Имитатор алмаза для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья

Имитатор алмаза для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья

Реферат

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к способам обогащения алмазосодержащей руды с использованием физических эффектов, и может быть использовано для контроля процессов сепарации.

Известен индикатор для контроля сепарации алмазосодержащего сырья устройствами с использованием физических эффектов, выполненный из оптически прозрачного твердого материала на основе органических полимеров и имеющий весовой компонент с вторичным разделительным признаком, люминесцирующий и цветовой компоненты в поверхностном слое индикатора (Патент РФ №2137556/ Индикатор для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья. Автор: Шлюфман Е.М., В 07 С 5/342, В 03 В 13/04, заявка 98114704/12 от 20.07.1998 г., опубл.20.09.1999 г. Бюл. №26).

Недостатком известного технического решения является невысокая достоверность контроля процесса сепарации при использовании данного индикатора. Индикатор недостаточно точно имитирует характеристики алмаза, поскольку частично непрозрачен для рентгеновского излучения. Используемые в аналоге оптически прозрачные твердые материалы на основе органических полимеров прозрачны в рентгеновском диапазоне, но имеют плотность 1.05-1.5 г/см³, что существенно меньше, чем средняя плотность руды (2.7 г/см³) и плотность алмаза (3.5 г/см³). В результате резкого отличия в плотности образцы этого материала имеют траекторию движения, отличающуюся от траектории движения основного потока руды. Для того чтобы приблизить эффективную плотность индикатора к плотности алмаза, в него добавляют весовой компонент, плотность которого существенно больше, чем плотность алмаза, например свинец, с плотностью 11.3 г/см³. Из простого расчета следует, что для получения индикатора на основе органического полимера с плотностью 3.5 г/см³ в него следует добавить около 30% свинца. Если свинец добавить в виде порошка, равномерно распределенного в полимере, то полученный композит будет непрозрачным как для оптического, так и для рентгеновского излучения. Поэтому свинец добавляют в виде гранулы, локализованной в центре индикатора, и получают, таким образом, непрозрачное для рентгеновского и оптического излучения ядро и прозрачную оболочку. Таким образом, данный индикатор частично непрозрачен для рентгеновского излучения, что ухудшает его возможности контроля устройств сепарации, работа которых основана на прозрачности алмазов для рентгеновского излучения.

Известен также индикатор для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья устройствами с использованием физических эффектов, состоящий из твердого материала, представляющего собой механическую смесь связующего вещества, люминесцентно-весовой, магнитно-весовой и цветовой компонент, где в качестве связующего используется оптически прозрачное вещество, а в качестве люминесцентно-весового компонента - натуральный алмазный порошок, при этом магнитно-весовая компонента прочно связана с поверхностным слоем материала индикатора (Патент РФ №2162747 / Индикатор для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья. Авторы: Шлюфман Е.М., Семиряков В.Р., В 03 В 13/02, В 07 С 5/342, заявка 99110145/03 от 19.05.1999 г., опубл.10.02.2001 г. Бюл. №4).

В указанном выше известном изобретении частично устранены недостатки аналога, поскольку порошок из натурального алмаза является алмазом, и, соответственно, обладает характеристиками алмаза: плотностью 3.5 г/см³ и атомным номером (Z), равным 6. Однако этот индикатор не решает поставленной задачи - имитировать свойства натурального алмаза: например, индикатор непрозрачен для рентгеновского излучения. Это вытекает из следующих соображений. В алмазном порошке имеет место сильное рассеяние, поскольку алмаз обладает очень высоким коэффициентом преломления и большой дисперсией. Прозрачность индикатора в оптическом диапазоне может быть достигнута только при равенстве показателей преломления связующего вещества и алмаза, т.е. связующее вещество должно обладать показателем преломления (n), таким как у алмаза, а именно n=2.4. Таким высоким показателем преломления связующие на основе органических полимеров, прозрачных для рентгеновского излучения, не обладают. Показателем преломления n=2 обладают некоторые сорта оптических стекол, например тяжелый крон (ТК), однако для увеличения показателя преломления эти стекла легированы рядом металлов, в том числе, свинцом, поэтому они не прозрачны для рентгеновского излучения. Таким образом, если индикатор прозрачен для оптического излучения, то он непрозрачен для рентгеновского излучения и не может служить индикатором в устройствах, использующих в качестве отличительного признака прозрачность алмаза в рентгеновском диапазоне.

Магнитно-весовой компонент наносится на поверхность индикатора. Как следует из его названия, этот компонент обладает двумя свойствами: магнитным и весовым. Последнее означает, что он играет роль утяжелителя, т.е. обладает высокой плотностью, по крайней мере, большей, чем плотность алмаза. Вещества с плотностью алмаза: алмаз и нитрид бора не обладают магнитными свойствами, а вещества с большей плотностью непрозрачны в рентгеновском диапазоне. Следовательно, магнитно-весовой компонент также непрозрачен для рентгеновского излучения. Что же касается магнитного свойства, то природные и синтетические алмазы являются широкозонными полупроводниками, т.е. обладают очень низкой проводимостью. По характеру взаимодействия с магнитным полем они проявляют свойства диэлектриков. Поэтому в качестве вторичного отличительного признака - «магнитного компонента» - используются добавки, делающие материал проводящим, например феррит бария. При прохождении через катушку с магнитным полем проводящий материал, в отличие от алмаза, наводит в катушке импульс индукционного тока, что и позволяет отделить индикатор от алмаза. В нашем случае, этот материал (феррит бария) также непрозрачен в рентгеновском диапазоне.

Кроме того, индикатор на основе натурального алмаза обладает высокой стоимостью. Потребность алмазодобывающей промышленности составляет 1-1.5 млн индикаторов в год. При расходе натурального алмазного порошка на изготовление одного индикатора, который весит в среднем 1 карат, потребуется 1-1.5 млн карат алмазов в год, т.е. 200-300 кг. Таким образом, индикатор на основе природного алмаза требует большого расхода ценного природного сырья.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет увеличения соответствия физических характеристик имитатора и алмаза и удешевление имитатора за счет замены природных алмазов синтетическими материалами.

Поставленная цель достигается тем, что имитатор алмаза для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья устройствами с использованием физических эффектов, содержащий твердый материал, представляющий собой смесь связующего вещества, весового, люминесцирующего, окрашивающего и магнитного компонентов, при этом в качестве связующего содержит вещество, прозрачное для рентгеновского излучения, в качестве магнитного компонента содержит проводящее и прозрачное для рентгеновского излучения вещество, а в качестве весового компонента содержит вещества или смесь веществ из элементов 2-го ряда системы Менделеева: с плотностью более 2.7 г/см³ и эффективным атомным номером 5.5-6.5.

Причем имитатор в качестве весового компонента содержит вещества из ряда: фторид лития (LiF), оксид бериллия (ВеО), нитрид бора (BN), синтетический алмаз (С), карбид бора (ВС), нитрид углерода (CN).

А в качестве связующего вещества содержит вещество на основе углеводородных полимеров, например эпоксидную смолу.

А в качестве магнитного компонента содержит графит или легкие металлы, например вещества из группы: бериллий, магний, алюминий.

Имитатор алмаза для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья должен отвечать следующим требованиям:

1) прозрачность имитатора алмаза в рентгеновском диапазоне должна быть близка к прозрачности алмаза;

2) имитатор алмаза должен люминесцировать под воздействием рентгеновского излучения;

3) имитатор алмаза должен обладать плотностью, близкой к плотности тяжелой фракции руды (2.7 г/см³), а еще лучше плотностью алмаза (3.5 г/см³). Таким образом, плотность имитатора должна находиться в диапазоне 2.7-3.5 г/см³;

4) в некоторых случаях имитатор алмаза должен обладать вторичным отличительным признаком, позволяющим аппаратуре индикаторного контроля по этому признаку автоматически регистрировать его прохождение через технологические устройства. Вторичный отличительный признак должен резко контрастировать со свойствами алмаза. По этому признаку аппаратура распознает, что обнаружен именно имитатор алмаза, а не реальный алмаз.

Поглощение рентгеновского излучения веществами, состоящими из атомов одного сорта, определяется их атомным номером Z. Если вещество состоит из атомов разного сорта или вещество является смесью нескольких веществ, то используется Z_эфф - эффективный атомный номер, являющийся средневзвешенным для номеров всех атомов, составляющих соединение или смесь. Так как для алмаза Z=6, то искомые имитаторы должны обладать эффективным атомным номером, близким к алмазу Z_эфф=5.5-6.5. Все атомы с малыми значениями Z находятся во втором ряду таблицы Менделеева. Из них могут быть образованы вещества с Z_эфф=6 и плотностью более 2.7 г/см³, такие как фторид лития (LiF), оксид бериллия (ВеО), нитрид бора (BN), синтетический алмаз (С). Близкими по свойствам будут карбиды и нитриды элементов 2-го ряда таблицы Менделеева, например карбид бора (ВС, Z_эфф=5.5) или нитрид углерода (CN, Z_эфф=6.5).

В качестве вторичного отличительного признака - «магнитного компонента» - используются добавки, делающие материал проводящим; в нашем случае, этот материал не должен ухудшать прозрачность имитатора алмаза в рентгеновском диапазоне. В качестве таких присадок можно использовать проводники, прозрачные или частично прозрачные в рентгеновском диапазоне, например бериллий. В небольших количествах (первые проценты от объема имитатора) допустимы магний и алюминий. Однако наиболее простым и доступным материалом является гексагональная фаза углерода - графит.

В качестве связующего вещества имитатора, прозрачного для рентгеновского излучения, взято вещество на основе углеводородных полимеров. Одно из них - эпоксидная смола.

Таким образом, используя в качестве связующего органический полимер с добавлением люминофора, в качестве весового компонента синтетические вещества или их смеси с плотностью более 2.7 г/см³ и эффективным атомным номером, равным 5.5-6.5, а в качестве магнитного компонента - проводник, в количествах, достаточных для того, чтобы эффективный атомный номер не вышел из указанного выше диапазона, мы удовлетворим предъявленным выше требованиям.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Имитатор алмаза, в котором весовым компонентом является порошок синтетического материала фторида лития, имеющий Z_эфф=6 и плотность 2.9 г/см³. В качестве связующего вещества использовали эпоксидную смолу. В смолу добавили порошок графита. Связующее вещество соединили с обезвоженным порошком LiF и тщательно перемешали. Полученную массу поместили в форму, соответствующую форме индикатора, и поместили форму под пресс. При прессовании избыток связующего выжимается из полученной массы и удаляется. Одновременно с этим устраняются пустоты и поры. После удаления избытков связующего форму прогрели до полной полимеризации связующего. В краситель, например, на основе нитроэмали добавили порошок люминофора К-35, который обычно используется для придания имитаторам свойства люминесцировать, и окунули полученную заготовку в краситель с люминофором. В этом случае получаем имитатор алмаза, состоящий из прозрачного для рентгеновского излучения материала, с проводящим объемом, поверх которого нанесен люминесцирующий слой.

После высыхания краски получили имитатор алмаза нужного цвета, люминесцирующий, проводящий и прозрачный для рентгеновского излучения с плотностью около 2.8 г/см³.

Пример 2.

Наиболее близкий к алмазу по всем физическим характеристикам синтетический материал - нитрид бора - обладает плотностью около 3.5 г/см³, прозрачен в рентгеновском диапазоне и имеет Z_эфф=6. Имитатор на основе нитрида бора - наиболее точная имитация алмаза в процессах обогащения. Изготовление имитатора осуществляется как в примере 1. В результате получается образец с плотностью около 3.4 г/см³.

В примерах 1 и 2 «магнитный» компонент распределен в объеме имитатора.

Пример 3.

Имитатор алмаза, в котором весовым компонентом является порошок синтетического материала фторида лития, имеющий Z_эфф=6 и плотность 2.9 г/см³. В качестве связующего вещества использовали эпоксидную смолу. Связующее вещество соединили с обезвоженным порошком LiF и тщательно перемешали. Форму для имитатора покрыли изнутри тонким слоем графита или алюминиевого порошка. При заполнении формы часть порошка внедряется в приповерхностные слои связующего, образуя тонкий магнитный (проводящий) слой. Полученную массу поместили в форму и прогрели до полимеризации. Далее на заготовку нанесли краситель с люминофором.

Пример 4.

Имитатор алмаза, в котором весовым компонентом является порошок синтетического материала фторида лития, имеющий Z_эфф=6 и плотность 2.9 г/см³. В качестве связующего вещества использовали эпоксидную смолу. Связующее вещество соединили с обезвоженным порошком LiF и тщательно перемешали. Полученную массу поместили в форму, соответствующую форме индикатора, и поместили форму под пресс. После удаления избытков связующего форму прогрели до полной полимеризации связующего. Полученную заготовку покрыли составом, изготовленным из смеси связующего, например, той же эпоксидной смолы, и порошка графита или алюминия. В этом случае "магнитный" (проводящий) слой сосредоточен вблизи поверхности имитатора и образует проводящую сферу. Для получения проводящего слоя также достаточно покрыть заготовку нитроэмалью с добавками алюминиевой пудры, известную как «серебрянка».

В примерах 3 и 4 проводящий слой находится вблизи поверхности имитатора.

Полученные имитаторы алмаза позволяют проводить контроль процессов обогащения алмазосодержащей руды, в основе которых лежит ряд физических эффектов, таких как разделение по плотности, разделение по уровню люминесценции, разделение по прозрачности в рентгеновском диапазоне.

1. Имитатор алмаза для контроля процесса сепарации алмазосодержащего сырья устройствами с использованием физических эффектов, содержащий твердый материал, представляющий собой смесь связующего вещества, весового, люминесцирующего, окрашивающего и магнитного компонентов, при этом в качестве связующего содержит вещество, прозрачное для рентгеновского излучения, в качестве магнитного компонента содержит проводящее и прозрачное для рентгеновского излучения вещество, а в качестве весового компонента содержит вещества или смесь веществ из элементов 2-го ряда системы Менделеева: с плотностью более 2,7 г/см³ и эффективным атомным номером 5,5-6,5.

2. Имитатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве весового компонента содержит вещества из ряда: фторид лития (LiF), оксид бериллия (BeO), нитрид бора (BN), синтетический алмаз, карбид бора (BC), нитрид углерода (CN).

3. Имитатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего вещества содержит вещество на основе углеводородных полимеров.

4. Имитатор по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве связующего вещества содержит эпоксидную смолу.

5. Имитатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве магнитного компонента содержит графит.

6. Имитатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве магнитного компонента содержит легкие металлы.

7. Имитатор по п.1 или 6, отличающийся тем, что в качестве магнитного компонента содержит вещества из группы: бериллий, магний, алюминий.