BRPI0618171A2 - método de determinação da presença de um mineral em um material - Google Patents
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Abstract
<b>MéTODO DE DETERMINAçãO DA PRESENçA DE UM MINERAL EM UM MATERIAL,<d> A invenção se refere geralmente a um método de determinação da presença de um mineral em um material, tal como uma rocha, um fragmento de rocha, solo, areia ou um outro material geológico, incluindo: a aplicação de radiação de microondas pulsada ao material; a detecção da radiação emitida a partir do material, após a aplicação da radiação de microondas pulsada; e a análise da radiação detectada para a determinação da presença de um mineral no material. A invenção também provê um método de classificação de fragmentos de rocha em pelo menos duas correntes, usando este método, e um aparelho para a realização do método.
Description
MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DA PRESENÇA DE UM MINERAL EM UMMATERIAL
CAMPO DA INVENÇÃO
A invenção se refere primariamente a um método dedeterminação da presença ou da ausência de um mineral em ummaterial, seja um fragmento de rocha no laboratório ou umcorpo de rocha in si tu, por exemplo. A invenção também serefere a um método de classificação de fragmentos de rocha,tais como fragmentos de minério, com base em umadeterminação de acordo com o método acima. Mais ainda, ainvenção se refere a um aparelho para a determinação dapresença de um mineral em um material.
A invenção tem aplicação em particular, mas nãoexclusiva, na avaliação de teor de minério e/oudistribuição dentro e sobre a superfície de fragmentos derocha, e para fins ilustrativos uma referência emparticular será feita a esta aplicação. Contudo, é para serentendido que esta invenção poderia ser usada em outrasaplicações, tais como na avaliação de teor de mineral e/oudistribuição em corpos de rocha in si tu, em solos ouareias, em mineração, em outros contextos geológicos e empesquisa.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Tem sido conhecido por um longo tempo que materiaisdielétricos (não metálicos) podem ser aquecidos pelaaplicação de energia na forma de microondas. A origem desseaquecimento é derivada da capacidade de o campo elétricopolarizar cargas no material e a incapacidade destapolarização de seguir reversões rápidas do campoeletromagnético externo. A capacidade de um material seraquecido por microondas depende de sua permissividadecomplexa e tangente de perda. A permissividade complexa édescrita pela equação (1):
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onde a parte real (ε') é uma medida de quanta energia apartir do campo externo é armazenada no material; e a parteimaginária (ε''eff) é o fator de perda efetiva e é umamedida de quão dissipativo o material é para um campoexterno.
A tangente de perda é definida pela equação (2) erepresenta uma relação de perda de energia e energiaarmazenada, por ciclo de oscilação de campo.
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Ambos os parâmetros são uma função de freqüência etemperatura.
A taxa de elevação de temperatura no material expostoà radiação de microondas é dada pela equação:
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onde E é a intensidade do campo eletromagnético; ε'''eff éo fator de perda; f é a freqüência de microonda; ρ é o pesoespecifico do material; e Cp é a capacidade de calorespecifico do material. Dai, para um dado material e umacavidade de microonda, a taxa de aquecimento de materialaumentará com um aumento na freqüência das microondas e naintensidade do campo eletromagnético ao quadrado.
Uma transferência ótima de energia de microondas podeser obtida ao se garantir uma penetração adequada nomaterial e uma alta conversão da energia de microondas emcalor. Isto pode ser obtido se o material tiver um valormoderado de ε' e se o fator de perda for alto (isto é, umvalor relativamente alto de s''eff resultando em um valorrelativamente alto de tan ôeff). A água é caracterizada poruma forte capacidade de absorver energia de microondas etransformar aquela energia em calor.
As rochas tipicamente compreendem um agregado demateriais de concentrações variáveis e pelo menos algumaágua, absorvida ou ligada quimicamente. Os métodos antigosde análise de amostras de rocha fragmentada incluíam airradiação das amostras com radiação de microondas porperíodos de tempo relativamente longos, da ordem de váriossegundos ou mais. A radiação de microondas aquece de formadiferencial os fragmentos de rocha, conforme observado, porexemplo, formação de imagem térmica, tal como por umacâmera de infravermelho. Fragmentos diferentes e/ou áreasde fragmentos da amostra de rocha são compostos porminerais diferentes e/ou têm teores de água diferentes.
Como tal, estas áreas aumentarão de temperatura a uma taxadiferente, e, portanto, a um grau diferente, em resposta àradiação de microondas. Contudo, quando uma radiação demicroondas constante é usada, os fragmentos de rocha tendema se aquecer muito rapidamente de forma completa, reduzindoa diferença detectável entre os componentes diferentes naamostra de rocha e formando a superfície da amostra derocha. A imagem térmica de infravermelho resultante tende aser essencialmente uma descrição borracha e indistinta dofragmento inteiro.
Desta forma, os fragmentos contendo alguns minerais osquais se aquecerão e proverão uma imagem de infravermelhogeralmente borrada podem ser selecionados em relaçãoàqueles contendo muito pouco ou nenhum mineral, o que seaquecerá apenas razoavelmente para a provisão de uma imagemde resfriamento fraca. Contudo, a eficácia do método declassificação não é alta, já que não permite a avaliação donível de aquecimento de microondas associado a mineral narocha. Ao invés disso, provê uma análise rudimentar quantoa se o fragmento contém os minerais desejados ou não. Maisainda, esses métodos não provêem qualquer informação sobreo padrão de distribuição mineral nos fragmentos de rocha.Por exemplo, esses métodos não poderiam prover umaavaliação quanto a se os depósitos de mineral estãolocalizados no centro ou na superfície da rocha. Devido asuas insensibilidades relativas, os métodos da técnicaanterior foram primariamente concentrados na separação derochas com base nas quantidades diferentes de águaabsorvida nas rochas.
Uma radiação de microondas pulsada foi usada para aindução de microfraturas em fragmentos de rocha pararedução da quantidade de energia requerida para umatrituração e uma pulverização subseqüentes. A absorção dedensidade de potência da radiação de microondas usada paraesta prática geralmente está na faixa de 1.000 a 100.000MW/m3. Contudo, estes processos com essas densidades depotência de microondas alta não são adequados ou requeridospara a análise de teor de mineral dentro ou na superfíciede fragmentos de rocha.
Assim, seria vantajoso se um método pudesse serprovido para a determinação da presença de um mineral emuma rocha de forma mais distinta e desse modo efetivamentepossibilitasse a classificação de fragmentos de rochacontendo quantidades diferentes de minerais. Também seriavantajoso se um método fosse provido, que facilitasse adeterminação do padrão de distribuição de mineral valiosodentro ou na superfície dos fragmentos de rocha.
Surpreendentemente, foi descoberto que uma irradiaçãode microondas pulsada a densidades de potência mais baixasdo que aquelas usadas para a indução de microfraturas emrochas é superior a uma irradiação de microondas de ondacontinua para a análise do teor de minerais de absorção demicroondas em amostras fragmentadas. O uso dessa irradiaçãopode permitir não apenas a identificação dos fragmentoscontendo minerais, mas também uma quantificação do teor demineral.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em um aspecto da invenção, é provido um método dedeterminação da presença de um mineral em um material, queinclui:
a aplicação de uma radiação de microondas pulsada aomaterial;
a detecção da radiação emitida a partir do material,após a aplicação da radiação de microondas pulsada; e
a análise da radiação detectada para a determinação dapresença do mineral no material.
Conforme usado aqui, o termo "mineral" é pretendido emum sentido amplo. Este termo inclui em seu escopo mineraisnão orgânicos, tais como calcocita, calcopirita, galena,magnetita, hematita, pirita, pirotita, esfalerita,uraninita, etc., e compostos geológicos orgânicos, taiscomo óleo pesado, óleo leve, betume, etc.
Conforme usado aqui, o termo "material" é pretendidoem um sentido amplo. Este termo inclui em seu escoporochas, fragmentos de rocha, solos, areias e outrosmateriais geológicos in si tu ou não.
A duração de pulso de microondas é vantajosamenteescolhida de modo que:
-o aquecimento da umidade de superfície e/ou daumidade absorvida no material seja minimizado;
-o diferencial térmico entre os materiais que absorvemmicroondas e um outro material seja maximizado;
-o aquecimento de materiais de ganga seja minimizado;e/ou
-o mineral de escolha no material seja adequadamenteafetado pelo pulso de microondas.
Em certas modalidades, a radiação de microondaspulsada aplicada ao material inclui pelo menos um pulso deaté 1 segundo de duração, preferencialmente de 0,01 a 1segundo de duração e, mais preferencialmente, de 0,1 a 1segundo de duração. Em outras modalidades, a radiação demicroondas pulsada aplicada ao material inclui umapluralidade de pulsos de até 1 segundo de duração,preferencialmente de 0,01 a 1 segundo de duração e, maispreferencialmente, de 0,1 a 1 segundo de duração.
Conforme descrito brevemente acima, quando o materialinclui rochas ou fragmentos de rocha, a radiação demicroondas pulsada é geralmente aplicada a densidades depotência relativamente baixas, de modo a se evitar qualquerindução de microfraturas nos fragmentos de rocha. Estaquantidade de irradiação de microondas que induzirá umafratura variará de caso para caso, conforme será apreciadopor aqueles de conhecimento na técnica. Em uma modalidadepreferida, a radiação de microondas pulsada é aplicada auma densidade de potência abaixo de 1.000 MW/m3, maispreferencialmente em uma faixa de 1 a 100 MW/m3.
Em uma disposição similar para seleção da duração depulso de microondas, a freqüência de microondas pode serescolhida para:
-minimizar o aquecimento da umidade de superfície e/ouda umidade absorvida dentro do material;
-maximizar o diferencial térmico entre os materiaisque absorvem microondas e o outro material;
-adequar-se a um mineral de escolha; e/ou-minimizar o aquecimento do material de ganga.
A freqüência preferencialmente estará na faixa de 900a 5800 MHz, mais preferencialmente na faixa de 900 a 3500MHz, ainda mais preferencialmente de 915 a 2450 MHz e, omais preferencialmente na faixa de 915 a 950 MHz.
O método de detecção de radiação emitida a partir domaterial não está particularmente limitado. Em umamodalidade, a detecção de radiação emitida a partir domaterial inclui a formação de imagem térmica do material,por exemplo, usando-se uma câmera de infravermelho. Em umaoutra modalidade, a detecção de radiação emitida a partirdo material inclui a detecção de uma radiação de microondasemitida a partir do material, por exemplo, usando-se umadetecção de microondas passiva.
Geralmente, o mineral sendo almejado em cada caso emparticular será conhecido. Como tal, os espectros deinfravermelho do mineral sendo almejado também serãogeralmente conhecidos ou poderão ser determinados. Quando aformação de imagem térmica é o método de escolha, épreferido que a formação de imagem de infravermelho sejarealizada na faixa espectral de radiação de infravermelho dentro da qual o mineral almejado é caracterizado comotendo sua emissividade diferencial mais alta em relação àrocha ou ao solo principal (de fundo).
Conforme mencionado acima, o método da invenção podeser aplicável para uma análise in si tu do material, por exemplo, para a determinação do teor de mineral em um corpoou minério in situ. Geralmente, o método é aplicável afragmentos de rocha ou outras amostras de material, taiscomo amostras de areia ou amostras de solo que sãoremovidas de seu local in si tu. Nesse caso, o material preferencialmente é alimentado para uma zona de irradiaçãode microondas para aplicação subseqüente da radiação demicroondas pulsada.
O material pode ser alimentado para a zona deirradiação de microondas em um canal de alimentação único.
Alternativamente, para aumento da produção, o material podeser alimentado para a zona de irradiação de microondas emuma pluralidade de canais de alimentação em separado. Emqualquer caso, quando o material inclui rochas oufragmentos de rocha, as rochas ou os fragmentos de rochapreferencialmente são alimentados para a zona de irradiaçãode microondas em uma fila única em um ou mais canais.
Em certas modalidades, pode ser desejável aplicar maisde uma freqüência de microondas ao material sendoanalisado. Isto pode prover uma análise mais detalhada daconstituição da amostra de material, conforme descritoabaixo.
Assim sendo, em um outro aspecto, a invenção provê ummétodo de determinação da presença de um mineral em ummaterial, incluindo:
a aplicação de radiação de microondas pulsada de umaprimeira freqüência ao material;
a detecção de uma primeira quantidade de radiaçãoemitida a partir do material, após a aplicação da radiaçãode microondas pulsada da primeira freqüência;
a aplicação de uma radiação de microondas pulsada deuma segunda freqüência ao material;
a detecção de uma segunda quantidade de radiaçãoemitida a partir do material, após a aplicação da radiaçãode microondas pulsada da segunda freqüência; e
a análise das primeira e segunda quantidadesdetectadas de radiação para a determinação da presença domineral dentro do material.
A eficiência de penetração da energia de microondas emum material, descrita como a profundidade na qual aintensidade do campo de microondas decai por um fator de(l/e) ou aproximadamente 37% da intensidade inicial, édescrita por um parâmetro (profundidade pelicular) o qual éuma função das propriedades dielétricas do material, bemcomo da freqüência de radiação de microondas aplicada. Istoé definido pela equação:
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onde (δ) é a profundidade pelicular; (c) é a velocidade depropagação de ondas eletromagnéticas através do material;(f) é a freqüência de microondas aplicada; e ε' e s''effsão as partes real e imaginária da permissividadedielétrica complexa do material.
Todos estes parâmetros, exceto pela freqüência demicroondas, são constantes para um dado material. Então,para uma dada rocha principal, (isto é, parâmetrosdielétricos constantes) uma freqüência de fonte demicroondas determinará a profundidade efetiva deaquecimento de microondas.
No caso de um material tendo minerais de absorção demicroondas embutidos de forma relativamente profunda, pelouso de duas freqüências de microondas, é possíveldistinguir entre minerais que absorvem microondas na oupróximo da superfície dos materiais que absorvem microondasfortemente localizados a uma profundidade dentro domaterial.
O aquecimento de minerais que absorvem microondasdentro do material, por exemplo, uma rocha ou um fragmentode rocha não é imediatamente evidente na superfície domaterial em termos de padrão térmico produzido. Devido àcondutividade térmica relativamente baixa desses materiais,pode levar até vários segundos para o calor atingir asuperfície do material. Este é particularmente o casoquando o material é uma rocha ou um fragmento de rocha.
No primeiro estágio deste aspecto da invenção, umaradiação de microondas é aplicada em uma primeirafreqüência, a qual geralmente é uma radiação de microondasde freqüência relativamente alta, por exemplo, de 920 a 925MHz. Obviamente, outras freqüências podem ser empregadasnas faixas preferidas mencionadas acima. Se o materialcontiver minerais que absorvem microondas em suasuperfície, isto será imediatamente reconhecido pelaanálise a seguir, a qual pode ser conduzida usando-se osmétodos previamente descritos. Esses fragmentos serãoimediatamente removidos para processamento adicional.
No segundo estágio deste aspecto da invenção, umairradiação de microondas é aplicada em uma segundafreqüência a qual geralmente é uma radiação de microondasde freqüência relativamente baixa, por exemplo, de 915 a920 MHz. De novo, outras freqüências podem ser aplicadas,conforme mencionado acima. Isto permitirá uma penetraçãoprofunda mais eficiente das microondas no material e umaquecimento dos minerais que absorvem microondas dentro domaterial. Devido ao tempo requerido para este aquecimentoatingir a superfície do material, o materialpreferencialmente será analisado algum tempo depois daaplicação da radiação de microondas. Por exemplo, omaterial pode ser analisado de 1 a 5 segundos após aaplicação de microondas. Isto pode ser obtido, novamente,pelo uso dos métodos de análise descritos acima.
Será apreciado que a primeira freqüência pode ser umafreqüência alta e a segunda freqüência pode ser umafreqüência baixa, se desejado, em uma aplicação emparticular.
Pela exposição de materiais, particularmente rochas oufragmentos de rocha, a uma radiação de microondas defreqüência relativamente alta, uma análise da radiaçãoresultante (por exemplo, do padrão térmico) emitida apartir do material e, subseqüentemente, pela exposição domaterial a uma radiação de microondas de freqüênciarelativamente alta, preferencialmente na mesma energia, e,de novo, pela análise da radiação resultante emitida apartir do material, a diferença entre aquelas duas emissõesrevelará a existência de minerais que absorvem microondasos quais estão localizados profundamente no interior domaterial.
Quando as imagens são produzidas seguindo-se àaplicação da primeira e segunda freqüências de microondas,técnicas de processamento de imagem, tal como a subtraçãoda primeira imagem da segunda imagem, podem melhoraraspectos indicando a existência de minerais que absorvemmicroondas enterrados de forma relativamente profundaquentes. Os materiais exibindo uma anomalia térmica comoessa serão extraídos para processamento adicional.
Daí, pelo uso de duas freqüências de microondasdiferentes, é possível distinguir materiais,
particularmente rochas e fragmentos de rocha, contendominerais que absorvem microondas na superfície, daqueles emque os minerais que absorvem microondas não estão visíveisna superfície, mas que estão embutidos no material.
Adicionalmente ao dito acima, a partir da taxa dedecaimento de temperatura normalizada com a massa e otamanho da amostra de material sendo analisada, pode serpossível determinar a massa dos minerais que absorvemmicroondas de certo tipo que estiverem presentes nomaterial. Isto proverá vantagens, conforme seria apreciadopor aqueles de conhecimento na técnica.
Deve ser apreciado que etapas adicionais podem serincluídas. Por exemplo, o método pode incluir pelo menosuma aplicação adicional de radiação de microondas de umafreqüência diferente das primeira e segunda freqüências aomaterial, e a subseqüentemente detecção da quantidade deradiação emitida a partir do material.
De acordo com um outro aspecto da invenção, é providoum método de classificação de uma corrente de alimentaçãode material em pelo menos duas correntes, que inclui:
a determinação da presença de um mineral na correntede alimentação de material, usando-se um método de acordocom a reivindicação 1 ou com a reivindicação 13; e
a separação da corrente de alimentação de material empelo menos duas correntes, com base naquela determinação.
De acordo com este aspecto, a corrente de alimentaçãopreferencialmente é separada em uma corrente de perda e umacorrente de produto. Em certas modalidades, a corrente dealimentação pode ser separada em uma corrente de perda e emuma pluralidade de correntes de produto, com base no graude mineral do material.
A separação da corrente de alimentação em pelo menosduas correntes separadas pode ser obtida por qualquer meioadequado. Por exemplo, isto pode ser obtido usando-se umacinta transportadora de separação ou similar.Preferencialmente, a corrente de alimentação é separada empelo menos duas correntes por um soprador de ar à altapressão.
De acordo ainda com um outro aspecto da invenção, eprovido um aparelho para a determinação da presença de ummineral dentro de um material, que inclui:
uma zona de irradiação de microondas que inclui umemissor de microondas adaptado para emitir uma radiação demicroondas pulsada para a zona de irradiação de microondas;
um detector para a detecção da radiação emitida apartir do material seguindo-se à aplicação de radiação demicroondas pulsada ao material; e
um analisador para a interpretação da radiaçãodetectada e, desse modo, para a determinação da presença domineral no material.
Preferencialmente, a zona de irradiação de microondas,incluindo o emissor de microondas, é disposta de modo que omaterial sendo analisado possa simplesmente cair porgravidade através da zona de irradiação de microondas.
De modo a facilitar o processamento de um grandevolume de material de uma maneira uniforme e contínua, oemissor de microondas mais provavelmente será na forma deuma cavidade de microondas de modo múltiplo,preferencialmente equipada com um agitador adequado.
Vantajosamente, o uso de uma cavidade de microondas comoessa garantirá que todos os modos de ressonância demicroondas na cavidade sejam excitados, garantindo umaquecimento tão uniforme quanto possível do material. 0 usode uma cavidade de microondas de modo único adequadapoderia prover um aquecimento mais eficiente do material doponto de vista de consumo de energia.
Conforme será apreciado a partir da descrição acima dainvenção geralmente, o detector preferencialmente é umformador de imagem térmica ou um sensor de microondaspassivo.
Se um formador de imagem térmica for empregado, estepode ser um formador de imagem de infravermelho. Maisainda, o aparelho pode incluir formadores de imagem térmicaadicionais. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui umaregião fria, a região fria sendo de uma temperaturarelativamente mais baixa em relação ao restante doaparelho. Os formadores de imagem térmica então podem serposicionados em torno da região fria para uma detecçãomelhorada de radiação emitida a partir do material,conforme ele passar através da zona de irradiação demicroondas.
Considerando-se que a velocidade do material atravésda zona de irradiação de microondas poderia ser de atévários metros por segundo, é importante que o tempo deresidência do material na zona de irradiação de microondasseja suficientemente longo para induzir a quantidaderequerida de aquecimento dos minerais de interesse, para sepermitir sua identificação eficiente. Preferencialmente, osminerais que absorvem microondas serão aquecidos até umatemperatura a qual é significativamente mais alta (de 10 a50 °C) a partir da temperatura dos minerais que nãoabsorvem microondas. Considerando-se que a sensibilidadetérmica dos sistemas modernos de formação de imagem por IRé de em torno de 0,02°C, os minerais que absorvemmicroondas e seu padrão de distribuição no material serãofacilmente reconhecidos pela formação de imagem térmica.
Conforme citado, o detector pode incluir um sensor demicroondas passivo, ou uma pluralidade desses sensores.Nesse caso, após a passagem através da zona de irradiaçãode microondas, a presença de minerais que absorvemmicroondas será detectada pelo uso do sensor de microondaspassivo (isto é, um radiômetro). Esses sensores são, comefeito, receptores de microondas de alta precisão e sãocapazes de detectarem uma radiação eletromagnética vindo domaterial na parte de microondas do espectroeletromagnético. Isto permite a detecção de materiaisaquecidos, os quais absorveram radiação de microondas,enquanto passavam através da cavidade, não apenas nasuperfície do material, mas também embutidos de formarelativamente profunda. Isto é devido ao fato de asmicroondas terem um comprimento de onda maior, se comparadocom uma radiação de infravermelho.
Nesta modalidade, a detecção de minerais que absorvemmicroondas não é baseada na detecção de radiação demicroondas que é transmitida através do materialinvestigado, mas é baseada na detecção de radiaçãoeletromagnética de microondas natural vindo a partir domaterial previamente aquecido. Nesse sentido, os sensoresde microondas passivos são similares no conceito aossensores de infravermelho. De acordo com a lei de radiaçãode Plank, todos os objetos emitem energia de microondas dealguma magnitude, mas as quantidades geralmente são muitopequenas. A quantidade de energia emitida a partir domaterial é proporcional à temperatura do material. Umsensor de microondas passivo detecta a energia demicroondas emitida naturalmente em seu campo de visão. Umaradiação de microondas geralmente é detectada usando-se umaantena de um tipo adequada (mais provavelmente uma antenatipo corneta).
Devido aos seus comprimentos de onda mais longos, secomparados com uma radiação de infravermelho, asdescritores têm propriedades que são vantajosas para adetecção de minerais valiosos. Uma radiação de microondasde comprimento de onda mais longo pode penetrar através depó, já que os comprimentos de onda mais longos não sãosuscetíveis a uma dispersão atmosférica, a qual afeta oscomprimentos de onda ótica mais curtos (infravermelho evisível). Esta propriedade permite a detecção de energia demicroondas sob quase todas as condições ambientais, de modoque os dados podem ser coletados em qualquer momento.
O analisador geralmente será um computador equipadocom um software de processamento de imagem. Vantajosamente,isto permitirá um processamento contínuo e automatizado euma análise de uma alimentação de material.
Em certas modalidades, pode ser desejável que oaparelho inclua uma câmera de luz visível ou um outro meiopara calibração do tamanho do material passando através dazona de irradiação de microondas. Este pode serparticularmente o caso quando o material incluir rocha oufragmentos de rocha.
O aparelho da invenção preferencialmente seráconfigurado para facilitar a classificação do materialpassando através da zona de irradiação de microondas.Preferencialmente, portanto, o aparelho inclui umclassificador para a classificação do material em pelomenos duas correntes. 0 classificador pode incluir umacinta transportadora de separação, mas, preferencialmente,é um soprador de ar à alta pressão. Uma pluralidade desopradores de ar à alta pressão pode ser incluída, sedesejado.
O material pode ser alimentado para a zona deirradiação de microondas por quaisquer meios adequados.Contudo, o aparelho preferencialmente inclui um alimentadorpara suprimento do material para a zona de irradiação demicroondas em pelo menos um canal. Preferencialmente, oalimentador é uma cinta transportadora.
Em certas modalidades, a monitoração contínua deumidade no material pode ser uma adição útil que melhoraráa eficiência do processo de classificação. Como tal, ummonitor pode ser provido para facilitação disto.DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Será conveniente, a partir deste ponto, prover umadescrição detalhada de certas modalidades da invenção comreferência aos desenhos associados. A finalidade deprovisão desta descrição detalhada é instruir pessoas tendointeresse no assunto da invenção sobre como colocar emprática a invenção. É para ser claramente entendido,contudo, que a natureza específica desta descriçãodetalhada não substitui a generalidade das declaraçõesprecedentes.
Nos desenhos:
a Figura 1 ilustra um aparelho de acordo com umamodalidade da invenção;
a Figura 2 é uma imagem de IR de um minério de cobrede grau alto, de um minério de cobre de grau médio e de umarocha estéril após uma breve exposição a um aquecimento pormicroondas;
a Figura 3 é uma imagem de IR de um fragmento deminério de grau alto, de um fragmento de arenito e de umarocha de desmonte após uma breve exposição a um aquecimentopor microondas;
a Figura 4 é uma imagem de IR de um minério de cobrede grau alto, arenito homogêneo, rocha de desmonte eminério de cobre de grau baixo após uma breve exposição aum aquecimento por microondas;a Figura 5 é uma imagem de IR de um minério de cobrede grau médio, minério de cobre de grau alto e amostra degranito após uma breve exposição a um aquecimento pormicroondas;
a Figura 6 é uma imagem de IR que mostra umamineralização aumentada correspondente à parte maisaquecida da rocha, após uma breve exposição a umaquecimento por microondas;
a Figura 7 é uma imagem de IR que mostra não apenasuma parte altamente mineralizada da rocha, mas tambémaspectos estruturais, tais como fissuras, após uma breveexposição a um aquecimento por microondas;
a Figura 8 é uma imagem de IR de um fragmento minériode cobre versus uma rocha vulcânica não mineralizada apósuma exposição breve simultânea a um aquecimento pormicroondas;
a Figura 9 é uma imagem de IR de uma área altamentemineralizada dentro de uma rocha que está mais aquecida doque o restante da superfície de rocha, após uma breveexposição a um aquecimento por microondas;
a Figura 10 é uma imagem de IR do padrão mineralizadoem minério de cobre pórfiro, após uma breve exposição a umaquecimento por microondas; e
a Figura 11 é uma imagem de IR de aspectos de texturaem um fragmento de minério, após uma breve exposição a umaquecimento por microondas.
A Figura 1 descreve um aparelho (1) de acordo com umamodalidade da presente invenção. Os fragmentos de rocha (2)são transportados por uma cinta transportadora (3) quetermina acima de uma zona de irradiação de microondas naforma de uma cavidade de microondas de modo múltiplo ou demodo único (4) . Os fragmentos de rocha (2) caemverticalmente através da cavidade de microondas (4). Emboraos fragmentos de rocha (2) possam passar através dacavidade (4) em qualquer direção, cair verticalmente évantajoso já que aumenta a probabilidade de umadistribuição uniforme da irradiação dos fragmentos,conforme eles caírem através da cavidade (4). Os fragmentosde rocha podem passar através da cavidade (4)individualmente, de modo que cada fragmento (2) possa seranalisado individualmente.
Dentro da cavidade de microondas (4), os fragmentos derocha (2) são expostos a uma radiação de microondas depulso curto de uma freqüência e de uma intensidadeselecionadas. Conforme citado previamente, a radiação demicroondas geralmente terá uma freqüência de 900 a 5800MHz, embora a freqüência obviamente seja bastante variável,dependendo do mineral ou do grau de interesse. Geralmente,uma freqüência na extremidade inferior desta faixa seráempregada. A radiação de microondas pulsada pode seraplicada a uma densidade de potência abaixo daquela a qualé requerida para a indução de microfraturas nos fragmentosde rocha, conforme descrito previamente. Geralmente, aradiação de microondas pulsada será aplicada a umadensidade de potência abaixo de 1000 MW/m3.
Imediatamente após passar através da cavidade demicroondas (4), uma radiação emitida a partir dosfragmentos de rocha (2) é detectada por um formador deimagem de infravermelho de alta velocidade e de altaresolução (5) e (6). Conforme citado previamente, outrasformas de detecção podem ser usadas de acordo com ainvenção. Nesta modalidade, os formadores de imagem (5, 6)capturam imagens térmicas dos fragmentos de rocha (2) .
Embora um formador de imagem térmica seja suficiente, doisou mais formadores de imagem térmica (5, 6) podem serusados para uma cobertura plena da superfície de partículade rocha. As imagens coletadas pelos formadores de imagemtérmica (5, 6) são processadas usando-se um computador (7)equipado com um software de processamento de imagem. Osformadores de imagem térmica (5, 6) também podem ser usadospara a determinação do tamanho dos fragmentos de rocha (2).
Alternativamente, ou em combinação, uma ou maiscâmeras de luz visível podem capturar imagens de luzvisível para se permitir uma determinação do tamanho defragmento. A partir do número de pontos quentes (pixels)detectados, temperatura, padrão de sua distribuição e suaárea cumulativa, em relação ao tamanho do fragmento, umaestimativa do grau de fragmentos de rocha observados seráfeita. Esta estimativa pode ser suportada e/ou mais teor demineral pode ser quantificado por uma comparáção dos dadoscom relações previamente estabelecidas entre propriedadestérmicas induzidas por microondas de fragmentos de rochagraduados e dimensionados especificamente.
Com base na análise de teor, os fragmentos de rochaindividuais (2) podem ser então separados usando-se umseparador na forma de um soprador de ar à alta pressão (8).Qualquer dispositivo convencional apropriado pode serusado, contudo, conforme descrito acima. O soprador de ar(8) separa os fragmentos de rocha individuais (2) com basena informação enviada pelo computador (7). Os fragmentos derocha individuais (2) podem ser separados com base, porexemplo, em grau estimado, teor de mineral quantificadoe/ou localização de bolsões de mineral dentro ou nasuperfície dos fragmentos de rocha (2).
No aparelho descrito na Figura 1, o soprador de ar àalta pressão (8) pode receber um sinal do computador (7)para liberação do ar no momento em que um fragmento derocha contendo um teor de mineral alto (9) passar por ele,de modo que o fragmento (9) seja dirigido para um coletorespecifico. Pode ser permitido que partículas de grau baixoou de ganga (10) continuem sua queda livre para um coletorem separado. Nesta modalidade em particular, parafacilidade de entendimento, os fragmentos foram divididosapenas em dois grupos. Contudo, deve ser percebido que esteaparelho e o método podem ser configurados para a separaçãode fragmentos de rocha (2) através de uma escala de teor demineral. Em uma configuração como essa, o soprador de ar àalta pressão (8) pode soprar ar a forças e/ou em direçõesvariáveis, ou múltiplos sopradores poderiam ser usados, porexemplo, para cada grau de fragmento, para direcionamentode fragmentos específicos para coletores específicos,dependendo do nível de teor de mineral e do padrão dedistribuição do mineral nos fragmentos. Alternativamente,ou em combinação, cintas transportadoras separadas podemser usadas para direcionamento dos fragmentos de rocha paracoletores em separado.
Conforme discutido acima, os métodos préviosempregando uma irradiaçao de microondas de potência altaconstante resultaram no aquecimento de fragmentos de rochacompletamente, produzindo uma imagem térmica borrada. Asimagens resultantes foram limitadas a essencialmentepermitirem a determinação daqueles fragmentos de rochacontendo minerais de interesse e aqueles não contendo omineral. O uso de uma irradiação de microondas de potênciabaixa pulsada permite que os bolsões de mineral nosfragmentos de rocha e/ou na superfície dos fragmentos derocha se aqueçam rapidamente, sem uma distribuição de calorrapidamente para a rocha circundante. Assim sendo, a imagemtérmica resultante será bem mais definida e, em muitoscasos, a imagem permitirá que o receptáculo de mineral sejadestacado dentro do fragmento de rocha. Uma vantagem óbviadisto é o fato que uma quantificação mais acurada de teorde mineral é obtida. Segue-se com a vantagem de osfragmentos de rocha poderem ser classificados através deuma escala de teor de mineral, ao invés de com uma análiserudimentar de teor de mineral de nível alto ou baixo /nenhum.
De modo a ilustrar a invenção em detalhes adicionais,uma referência é feita, agora, às Figuras 2 a 11. Oaquecimento diferencial dos vários fragmentos de rocha éclaramente ilustrado nestas figuras, as quais serãodescritas brevemente abaixo.
A Figura 2 ilustra um minério de cobre de grau alto notopo da Figura. Este fragmento de minério tem temperaturamais alta do que os outros fragmentos que tiveram a imagemformada. O fragmento do meio desta imagem é um minério decobre de grau médio. Será apreciado ao se ver a imagem queo minério de grau médio é mais embaçado e, portanto, temuma temperatura menor do que o minério de grau alto, após amesma quantidade de irradiação de microondas ter sidoaplicada. Da mesma forma, a rocha estéril, a qual estálocalizada no fundo da imagem, é preta, indicando muitopouco aquecimento daquele fragmento após a mesma quantidadede irradiação de microondas.
A Figura 3, de modo similar, provê uma imagem defragmento de minério de grau alto no topo, um fragmento dearenito na esquerda inferior e uma rocha de desmonte nadireita inferior. Mais uma vez, a amostra de minério degrau alto mostra notadamente uma temperatura mais alta doque as duas outras amostras.
A Figura 4 é uma imagem de fragmentos de rochaaquecidas por microondas simultaneamente, incluindo umminério de cobre de grau alto no topo, um fragmento dearenito homogêneo na metade à esquerda, uma rocha dedesmonte na metade à direita e um minério de cobre de graubaixo no fundo. De novo, uma delineação entre os graus dosvários fragmentos é clara nesta imagem.
A Figura 5 é uma imagem de minério de cobre de graualto na metade, a qual é distinta de forma bastante clarado minério de cobre de grau mais baixo à esquerda. Aamostra de granito à direita é facilmente distinguida dasduas amostras de minério de cobre.
A Figura 6 é uma imagem de um fragmento de rocha quetem graus variáveis de mineralização por toda a suaestrutura. A partir desta imagem, pode ser visto como ainvenção pode ser usada para esclarecer onde umamineralização, correspondente a uma temperatura mais altapós uma irradiação de microondas, está localizada nofragmento.
A Figura 7 ilustra que uma breve exposição a umaradiação de microondas pode não apenas prover uma indicaçãoda localização de mineralização dentro de um fragmento derocha, mas também pode prover uma informação sobre aspectosestruturais. Nesta imagem, uma fissura é claramente visívelapós o fragmento ter sido brevemente exposto a uma radiaçãode microondas.
A Figura 8 mostra a diferença entre um fragmento deminério de cobre à esquerda e uma rocha vulcânica nãomineralizada à direita, após uma exposição simultânea àradiação de microondas.
A Figura 9 mostra de novo um aquecimento diferencialde áreas mineralizadas em um fragmento de rocha, após aaplicação de radiação de microondas.
A Figura 10 mostra o padrão mineralizado em umaamostra de minério de cobre pórfiro após uma exposição auma radiação de microondas.
A Figura 11 mostra os aspectos de textura de umfragmento de minério revelados por uma imagem deinfravermelho, após uma breve exposição a uma radiação demicroondas.
Obviamente, será percebido que o dito acima foi dadoapenas a título de exemplo ilustrativo da invenção e quetodas essas modificações e variações para isto, conformeserá evidente para pessoas versadas na técnica, sãojulgadas como caindo no amplo escopo e âmbito da invenção,conforme estabelecido aqui.
Claims (29)
1. Método de determinação da presença de um mineral emum material, caracterizado pelo fato de que inclui:a aplicação de uma radiação de microondas pulsada aomaterial;a detecção da radiação emitida a partir do material,após a aplicação da radiação de microondas pulsada; ea análise da radiação detectada para a determinação dapresença do mineral no material.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a radiação de microondaspulsada aplicada ao material inclui pelo menos um pulso deaté 1 segundo de duração, com preferencialmente de 0,1 a 1segundo de duração.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a radiação de microondaspulsada aplicada ao material inclui uma pluralidade depulsos de até 1 segundo de duração, com preferencialmentede 0,1 a 1 segundo de duração.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a radiação de microondaspulsada tem uma densidade de potência induzida em mineraisalmejados abaixo de 1.00 0 MW/m3.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que a radiação de microondaspulsada tem uma densidade de potência induzida em mineraisalmejados a partir de 1 a 100 MW/m3.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a radiação de microondaspulsada tem uma freqüência de 900 a 5800 MHz.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a radiação de microondaspulsada tem uma freqüência de 900 a 3500 MHz.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que a radiação de microondaspulsada tem uma freqüência de 915 a 950 MHz.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a detecção emitida a partirdo material inclui uma formação de imagem térmica domaterial.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a detecção emitida a partirdo material inclui a detecção da radiação de microondasemitida a partir do material.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o material é alimentado parauma zona de irradiação de microondas para subseqüenteaplicação da radiação de microondas pulsada.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o material é alimentado parauma zona de irradiação de microondas em pelo menos um canalde alimentação.
13. Método de determinação da presença de um mineralem um material, caracterizado pelo fato de que inclui:a aplicação de radiação de microondas pulsada de umaprimeira freqüência ao material;a detecção de uma primeira quantidade de radiaçãoemitida a partir do material, após a aplicação da radiaçãode microondas pulsada da primeira freqüência;a aplicação de uma radiação de microondas pulsada deuma segunda freqüência ao material;a detecção de uma segunda quantidade de radiaçãoemitida a partir do material, após a aplicação da radiaçãode microondas pulsada da segunda freqüência; ea análise das primeira e segunda quantidadesdetectadas de radiação para a determinação da presença domineral dentro do material.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que a primeira freqüência é de 920 a 925 e a segunda freqüência é de 915 a 920 MHz.
15. Método, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que a análise das primeira esegunda quantidades de radiação inclui uma subtração de umadas quantidades de radiação da outra.
16. Método, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que inclui pelo menos umaaplicação adicional de radiação de microondas de umafreqüência diferente das primeira e segunda freqüências aomaterial, e a detecção subseqüente da quantidade deradiação emitida a partir do material.
17. Método de classificação de uma corrente dealimentação de material em pelo menos duas correntes,caracterizado pelo fato de que inclui:a determinação da presença de um mineral na correntede alimentação de material, usando-se um método de acordocom a reivindicação 1 ou com a reivindicação 13; ea separação da corrente de alimentação de material empelo menos duas correntes, com base naquela determinação.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que a corrente de alimentação éseparada em uma corrente de perda e uma corrente deproduto.
19. Método, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que a corrente de alimentação éseparada em uma corrente de perda e uma pluralidade decorrentes de produto com base no grau mineral do material.
20. Método, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que a corrente de alimentação éseparada em pelo menos duas correntes por um soprador de arà alta pressão.
21. Aparelho para a determinação da presença de ummineral dentro de um material, caracterizado pelo fato deque inclui:uma zona de irradiação de microondas que inclui umemissor de microondas adaptado para emitir uma radiação demicroondas pulsada para a zona de irradiação de microondas;um detector para a detecção da radiação emitida apartir do material seguindo-se à aplicação de radiação demicroondas pulsada ao material; eum analisador para a interpretação da radiaçãodetectada e, desse modo, para a determinação da presença domineral no material.
22. Aparelho, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que o emissor de microondas éuma cavidade de microondas de modo múltiplo ou de modoúnico.
23. Aparelho, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que o detector é um formador deimagem térmica ou um sensor de microondas passivo.
24. Aparelho, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que o analisador é um computadorequipado com um software de processamento de imagem.
25. Aparelho, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que o material inclui rochas oufragmentos de rocha e o aparelho inclui uma câmera de luzvisível para calibração do tamanho das rochas ou dosfragmentos de rocha.
26. Aparelho, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que inclui um classificador paraa classificação do material em pelo menos duas correntes.
27. Aparelho, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de que o classificador é umsoprador de ar à alta pressão.
28. Aparelho, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que inclui um alimentador parasuprimento do material para a zona de irradiação demicroondas em pelo menos um canal.
29. Aparelho, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato de que o alimentador é uma cintatransportadora.
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