Информационные сепараторы

Информационный сепаратор включает несколько функциональных блоков: бункер-питатель для регулирования скорости подачи материала, транспортирующий блок для формирования потока движущихся частиц (конвейер, вибролоток, лоток, барабан и др.); блок облучения (кроме радиометрического); блок регистрации; бортовой компьютер для обработки полученной о куске информации, принятия решения об удалении, выработки управляющего сигнала на удаление; исполнительный механизм (электромеханический, электромагнитный или электропневматический), управляемый бортовым компьютером и приводящий в движение удаляющий орган (лопатка, шибер) или формирующий удаляющее воздействие (игла пневмоклапана или её аналог, открывающая сопло пневмосистемы с высоким давлением); удаляющий орган; приёмные лотки продуктов разделения; промышленный компьютер, служащий для настройки, управления и контроля за бортовым компьютером (может использоваться один на несколько сепараторов).
В информационных сепараторах измерение характеристик кусков производится на питающей ленте либо в полете, траектория которого формируется питающим конвейером или вибратором. В стремлении к увеличению производительности сепараторов разработчики сепараторов прошли несколько этапов: одноручьевая покусковая подача, покусковая многоручьевая подача (обеспечивается желобчатой конфигурацией ленты или вибропитателя), число ручьёв в отдельных модификациях сепараторов достигает 8 штук; монослойная подача.
Удаление кусков из потока осуществляется либо струёй воздуха (электропневмоклапан), либо шибером (электромагнитное шиберное устройство). В зависимости от крупности материала частота удаления электропневматическими устройствами колеблется в пределах от 2 до 200 (400) с-1, а механическими - от 3 до 20 с-1. Электропневмоклапаны отличаются большим быстродействием, однако для них характерно интенсивное запыление рабочих помещений и окружающей среды, избежать которых можно только применением эффективных систем интенсивного пылеулавливания или предварительной промывкой сортируемых кусков руды.
Удаление кусков может осуществляться как с движущейся ленты конвейера, так и в полёте после схода кусков с конвейерной ленты или с вибрационного питателя, питающего жёлоба и т. п. При удалении кусков с ленты может формироваться несколько отличающихся вещественным составом удаляемых продуктов (многопродуктовый сепаратор). При удалении в полёте число удаляемых продуктов редко может быть более двух (трёхпродуктовый сепаратор). В первом случае, при установке датчиков под лентой, расстояние от них до контролируемых кусков постоянно, в прочих случаях расстояние облучатель-кусок, детектор-кусок меняется из-за непостоянства размеров самих кусков и из-за колеблемости траекторий их полёта, т. е. геометрия измерения является нестабильным фактором, потенциально вызывающим дополнительные погрешности измерений. Геометрия и прочие условия измерения свойств кусков зависят от выбранного метода и его возможностей. Описанные варианты получения информации иллюстрируются рис. 6.19 (а, б, в, г).

В случае а (радиометрический, радиорезонансный сепараторы) в измерительной системе либо отсутствуют источники излучений и имеются только приёмники излучений 2 (радиометрический сепаратор), либо функции источника излучения и датчика совмещены в одном элементе 2 (активный элемент резонансного контура - конденсатор или катушка в радиорезонансном сепараторе). Для многих методов требуется и источник излучения 3, и приёмник излучения 2 (на рис. 6.19, б, в, г). Удаление частиц из потока производится пневматическими устройствами 4 или электромагнитными шиберами 5.
Ленточная подача позволяет формировать монослойный, а вибрационная - многоручьевой поток. В обоих случаях необходима организация удаления частиц в свободном падении. Для мелких классов (менее 10-15 мм) предпочтительней для удаления использовать пневматические устройства, как более быстродействующие и менее габаритные. При монослойной или многоручьевой подаче пневмоклапаны выстраиваются в один или несколько рядов по всей ширине подающего устройства (ленты, раскладчика и т. п.). Число задействованных клапанов для удаления конкретного куска может быть различным и в реальном времени принимается по результатам оценки размеров (и косвенно массы) этого куска.
Преимуществом электромагнитных шиберных устройств является отсутствие пылеобразования при удалении. Для снижения пылеобразования при использовании пневматических устройств во многих случаях используют предварительную промывку или смачивание сортируемого материала.
Полученная информация в современных сепараторах обрабатывается бортовыми компьютерами, которые также управляют работой удаляющих органов, осуществляют диагностику работоспособности отдельных систем. Настройка, запуск нескольких сепараторов, анализ эффективности их работы могут осуществляться с персонального компьютера, установленного в операторском пункте.

В радиометрическом методе для измерения достаточно установки одного или нескольких детекторов (часто устанавливаются под лентой). Увеличение числа детекторов используют либо для увеличения достоверности информации, получаемой от кусков больших размеров (многосторонний «осмотр»), либо с той же целью, когда при последовательном расположении детекторов вдоль траектории движения кусков (эстафетный метод) увеличивается статистика накопленной информации за счёт суммирования статистик сигналов от всех датчиков по одному куску, что особо актуально для сортировки относительно бедных руд.
Для радиометрического метода характерно ограничение, связанное с эффектом «подсветки» от аномально богатых кусков, которое ведёт к снижению производительности из-за необходимости увеличения интервалов между кусками. Для сохранения общей производительности обогащения прибегают к сепарации в несколько приёмов с последовательным удалением в концентрат наиболее богатых кусков и снижением порогов разделения в каждом последующем приёме.
Поскольку чаще всего разделение в радиометрических сепараторах ведётся на ленте конвейера, при последовательной установке нескольких удаляющих органов (сопел, воздушными импульсами, сбрасывающими куски руды) и приёмников отделяемых продуктов по сторонам конвейера, часто практикуется разделение руды на несколько конечных продуктов. Таким образом, за одну операцию с движущейся ленты может быть удалено несколько продуктов плюс продукт из неудаляемых кусков, который разгружается при сходе ленты.
Радиометрические сепараторы (см. табл. 6.20) используют для обогащения материала крупностью -200+20 мм, разделённого на более узкие машинные классы.

Радиометрические сепараторы производят ФГУП «ВНИИХТ» совместно с ООО «Консит-А» и НПЦ «Аспект» и ГП «Восточный ГОК».
Давление в сети сжатого воздуха в сепараторах «УАС», «Вихрь», «Азурит» 0,63 МПа. Тип разделяющего устройства - электропневматический. Расход воздуха на 1 т отбитых кусков 40-50 м3. Шумы при удалении кусков на уровне 120 дБ.
Конструкция сепараторов УAC даёт возможность создавать на их базе модульные рудосепарационные комплексы (рис. 6.20, табл. 6.21), в состав которых входят бункеры, вибропитатели, грохоты, конвейеры-грохоты, оснащённые системой промывки руды.

Модули УАС могут также оснащаться измерительной аппаратурой для рентгенорадиометрического, фотометрического и люминесцентного методов сепарации.

Фотонейтронные сепараторы успешно использовались для обогащения бериллиевых руд в 70-80-е годы XX века. В зависимости от способа транспортирования сортируемого материала разработаны сепараторы двух типов: РАМБ-300 (вибрационный) и РМБ-100 (ленточный). В них применяется в качестве источника ?-излучения изотоп 124Sb и радиометры РСБ-2 и УСБ-3 со сцинтилляционными датчиками Т-2. К настоящему времени эта аппаратура морально устарела.

В 80-е годы XX столетия в бывш. Советском Союзе (ЦНИЛА Восточного ГОКа, г. Жёлтые Воды, Украина) были произведены промышленные нейтронноабсорбционные сепараторы «Борат», с помощью которых перерабатывались забалансовые боратовые руды.
В начале 90-х годов прошлого века малым предприятием «Луч ЛТД» при КФИМ этот сепаратор был модернизирован. В модели «Бор-Н-200/50» введён гамма-абсорбционный канал, использовано отражение медленных нейтронов в сочетании с эстафетной схемой регистрации, применены новые детекторы и их экранировка, что позволило увеличить скорость конвейерной ленты в 6-7 раз по сравнению с прототипом и повысить производительность сепараторов с 35 до 200 т/ч.

В ЦНИЛА также разработано несколько моделей гамма-абсорбционных сепараторов: ленточный «Минерал» (табл. 6.22), конусный «Кристалл», барабанные «Рубин» и «Рубин-2» для крупности руды -50+20 и -100+50 мм.

Эти сепараторы были широко внедрены на перерабатывающих предприятиях Криворожского железорудного бассейна. Их использование позволило повысить качество окисленных железных руд Кривбасса на 6-10 % по содержанию железа и получить дефицитный крупнокусковой мартеновский сорт руды. Показана возможность их использования для заметного увеличения содержания хрома в руде, снижения зольности углей Кизеловского бассейна, повышения удельной теплоты сгорания горючих сланцев Ленинградской области.

Схематическое изображение сепаратора MikroSort® TractSP приведено на рис. 6.21.

Сортируемый материал, движущийся по конвейерной ленте монослоем, просвечивается потоком рентгеновских лучей, прошедшее и ослабленное рентгеновское излучение фиксируется датчиками рентгеновского излучения. Признаком разделения является атомная плотность сортируемых объектов. Измерение интенсивности прошедшего излучения осуществляется в двух энергетических диапазонах, что позволяет несколько снизить влияние крупности частиц, плотности вещества сортируемых частиц, матричного эффекта от колебания содержаний элементного состава и т. д.
Информация от датчиков обрабатывается компьютером и используется для управления включением нужных форсунок для удаления каждого подлежащего удалению куска.
Техническая характеристика рентгеноабсорбционных сепараторов приведена в табл. 6.23 (производительность зависит от плотности и класса крупности исходного материала; технические требования компрессора могут изменяться в зависимости от числа извлекаемых частиц исходного материала, пропускной способности и среднего размера частиц, оценка данных параметров необходима перед каждым использованием).

В настоящее время одним из наиболее динамично развивающихся направлений сепараторостроения в России является производство рентгенофлуоресцентных сепараторов (ООО «РАДОС», компания «Интегра», ООО «ЭГОНТ» и др.). Это объясняется возможностью их применения для обогащения очень многих руд цветных, черных и редких металлов и неметаллических полезных ископаемых.
Сепараторы «РАДОС» для покусковой сортировки руд и техногенного сырья (табл. 6.24, рис. 6.22) отличаются от аналогов других производителей механическим способом удаления кусков (в качестве исполнительных механизмов используются быстродействующие электромагнитные шиберные устройства).

Организация движения кусков через зоны измерения и удаления обеспечивается вибрационными многоручьевыми питателем и раскладчиком. Измерение и удаление кусков производятся в фазе их свободного падения.
Обработка информации от кусков, принятие решения об удалении, выработка команд на удаление, накопление информации о работе осуществляется бортовым компьютером, настройка сепараторов, анализ эффективности их работы - персональным компьютером, установленным в операторском пункте.
В сепараторах компании «Интегра» (табл. 6.25) применяются два варианта движения материала через зоны измерения и удаления.

В первом варианте это обеспечивается конвейерной лентой, на которой получение информации может осуществляться с одной или двух сторон (рентгеновские облучатели и детекторы могут быть установлены с обеих боковых сторон конвейера), а удаление производится по аналогии с этой операцией в радиометрических сепараторах ФГУП «ВНИИХТ» и ООО «Консит-А». Конструктивно эти рентгенофлуоресцентные сепараторы аналогичны радиометрическим сепараторам УАС. В другом варианте (Микро-РС-50, рис. 6.23) используется вибрационная раскладка и многоручьевая подача кусков руды в зоны измерения и удаления.

И получение информации, и удаление кусков производятся в свободном падении. Удаление производится струями воздуха, генерируемыми быстродействующими пневматическими устройствами. Компанией «Интегра» упоминается также о возможности применения в своих сепараторах фотометрического и радиометрического методов измерения.
Рентгеноспектральный сепаратор РСЭ-50 ООО «ЭГОНТ» блочного типа состоит из машины сортировочной (в едином кожухе) и стойки автоматического управления (рис. 6.24). Подача материала осуществляется вибратором с желобчатыми поверхностями, которые служат для формирования 8 ручьёв. Получение информации и удаление кусков производятся в полёте, удаление ведётся сжатым воздухом с использованием быстродействующих электропневмоклапанов. Техническая характеристика приведена в табл. 6.26.


В стадиях рудоподготовки для отдельных видов сырья могут быть использованы рентгенолюминесцентные сепараторы, производимые ООО «ЭГОНТ» и НПП «Буревестник».
Рентгенолюминесцентная технология обогащения алмазосодержащих материалов - базовый процесс обогащения в российской алмазодобывающей промышленности. Рентгенолюминесцентные сепараторы на предприятиях алмазодобывающей промышленности используют для обогащения крупных классов (-50+5 мм) исходной руды, для доводки концентрата крупностью -20+5 мм, для предокончательной и окончательной доводок концентрата.

Рентгенолюминесцентные сепараторы, используемые собственно для обогащения алмазных руд, имеют следующие технологические характеристики (табл. 6.27). Сортировка ведётся после промывки руды на мокром сырье. Руда подаётся монослоем или поточно в потоке транспортной воды. Разделение может производиться в один или два приёма. Регистрация люминесценции может быть одно- или двухсторонней. Общий вид сепаратора ЛC-20-05 приведен на рис. 6.25.

В некоторых сепараторах реализуется не покусковой, а групповой режим сортировки, например, при включении всех (нескольких) удаляющих органов при обнаружении отдельного объекта, требующего удаления, что делается для повышения надёжности его удаления.
Рентгенолюминесцентные сепараторы могут быть использованы и для других видов сырья. ООО «ЭГОНТ» производит сепаратор для обогащения флюоритовых руд ЛСФ-50 (табл. 6.28), а также сепаратор ЛCM-50 для получения кварц-полевошпатовых концентратов из пегматитов и гранитов (табл. 6.29). Оба сепаратора предназначены для сортировки в крупности -50+10 мм.


Фотометрические сепараторы Gunsons Sortex Ltd получили широкое распространение в 70-80-е годы прошлого века. Применялись для обогащения материала крупностью -150+3 мм. В них интенсивность отражённого света измеряется в условиях свободного падения кусков. Для удаления используется сжатый воздух. Частота срабатывания воздушных клапанов для материала менее 20 мм 200 раз в 1 секунду.
Несколько позже фирмами Ore Sorters и «Голдфилс» разработан сепаратор с лазерным источником света и монослойной подачей материала (куски с разрядкой транспортируются лентой шириной 800 мм) M-16 (рис. 6.26). Благодаря монослойной подаче материала и высокой скорости движения ленты (4 м/с) значительно возросла производительность сепаратора.
Существенно усложнились функции электронной системы, которая помимо измерения оптических характеристик кусков определяет также их размер и положение на ленте. Данная информация важна для синхронизации прохождения куска через зону удаления и самого удаляющего воздействия. Для удаления, в зависимости от крупности материала, применено от 40 до 80 клапанов.
Производительность сепаратора по классам, т/ч:
-45+20 мм - 40;
-80+45 мм - 80;
-150+80 мм - 140.
Расход электроэнергии, кВт ч/т - 1.
Расход сжатого воздуха, м3 на тонну выделяемого продукта - 42.
Эта же фирма изготовила сепараторы для реализации других методов.

Модель M-17 предназначена для радиометрического обогащения естественно-радиоактивных руд в диапазоне -254+51 мм производительностью 10-57 т/ч. Модели M-19Q и М-27 предназначены для радиорезонансной сортировки руд. На основе механической части модели M-19Q создан фотолюминесцентный сепаратор M-19 и фотометрический сепаратор для прозрачных минералов (оптический кварц) минимальной крупности до 5 мм, обеспечивающий производительность до 10 т/ч.
Фирмой также выпускались кондуктометрические сепараторы M-10 с контактным измерением проводимости непосредственно при прохождении куска по лотку. Они были использованы при обогащении руд с самородной медью.
В одном сепараторе M-16 совмещались две измерительные системы: фотометрическая и рентгенорадиометрическая. Такой модифицированный сепаратор применялся для фотометрического обогащения жильного кварца, с которым ассоциируется вольфрамит. Вольфрамитовые куски идентифицировались рентгенорадиометрическим методом.
В настоящее время фотометрические сепараторы нового поколения выпускаются за рубежом начиная с конца 1990-х годов. Сепараторы OptoSort производства компании AIS Sommer и сепараторы MicroSort компании Mogensen, в отличие от фотометрических сепараторов прошлых лет, монохромных и бихроматических, являются полихромными. Все сепараторы имеют монослойную подачу материала. Они могут иметь одно- и двухсторонний осмотр, работать в отражённом или прошедшем свете и в люминесцентном варианте.
Сущность технологии Mikrosort® поясняется на рис. 6.27, устройство и принцип работы оптического сепаратора наглядно показаны на рис. 6.28.
На рис. 6.27, 6.28 цифрами обозначены функции отдельных элементов и систем работающего по этому принципу сепаратора:
1 - обработка потока продукта: предварительное грохочение, обеспыливание и т. д.;
2 - распределение частиц по поверхности вибропитателя;
3 - свободное падение частиц;
4 - сканирование «завесы» потока материала оптической системой с высокой разрешающей способностью;
5 - обработка информации, принятие решения об удалении и управление процессом удаления;
6 - выделение продуктов при помощи высокоточных импульсных пневмоклапанов;
7 - разделение потоков готовых продуктов;
8 - обработка и накопление полученных данных (Field-bus Network Interface).
Исходный материал вибропитателем (модифицированный грохот, обеспечивающий подачу питания и отсев мелочи) подаётся либо на ленту (ленточный сепаратор), либо на дополнительный вибропитатель (гравитационный сепаратор). И на ленте, и на вибропитателе формируется монослой с коэффициентом загрузки 0,3-0,4. Лентой материал разгоняется для создания стабильной траектории полёта в области распознавания, а с вибропитателя материал свободно падает в область распознавания.

В зоне распознавания материал сканируется высокоскоростной камерой. Сигналы сенсоров обрабатываются компьютерами, и при принятии решения об удалении компьютеры включают нужную группу пневмоклапанов.
Современные оптические сепараторы предназначены для разделения руд по цветовым характеристикам, форме и симметричности частиц. Освещение частиц осуществляется тремя монохромными светодиодами (красное, голубое, зеленое свечение). Измерение оптических и геометрических параметров частиц в данных сепараторах осуществляется цифровой строчной широкополосной камерой (ПЗС-матрицей). Для контролируемого объёма (кусок или фрагмент куска) производится определение трёхцветных координат в системе RGB, кроме того, возможно учесть несколько других оптических и геометрических признаков разделения с логическими функциями «и», «или» и «нет». Минимальная площадь оцениваемых фрагментов 0,3х0,3 мм. Кусок в целом (объект сортировки) путём математической обработки изображения оконтуривается, измеряются его морфологические признаки, что позволяет усилить уверенное распознавание минералов и оценить их условное содержание в куске, определяется его площадь, классифицируется форма и симметрия.
Все измеренные признаки для выделенного объекта (куска) могут объединяться логическими функциями в единый алгоритм принятия решения об удалении.
Благодаря позиционированию положения кусков в пространстве и оценке их геометрических характеристик, подаётся команда на открытие пневматических клапанов, расположенных по траектории движения частицы. Количество включаемых клапанов и время воздействия воздушной среды определяются геометрическими характеристиками куска.
Производительности оптических сепараторов для различных классов крупности приведены в табл. 6.30.

Commodas UltraSort является подразделением компании TOMRA Sorting Solutions. Начиная с 1990-х годов компанией разработано много различных сепараторов с использованием разделительных признаков таких как: цветовые характеристики и прозрачность; фотометрические (отражательный и абсорбционный); параметры рентгеновской люминесценции (рентгенолюминесцентный метод); удельная атомная плотность (рентгеновской двойной плотности - рентгеноабсорбционный метод); интенсивность ?-излучения при естественной радиоактивности (радиометрический метод); проводимость (радиорезонансный метод); оптические свойства в ближней ИК-области (инфраметрический метод). Компания также предлагает мультисенсорные сепараторы для комплексной сортировки по алгоритмам, сочетающим три признака разделения: рентгеновские, цветовые, электромагнитные.

Промышленные сортировочные машины для сортировки рудного сырья выпускаются в трёх сериях: Run-of-Mine (ROM) Series с усиленной мощной системой питания и транспортировки с крупностью питания -300+5 мм (могут оснащаться радиометрической, фотометрической, электромагнитной, рентгеновской и инфракрасной технологиями); Industrial Processing (PRO) Series для стандартной обработки материалов с разделением в падении частиц крупностью -300+3 мм (могут быть дополнительно оснащены цветовой, рентгеновской и инфракрасной технологиями); Gem (Gem) Series представляет собой специализированное оборудование для обогащения алмазов и других драгоценных камней (могут быть оснащены рентгенолюминесцентной, рентгеноабсорбционной и цветовой технологиями).
В каждой серии несколько моделей аппаратов.
В табл. 6.31 приведены характеристики двух моделей сепараторов этой серии. Они оснащены электромагнитной и оптической сенсорными системами.

МПП «Промтехнологии» (Украина) разработала модуль кусковой сортировки, использующий СВЧ-нагрев сортируемого материала и контроль инфракрасного излучения от кусков сырья с помощью тепловизора. Электрические и теплофизические свойства разделяемых фаз определяют температуру поверхности отдельных кусков, которая фиксируется тепловизорными сенсорами. Схема модуля приведена на рис. 6.29.

Исходное сырьё крупностью -100+10 мм загружается в приёмный бункер. Оттуда конвейерным питателем подаётся на раскладчик с вибратором, который обеспечивает формирование монослоя кусков. Конвейером сырьё перемещается в СВЧ-камеру, где осуществляется нагрев сырья в потоке. Температура кусков контролируется тепловизором. Пневмоклапаны разделяют сырьё на продукты.
Технические характеристики установки:
- производительность по исходному сырью (крупностью -60+40 мм) -30 т/ч;
- установленная электрическая мощность - 35 кВт;
- расход сжатого воздуха - 2200 л/мин;
- модуль размещается в контейнере размером 6,0x3,0x2,8 м.
Модуль дополнительно оснащён компрессорной станцией и системой очистки воздуха.
Аппаратура испытана на различных феррошлаках, марганцевых и железных рудах.