Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Перспективы применения сепараторов на горных предприятиях и опыт их эксплуатации 10
1.2. Обзор конструкций и научно-исследовательских работ по вопросам создания и совершенствования конструкции РЛС 13
1.3. Постановка задач исследования 17
2. Разработка методического и аппаратного обеспечения для исследования процессов, происходящих в рентгено - люминесцентных сепараторах при обогащении алмазосодержащего сырья 19
2.1. Программа и методика выполнения экспериментальных исследований РЛ - сепараторов в лабораторных и промышленных условиях 19
2.1.1. Программа выполнения экспериментальных исследований 19
2.1.2. Методика исследования влияния люминесценции воздуха 21
2.1.3. Методика исследования влияния повышенного содержания лгоминеецнрующих минералов па эффективность работы сепараторов ЛС-ОД-4-04, РМДС-4М и РЛА-2К 22
2.1.4. Методика оценки погрешности, вносимой гальванической развязкой усилителя тракта регистрации, и пороговой частоты следования люминесцирующих минералов 25
2.1.5. Методика обработки крупных проб алмазов и минералов для исследования их физических свойств 26
2.1.6. Методика проведения анализа работы и испытаний аналогового тракта регистрации при различном содержании алмазов или сопутствующих люминесцирующих минералов28
2.1.7. Методика исследования работы схем с фильтром 29
2.1.8. Методика испытаний систем автоматического регулирования рентгенолюминесцентной чувствительности 30
2.1.9. Методика проведения испытаний модулей регистрации с усовершенствованной системой АРУ 31
2.2. Аппаратные средства для исследования РЛ - сепараторов и алмазосодержащих руд 32
2.2.1. Аппаратура для оценки погрешности, вносимой цепью гальванической развязки 32
2.2.2. Автоматическая установка для измерения реитгенолюминесцентпых характеристик минералов 33
2.2.3. Универсальная измерительная установка 34
2.2.4. Экспериментальная установка для анализа и проверки работоспособности тракта регистрации 35
3. Исследование факторов, влияющих на эффективность работы радиометрических сепараторов 36
З.1. Общие сведения 36
3.2. Исследование влияния люминесценции воздуха под действием рентгеновского излучения 37
3.3. Исследование влияния повышенной концентрации люминесцирующих минералов (полезных и сопутствующих) на показатель извлечения 41
3.3.1. Исследование влияния конструкции тракта регистрации существующих люминесцентных сепараторов на эффективность их работы 49
3.3.1.1. Исследование системы автоматического регулирования рентгенолюминеснентпой чувствительности в сепараторах с постоянным рентгеном 64
3.3.1.2. Исследование системы автоматического регулирования чувствительности в сепараторах с импульсным рентгеном 69
3.4. Исследование влияния динамического диапазона сигналов люминесценции алмазов на эффективность работы сепаратора 72
3.5- Исследование влияния свойств сопутствующих пород и руд 78
3.6- Влияние граисостава 81
3.7. Выводы по главе 83
4. Исследование процессов, происходящих в Люминесцентном сепараторе при обогащении алмазосодержащего сырья 85
4.1. Исследование процесса обнаружения люминесцирующего минерала существующими сепараторами 85
4.1.1. Исследование процесса формирования сигнала "обнаружение" при одновременном перемещении люминесцирующих минералов 89
4.2. Исследование процессов формирования сигналов при использовании в тракте регистрации усилителя постоянного тока 93
4.2.1. Исследование процесса усиления сигнала люминесценции с использованием схем с фильтром 97
4.3. Исследование процесса формирования сигнала "длительность транспортной задержки" 101
4.4. Исследование процесса формирования сигнала "длительность отсечки" 104
4.5. Регулирование чувствительности в сепараторах с постоянным и импульсным рентгеном 115
4.6. Исследование процесса формирования сигналов трактом регистрации при расширенном значении динамического диапазона усилителя 117
4.7. Увеличение амплитуды сигнала люминесценции от слаболюминесциругощего алмаза 119
5. Создание новых видов сепараторов 124
5.1. Принципы совершенствования люминесцентных сепараторов 124
5.2. Сепаратор РЛА-2К 125
5.3. Промышленные испытания 129
5.4. Выводы 129
Заключение 131
- Аппаратные средства для исследования РЛ - сепараторов и алмазосодержащих руд
- Исследование влияния повышенной концентрации люминесцирующих минералов (полезных и сопутствующих) на показатель извлечения
- Исследование процессов формирования сигналов при использовании в тракте регистрации усилителя постоянного тока
- Сепаратор РЛА-2К
Введение к работе
При переработке полезных ископаемых в последние годы развиваются новые методы, основанные на использовании различных видов излучения для обогащения минерального сырья. С помощью этих методов разделение данного вида минерального сырья на продукты происходит в зависимости от интенсивности испускания, отражения или поглощения минералами того или иного излучения. Так как основой всех этих методов является различие в интенсивности излучений, то они и названы радиометрическими, от слова "радио", означающего в переводе с латинского "излучение".
Приоритет в применении радиометрического обогащения в промышленных условиях принадлежал Советскому Союзу.
Радиометрические методы получили распространение при обогащении урановых, бериллиевых, флюоритовых, шеелитовых, борных, золотосодержащих, железных руд и неметаллических полезных ископаемых [1, 2, 3]. Порционная сортировка полезных ископаемых позволяет вовлекать в переработку более бедные руды. Кроме этого обеспечивается возможность комплексной переработки полезных ископаемых с получением нескольких продуктов одновременно, а предварительное обогащение, а именно, удаление из руды части пустой породы, позволяет повысить содержание полезного компонента и увеличить эффективность последующей обработки сырья. Также радиометрические методы нашли широкое применение при сортировке сельскохозяйственной продукции (сортировке зерна). По только в алмазодобывающей промышленности использование радиометрической сепарации стало основным методом обогащения алмазосодержащих руд и доводки концентратов.
Еще в тридцатых годах прошлого столетия один из радиометрических методов - рентгеиолюминесцентный - применялся сначала для изучения алмазосодержащих рул, а затем и на обогатительных фабриках, где стали обрабатывать эти руды. Большие потенциальные возможности указанного способа при обогащении алмазосодержащего сырья обусловлены высоким уровнем автоматизации, селективности обогащения и сравнительно небольшими капитальными и эксплуатационными расходами.
Разработанные Новиковым В.В. с соавторами принципы [4, 5, 6] позволили создать промышленные люминесцентные сепараторы. Начиная с 1967г. и по настоя-
5 щес время в нашей стране было разработано и использовано на обогатительных фабриках алмазодобывающей промышленности три поколения рентгенолюминесцеитных сепараторов предназначенных для первичного обогащения алмазосодержащих руд, доводки и окончательной доводки алмазосодержащих концентратов.
В настоящее время на обогатительных фабриках ЛК "AJIPOCA" одновременно эксплуатируется более 300 единиц рентгенолюминесцентных сепараторов.
За огромный вклад в разработку и внедрение рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащих руд в 1985 году была присуждена Государственная премия СССР, ее лауреатами стали Новиков В.В., ВьюникВ.С, Лаврентьев Ю.А., Зель-бергС.И., Горбачев В.В., Долженков В,И„ Инешин Г.Г., Карпенко Ю.А. и Харитонов А.А.
Опыт эксплуатации рентгенолюминесцеитных сепараторов на предприятиях России, СНГ и за рубежом [1,7, S, 9,10], показал, что:
Реитгенолюминесцентные сепараторы работают с большой надежностью, эффективностью и селективностью. Извлечение алмазов в концентрат достигает до 96-98% при содержании алмазов в исходном продукте от 1*10"6% до 1%.
С увеличением содержания алмазов и сопутствующих им минералов, обладающих свойством люминесцировать при облучении рентгеновскими лучами, эффективность существующих сепараторов снижается из-за потерь алмазов.
Электронные схемы существующих сепараторов, основанные на усилении сигнала полезного минерала, не учитывают влияния различных факторов (засветки от воздуха, влияния соседних каналов, сигналов от сильно люминесцирующих минералов), что приводит к потерям полезных минералов.
На работу рентгенолюминесцеитных сепараторов большое влияние оказывают условия эксплуатации, связанные с понижением эффективности работы электронных схем при загрязнении рабочих окон источника рентгеновского излучения и фотоприемника.
Проектная актуальность заключается втом, что имеющиеся на практике технические решения не удовлетворяют эксплуатационников по эффективности извлечения алмазов при их высоком содержании или при высоком содержании сопутствующих люминссцируюишх минералов в исходном продукте, что может служить причиной снижения его первоначальной стоимости, так как в случае его пропуска появляется
вероятность изменения крупности и качества кристалла за счет техногенной повреждаемости при работе обогатительной фабрики с замкнутым циклом переработки алмазосодержащей руды или выбросом полезного минерала в отвал при разомкнутом цикле.
Используемые в промышленных рентгенолюминесцептных сепараторах конструктивные элементы (усилители и схемы обработки сигналов, алгоритмы работы блоков) не могут обеспечить нормальную работу при высокой частоте следования алмазов или сопутствующих люмииесцирующих минералов, дополнительно обладающих большим динамическим диапазоном сигналов люминесценции, что приводит к потерям полезного минерала или к снижению его первоначальной стоимости.
Научная актуальность заключается в том, что процессы, происходящие в рент-геиолюминесцентных сепараторах при высоком содержании алмазов или сопутствующих лгоминесцирующих минералов, исследованы недостаточно и нужны практические рекомендации проектировщикам для совершенствования конструкции сепаратора.
Работа посвящена исследованиям процессов, происходящих в усилителе тракта регистрации, в схемах обработки сигналов и принятия решения, в системах автоматического регулирования при обогащении алмазосодержащей руды или концентратов с высоким содержанием алмазов и сопутствующих люмииесцирующих минералов. Это стало особенно актуально после внедрения технологии обогащения алмазосодержащих руд в тяжелосредных установках и на операциях окончательной доводки алмазосодержащих концентратов при обеспечении высокой производительности минимальным количеством технологического оборудования, что позволяет повышать эффективность обогатительных фабрик за счет снижения эксплуатационных затрат, уменьшения парка эксплуатируемого оборудования при сохранении требуемых технологических показателей оборудования. Кроме этого только в алмазодобывающей промышленности учитывается, что алмаз является уникальным, редко встречающимся природным минералом, в процессе обогащения которого важно обеспечить сохранение его природной крупности и качества.
В настоящее время имеющиеся в открытой печати исследования по поставленным вопросам недостаточно вскрывают процессы, происходящие в рентгенолюминесцептных сепараторах (РЛС) при работе.
Таким образом, на основании опыта эксплуатации, проектирования сепараторов, а также научных исследований в этом направлении можно считать, что данная работа актуальна для предприятий алмазодобывающей промышленности, и необходимы дальнейшие исследования сепараторов с целью совершенствования их конструкции и алгоритмов работы.
Цель работы - повышение эффективности работы существующих рентгенолго-мииесцентпых сепараторов на основе изучения основных закономерностей, происходящих при радиометрическом обогащении алмазосодержащих концентратов, и создание сепараторов нового технического уровня.
Идея работы - использование закономерностей повышения эффективности работы рентгенолюминесцептных сепараторов для совершенствования их конструкции.
Объектом исследований являются рентгенолюмипесцентные сепараторы, работающие при обогащении алмазосодержащих руд и концентратов с высоким содержанием люминесцирующих минералов.
Научные положения, защищаемые в работе:
1.Сигнал люминесценции воздуха в существующих сепараторах составляет не менее 0,5 от сигнала люминесцирующих минералов и при коэффициенте усиления тракта регистрации (300-г500) без применения специальных приемов вводит усилитель в состояние насыщения, при котором поступающие на вход системы сигналы от минералов не вызывают изменений этого сигнала на выходе.
2.Пороговая частота следования люминесцирующих минералов записит от их яркости, размера и конструктивных особенностей усилителя существующих сепараторов и составляет 1,4 шт./с для ярколюминесцирующих минералов и 0,7 шт./с - для слаболюминесцирующих.
3.Конструктивное исполнение тракта регистрации усилителя, систем обработки сигналов и схем принятия решения в системах автоматического регулирования, а также показатели эффективности их работы при обогащении алмазосодержащего сырья (концентратов) с высоким содержанием люминесцирующих минералов зависит от пороговой частоты их следования, при которой наблюдаются отказы в работе указанных систем.
Научная новизна полученных результатов.
В работе развиты основы научно обоснованного подхода к расчету и проекти-
8 рованию рсптгенолюминесцентных аппаратов. При этом экспериментально установлены следующие закономерности:
Взаимосвязь между амплитудой, спектральной плотностью, спектром шума люминесценции воздуха и мощностью рентгеновского излучения и внешней засветкой. Установлено, что увеличение люминесценции воздуха может быть сравнимо с амплитудой сигнала от минерала, что приводит к насыщению усилителя и ухудшению эффективности его работы (потере алмазов).
Взаимосвязь между частотой и порядком следования люминесцирующих минералов и показателем извлечения сепаратора и эффективностью работы системы автоматического регулирования чувствительности сепаратора. Стабильная работа люминесцентных сепараторов наблюдается при фиксированной производительности и до пороговой частоты следования минералов соответственно для ярколюминесци-руютих - 1,4 шт./с, слаболюминесцирующих - 0,7 шт./с.
Установлено, что существующая конструкция тракта регистрации сепаратора искажает форму, изменяет амплитуду и длительность выходного сигнала после прохождения тракта регистрации, что указывает на наличие переходных процессов в его элементах, результатом которых является искажение вершины импульса и появление "паразитного1' выброса противоположной полярности в момент его окончания.
Установлены динамический диапазон сигналов люминесценции алмазов различной крупности и доля алмазов (не менее 40%), имеющих выход люминесценции достаточный для перегрузки усилителя тракта регистрации, и взаимосвязь между интервалом движения алмазов, формированием сигнала "обнаружение" и временем цикла "обнаружснис-задсржка-отссчка". При уменьшении интервала движения сигналы люминесценции минералов начинают "сливаться" и воспринимаются трактом регистрации как один сигнал от "длинного" минерала и наблюдаются нарушения порядка формирования цикла "обнаружение-задержка-отсечка", что приводит к потерям алмазов.
Использование метода обнаружения слаболюминесцирующих алмазов путем увеличения амплитуды сигнала их люминесценции за счет измерения "прямой", "обратной" и "суммарной" интенсивности рентгенолюминесценции, применение операционных усилителей в узлах тракта регистрации для исключения цепей гальванической развязки и подавления шумов, позволяет изменить частоту обнаружения (фикса-
9 ции) сепаратором люмипссциругащих минералов от 2 шт./с до 50 нгг./с и повысить извлечение слаболюминесцирующих минералов при высоком их содержании и фиксированной производительности.
Разработан алгоритм исследования процесса формирования сигналов различных схем (устройств) тракта регистрации сепаратора, на основании которого они были исследованы, и выданы рекомендации по их совершенствованию.
Установлено, что использование полного диапазона двухполярного напряжения источника питания усилителя тракта регистрации повышает его динамический диапазон в 2 раза, позволяет принять однозначное решение по форме и длительности сигналов - один или несколько лгоминесцирующих минералов вошли в зону регистрации.
Практическое значение работы состоит в следующем:
разработаны методики оценки и алгоритм исследования;
разработаны алгоритмы работы, схемы узлов и блоков сепаратора;
разработан, испытан и внедрен на предприятиях ЛК "ЛЛРОСЛ" сепаратор РЛЛ-2К;
разработаны, испытаны и внедрены на предприятиях ЛК "ЛЛРОСЛ" модули регистрации с усовершенствованной системой автоматического регулирования.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Всесоюзном научно-техническом совещании (1987г.), V Мирнипской городской научно-практической конференции, посвященной 5-летию Мирнипского филиала ЯГУ им. М.К. Аммосова (Мирный, 1999г.), V и VI Международных салонах промышленной собственности (Москва, 2002г., 2003г.), IV Конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, 2003г.), X международной научно-технической конференции (Донецк, 2003г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано б работ. Кроме того, в процессе выполнения работы получено 7 патентов на способы и устройства сепарации.
Автор выражает благодарность докт. техн. наук, проф. Монастырскому В.Ф. за научное руководство при написании глав 2, 3 и 5, к.т.н. Двойченковой Г.П., к.т.н, Ве-дину А.Т., к.т.н. Бондаренко И.Ф. за помощь, оказанную при работе над диссертацией, и сотрудникам лаборатории РМС института "Якутпипраламаз" за техническую помощь и моральную поддержку.
Аппаратные средства для исследования РЛ - сепараторов и алмазосодержащих руд
Для проверки и моделирования условий работы тракта регистрации была создана экспериментальная исследовательская установка (рис. 1), включающая: 1 - вращающийся барабан; 2 - рентгеновскую трубку с источником; 3 - фотоприемник с источником питания и тракт регистрации; 4 - имитатор "яркий"; 5 - имитатор "слабый"; 6 - осциллограф. Принцип работы установки описан в [42], а структурная схема приведена на рис. 2. Автоматическая измерительная установка включает: 1- подающий вибропитатель; 2- растягивающий виброиитатель; 3- источник постоянного рентгеновского излучения; 4- фотоириемник; 5- аналогово- цифровой преобразователь (АЦП); 6- персональный компьютер (ПК), управляющий работой установки и используемый для накопления результатов измерений. Для проверки работоспособности тракта регистрации и его отдельных схем была разработана и собрана экспериментальная установка - электронный имитатор, состоявшая из генераторов сигналов, сумматора, излучателя света, выполненного на базе светодиода, испытываемого тракта регистрации с фотоприемником и осциллографа.
Генераторы сигналов позволяют сформировать любые последовательности сингалов (по частоте и амплитуде) и постоянную составляющую, которые поступают па сумматор к выходу которого подключен светодиодный излучатель, преобразующий электрические сипгалы в пропорциональные световые потоки. Светодиодный излучатель и фотоприемник помещены в светоизолировапную камеру. Структурная схема установки для проверки тракта регистрации приведена на рис. 4. При работе сепаратора материал перемещается транспортной системой и поступает в зону возбуждения, где облучается проникающим излучением. В существующих рентгенолюминесцеитиых (РЛ) сепараторах в качестве проникающего излучения используется рентгеновское. Под действием рентгеновского излучения минерал, попадающий в зону возбуждения, начинает светиться - люминесцировать и, перемещаясь по лотку сепаратора, попадает в зону регистрации, где сигнал его люминесценции регистрируется фотоприсмииком. Зона регистрации может быть совмещена с зоной возбуждения или разнесена. При разнесении зоны возбуждения и зоны регистрации обеспечивается более высокая селективность, по меньшая чувствительность, так как амплитуда сигнала люминесценции минерала уменьшается при его выходе из зоны позбуждепия. Для алмазов это уменьшение незначительно, а для сопутствующих люмипесцирующих минералов типа циркона амплитуда сигнала люминесценции уменьшается в несколько раз.
При совмещении зоны возбуждения и зоны регистрации обеспечивается более высокая чувствительность при некотором снижении селективности [33]. Эффективность работы РЛС во многом зависит от воздействия следующих факторов: - люминесценции воздуха под действием рентгеновского излучения; - повышенной концентрации (частоты следования) люмипесцирующих минералов; - конструктивных особенностей системы автоматического регулирования рент-генол ю минее це нтиой чувствительности; - свойств сопутствующих пород и руд; - динамического диапазона сигналов люминесценции; - грансостава исходного материала. Указанные факторы оказывают значительное влияние на эффективность работы РЛ сепаратора и ниже, согласно программе и методике экспериментальных исследований, приведены результаты лабораторных и промышленных испытаний РЛ -сепараторов. При совмещении зон возбуждения и регистрации сигнал люминесценции воздуха регистрируется фотоприемником как высокочастотный и постоянный, и является фоновым сигналом или сигналом шума. Согласно [26] указанный сигнал вносит погрешность при регистрации люминесценции от алмазов или сопутствующих минералов, интенсивность которой сравнима или меньше люминесценции воздуха. В [38] на основании исследований было установлено, что для обеспечения нормальной работы рентгсполюминссцснтного сепаратора соотношение сигнал - шум должно быть не менее 3...5.
Однако на практике сигнал люминесценции воздуха составляет десятки милливольт и при коэффициенте усиления тракта регистрации не менее 300...500 вводит усилитель в состояние насыщения, при котором поступающие па вход усилителя тракта регистрации сигналы от люминесцирующих минералов не вызывают изменений сигнала на выходе. Для обеспечения нормальной работы усилителя тракта регистрации необходимо отделить постоянный сигнал люминесценции воздуха от импульсных сигналов люминесценции алмазов и сопутствующих минералов или скомпенсировать его. Операция отделения или компенсации постоянной составляющей сигнала люминесценции воздуха должна выполняться автоматически, так как при воздействии дестабилизирующих факторов (напряжения питания рентгеновской трубки и ФЭУ, загрязнении, старении) происходит постоянное изменение во времени сигнала люминесценции воздуха, что нарушает нормальную работу усилителя тракта регистрации. Согласно методике выполнения экспериментальных исследований РЛ -сепараторов (гл.2, п.2.1.2) в лабораторных условиях на малогабаритном лабораторном рентгенолюмшгесцентном сепараторе были проведены исследования влияния люминесценции воздуха, фиксированного объемом зоны возбуждения и регистрации, при изменении тока рентгеновской трубке и внешней засветке.
Полученные осциллограммы представлены на рис.5, 6, 7, 8, 9. Анализ полученных результатов показал, что: Рис. 5. Сигнал люминесценции воздуха при токе 500 мкА. 1. Изменение режимов работы источника излучения (изменение тока от 500 до 1000 мкА) приводит к изменению спектра и амплитуде шума в 1,5...2 раза. За фиксированный промежуток времени - 20мс число импульсов с амплитудой более 200мВ составило не более 20 и не менее 35, с амплитудой более 400мВ - до 5 и до 10 соответственно (рис.5 и 6). 2. Сигнал "шума" при фиксированном токе и внешней засветке (рис.5 и 7) увеличивается в 3 раз и более, вплоть до насыщения усилителя, что ухудшает возможность обнаружения сигнала от слаболюминесцирующего минерала (рис.8). 3. Изменение режимов работы источника излучения (изменение тока от 500 до 1000 мкА, рис.8 и 9) приводит к изменению (увеличению) амплитуды сигнала от минерала в 2 раза.
Исследование влияния повышенной концентрации люминесцирующих минералов (полезных и сопутствующих) на показатель извлечения
Современная технология обогащения алмазосодержащего сырья связанна с переработкой большого объема руды из-за низкого содержания алмазов в исходной руде. В настоящее время наиболее эффективным по совокупности параметров (производительность, извлечение, сокращение) является рентгенолюмииесцентный метод. Этому методу нет альтернативы при обогащении крупных классов на исходном питании, значителен его удельный вес в переработке средних классов на комбинированных схемах первичного обогащения, а также на основных стадиях доводочных операций классов крупности от -50 до +1 мм. Учитывая, что содержание алмазов в исходной руде весьма низкое, необходимо обеспечить многостадиальную обработку руды и концентрата для получения более высокого содержания алмазов в конечном продукте. Однако, с увеличением содержания алмазов в концентрате возрастает и содержание сопутствующих люмипесцирующих минералов - цирконов, кальцитов, плагиоклазов (содержание сопутствующих люминесцирующих минералов может в два, три раза превышать содержание алмазов), что накладывает определенные ограничения па используемое рентгенолюминес-центное технологическое оборудование.
В работе [38] были выведены зависимости и показано, что при одной и той же производительности величина извлечения сепаратора обратно пропорциональна содержанию алмазов в его питании, то есть, чем больше возрастает содержание алмазов в питании сепаратора, тем сильнее снижается показатель его извлечения. Поэтому применяемые в технологическом процессе доводки концентрата сепараторы, особенно для класса крупности -5 мм, делают многоканальные (четырех, восьми, шестнадцати и более) с малой производительностью по одному каналу, чтобы сигналы люминесценции от алмазов и сопутствующих минералов не превышали допустимую частоту их следования. При этом обеспечение требуемых показателей по производительности и извлечению передела рентгенолюми-несцептной сепарации обогатительной фабрики может быть достигнуто усложнением технологических схем обогащения алмазосодержащего сырья и увеличением общего количества эксплуатируемого технологического оборудования. Данная тенденция просматривается в развитии техігики для люминесцентной сепарации, как в нашей стране, так и за рубежом. Для исследования влияния повышенного содержания лгоминесцирующих минералов на эффективность работы сепараторов были проведены их испытания в условиях предприятий ЛК "АЛРОСЛ". Испытаниям подверглись сепараторы ЛС-ОД-4-04 и РМДС-4. Сепараторы ЛС-ОД-4-04 и РМДС-4 соответственно восьмиканальный и четы-рехканальный, рассчитанные на обработку алмазосодержащей руды с производительностью 100 кг/ч. Испытания выполнялись в одинаковых условиях согласно разработанной методике [гл.2, п.2.1.3], включающей: равномерное регулирование производительности по каналам (12,5 кг/ч) и в сепараторе в целом ЛС-ОД-4-04 - 100 кг/ч, РМДС-4 - 50 кг/ч; использование фиксированной пробы безалмазного материала массой 9,2 кг; фиксацию интенсивности (J,,K) люминесценции имитаторов алмазов с заданными характеристиками; повышение содержания имитаторов алмазов в питании сепаратора при фиксированной производительности; определение показателя механического извлечения при заданной чувствительности; определение показателя извлечения имитаторов алмазов с заданными характеристиками. Механическое извлечение сепараторов ЛС-ОД-4-04 и РМДС-4 составляет соответственно 98,9%±0,8% и 99,2%±0,7%.
Испытания сепараторов выполнялись при постепенном увеличении содержания люмипесцирующих минералов от 0,3% до 16% (при фиксированной производительности на каждый канал сепаратора) и при изменении содержания люмипесцирующих минералов от 16 до 80% (при производительности в 5...10 раз меньше фиксированной). Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 1 и на рис.10, 11, 12). Как следует из результатов экспериментальных исследований, извлечение сепаратора РМДС-4М (при фиксированной производительности 50 кг/ч) резко снижается при превышении содержания люминесцируюших минералов в питании более 3,7% (рис.10, кривая 2) и частоты следования люмипесцирующих имитаторов более 0,66 шт./с (рис.11, кривая 2), в то время как сепаратор ЛС-ОД-4-04 сохраняет паспортные показатели до 7,4% (рис.10, кривые 1, 3). При дальнейшем повышении содержания люминесцируюших минералов извлечение слаболюминесцирующих минералов сепаратором ЛС-ОД-4-04 снижается (табл.1, рис.10, кривая 3). Для сепаратора ЛС-ОД-4-04 извлечение слаболюминесцирующих имитаторов (рис.12, кривая 2) снижается при частоте следования люминесцируюших минералов более 1,3 шт./с, при этом частота следования слаболюминесцирующих имитаторов =0,7 шт./с. Дальнейшее повышение частоты следования люмипесцирующих минералов вызывает резкое снижение извлечения слаболюминесцирующих имитаторов при частотах их следования менее 0,7 шт./с. При сохранении заданной производительности сепаратора извлечение снижается с увеличением содержания люминесцируюших минералов или имитаторов. При этом в первую очередь, возрастают потери слаболюминесцирующих минералов или имитаторов, что подтверждается результатами испытаний сепараторов РМДС-4М и ЛС-ОД-4-04 (рис. 10). Уменьшение производительности сепаратора позволяет улучшить показатель извлечения даже при более высоком содержании люминесцируюших минералов в питании сепаратора, что подтверждается испытанием сепаратора ЛС-ОД-4-04 при производительности 20 кг/ч и содержании 25%.
Исследование процессов формирования сигналов при использовании в тракте регистрации усилителя постоянного тока
В зависимости от параметров рентгеновского излучения источника и величины объема воздуха в зоне возбуждения постоянная составляющая сигнала люминесценции может иметь различную величину, которая обычно изменяется от нескольких милливольт до единиц вольт. Следовательно, если к анодной нагрузке ФЭУ подключить операционный усилитель (ОУ) с таким коэффициентом усиления, чтобы сигналы люминесценции (воздуха и минералов) на выходе ОУ не превышали несколько вольт при максимальных режимах (максимальных сигналах люминесценции от алмазов или сопутствующих люминесцирующих минералов), то в этом случае можно отказаться от гальванической развязки между ФЭУ и предварительным усилителем тракта регистрации, так как при любых режимах работы амплитуда сигналов люминесценции на входе ОУ усилителя фотоприемника не будут вызывать его перегрузки [43]. Упрощенная структурная схема фотоприемника тракта регистрации, состоящего из ФЭУ с анодным сопротивлением (Ra) и усилителя без гальванической развязки, выполненного на базе ОУ, представлена на рис.47. Исследование тракта регистрации (рис.47) было выполнено на экспериментальной установке (рис.4) в соответствии с методикой (гл.2, н.2.1.6), включающей формирование имитирующих сигналов люминесценции минералов различной амплитуды и постоянного сигнала люминесценции воздуха.
Использование ОУ в предварительном усилителе позволило отказаться от гальванической развязки и исключило искажение формы сигналов от люмииесцирующих минералов, но наложило ограничения на величину коэффициента усиления усилителя и возможность включения дополнительных каскадов усиления без гальванической развязки. Сигнал на выходе усилителя фотоприемника содержит постоянную составляющую, которая усиливается также как и сигналы от люмииесцирующих минералов. При установке коэффициента усиления 100 и более, сигнал постоянной составляющей введет усилитель фотоприемника в насыщение, что исключит возможность усиливать сигналы от люмииесцирующих минералов. Усилитель фотоприемника (рис.47) в этом случае предназначен для согласования большого выходного сопротивления ФЭУ и малого входного сопротивления аналогового тракта регистрации (АТР). Диаграммы сигналов, описывающие работу усилителя фото приемника, приведены на рис.48а, Ь, с, на которых представлены сигналы люминесценции от минералов (рис.48а), объема воздуха (рис.48Ь) под действием рентгеновского излучения и сигнал на выходе предварительного усилителя фотоприемника (рис.48с). Из диаграмм видно, что коэффициент усиления предварительного усилителя фотоприемника должен выбираться из условия, чтобы постоянная составляющая сигнала люминесценции воздуха была минимальна. Дальнейшее усиление сигнала от слаболюмипесцирующего алмаза или сопутствующего минерала (переменная составляющая полного сигнала люминесценции) до необходимого уровня возможно только при условии обеспечения раздельного коэффициента усиления по постоянной и переменной составляющим сигнала.
Автором был разработан усилитель тракта регистрации на базе нескольких ОУ, в котором отсутствовали разделительные конденсаторы (гальваническая развязка), но был обеспечен требуемый коэффициент усиления сигнала люминесценции алмаза или сопутствующего минерала, т.е. переменной составляющей сигнала. При этом коэффициент усиления по постоянной составляющей сигнала люминесценции равен нулю, т.е. постоянная составляющая сигнала не усиливается [43]. Введение блока запоминания постоянной составляющей сигнала (БЗПСС) позволило выполнить операцию запоминания постоянной составляющей сигнала, которая соответствует люминесценции объема воздуха, а введение дифференциального усилителя (ДУ) позволило из суммарного сигнала люминесценции (постоянного сигнала люминесценции объема воздуха и переменного сигнала люминесценции алмаза или сопутствующего лгомиисецирующего минерала) вычесть постоянный сигнал лгоминссцсіщии объема воздуха и, таким образом, выделить импульсную составляющую сигнала люминесценции, то есть "чистый" сигнал люминесценции алмаза или сопутствующего люминесцирующего минерала. Изменяя коэффициент усиления ДУ, можно обеспечить необходимое усиление сигнала люминесценции алмаза или сопутствующего люминесцирующего минерала (переменной составляющей), не усиливая постоянную составляющую сигнала. При такой реализации тракта регистрации обеспечивается раздельное усиление сигнала люминесценции алмаза или сопутствующего минерала и сигнала люминесценции от объема воздуха с требуемыми коэффициентами усиления для постоянной и переменной составляющих сигналов. Разработанный специальный усилитель тракта регистрации без цепей гальванической развязки [43, 44] был подвергнут экспериментальной проверке на стенде, схема которого приведена на рис.1. Проверка выполнялась аналогично проверке усилителя тракта регистрации сепаратора ЛС-ОД-4, описанной в главе 3.3.1, по методике (гл.2, п.2.1.4). На вращающийся барабан закреплялись последовательно "яркий" и "слабый" люминесцентные имитаторы. Изменяя расстояние между имитаторами (сближая их), определялся минимальный временной интервал, при котором обеспечивалась уверенная регистрация "слаболгоминссцирующсго" минерала после прохождения "яркого". Экспериментально определенный минимальный временной интервал составил 5-г20 мс. При дальнейшем повышении частоты следования сигналы люминесценции от отдельных минералов начинали "сливаться".
На рис.50 приведены диаграммы работы тракта регистрации с усилителем постоянного тока, испытанного па экспериментальной установке (рис.4) по методике (гл.2, п.2.1.6), включающей формирование постоянного сигнала люминесценции воздуха и сигналов люминесценции различной амплитуды и формы. Для определения функциональных возможностей усилителя на ФЭУ в моменты времени І! - Ц, t5 - іб, t7 - tio, и tn - t[2 подавались световые сигналы различной амплитуды и формы на фоне постоянного светового сигнала, соответствующего люминесценции воздуха (выход ОУ, рис.50а). В процессе обработки суммарного сигнала люминесценции из него выделялась постоянная составляющая (рис.ЗОЬ), соответствующая сигналу люминесценции объема воздуха (выход БЗПСС, рис.49), и переменная составляющая сигнала (рис,50с), соответствующая сигналам люминесценции минералов (выход ДУ, рис.49), форма которых практически повторяла форму входных сиг-палов, что особенно хорошо просматривалось на прямоугольном сигнале (момент времени tn - t12), на котором отсутствует искажение вершины импульса, и ист выброса по окончанию сигнала. Следовательно, при дальнейшей обработке сигналов исключались все недостатки, свойственные усилителю с гальванической развязкой, что улучшило условия формирования сигнала "обнаружение" (pnc.SOd). При разработке рентгенолюмииесцентного сепаратора одна из основных проблем, с которой сталкиваются разработчики, это обнаружение и обработка сигналов от слаболюминесциругощих алмазов.
Суть проблемы заключается в том, что сигналы от слаболюминесцируюших алмазов или сопутствующих люминесцирующих минералов сравнимы с шумами (рис.5 -8), присутствующими в усилителе тракта регистрации. Для повышения эффективности сепарации необходимо обеспечить выделение этих сигналов, что достигается за счет введения в усилитель тракта регистрации фильтра низких частот. Введение фильтра низких частот позволило убрать или существенно уменьшить высокочастотные шумы, основным источником которых является ФЭУ и лю-миисецирующий под действием рентгеновского излучения объем воздуха, который в свою очередь увеличивает высокочастотные шумы ФЭУ. В эксплуатируемых сепараторах в тракте регистрации используется "классический" фильтр низких частот, который при работе сепаратора с высоким содержанием люминесцирующих минералов изменяет постоянную составляющую сигнала и по этой причине не может быть использован в схеме усовершенствованного тракта регистрации (рис.49).
Сепаратор РЛА-2К
Сепаратор РЛЛ-2К разработан с учетом основных требований, предъявляемых к геологическому сепаратору, который должен обеспечивать полное извлечение лю-минесциругощих минералов, и в соответствии с принципами (1+6), изложенными в п.5.1. Для оценки технологических показателей двухканальный сепаратор РЛА-2К был испытан по методике (гл.2, п.2.1.3), по которой проводились испытания сепараторов ЛС-ОД-4-04 и РМДС-4. В соответствии с методикой в сепаратор вводилась коллекция имитаторов алмазов с заданными характеристиками по интенсивности рентгенолюмииесцсиции (JaK) и проба руды массой 11,9 кг. Механическое извлечение сепаратора РЛА-2К после настройки всех его систем при производительности 100 и 25 кг/ч составило соответственно є=99,5%±0,2% и =99,8% ±0,2%. После определения механического извлечения определены технологические показатели на коллекции имитаторов алмазов различной интенсивности. Постепенно повышая содержание имитаторов (а) от 0,3 до 12,3 % при производительности (Q) около 25 кг/ч, и при высоком содержании имитаторов - 80%, но уменьшенной производительности (4+6 кг/ч), были определены зависимости извлечения имитаторов от их содержания в питании и частоты следования. Количество опытов, проведенных на сепараторе РЛА-2К, было увеличено в связи с полным отсутствием экспериментальных данных о его работе.
Результаты эксперимента приведены в таблице 5 и на диаграммах (рис.66 и 67). На рис. 67 приведены зависимости извлечения елаболюминеспирующих имитаторов (кривая 2) от частоты их следования и частоты следования люминесцирую-пшх имитаторов через зону облучения и регистрации. Как следует из экспериментальных данных, полученных при проверке сепаратора РЛА-2К, извлечение имитаторов алмазов, интенсивность люминесценции которых близка к пороговой, составляет не менее 98,3 % и не зависит от содержания лю-минесцирующих имитаторов или лгомиисснирующих минералов в питании сепаратора, частоты их следования и интенсивности сигналов люминесценции (при проведении испытаний интенсивность люминесценции "слабых" имитаторов в 75 раз меньше интенсивности люминесценции "ярких" люминесцирующих имитаторов), то есть отсутствует насыщение тракта регистрации. Так как сепараторы ЛС-ОД-4-04, РМДС-4М и РЛА-2К испытывались по единой методике (гл.2, п.2.1.3), то это позволяет сравнить полученные результаты между собой при обеспечении высокой достоверности результатов. Па рис.68 приведены зависимости извлечения люминесцирующих имитаторов от содержания для сепараторов ЛС-ОД-4-04 (кривые 1,4), РМДС-4М (кривая 2) и РЛА-2К (кривая 3). Как следует из результата проведенного эксперимента (рис. 68, кривая 3) сена- Сепараторы РЛА-2К, начиная с 1997г., установлены и эксплуатируются на обогатительных фабриках Ботуобинской и Амакинской геологоразведочных экспедиций АК "АЛРОСА" и экспериментальной обогатительной фабрике института "Якутни-проалмаз" в количестве 4, 3 и 1 сепаратор соответственно. Кроме этого, один сепаратор с 1997г. эксплуатируется на геологической фабрике Горнорудного общества "Ка-тока" (Ангола) и по два сепаратора па предприятиях "Нижнеленскос" и "Алмазы Ана-бара". Эксплуатация сепараторов РЛА-2К подтвердила их высокие технологические показатели. Это подтверждено также проведением соответствующих испытаний и регламентными опробованиями. На сепараторы, эксплуатируемые в Амакинской геологоразведочной экспедиции и на экспериментальной обогатительной фабрике института "Якутнипроалмаз", оформлены акты внедрения. 1. Разработаны принципы совершенствования радиометрических сепараторов, базирующиеся на результатах исследований. 2.
Техническое решение [51], использованное при разработке новых модулей регистрации для импульсных сепараторов типа ЛС-20-05, ЛС-20-04-ЗМ, ЛС-ОД-50-03, ЛС-Д-4-03, ЛС-Д-4-04 и их модификаций, обеспечило повышение показателя извлечения за счет более точного поддержания чувствительности сепараторов на заданном уровне независимо от содержания алмазов и сопутствующих люми-несцирующих минералов в питании, 3. Использованные при разработке сепаратора РЛА-2К новые алгоритмы и технические решения [43,44,45,46] позволили решить следующие задачи: Разработать тракт регистрации, исключающий влияние "сильного" сигнала люминесценции алмаза или сопутствующего минерала па процесс последующей обработки сигнала от слаболюминесцируюшсго алмаза, что достигнуто за счет использования усилителя постоянного тока и исключения разделительных емкостей в тракте регистрации. Исключить пропуск люминссцирующих минералов при высокой частоте их следования. Для этого в схему сепаратора РЛА-2К введены блок определения числа люминссцирующих минералов, прошедших через зону регистрации сепаратора, и линия задержки, оснащенная памятью и работающая по принципу "первый вошел - первый вышел", что обеспечивает управление работой исполнительного механизма по заданному алгоритму. Исключить пропуск слаболюминесцирющих минералов, сигналы от которых сравнимы с уровнем шумов в тракте регистрации. С этой целью схемой фильтра снижен уровень шумов в тракте, и предотвращена возможность искажения сигналов в тракте регистрации как от слаболюминссцирующих алмазов и минералов, так и от сильнолюминесцирующих. Решение указанных выше задач обеспечило новому сепаратору РЛА-2К высокие технологические показатели, недостижимые промышленными сепараторами, эксплуатируемыми па обогатительных фабриках АК "АЛРОСЛ".
