пучка выбирают в зависимости от крупности сепарируемого материала, регистрируют со стороны, противоположной падающему первичному потоку проникающего излучения в телесном угле 0,2-4,0 стерадиана относительно оси пучка проникающего излучения, вторичное проникающее излучение, прошедшее в направлении детектора через рассеивающий экран толщиной, выбранной в зависимости от атомного номера сопутствующих минералов, составляющих основную массу кимберлита, и из материала с атомным номером, близким к атомному номеру полезного минерала, причем угол падения пучка проникающего излучения на рассеивающий экран выбирают в зависимости от атомного номера сопутствующих минералов, а пороговое значение интенсивности вторичного проникающего излучения устанавливают пропорционально коэффициенту прозрачности рассеивающего экрана и коэффициентам пропускания и рассеивания излучения алмазом.As a prototype adopted the method of separation of diamond-containing materials according to the patent of the Russian Federation 2199108, publ. 02/20/2003, including the piecewise supply of material containing particles with different atomic numbers to the analysis zone, irradiation of the material with a beam of primary penetrating radiation of a given cross section, registration of secondary penetrating radiation, comparing the signal with a threshold value, isolating a useful mineral from the comparison result, irradiate the material a collimated beam of penetrating radiation, the cross section of which is elongated in the horizontal direction, while the height and width of the beam are selected depending on t of the size of the separated material is recorded from the side opposite to the incident primary flux of penetrating radiation in a solid angle of 0.2-4.0 steradian relative to the axis of the penetrating radiation beam, the secondary penetrating radiation passing in the direction of the detector through a scattering screen with a thickness selected depending on the atomic numbers of related minerals that make up the bulk of kimberlite, and from a material with an atomic number close to the atomic number of a useful mineral, and the angle of incidence of the penetrating beam The radiation on the scattering screen is selected depending on the atomic number of the accompanying minerals, and the threshold value of the intensity of the secondary penetrating radiation is set in proportion to the transparency coefficient of the scattering screen and the transmission and scattering coefficients of the diamond.
Недостатком данного способа является то, что в нем применяется покусковое определение отличительных признаков анализируемого объекта, и для его определения используются три вида рентгеновского излучения: проходящее, рассеянное и рентгенолюминесцентное. Интенсивности этих излучений составляют линейную комбинацию. Это значительно сужает круг анализируемых объектов. Кроме того, размер первичного пучка прототипа выбран равным размеру анализируемого объекта, что требует перестройки прибора или создания линейки приборов для анализа частиц различного размера.The disadvantage of this method is that it uses a piecewise definition of the distinctive features of the analyzed object, and three types of x-ray radiation are used to determine it: transmitted, scattered and x-ray luminescent. The intensities of these emissions make up a linear combination. This significantly narrows the range of analyzed objects. In addition, the size of the primary prototype beam was chosen equal to the size of the analyzed object, which requires the reconstruction of the device or the creation of a line of devices for the analysis of particles of various sizes.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей заявленного изобретения является увеличение селективности сепарации, а также расширение класса анализируемых объектов как легкого минерала в тяжелой матрице (алмазы), так и тяжелого минерала в легкой матрице (золото, драгоценные металлы).The objective of the claimed invention is to increase the selectivity of separation, as well as expanding the class of analyzed objects as a light mineral in a heavy matrix (diamonds), and a heavy mineral in a light matrix (gold, precious metals).
Для решения поставленной задачи предложен способ сепарации частиц полезного материала, в котором облучают анализируемый материал пучком первичного рентгеновского излучения, регистрируют проникающее рентгеновское излучение, сравнивают сигнал с пороговым значением и выделяют частицы полезного материала по результатам сравнения. В отличие от известного в заявленном способе анализируемый материал облучают на ленте движущегося транспортера плоскопараллельным пучком первичного рентгеновского излучения с расходимостью не более 0,1°, поперечное сечение которого меньше размера частиц полезного материала, после чего интенсивность проходящего проникающего рентгеновского излучения регистрируют позиционно-чувствительным детектором, при этом координату X положения частицы на ленте транспортера определяют позиционно-чувствительным детектором, а координату Y определяют исходя из скорости ленты транспортера.To solve this problem, a method for separating particles of useful material is proposed, in which the analyzed material is irradiated with a beam of primary x-ray radiation, penetrating x-ray radiation is recorded, the signal is compared with a threshold value and particles of useful material are extracted according to the comparison results. In contrast to the known method, the analyzed material is irradiated on a moving conveyor belt with a plane-parallel primary x-ray beam with a divergence of not more than 0.1 °, the cross section of which is smaller than the particle size of the useful material, after which the intensity of the penetrating x-ray radiation is recorded by a position-sensitive detector, wherein the X coordinate of the particle position on the conveyor belt is determined by a position-sensitive detector, and the Y coordinate is determined yayut based on the speed of the conveyor belt.
В предпочтительном варианте первичное рентгеновское излучение коллимируют коллиматором первичного излучения, ячейки которого ориентированы вдоль ленты транспортера, а прошедшее рентгеновское излучение коллимируют коллиматором прошедшего излучения, согласованным с минимальными размерами частиц полезного материала, при этом ширину ячеек коллиматоров выбирают исходя из условия получения максимального геометрического контраста частицы полезного материала на фоне слоя анализируемого материала.In a preferred embodiment, the primary x-ray radiation is collimated by the primary radiation collimator, the cells of which are oriented along the conveyor belt, and the transmitted x-ray radiation is collimated by the transmitted radiation collimator, consistent with the minimum particle sizes of the useful material, while the width of the collimator cells is selected based on the conditions for obtaining the maximum geometric contrast of the useful particle material against the background of the layer of the analyzed material.
Коллиматоры первичного и прошедшего излучения предпочтительно изготовлены из сильнопоглощающего рентгеновское излучение материала.The primary and transmitted radiation collimators are preferably made of highly absorbent X-ray material.
В предпочтительном варианте построение рентгенооптической схемы сепаратора осуществляют на основании критерия, совмещающего геометрический и спектральный контраст согласно формулеIn a preferred embodiment, the construction of the x-ray optical circuit of the separator is carried out on the basis of a criterion combining geometric and spectral contrast according to the formula
Крез.-Кгеометр.(1-1/Кспектр.),To res. -K geometer. (1-1 / K spectrum. ),
где Крез. - результирующая контрастность частицы полезного материала на фоне анализируемого материала.where K res. - the resulting contrast of the particles of useful material against the background of the analyzed material.
Кгеометр. - геометрическая контрастность частицы полезного материала,To the geometer. - geometric contrast of a particle of useful material,
Кспектр. - спектральная контрастность частицы полезного материала.K spectrum. - spectral contrast of a particle of useful material.
Для сепарации частиц полезного материала в качестве аналитического сигнала можно использовать изменение интенсивности прошедшего через анализируемый материал излучения при наличии частиц полезного материала и применять критерий, связывающий изменения в уровне аналитического сигнала прошедшего излучения со статистической погрешностью регистрации сигнала от анализируемого материалаTo separate particles of useful material as an analytical signal, you can use the change in the intensity of the radiation transmitted through the analyzed material in the presence of particles of useful material and apply a criterion that relates the changes in the level of the analytical signal of the transmitted radiation with the statistical error of the signal from the analyzed material
Кд=Крез./β,K d = K res. / β,
где Кд - коэффициент достоверности сепарации,where K d - the reliability coefficient of separation,
Крез. _ результирующий коэффициент контрастности,To res. _ the resulting contrast ratio,
β - относительная статистическая погрешность измерения скорости счета фонового сигнала от анализируемого материала на ленте транспортера.β is the relative statistical error of measuring the count rate of the background signal from the analyzed material on the conveyor belt.
Когда атомный номер частиц полезного материала больше атомного номера анализируемого материала, пороговое значение интенсивности прошедшего излучения, регистрируемого в ячейке позиционно-чувствительного детектора, предпочтительно устанавливают как минимум на величину меньше среднеквадратичного отклонения интенсивности сигнала от интенсивности слоя анализируемого материала.When the atomic number of particles of useful material is greater than the atomic number of the analyzed material, the threshold value of the transmitted radiation intensity recorded in the cell of the position-sensitive detector is preferably set at least by a value less than the standard deviation of the signal intensity from the intensity of the layer of the analyzed material.
Когда атомный номер частиц полезного материала меньше атомного номера анализируемого материала, пороговое значение интенсивности прошедшего излучения, регистрируемого в ячейке позиционно-чувствительного детектора, устанавливают как минимум на величину больше среднеквадратичного отклонения интенсивности сигнала от интенсивности слоя анализируемого материала.When the atomic number of particles of useful material is less than the atomic number of the analyzed material, the threshold value of the transmitted radiation intensity registered in the cell of the position-sensitive detector is set at least by an amount greater than the standard deviation of the signal intensity from the intensity of the layer of the analyzed material.
Предпочтительно регистрацию и обработку аналитического сигнала от анализируемой частицы полезного материала проводят в масштабе одного или нескольких чувствительных элементов позиционно-чувствительного детектора.Preferably, the registration and processing of the analytical signal from the analyzed particle of useful material is carried out on the scale of one or more sensing elements of a position-sensitive detector.
Между коллиматором прошедшего рентгеновского излучения и позиционно-чувствительным детектором предпочтительно размещают фильтр из материала, селективно-поглощающего флуоресцирующее излучение от материала коллиматора прошедшего излучения.Between the transmitted X-ray collimator and the position-sensitive detector, a filter is preferably placed from a material selectively absorbing fluorescent radiation from the transmitted radiation collimator material.
Материал анода первичного излучателя рентгеновского изучения и ускоряющее напряжение выбирают исходя из поглощающих свойств частиц полезного материала и анализируемого материала.The anode material of the primary X-ray emitter and the accelerating voltage are selected based on the absorbing properties of the particles of the useful material and the analyzed material.
Толщину слоя анализируемого материала на ленте транспортера выбирают исходя из поглощающих свойств анализируемого материала и спектрального состава первичного излучения.The thickness of the layer of the analyzed material on the conveyor belt is selected based on the absorbing properties of the analyzed material and the spectral composition of the primary radiation.
Слой анализируемого материала можно использовать в качестве нейтрального фильтра первичного рентгеновского излучения, ограничивающего нагрузку позиционно-чувствительного детектора за счет поглощения низкоэнергетической составляющей рентгеновского излучения.The layer of the analyzed material can be used as a neutral filter of primary x-ray radiation, limiting the load of the position-sensitive detector due to absorption of the low-energy component of x-ray radiation.
На выходе измерительной системы можно установить селективный фильтр, обеспечивающий поглощение характеристического излучения от конструктивных элементов схемы.At the output of the measuring system, you can install a selective filter that provides the absorption of characteristic radiation from the structural elements of the circuit.
В предпочтительном варианте при отсутствии слоя анализируемого материала на ленте транспортера пучок прошедшего рентгеновского изучения перекрывают заслонкой, тем самым предохраняют позиционно-чувствительный детектор от разрушения и перегрузки.In the preferred embodiment, in the absence of a layer of the analyzed material on the conveyor belt, the beam of the past X-ray study is blocked by a shutter, thereby protecting the position-sensitive detector from destruction and overload.
В другом аспекте изобретения заявлено устройство сепарации частиц полезного материала, содержащее рентгено-оптически связанные источник первичного излучения, коллиматор первичного излучения и детектор. Устройство отличается тем, что источником первичного излучения является источник нерасходящегося рентгеновского пучка с расходимостью не более 0,1°, коллиматор первичного излучения выполнен в виде гребенки из материала сильнопоглощающего первичное рентгеновское излучение, детектором является позиционно-чувствительный детектор, и дополнительно содержит ленту транспортера со слоем анализируемого материала, движущуюся с постоянной скоростью, коллиматор прошедшего излучения и фильтр прошедшего излучения, установленный между коллиматором прошедшего излучения и позиционно-чувствительным детектором.In another aspect of the invention, there is provided a particle separation device for a useful material comprising x-ray optically coupled primary radiation source, primary radiation collimator and detector. The device is characterized in that the source of primary radiation is a source of non-diverging x-ray beam with a divergence of not more than 0.1 °, the primary radiation collimator is made in the form of a comb made of material that strongly absorbs primary x-ray radiation, the detector is a position-sensitive detector, and additionally contains a conveyor belt with a layer the analyzed material moving at a constant speed, the transmitted radiation collimator and the transmitted radiation filter installed between the collim Oromo transmitted radiation, and position-sensitive detector.
Предпочтительно высокое напряжение на источник первичного излучения выбрано таким образом, чтобы низкоэнергетическая часть спектрального распределения в диапазоне энергий 0-10 кэВ срезалась слоем материала и лентой транспортера.Preferably, the high voltage to the primary radiation source is selected so that the low-energy part of the spectral distribution in the energy range 0-10 keV is cut off by a layer of material and a conveyor belt.
Предпочтительно размер ячеек коллиматора первичного излучения соответствует размеру чувствительных элементов позиционно-чувствительного детектора и ограничивает расходимость первичного излучения по координате Y.Preferably, the cell size of the primary radiation collimator corresponds to the size of the sensitive elements of the position-sensitive detector and limits the divergence of the primary radiation in the Y coordinate.
Толщина слоя анализируемого материала и толщина ленты транспортера предпочтительно выбраны так, чтобы они обеспечивали эффективную фильтрацию первичного излучения в диапазоне 0-10 кэВ.The thickness of the layer of the analyzed material and the thickness of the conveyor belt are preferably selected so that they provide effective filtering of the primary radiation in the range of 0-10 keV.
В предпочтительном варианте размер ячеек коллиматора прошедшего излучения выбран из условия, чтобы рассеянное излучение от ячеек коллиматора первичного излучения, соседних с противолежащей ему ячейкой коллиматора первичного излучения, не попадали на чувствительный элемент позиционно-чувствительного детектора.In a preferred embodiment, the cell size of the transmitted radiation collimator is selected so that the scattered radiation from the cells of the primary radiation collimator adjacent to the opposite cell of the primary radiation collimator does not fall on the sensitive element of the position-sensitive detector.
На выходе коллиматора прошедшего излучения может быть установлен фильтр, селективно поглощающий излучение материала коллиматоров первичного и прошедшего излучения.At the output of the transmitted radiation collimator, a filter can be installed that selectively absorbs the radiation of the primary and transmitted radiation collimators.
Устройство может дополнительно содержать заслонку, установленную на одном сегменте с селективным фильтром с возможностью перекрытия прошедшего пучка в случае, когда лента транспортера свободна от анализируемого материала.The device may further comprise a shutter mounted on one segment with a selective filter with the possibility of blocking the transmitted beam in the case when the conveyor belt is free from the analyzed material.
Устройство также может дополнительно содержать счетно-регистрирующую систему, связанную с позиционно-чувствительным детектором, выполненную с возможностью обработки аналитического сигнала с позиционно-чувствительного детектора.The device may also further comprise a counting and recording system associated with a position-sensitive detector, configured to process an analytical signal from a position-sensitive detector.
Техническим результатом заявленного изобретения является расширение класса анализируемых объектов (золото, драгоценные металлы, алмазы), увеличение селективности сепарации за счет высокой плотности потока первичного рентгеновского излучения, возможность сепарации объектов предельно малых размеров за счет повышения геометрической разрешающей способности первичного рентгеновского излучения.The technical result of the claimed invention is to expand the class of analyzed objects (gold, precious metals, diamonds), increase the separation selectivity due to the high flux density of primary x-ray radiation, the ability to separate objects of extremely small sizes by increasing the geometric resolution of the primary x-ray radiation.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На Фиг.1 представлена схема рентгенографического сепаратора золота, драгоценных металлов и алмазов на ленте транспортера.Figure 1 presents a diagram of an x-ray separator of gold, precious metals and diamonds on the conveyor belt.
На Фиг.2 представлен схематический вид спереди рентгенографического сепаратора золота, драгоценных металлов и алмазов на ленте транспортера в аксонометрии.Figure 2 presents a schematic front view of an x-ray separator of gold, precious metals and diamonds on the conveyor belt in a perspective view.
На Фиг.3 представлена схема для расчета отношений телесных углов анализируемого объекта и коллиматора.Figure 3 presents a diagram for calculating the relationship of solid angles of the analyzed object and the collimator.
На Фиг.4 представлен график распределения интенсивности по линии позиционно-чувствительного детектора (с длиной чувствительной зоны 100 мм) при регистрации излучения, прошедшего через слой породы на ленте транспортера в случае легкой породы (например, песка) и тяжелого анализируемого объекта (например, золото).Figure 4 shows a graph of the intensity distribution along the line of a position-sensitive detector (with a sensitive zone length of 100 mm) when registering radiation transmitted through a rock layer on a conveyor belt in the case of light rock (e.g. sand) and a heavy object to be analyzed (e.g. gold )
На Фиг.5 представлен график распределения интенсивности по линии позиционно-чувствительного детектора (с длиной чувствительной зоны 100 мм) при регистрации излучения, прошедшего через слой породы на ленте транспортера в случае легкого анализируемого полезного материала (например, алмаза) и более тяжелого анализируемого материала (например, глина).Figure 5 shows a graph of the intensity distribution along the line of a position-sensitive detector (with a sensitive zone length of 100 mm) when registering radiation transmitted through a rock layer on a conveyor belt in the case of a light analyzed useful material (e.g. diamond) and a heavier analyzed material ( e.g. clay).
На Фиг.6 представлена конструкция заслонки, выполненной за одно целое с фильтром.Figure 6 presents the design of the shutter, made in one piece with the filter.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
На Фиг.1 показана схема рентгенографического сепаратора, реализующего заявленный способ. Отличие предлагаемого способа состоит в том, что в заявленном способе определяются (анализируются) не только отличительные признаки объекта, но и определяются его координаты на ленте транспортера. Это дает возможность одновременного определения нескольких объектов и последующего их удаления с ленты транспортера пробоотборным устройством. Одну координату «X» задает линия волновода-резонатора («ножа»), выполняющего в рентгенооптической схеме сепаратора роль источника первичного излучения, а вторую координату «Y» задает движение ленты транспортера под ножом волновода. Координата «X» через слой анализируемого вещества (материала) передается и фиксируется позиционно-чувствительным детектором, а вторая «Y» задается движением транспортера с постоянной скоростью VT и определяется какFigure 1 shows a diagram of an x-ray separator that implements the claimed method. The difference of the proposed method lies in the fact that in the claimed method is determined (analyzed) not only the hallmarks of the object, but also determined by its coordinates on the conveyor belt. This makes it possible to simultaneously determine several objects and their subsequent removal from the conveyor belt by a sampling device. One coordinate “X” is defined by the line of the waveguide-resonator (“knife”), which acts as the source of primary radiation in the X-ray separator circuit, and the second coordinate “Y” is determined by the movement of the conveyor belt under the knife of the waveguide. The coordinate "X" through the layer of the analyte (material) is transmitted and fixed by a position-sensitive detector, and the second "Y" is set by the movement of the conveyor with a constant speed VT and is defined as
где VT - скорость ленты транспортера,where V T is the speed of the conveyor belt,
t - время, прошедшее с момента регистрации координаты «X» на позиционно-чувствительном детекторе.t is the time elapsed since the registration of the coordinate "X" on the position-sensitive detector.
Способ определения отличительных свойств анализируемого объекта также отличается от прототипа. В прототипе идет покусковое определение отличительных признаков анализируемого объекта, и для его определения используются три вида рентгеновского излучения: проходящее, рассеянное и рентгенолюминесцентное. Интенсивности этих излучений составляют линейную комбинацию.The method for determining the distinctive properties of the analyzed object also differs from the prototype. In the prototype, there is a piecewise determination of the distinctive features of the analyzed object, and three types of x-ray radiation are used to determine it: transmitted, scattered and x-ray luminescent. The intensities of these emissions make up a linear combination.
В предлагаемом способе используется только различие поглощающих свойств частиц полезного материала и анализируемого материала (далее также упоминается как вмещающая порода), - это расширяет круг объектов, анализируемых предлагаемым способом по сравнению с прототипом. Сочетание в рентгенооптической схеме узкого нерасходящегося пучка первичного рентгеновского излучения от волновода-резонатора и движения ленты транспортера с заданной скоростью позволяет анализировать объекты предельно малых размеров до 0,1 мм.In the proposed method, only the difference in the absorbing properties of the particles of the useful material and the analyzed material is used (hereinafter also referred to as enclosing rock), this expands the range of objects analyzed by the proposed method in comparison with the prototype. The combination in the X-ray optical scheme of a narrow, non-divergent beam of primary X-ray radiation from the resonator waveguide and the movement of the conveyor belt at a given speed allows the analysis of objects of extremely small sizes up to 0.1 mm.
Сущность способа заключается в том, что материал, насыпанный ровным слоем (например, для анализа золота в слое песка толщиной 4 мм) движется равномерно под источником первичного излучения с коллиматором первичного излучения (далее также упоминается как первичный коллиматор). Первичное излучение просвечивает слой анализируемого материала с находящимися в нем частицами полезного материала (Фиг.2). Излучение, проходя через слой анализируемого материала, частицы полезного материала и ленту транспортера, проходит через коллиматор прошедшего излучения (далее также упоминается как вторичный коллиматор) и регистрируется позиционно-чувствительным детектором (ПЧД). В результате просвечивания на ПЧД в размере ячейки коллиматора прошедшего излучения и согласованной с ней ячейкой чувствительной зоны ПЧД возникает сигнал, соответствующий интенсивности прошедшего через вторичный коллиматор излучения, зарегистрированного детектором. При просвечивании слоя анализируемого материала, не содержащего полезного материала, например слоя песка (Z=14), интенсивность прошедшего излучения будет большой, а при наличии в слое материала золота или драгоценных металлов, которые значительно тяжелее песка (ZAu=79) и значительно сильнее поглощают первичное рентгеновское излучение, интенсивность зарегистрированного излучения в размере ячейки вторичного коллиматора уменьшится на величину, пропорциональную размеру и поглощающим свойствам анализируемого объекта. Картина, которую будет регистрировать ПЧД в различных зонах, выделенных вторичным коллиматором при наличии частиц полезного материала, представлена на Фиг.4. В случае анализируемого материала большей плотности, чем анализируемый объект, например алмаз во вмещающей горной породе, картина будет иметь инверсный вид, как показано на Фиг.5.The essence of the method lies in the fact that the material poured in an even layer (for example, for the analysis of gold in a
Физически смысл предлагаемого изобретения заключается в очищении процесса поглощения рентгеновского излучения от мешающих факторов, в первую очередь, от рассеянного когерентного и некогерентного излучения от рентгеновской трубки на большой площади анализируемого материла на транспортере и попадания этого излучения на позиционно-чувствительный детектор в зоне прохождения частицы полезного материала, и, во-вторых, обеспечение максимального контраста между поглощающими свойствами анализируемого материала (вмещающей породы) и частицы полезного материала (далее так же упоминается как анализируемая частица) путем создания оригинальной рентгенооптической схемы, создания определенного спектрального состава первичного излучения и фильтрации прошедшего излучения и алгоритма обработки зарегистрированного сигнала.Physically, the meaning of the invention is to clean the process of absorbing X-ray radiation from interfering factors, first of all, from scattered coherent and incoherent radiation from an X-ray tube over a large area of the analyzed material on the conveyor and getting this radiation onto a position-sensitive detector in the zone of passage of a particle of useful material , and, secondly, ensuring maximum contrast between the absorbing properties of the analyzed material (enclosing rock) and particles Useful material (hereinafter also referred to as the analyzed particle) by creating an original x-ray optical scheme, creating a specific spectral composition of the primary radiation and filtering the transmitted radiation and the algorithm for processing the recorded signal.
Ограничение расходимости первичного пучка рентгеновского излучения достигается использованием в качестве источника первичного излучения волновода-резонатора, дающего широкий, равный ширине транспортера, но очень узкий нерасходящийся пучок в другой фронтальной плоскости, и коллиматора первичного излучения, выделяющего на ленте транспортера линейные участки облучения проходящей вмещающей массы анализируемого материала. Ограничение ширины и расходимости пучка прошедшего рентгеновского излучения достигается коллиматором прошедшего излучения, ограничивающим попадание на позиционно-чувствительный детектор в зоне прохождения частицы полезного материала первичного излучения, рассеянного на других зонах транспортера. Это дает возможность практически в чистом виде сравнивать физические эффекты ослабления первичного излучения во вмещающей породе и в анализируемой частице.The divergence of the primary x-ray beam is limited by the use of a waveguide-resonator as a source of primary radiation, giving a wide, but very narrow, non-diverging beam in another frontal plane, and a primary radiation collimator that emits linear sections of the irradiated passing mass of the analyzed mass on the conveyor belt material. The limitation of the width and divergence of the transmitted x-ray beam is achieved by the transmitted radiation collimator, which limits the exposure of the position-sensitive detector to the passage of a particle of useful material of primary radiation scattered in other areas of the conveyor. This makes it possible in almost pure form to compare the physical effects of attenuation of primary radiation in the host rock and in the analyzed particle.
Введение в алгоритме обработки информации понятия геометрической и спектральной контрастности позволяет количественно оценить влияние размера анализируемой частицы и фактора ослабления (поглощения) спектрального состава излучения во вмещающей породе и в анализируемой частице на результирующий сигнал (интенсивность) регистрируемого ПЧД излучения и вывести формулу коэффициента сепарации.The introduction of the concept of geometric and spectral contrast in the information processing algorithm allows one to quantitatively assess the influence of the size of the analyzed particle and the attenuation (absorption) factor of the radiation spectral composition in the host rock and in the analyzed particle on the resulting signal (intensity) of the recorded PSD radiation and derive the separation coefficient formula.
Ход лучей и схема расчета контраста между анализируемым объектом (частицей полезного материала) и анализируемым материалом показаны на Фиг.3.The path of the rays and the scheme for calculating the contrast between the analyzed object (a particle of useful material) and the analyzed material are shown in Figure 3.
В прототипе размер первичного пучка выбирается равным размеру частицы полезного материала, что и составляет один из основных его недостатков, т.к. требует перестройки прибора или создания линейки приборов для анализа частиц различного размера. В предлагаемом изобретении размер частицы может быть любым от минимального 0,1 мм до ширины ленты транспортера. В случае, когда размер частицы меньше ширины ячейки коллиматора первичного излучения, нам нужно знать, какую долю телесного угла, а в случае плоскопараллельного пучка (как в нашем случае) долю углового раствора ячейки вторичного коллиматора будет занимать анализируемая частица полезного материала. Эту величину мы называем геометрическим контрастом.In the prototype, the size of the primary beam is chosen equal to the particle size of the useful material, which is one of its main disadvantages, because requires rebuilding the instrument or creating a line of instruments for analyzing particles of various sizes. In the present invention, the particle size can be any from a minimum of 0.1 mm to the width of the conveyor belt. In the case when the particle size is less than the width of the primary collimator cell, we need to know what fraction of the solid angle, and in the case of a plane-parallel beam (as in our case), the analyzed particle of useful material will occupy the fraction of the angular solution of the secondary collimator cell. We call this value geometric contrast.
Геометрический контраст создается вырезанием части телесного угла α, под которым виден участок ℓ позиционно-чувствительного детектора из источника первичного излучения S (из центра ячейки коллиматора первичного излучения), анализируемым объектом (частицей полезного материала), поглощающим первичное излучение, с телесным углом αобр., под которым виден анализируемый объект из источника первичного излучения S. Соотношение углов К=αобр./α и создает изменение (контраст) освещенности в зоне ℓ ПЧД при наличии объекта на ленте транспортера. При наличии тяжелого элемента в легкой матрице освещенность уменьшается, при наличии легкого элемента в тяжелой матрице освещенность увеличивается.A geometric contrast is created by cutting out a part of the solid angle α, under which you can see the portion ℓ of the position-sensitive detector from the primary radiation source S (from the center of the primary collimator cell), the analyzed object (a particle of useful material) absorbing the primary radiation, with a solid angle α arr. , under which the analyzed object is visible from the source of primary radiation S. Angle ratio K = α arr. / α and creates a change (contrast) of illumination in the ℓ PSD zone in the presence of an object on the conveyor belt. In the presence of a heavy element in a light matrix, the illumination decreases, in the presence of a light element in a heavy matrix, the illumination increases.
Таким образом, геометрический контраст Кгеом. анализируемого объекта (частиц полезного материала) на фоне вмещающей породы в ячейке коллиматора прошедшего излучения описывается формулойThus, the geometric contrast is K geom . the analyzed object (particles of useful material) against the background of the host rock in the cell of the collimator of the transmitted radiation is described by the formula
где α - угол, под которым виден участок ПЧД из точки S первичного излучателя,where α is the angle at which the portion of the PSD is visible from point S of the primary emitter,
αобр. - угол, под которым виден анализируемый объект из точки S первичного излучателя.α arr. - the angle at which the analyzed object is visible from point S of the primary emitter.
В обозначениях схемы на Фиг.3 углы α и αобр. определяются формуламиIn the notation of the diagram in figure 3, the angles α and α arr. defined by formulas
где M1 - высота коллиматора первичного излучения,where M 1 is the height of the primary radiation collimator,
М2 - высота коллиматора прошедшего излучения,M 2 - the height of the collimator of the transmitted radiation,
h1 - расстояние от коллиматора первичного излучения до слоя материала,h 1 is the distance from the primary radiation collimator to the material layer,
t - толщина слоя материала,t is the thickness of the layer of material,
t1 - толщина ленты транспортера,t 1 - the thickness of the conveyor belt,
t2 - расстояние от ленты транспортера до коллиматора прошедшего излучения,t 2 is the distance from the conveyor belt to the transmitted radiation collimator,
m - линейный размер анализируемого объекта,m is the linear size of the analyzed object,
ℓ - линейный размер участка позиционно-чувствительного детектора, выделяемый коллиматором М2.ℓ is the linear size of the position-sensitive detector, allocated by the collimator M 2 .
Проведем вычисления для некоторых реальных геометрических условий: M1=М2=20 мм; h1=5,0 мм; t=4,0 мм; t1=3,0 мм; t2=2,0 мм; m=0,2 мм; ℓ=3,0 мм; α=0,03We carry out calculations for some real geometric conditions: M 1 = M 2 = 20 mm; h 1 = 5.0 mm; t = 4.0 mm; t 1 = 3.0 mm; t 2 = 2.0 mm; m = 0.2 mm; ℓ = 3.0 mm; α = 0.03
Кгеометр.=0,23To the geometer. = 0.23
В предельном случае, когда линейный размер анализируемой частицы будет равен ширине ячейки вторичного коллиматора, коэффициент геометрического контраста будет равен единице (Кгеометр.=1,0). Таким образом, Кгеометр. изменяется от 0 до 1,0. В случае, когда анализируемая частица будет по размеру занимать несколько ячеек первичного коллиматора, то в каждой ячейке коэффициент геометрического контраста будет равен единице, а линейный размер засвеченной части ПЧД будет равен числу ячеек первичного коллиматора, перекрытых частицей.In the extreme case, when the linear size of the analyzed particle will be equal to the width of the secondary collimator cell, the geometric contrast coefficient will be equal to one (K geometer. = 1,0). Therefore, K is a geometer. varies from 0 to 1.0. In the case when the analyzed particle will occupy several cells of the primary collimator in size, the geometric contrast coefficient in each cell will be equal to unity, and the linear size of the illuminated part of the PSD will be equal to the number of cells of the primary collimator covered by the particle.
Далее нас интересует, как первичное излучение будет поглощаться анализируемым материалом и частицей полезного материала. Отношение поглощающих свойств анализируемой частицы полезного материала и анализируемого материала определяет спектральный контраст отображения частицы на ПЧД.Next, we are interested in how the primary radiation will be absorbed by the analyzed material and a particle of useful material. The ratio of the absorbing properties of the analyzed particle of the useful material and the analyzed material determines the spectral contrast of the display of particles on the PSD.
Спектральный контраст определяется отношением интенсивности первичного излучения, прошедшего через анализируемый материал и через частицу полезного материала, и равенThe spectral contrast is determined by the ratio of the intensity of the primary radiation transmitted through the analyzed material and through the particle of useful material, and is equal to
где I1част. - интенсивность излучения, прошедшего через полезный материал с анализируемой частицей,where I 1chast. - the intensity of the radiation transmitted through the useful material with the analyzed particle,
I1пор. - интенсивность излучения, прошедшего через анализируемый материал (вмещающую породу).I 1 - the intensity of the radiation transmitted through the analyzed material (enclosing rock).
Спектральный контраст при прохождении излучения через вещество определяется отношением интенсивности первичного излучения, прошедшего через вмещающую породу и через анализируемую частицу полезного материала.The spectral contrast when radiation passes through a substance is determined by the ratio of the intensity of the primary radiation transmitted through the host rock and through the analyzed particle of the useful material.
Ослабление интенсивности излучения при прохождении через вещество определяется формулой (1)The attenuation of the radiation intensity when passing through a substance is determined by the formula (1)
где I1 - интенсивность прошедшего излучения, с-1,where I 1 - the intensity of the transmitted radiation, s -1 ,
I0 - интенсивность первичного излучения, с-1,I 0 - the intensity of the primary radiation, s -1 ,
µ - массовый коэффициент ослабления, см2/г,µ is the mass attenuation coefficient, cm 2 / g,
ρ - плотность вещества, г/см3,ρ is the density of the substance, g / cm 3 ,
x - толщина материала, см.x is the thickness of the material, see
Суммарная интенсивность прошедшего первичного излучения (поток Р) во всем спектральном диапазоне от 0 до Еmax может быть записана, как показано в литературе [2]: ЕтахThe total intensity of transmitted primary radiation (flux P) in the entire spectral range from 0 to E max can be written, as shown in the literature [2]: Etax
где I(E) - интенсивность прошедшего излучения через данное вещество в различных участках спектра,where I (E) is the intensity of the transmitted radiation through a given substance in various parts of the spectrum,
Еmax - максимальная энергия излучения в первичном пучке.E max is the maximum radiation energy in the primary beam.
Таким образом, спектральная контрастность излучения, прошедшего через вмещающую породу и через анализируемый объект Кспектр., в общем виде запишется как:Thus, the spectral contrast of the radiation transmitted through the host rock and through the analyzed object K spectrum., In General, is written as:
Значение I(E) через массовый коэффициент поглощения зависит от атомного номера поглощающего вещества и энергии проникающего излучения. Атомные номера вмещающей породы и анализируемой частицы, как правило, известны, - песок и золото, глина и алмаз. Для более общего случая, в связи с аддитивностью коэффициента массового поглощения можно воспользоваться формулойThe value of I (E) through the mass absorption coefficient depends on the atomic number of the absorbing substance and the energy of the penetrating radiation. The atomic numbers of the host rock and the analyzed particle, as a rule, are known - sand and gold, clay and diamond. For a more general case, in connection with the additivity of the mass absorption coefficient, we can use the formula
гдеWhere
Сi - концентрация элемента I в поглощающем веществе,C i is the concentration of element I in the absorbing substance,
µi - массовый коэффициент поглощения элемента I излучения с энергией Е.µ i - mass coefficient of absorption of element I of radiation with energy E.
Для оценки спектральной контрастности для конкретных условий возбуждения первичного возбуждения можно воспользоваться понятием «эффективной длины волны» участка спектра и экспериментальными или расчетными в соответствии с [2] данными по спектральному составу первичного излучения. Экспериментальные исследования спектра первичного излучения рентгеновской трубки с анодом из Мо при ускоряющем напряжении 35 кВ дают значение «эффективной длины волны» для излучения с энергией 20 кэВ.To assess the spectral contrast for specific conditions of primary excitation excitation, one can use the concept of the “effective wavelength” of the spectral section and experimental or calculated in accordance with [2] data on the spectral composition of the primary radiation. Experimental studies of the spectrum of the primary radiation of an X-ray tube with an anode from Mo at an accelerating voltage of 35 kV give the value of the "effective wavelength" for radiation with an energy of 20 keV.
Тогда для спектральной контрастности частицы в породе в общем виде можно записать:Then, for the spectral contrast of a particle in a rock in general terms, one can write:
где µ - коэффициенты ослабления излучения с энергией 20 кэВ в породе и в материале частицы соответственно,where μ are the attenuation coefficients of radiation with an energy of 20 keV in the rock and in the particle material, respectively,
ρ - плотности породы и частицы соответственно,ρ are the densities of the rock and particles, respectively,
x - толщина слоя породы и частицы соответственно.x is the thickness of the rock layer and particles, respectively.
Для случая частицы золота размером 0,2 мм в слое песка толщиной 4 мм значение контрастности запишется:For the case of a 0.2 mm gold particle in a 4 mm thick sand layer, the contrast value is written:
где µAu, Si - коэффициенты ослабления излучения с энергией 20кэВ в золоте и кварцевом песке соответственно,where μ Au, Si are the attenuation coefficients of radiation with an energy of 20 keV in gold and quartz sand, respectively,
ρAu, Si - плотности золота и кварцевого песка соответственно,ρ Au, Si are the densities of gold and quartz sand, respectively,
xAu, Si - толщина слоя золота и кварцевого песка соответственно.x Au, Si is the thickness of the layer of gold and quartz sand, respectively.
В результате расчетов получаем:As a result of the calculations, we obtain:
Кспектр.=e(77,9·19,32·0,02-4,39·2,33·0,4)=e(30,06-4,09)=e26≥104 K spectrum. = e (77.9 · 19.32 · 0.02–4.39 · 2.33 · 0.4) = e (30.06–4.09) = e 26 ≥10 4
Таким образом, спектральная контрастность сигнала от золота на фоне сигнала от кремния более 104, что практически означает полное выделение золота на фоне кварцевого песка. Следовательно, контрастность сигнала в зоне ПЧД, выделяемой ячейкой коллиматора вторичного излучения, будет определяться геометрической контрастностью, определяемой по формуле (2), то есть соотношением углов раствора α и αобр.Thus, the spectral contrast of the signal from gold against the background of the signal from silicon is more than 10 4 , which practically means the complete release of gold against the background of quartz sand. Consequently, the contrast of the signal in the PSD zone emitted by the secondary radiation collimator cell will be determined by the geometric contrast determined by formula (2), that is, the ratio of the solution angles α and α arr .
Результирующая контрастность будет определяться формулой, объединяющей геометрический и спектральный контрастыThe resulting contrast will be determined by a formula combining geometric and spectral contrasts.
Величина 1/Кспектр. меньше единицы, когда µρx (коэффициент ослабления) анализируемой частицы больше µρx вмещающей породы. В случае золота в песке величина 1/Кспектр. практически равна нулю, и вся результирующая контрастность определяется геометрической контрастностью. При повышении поглощающих свойств вмещающей породы величина 1/Кспектр. будет увеличиваться и достигнет единицы, когда поглощающие свойства вмещающей породы станут равны поглощающим свойствам частицы. Тогда выражение в скобках станет равно нулю и Крез.=0, т.е. контраста не будет.
Дальнейшее увеличение поглощающих свойств вмещающей породы приведет к тому, что член 1/Кспектр. станет больше единицы и спектральная контрастность будет инвертироваться и Крез. поменяет знак на противоположный. Физически это будет означать, что поглощение в анализируемой частице станет меньше, чем во вмещающей породе, и интенсивность излучения, прошедшего через частицу полезного материала, будет больше, чем интенсивность излучения, прошедшего через вмещающую породу, как это показано на Фиг.5. Это соответствует случаю, когда анализируемая частица легче вмещающей породы, например алмаз в горной породе. Этот случай намного проще для работы анализатора, чем тяжелая частица, например золото в горной породе, т.к. меньше прошедшего излучения от вмещающей породы.A further increase in the absorbing properties of the host rock will result in the
В предлагаемом изобретении измеряемой величиной, определяющей абсорбционные свойства анализируемой частицы и вмещающей породы, является интенсивность излучения в каналах ПЧД, расположенных за ячейками вторичного коллиматора, поэтому мы должны быть уверены в том, что интенсивность излучения, прошедшего через вмещающую породу Iinop, достаточна для статистически достоверной ее регистрации, а изменение интенсивности, связанное с появлением частицы полезного материала, превышает статистическую погрешность измерения интенсивности I1пор.In the present invention, the measured value that determines the absorption properties of the analyzed particle and the host rock is the radiation intensity in the PSD channels located behind the cells of the secondary collimator, so we must be sure that the radiation intensity transmitted through the Iinop host rock is sufficient for a statistically significant its registration, and the change in intensity associated with the appearance of a particle of useful material exceeds the statistical error in measuring the
Рассчитаем интенсивность фонового сигнала I1пор. в ширине ячейки вторичного коллиматора в зоне позиционно-чувствительного детектора (ПЧД) при прохождении излучения от первичного излучателя через слой кварцевого песка толщиной 4 мм и ленту транспортера из лавсановой пленки толщиной 3 ммWe calculate the intensity of the background signal I 1 pore. in the width of the secondary collimator cell in the zone of a position-sensitive detector (PSD) when radiation from the primary emitter passes through a 4 mm thick layer of quartz sand and a 3 mm thick conveyor belt made of lavsan film
где Iф - интенсивность излучения в зоне ℓ ПЧД,where I f - the radiation intensity in the zone ℓ PSH,
I0 - интенсивность первичного излучения,I 0 - the intensity of the primary radiation,
µSi, ρSi, xSi - аналогично обозначениям формулы (5),μ Si , ρ Si , x Si - similarly to the notation of formula (5),
µF, ρF, xF - те же обозначения относятся к фтору как наиболее тяжелому элемента лавсанаµ F , ρ F , x F - the same notation refers to fluorine as the heaviest element of the lavsan
Из экспериментальных данных известно, что в зоне первичного коллиматора длиной 2 мм интенсивность первичного пучка I0 в диапазоне энергий 12-35 кэВ составляет не менее 7,2×105 с-1.From experimental data it is known that in the
Тогда, IФ=6,0×103 с-1 Then, I Ф = 6.0 × 10 3 s -1
Интенсивность пучка, прошедшего через слой песка и зарегистрированного в зоне ПЧД с линейным размером 1, составит 6,0×103 с-1.The intensity of the beam passing through the sand layer and recorded in the PSD zone with a linear size of 1 will be 6.0 × 10 3 s -1 .
За время измерения 0,1 с зарегистрированная интенсивность составит 6*102 с-1.During the measurement time of 0.1 s, the recorded intensity will be 6 * 10 2 s -1 .
Статистическая относительная погрешность регистрации такого сигнала составит:The statistical relative error of registration of such a signal will be:
где β - относительная погрешность регистрации сигнала с набором импульсов N,where β is the relative error of signal registration with a set of pulses N,
N - набор импульсов за время регистрации t (в нашем случае 0,1 с).N is the set of pulses during the recording time t (in our case, 0.1 s).
Какова достоверность определения такого сигнала?What is the reliability of determining such a signal?
Введем коэффициент достоверности Кд определения анализируемой частицы полезного материала.We introduce a confidence factor K d for determining the analyzed particle of useful material.
Для этого сравним коэффициент сепарации (результирующую контрастность) со статистической погрешностью измерения фона N по формулеTo do this, we compare the separation coefficient (resulting contrast) with the statistical error of background measurement N by the formula
Где Кд - коэффициент достоверности сепарации,Where K d - the reliability coefficient of separation,
Крез. - результирующий коэффициент контрастности (коэффициент сепарации),To res. - the resulting contrast ratio (separation coefficient),
β - относительная статистическая погрешность измерения скорости счета фонового сигнала от вмещающей породы на ленте транспортера.β is the relative statistical error of measuring the count rate of the background signal from the host rock on the conveyor belt.
Относительная статистическая погрешность измерения скорости счета фонового сигнала N определяется формулой (13).The relative statistical error of measuring the count rate of the background signal N is determined by formula (13).
Рассчитанная по формуле (13) статистическая погрешность измерения скорости счета интенсивности излучения, прошедшего слой вмещающей породы в случае кварцевого песка и золота, со скоростью счета 600 импульсов за 0,1 сек составляет 4,1%.The statistical error calculated by formula (13) for measuring the count rate of the intensity of radiation transmitted through the host rock layer in the case of quartz sand and gold with a count rate of 600 pulses in 0.1 sec is 4.1%.
Рассчитанная по формуле (2) геометрическая контрастность составляет 0,23=23%, т.е. в 5 раз больше относительной погрешности β измерения Iф. Таким образом, Кд=5 и частица золота с линейным размером 0,2 мм будет с вероятностью более 3β, т.е. более 99% зарегистрирована в ячейке ПЧД. Минимальное значение коэффициента Кд составляет 1,0. В этом случае будут правильно идентифицироваться 67% анализируемых частиц. При значении Кд=3,0 и более будет идентифицироваться 99% анализируемых частиц.The geometric contrast calculated by formula (2) is 0.23 = 23%, i.e. 5 times the relative error β of measurement of Iph. Thus, K d = 5 and a gold particle with a linear size of 0.2 mm will be with a probability of more than 3β, i.e. more than 99% is registered in the PSD cell. The minimum value of the coefficient K d is 1.0. In this case, 67% of the analyzed particles will be correctly identified. When the value of K d = 3.0 or more will be identified 99% of the analyzed particles.
Дополнительно рассчитаем поглощение в кварцевом песке и лавсановой ленте транспортера излучения с энергией 12 кэВ. Убедимся, что слой кварцевого песка и лента транспортера являются нейтральным фильтром, обрезающим низкоэнергетическую составляющую первичного излучения.In addition, we calculate the absorption in quartz sand and the dacron ribbon of a radiation transporter with an energy of 12 keV. Make sure that the quartz sand layer and the conveyor belt are a neutral filter that cuts off the low-energy component of the primary radiation.
Тогда,Then,
I12кэВ=I0*[exp(-20,3*4,91*0,4)]=I0*exp(-25).I12 keV = I 0 * [exp (-20.3 * 4.91 * 0.4)] = I 0 * exp (-25).
Т.е. излучение с энергией 12 кэВ и меньше полностью поглощается в слое песка толщиной 4 мм и ленте транспортера толщиной 3 мм.Those. radiation with an energy of 12 keV or less is completely absorbed in a layer of
Защитим ПЧД от излучения свинца, возбуждаемого в коллиматоре прошедшего излучения при прохождении через него высокоэнергетического излучения в диапазоне от 12 кэВ до 35 кэВ после слоя песка. Это излучение будет регистрироваться в ПЧД как фоновый сигнал первичного излучения. Поставим селективный фильтр, например, из Zn, толщиной х=20 мкм (2*10-3 см) после вторичного коллиматора для поглощения излучения PbL2(E=10,6 кэВ);
Тогда,Then,
IPb=IфPb*exp(-203*10*2*10-3)=IфPb*exp(-4).I Pb = I fPb * exp (-203 * 10 * 2 * 10-3) = I fPb * exp (-4).
Следовательно, флуоресцентное излучение свинца практически полностью поглощается селективным фильтром Zn 20 мкм.Consequently, the fluorescence emission of lead is almost completely absorbed by a 20 μm selective Zn filter.
Таким образом, можно сформулировать еще два отличительных признака данного изобретения:Thus, two further distinguishing features of the present invention can be formulated:
1) высокое напряжение на рентгеновской трубке выбирается таким образом, чтобы низкоэнергетическая часть спектрального распределения в диапазоне энергий от 0 до 10 кэВ срезалась слоем анализируемого материала и лентой транспортера;1) the high voltage on the x-ray tube is selected so that the low-energy part of the spectral distribution in the energy range from 0 to 10 keV is cut off by the layer of the analyzed material and the conveyor belt;
2) между нижней частью вторичного коллиматора и позиционно-чувствительным детектором ставится фильтр, селективно поглощающий излучение PbLα, β для повышения контрастности сигнала от анализируемой частицы.2) a filter is placed between the lower part of the secondary collimator and the position-sensitive detector, which selectively absorbs the radiation of PbLα, β to increase the contrast of the signal from the analyzed particle.
Конструкция устройства сепарации схематически представлена на Фиг.2.The design of the separation device is schematically represented in FIG. 2.
Устройство содержит рентгено-оптически связанные источник 1 первичного излучения, коллиматор 2 первичного излучения и позиционно-чувствительный детектор 3, ленту 4 транспортера со слоем анализируемого материала 5, содержащим частицы 6 полезного материала, коллиматор 7 прошедшего излучения и фильтр 8 прошедшего излучения, установленный между коллиматором 7 прошедшего излучения и позиционно-чувствительным детектором 3. В качестве источника 1 первичного излучения использован источник нерасходящегося рентгеновского пучка с расходимостью не более 0,1° в виде волновода-резонатора. Коллиматор 2 первичного излучения выполнен в виде гребенки из материала, сильнопоглощающего первичное рентгеновское излучение. Лента 4 транспортера движется с постоянной скоростью.The device contains X-ray-optically coupled
Размер ячеек коллиматора 2 первичного излучения соответствует размеру чувствительных элементов позиционно-чувствительного детектора 3 и ограничивает расходимость первичного излучения по координате Y.The size of the cells of the
Размер ячейки коллиматора 7 прошедшего излучения выбран из условия, чтобы рассеянное излучение от ячеек коллиматора 2 первичного излучения, соседних с противолежащей ему ячейкой коллиматора 2 первичного излучения, не попадали на чувствительный элемент позиционно-чувствительного детектора 3.The cell size of the transmitted
Устройство также содержит заслонку 9 (более подробно конструкция фильтра-заслонки показана на Фиг.6), которая может быть выполнена за одно целое с фильтром 8 на одном сегменте с ним. Заслонка 9 перекрывает пучок прошедшего излучения в случае, когда лента 4 транспортера свободна от вмещающей породы и поток рентгеновского прошедшего излучения очень велик, и тем самым защищает ПЧД от разрушения и перегрузки.The device also includes a shutter 9 (in more detail, the design of the shutter filter is shown in FIG. 6), which can be made integrally with the
Устройство может дополнительно содержать счетно-регистрирующую систему, связанную с позиционно-чувствительным детектором 3, выполненную с возможностью обработки аналитического сигнала с позиционно-чувствительного детектора 3.The device may further comprise a counting and recording system associated with a position-
Устройство работает следующим образом. Анализируемый материал, насыпанный ровным слоем (например, для анализа золота слой песка толщиной 4 мм) движется равномерно под источником 1 первичного излучения с коллиматором 2 первичного излучения. Первичное излучение просвечивает слой анализируемого материала 5 с находящимися в нем частицами 6 полезного материала. Излучение, проходя через слой анализируемого материала 5, частицы 6 полезного материала и ленту 4 транспортера, проходит через коллиматор 7 и регистрируется позиционно-чувствительным детектором (ПЧД) 3. В результате просвечивания на ПЧД в размере ячейки коллиматора 7 возникает сигнал, соответствующий интенсивности прошедшего через коллиматор 7 излучения, зарегистрированного детектором. При просвечивании слоя, не содержащего анализируемого объекта, например слой песка (Z=14), интенсивность прошедшего излучения будет большой, а при наличии в слое материала золота или драгоценных металлов, которые значительно тяжелее песка (ZAu=79), интенсивность зарегистрированного излучения в размере ячейки коллиматора 7 прошедшего излучения уменьшится на величину, пропорциональную размеру частиц полезного материала и его поглощающей способности. Картина, которую будет регистрировать ПЧД в различных зонах, выделенных коллиматором 7 с наличием частиц 6 полезного материала, представлена на Фиг.4. В случае анализируемого материала большей плотности, чем плотность частиц 6 полезного материала, картина будет иметь инверсный вид, как показано на Фиг.5.The device operates as follows. The analyzed material, poured in an even layer (for example, for gold analysis, a
Таким образом, заявленное изобретение позволяет расширить класс анализируемых объектов, включающий золото, драгоценные металлы, алмазы, обеспечить возможность сепарации объектов предельно малых размеров за счет повышения геометрической разрешающей способности рентгено-оптической схемы и высокой плотности потока первичного рентгеновского излучения, увеличить селективность сепарации за счет оригинального способа получения аналитического сигнала, совмещающего геометрическое разрешение рентгено-оптической схемы и спектральную контрастность проходящего рентгеновского излучения, и увеличить достоверность сепарации за счет оригинального алгоритма обработки аналитического сигнала, включающего сравнение изменения аналитического сигнала со статистической погрешностью регистрации аналитического сигнала.Thus, the claimed invention allows to expand the class of analyzed objects, including gold, precious metals, diamonds, to ensure the possibility of separation of objects of extremely small sizes by increasing the geometric resolution of the x-ray optical scheme and high flux density of the primary x-ray radiation, to increase the separation selectivity due to the original a method of obtaining an analytical signal combining the geometric resolution of an x-ray optical scheme and spectral con the trust of transmitted x-ray radiation, and to increase the reliability of separation due to the original algorithm for processing the analytical signal, which includes comparing the changes in the analytical signal with the statistical error in the registration of the analytical signal.
ЛитератураLiterature
1. Рентгенотехника: Справочник: Т.1, т.2, Под ред. В.В.Клюева.- М.: Машиностроение, 1980.1. X-ray engineering: Reference: V.1, v.2, Ed. V.V. Klyueva.- M.: Mechanical Engineering, 1980.
2. Е.М.Лукьянченко, А.Ю.Грязнов. Моделирование спектра первичного рентгеновского излучения в энергодисперсионном рентгеноспектральном анализе. «Известия СПбГЭТУ, Физика твердого тела и электроника», выпуск 1, 2003, с.10-14.2. E.M. Lukyanchenko, A.Yu. Gryaznov. Modeling the spectrum of primary x-ray radiation in energy dispersive x-ray spectral analysis. "Proceedings of SPbGETU, Solid State Physics and Electronics",
Claims (24)
Крез.=Кгеометр.(1-1/Кспектр.),
где
Крез. - результирующая контрастность частицы полезного материала на фоне анализируемого материала,
Кгеометр. - геометрическая контрастность частицы полезного материала,
Кспектр. - спектральная контрастность частицы полезного материала.4. The method according to claim 1, characterized in that the construction of the x-ray optical circuit of the separator is carried out on the basis of a criterion that combines geometric and spectral contrast according to the formula
To res. = K geometer. (1-1 / K spectrum. ),
Where
To res. - the resulting contrast of the particles of the useful material against the background of the analyzed material,
To the geometer. - geometric contrast of a particle of useful material,
K spectrum. - spectral contrast of a particle of useful material.
Кд=Крез./β,
где
Кд - коэффициент достоверности сепарации,
Крез. - результирующий коэффициент контрастности,
β - относительная статистическая погрешность измерения скорости счета фонового сигнала от анализируемого материала на ленте транспортера.5. The method according to claim 1, characterized in that for the separation of particles of useful material as an analytical signal, use the change in the intensity of the radiation transmitted through the analyzed material in the presence of particles of useful material and apply a criterion that relates the changes in the level of the analytical signal of the transmitted radiation with a statistical error of registration signal from the analyzed material
K d = K res. / β,
Where
To d - the reliability coefficient of separation,
To res. - the resulting contrast ratio,
β is the relative statistical error of measuring the count rate of the background signal from the analyzed material on the conveyor belt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012158108/03A RU2517148C1 (en) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | Method of useful material particles separation and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012158108/03A RU2517148C1 (en) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | Method of useful material particles separation and device to this end |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2517148C1 true RU2517148C1 (en) | 2014-05-27 |
Family
ID=50779396
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012158108/03A RU2517148C1 (en) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | Method of useful material particles separation and device to this end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2517148C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568898C1 (en) * | 2014-08-06 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Method of separating polydisperse particles in micron and nanosize range and device for realisation thereof |
RU2623692C2 (en) * | 2015-10-15 | 2017-06-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория Скантроник" | System and method for detecting diamonds in kimberlite and method for pre-beneficiating diamonds with their use |
RU2681798C1 (en) * | 2018-04-09 | 2019-03-12 | Акционерная Компания "АЛРОСА" (публичное акционерное общество) (АК "АЛРОСА" (ПАО)) | Method of dry concentration of diamond-containing ore |
RU2772789C1 (en) * | 2021-07-30 | 2022-05-25 | Евгений Матвеевич Лукьянченко | Diamond separation method and device for its implementation |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1694249A1 (en) * | 1988-04-25 | 1991-11-30 | Кольский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектного Института Механической Обработки Полезных Ископаемых | Apparatus for separating lumps of polycrystalline mineral |
RU2067028C1 (en) * | 1992-03-19 | 1996-09-27 | Комплексный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых | Device analyzing ash content of flow of coal on conveyer belt |
GB2310927A (en) * | 1996-03-04 | 1997-09-10 | De Beers Cons Mines Ltd | Diamond detection |
RU2138879C1 (en) * | 1998-07-29 | 1999-09-27 | Научно-технический центр "Исток" Государственного научно-исследовательского института Научно-производственного объединения "Луч" | X-ray tube |
RU2199108C1 (en) * | 2002-04-10 | 2003-02-20 | Акционерная компания "АЛРОСА" | Process of separation of diamond-carrying materials |
RU2334974C2 (en) * | 2004-03-12 | 2008-09-27 | Зелльшоп Сусан Мариетта | Detection of diamonds |
RU2379130C1 (en) * | 2008-09-22 | 2010-01-20 | Акционерная компания "АЛРОСА" (Закрытое акционерное общество) | Minerals separation method |
RU2432206C1 (en) * | 2010-04-29 | 2011-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕГРА РУ" | Multi-channel x-ray separator |
-
2012
- 2012-12-28 RU RU2012158108/03A patent/RU2517148C1/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1694249A1 (en) * | 1988-04-25 | 1991-11-30 | Кольский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектного Института Механической Обработки Полезных Ископаемых | Apparatus for separating lumps of polycrystalline mineral |
RU2067028C1 (en) * | 1992-03-19 | 1996-09-27 | Комплексный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых | Device analyzing ash content of flow of coal on conveyer belt |
GB2310927A (en) * | 1996-03-04 | 1997-09-10 | De Beers Cons Mines Ltd | Diamond detection |
RU2138879C1 (en) * | 1998-07-29 | 1999-09-27 | Научно-технический центр "Исток" Государственного научно-исследовательского института Научно-производственного объединения "Луч" | X-ray tube |
RU2199108C1 (en) * | 2002-04-10 | 2003-02-20 | Акционерная компания "АЛРОСА" | Process of separation of diamond-carrying materials |
RU2334974C2 (en) * | 2004-03-12 | 2008-09-27 | Зелльшоп Сусан Мариетта | Detection of diamonds |
RU2379130C1 (en) * | 2008-09-22 | 2010-01-20 | Акционерная компания "АЛРОСА" (Закрытое акционерное общество) | Minerals separation method |
RU2432206C1 (en) * | 2010-04-29 | 2011-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕГРА РУ" | Multi-channel x-ray separator |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568898C1 (en) * | 2014-08-06 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Method of separating polydisperse particles in micron and nanosize range and device for realisation thereof |
RU2623692C2 (en) * | 2015-10-15 | 2017-06-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория Скантроник" | System and method for detecting diamonds in kimberlite and method for pre-beneficiating diamonds with their use |
RU2681798C1 (en) * | 2018-04-09 | 2019-03-12 | Акционерная Компания "АЛРОСА" (публичное акционерное общество) (АК "АЛРОСА" (ПАО)) | Method of dry concentration of diamond-containing ore |
RU2813286C2 (en) * | 2019-01-23 | 2024-02-09 | Юниверсити Оф Йоханнесбург | Detection device, detection system and method for positioning detection device for reducing image artifacts |
RU2808530C1 (en) * | 2020-09-02 | 2023-11-29 | Ботсвана Интернешнл Юниверсити Оф Сайенс Энд Текнолоджи | Method and system for sorting diamonds |
RU2772789C1 (en) * | 2021-07-30 | 2022-05-25 | Евгений Матвеевич Лукьянченко | Diamond separation method and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shackley | An introduction to X-ray fluorescence (XRF) analysis in archaeology | |
US6320933B1 (en) | Multiple scatter system for threat identification | |
GB2527937B (en) | A method for X-ray luminescence separation of minerals and an X-ray luminescent sorter for carrying out said method | |
RU2517148C1 (en) | Method of useful material particles separation and device to this end | |
Granja et al. | Wide-range tracking and LET-spectra of energetic light and heavy charged particles | |
US11703466B2 (en) | Sample inspection system | |
Limkitjaroenporn et al. | Gamma-rays attenuation of zircons from Cambodia and South Africa at different energies: A new technique for identifying the origin of gemstone | |
Farquharson et al. | The use of combined trace element XRF and EDXRD data as a histopathology tool using a multivariate analysis approach in characterizing breast tissue | |
RU2193185C2 (en) | Method of detection of diamonds on conveyer in flow or in specimen of diamond-bearing rock | |
US3749910A (en) | Determination of the mean size of solid particles contained in a fluid by scattering of x-radiation | |
Brooks et al. | The HYDAD-D antipersonnel landmine detector | |
Litvak et al. | 3-D imaging of subsurface structure in planetary missions | |
Mitrofanov et al. | Gamma spectrometry of composite models of planetary matter on the JINR accelerator proton beam with tagged protons | |
RU2772789C1 (en) | Diamond separation method and device for its implementation | |
RU2670677C9 (en) | Device for diamond separation | |
RU2366519C2 (en) | Separation method of diamond-bearing materials and device for realisation thereof | |
RU2303495C2 (en) | Method of separation of minerals | |
RU2154537C1 (en) | Method of roentgenoradiation separation of mineralized mass | |
RU2199108C1 (en) | Process of separation of diamond-carrying materials | |
Kitov et al. | Time lag as a characteristic feature in the identification of a moving object by a two‐detector X‐ray sensor | |
Pires et al. | A novel approach based on X-ray fluorescence and photon attenuation to the analysis of soils for forensic investigation | |
Amonette et al. | Nondestructive techniques for bulk elemental analysis | |
RU2536084C1 (en) | Method for x-ray spectrum separation at lump-by-lump supply of separated material, and device for its implementation | |
US20160091613A1 (en) | Semiconductor radiation detector with lowered background noise level | |
Kitov et al. | Detection of minerals by scattered x‐ray radiation |