检测存在于矿石试样中的金刚石的制作方法

专利名称：检测存在于矿石试样中的金刚石的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测出存在于矿石试样中的金钢石的方法和装置，而且本发明还可以被用在金钢石勘探中，以查找出存在于颗粒状矿石材料中的微粒金钢石。
在勘探金钢石时，可取得诸如岩芯等等的矿石试样，并可通过诸如化学处理和分选等等方式，将其破碎成粉末颗粒(颗粒尺寸通常在50至300微米之间)。用获取试样并将其散布在显微镜载片上再由有经验的操作者在显微镜下进行观测的方式对这一矿石粉末进行分析。
矿石试样中可能含有金钢石，但通常的含量均非常低，而且在粉末状矿石试样中可能会含有小粒金钢石或称金钢石碎片微粒金钢石。因此，用判明在矿石粉末试样中存在有微粒金钢石的方式，便可以鉴定出含金钢石的矿石。
在矿石粉末试样中检测金钢石，是一项要求高度熟练技巧的工作，而且非常费时。微粒金钢石还可能被石墨复盖着，而非常难以识别。在大多数情况下，试样中并不存在有微粒金钢石，而作为勘探过程的一部分，又不得不对非常大量的试样进行处理。
本发明的一个目的是提供一种用于检测出存在于矿石试样中的金钢石且可以单独将金钢石识别出来的方法和装置。本发明的另一个目的是提供一种可以由机器自动完成的、在矿石试样中检测金钢石的方法和装置。
本发明所提供的用于在矿石试样中检测出金钢石的方法和装置已由权利要求1、19、31式32给出。
本发明的优选的式称优先的特征已由权利要求2至18和20至30给出。
本发明所提供的方法和装置可用于勘查在一层粉末颗粒中是否存在有金钢石(即包含有金钢石材料的颗粒)，而通过破碎矿石试样并将粉末颗粒放置在(通常为暴露在)基底上的方式，可获得所述的粉末颗粒层。
本发明利用了金钢石材料相对于其它矿石对软性(能量相当低)的X射线的相对透明性。那些透过X射线的，或是仅仅吸收少量的X射线的粉末颗粒，被鉴定为可能是金钢石。还可以对金钢石在试样中的位置进行识别，并可以估价出现有的金钢石的重量。这些粉末颗粒可以被鉴别出是金钢石还是不是。
金钢石往往是与其它矿石伴生的，但由于金钢石和其它矿石相比对软X射线具有相当高的透射性，因而可被发现。这是由于金钢石是由低原子序数的碳构成的。存在于试样中的所有其它矿石均含有较大比例的高原子序数元素，如铝或硅等等，它们具有比金钢石大得多的吸光性。所使用的X射线的能量取决于颗粒尺寸，但一般为大约8Kev。
较好的方式是，将粉末状矿石材料层设置在构成所述基底的、标准的软X射线可透射的显微镜的载片上。
用与常规勘探中所使用的类似方法对矿石试样进行粉碎并处理所得到的粉末，可制备出矿石粉末。
虽然按常规说，小型颗粒在这儿指得是粉末，但这些颗粒也可以是具有常规尺寸的砂砾，确切地说是比粉末粗的砂粒。一般说来，这些颗粒的尺度在大约20微米至600微米之间，最好是在50微米至300微米之间，但这些颗粒的尺度也可能会高达大约1毫米，2毫米或更大，颗粒的尺寸也可能基本上都在大约1毫米至2毫米之间。
本发明的装置应可以产生含有微粒金钢石的试样的指示，微粒金钢石在薄层中的位置指示，并指示出(可能地话)所识别出的金钢石的大小和重量。为了能作到这一点，透射过薄层的X射线图象需用图象处理技术进行处理。例如，可将粉末安放在具有限定边角的载片上，使图象处理装置可依程序对每一图象的边角进行定位，并作为所识别出的各颗粒的参考位置。
薄层最好是分散的，以便在图象上形成背景的各粒子之间，能通过射线更准确地说就是，各颗粒一般是不相接触的，尽管也容忍有一些颗粒是彼此接触的。这样，颗粒在基底上分散为一薄层，且薄层中有相当宽的空隙。这样在射线的入射方向上，薄层厚度基本上为颗粒厚度。
为使透射过的射线成象，可在试样后侧靠近试样的地方设置检测器，以形成阴形图象，就象接触晒印一样。也可以使用其它的X射线成象装置。图象最好包含有相对于背景清晰可辨的不同强度或称灰度的点。这些点最好由较亮背景下的暗点(颗粒投射出的阴形)组成。在这儿，象点的“光强度”和它的“灰度”或称“暗度”有关。当然，根据检测器的运行方式不同，这些点可以是亮的而背景是暗的，在这儿，象点的“光强度”指得是它的“苍白”。无论是哪一种情况，象点的“光强度”均是指它相对于背景的反差程度。图象可用扫描试样的方式来形成。
在第一实施例中，可用X射线对粉末颗粒薄层进行单一的观测，由于金钢石对X射线吸收微弱，故将在图象上呈现淡淡的但清晰的一些点(低光强)。图象上会有许多个点，但相应于金钢石的点与其它的点具有不同的光强。利用图象处理技术测定点的大小，便可对这些点进行分析。然后测定图象上每一个点的光强，并按其区域大小进行校正。所得到的测量结果与这些点所代表的颗粒的光吸收率有关。在这儿，金钢石的吸收率较低，而各种其它矿石材料的吸收率较高。
在本发明的另一实施例中，由薄层透射的X射线图象将与薄层透射的其它射线图象相比较。所提到的前一射线和后一射线，根据所使用的光源的类型，都包括有多个不同的波长，且最好为连续波长。后一射线具有的能谱，应使得辐射能量的绝大部分处于金钢石对其的吸收强于对前一射线的波长范围内。
例如在第二实施例中，后一射线可包含可见光，红外光，紫外光或其它适用的射线。在第三实施例中，后一射线包含有比前一射线能量更低的X射线，且金钢石对该能量较低的X射线具有更强的吸收。在第二和第三实施例中，金钢石均在第二图象上出现清晰可辨的象点但在第一图象上却不出现，或非常模糊地出现。
可对第一图象和第二图象进行比较，以识别出呈现于第二图象而未呈现于第一图象上的颗粒。这些颗粒被认作是金钢石，其大小可利用图象处理技术来给出。
利用图象处理技术确定图象中含有金钢石的区域的亮度，并对光强信号的偏差进行积分，根据整个区域的水平便可以估价出该微粒金钢石的体积。然后由体积确定出重量。该系统应首先利用已知厚度的试样来进行标定。
本发明的方法不再依赖于熟练操作者的技巧，并允许对大量试样进行相当快速和自动化的处理。
本发明的方法以令人意想不到的方式利用了金钢石对X射线的相对低的吸收性，给出了金钢石材料有别于其它矿石的一个良好特征。
将检测器非常近地设置在试样后侧，可把因X射线源的有限尺寸所产生的几何非清晰效应减到最小。由此可以减小在检测器上的颗粒的半阴形。检测器应放置在薄层后侧仅几毫米，最好小于1毫米的位置处。
在各种可能的变型实施例中，操作者也可以不直接出示这些图象，而是简单地用一指示器识别在试样中是否存在有微粒金钢石并估价出每一金钢石的重量。试样还可以用，比如说墨水作上记号，以便于找出金钢石进一步检查。
下面参考附图以例举方式进一步说明本发明。


图1为表示金钢石和其它矿石对X射线吸收情况的曲线图。
图2示出了可用于本发明的、用X射线照射粉末试样的装置。
图3示出了由本发明第一实施例获得图象。
图4为用于第一实施例中处理器的流程图。
图5示出了用于本发明第二实施例的装置。
图6示出了由本发明第二实施例获得的图象。
图7为用于第二和第三实施例中处理器的流程图。
本发明披露并利用了金钢石对软X辐射的相对透明性。
图1为相对于X射线能量的的相对透射%的X射线典型曲线图，图中的曲线分别对应于金钢石和典型的宿主矿石。曲线的形状将随金钢石颗粒尺度的变化而变化，但这并不具有典型意义。对于非常软性的X射线，在点(a)处(在这儿低于5Kev)，宿主矿石和金钢石的透射相当低，甚至为零。
在较高的能量，比如说在曲线图中的点(b)处，金钢石对X射线的透射明显地高于宿主矿石。
在更高的能量，在点(c)处，金钢石对X射线基本上是透明的。点(c)处的有效X射线能量随金钢石的尺度变化而变化。一般说来，对于存在于粉末试样中的颗粒尺度，它大约为10Kev。
图2示出了用X射线照射矿石粉末颗粒的试样，以形成由试样透过的X射线构成的图象的装置。用勘探中的常规方式，对矿石试样进行压碎，化学处理和分选，以制得该试样。比如说，将胶粘带以胶粘侧朝上的方式固定在载片上，并使粉末颗粒滑落在胶粘带上，便可以将按上述方式获得的粉末颗粒的少量试样安放在改进后的透射式幻灯机型的载片上。仅使用载片上的较小的中心部分(比如说，大约12毫米见方的正方形)，并将载片的其它部分用金属带盖住。金属带对光线和X射线是不透光的，并可以为载片上的物体提供一种参照位置。
该装置具有一个X射线源1，后者包括一个焦点在点2处的常规的X射线管。X射线3照射在载片4上，并照射在载片4上安放有粉末状矿石试样的那一部分上。各矿石颗粒或是透射，或是轻微吸收或是强烈吸收X射线，且在检测器5上生成由试样透射过的X射线产生的图象，该检测器可为X射线敏感的光导摄象管，硅CCD照像芯片，或是其它的对透射的X射线敏感的适用的检测器。由该照像机获得的图象可以是对许多帧画面取的平均值，以提高图象质量。
检测器5设置在试样后侧非常靠近试样的位置，由焦点2发散出的X射线并不是由点源发散的，即该焦点仍有有限的尺寸，比如说100至500微米。因而由于半形效应，形成在检测器5上的图象是模糊的。通过使检测器5非常靠近试样4，可以减少半形效应。
整个装置可封在壳体6中，以防止有害的X射线由装置泄漏出来。还可设置有基片或称载片7的暗盒，以用来每次一个地通过壳体6上的孔径8向观测区域提供载片。在图2中，载片7是由顶侧供给的，每一载片当到达适当位置时，将被供给至观测区域8，并被分析和再次移去。已被分析过的载体7将被依次向下移至暗盒的底侧，以便与观察到的图象相关。该暗盒可以为幻灯放映机型暗盒，并可以按20至200个，最好为50至100批量包容载片。还可以设置一个快门，以便当试样正处于照射状态时可闭合开口8。
标号9是用于处理产生在检测器5上的图象的处理器。根据本发明的第一和第二实施例，用处理器9处理图象，便可在粉末状试样中识别出金钢石。10为存储器或类似装置，用于在试样中识别出这些粒子，而且最好是，它们的尺寸和重量，以便可以由暗盒中取出相应的试样，并进行进一步检测。10还可以包括有一个显示器，或是一个在识别出金钢石时可用于制动该机器的装置。
图3示出了利用本发明第一实施例获得的试样的图象。
在本发明的第一实施例中，是利用图2所示的装置获取每一试样4的单一图象。所使用的X射线具有适当的能量(大约为8Kev)，以使得非金钢石矿石对该X射线具有较强吸收，而金钢石粉末对该X射线具有较弱吸收。因此，在由图2所示装置获得的图象12上，金钢石将显示为淡光点11。标号13表示非金钢石矿石颗粒。
处理器9按图4所示的方式，检测出由金钢石形成的象点11。在设置试样时，可用诸如金属带等等的不透光材料仔细地限定出试样的边界，以形成清晰的边缘14。然后，处理器9生成由检测器5产生的图象的数字图形，处理器9对图象中的所有的点(即颗粒)进行探查，并存储它们的位置。在该实施例中，处理器9将根据程序敏感出每一点11或13相对于背景的光强。一般说来，具有较低光强的点与金钢石相对应。但是，由非常小的非金钢石颗粒产生的象点，也可能是不清晰的，而较大的金钢石颗粒由于X射线穿过其中的光程比较大，也会产生相当强的吸收。因此，处理器9还需测定图象12上各点的尺度，并形成有关颗粒体积的估价。假定该处理器这一光程与图象12上各点的线性尺度相对应。因此，这一测定可用来在考虑尺寸的条件下校正各点光强的观测结果。其校正后的光强测定值低于某一给定量的点，将被鉴定为是金钢石，这一信息以及(如可能的话)其位置将被存储在存储器10中。
这一实施例可准确地估价出将被加工的任一微粒金钢石的重量。微粒金钢石在图象上的任一象点的光强与该微粒金钢石在该点处的厚度有相。试样厚度与金钢石光吸收量之间的关系，将取决于X射线源的能量频谱，并可以利用对已知尺度的金钢石试样的计算来确定。通过对整个点上微粒金钢石对X射线的吸收系数进行积分，并利用相应的计算，就可以确定出该微粒金钢石的体积，以及它的重量。
图5示出了根据本发明第二实施例构造的装置，它可用来在粉末试样中识别出金钢石。
图5中的装置亦采用图2中的X射线辐射装置，且在图5中的组件，与图2中类似的、具有相同的参考标点的组件相对应。
在本发明这一实施例中，当载片4已经过X射线3(大约10-12Kev)照射并在检测器5上形成了图象之后，该载片4将被送至第二位置，并由光源15发出的光照射。在这儿，所称的光为可见辐射;但是，这一光线也可以是可被金钢石较强散射或吸收的任何适用的辐射线。由图可见，载片4′被光线照射，并通过光学系统16在检测器5′上形成载片上粉末试样的图象。检测器5′可以包括有一CCD摄象机集成电路芯片。可以用低功率灯泡或LED光源以及适用的聚光系统来照射试样。光学系统16可在近似单位放大的条件下工作。
载片可保存在图5所示装置的暗盒17中，并依次向下供给，直到载片到达开口8位置，这时，将依次把载片供给至进行X射线照射的位置处。在载片4的图象已由检测器5取得之后，该载片4将经由开口18送至光照射位置，并由检测器5′获取，比如说，可见光下的试样图象。在此之后，载片将通过开口19到达另一暗盒20，以便按顺序加以收集。形成在检测器5和5′上的图象，分别由处理器21和22进行分析。另一处理器23对处理器21和22产生的图象进行比较，以便定位和进行进一步处理载片上的金钢石颗粒装置24，其作用是存储有关已鉴定为含有金钢石的载片的信息。
在一变型实施例中，载片4在经过X射线照射后将保持不动，将X射线源移去或移开该位置，并，比如说利用光导纤维将可见光照射过载片4;可利用同一检测器5对两者观察。这可以避免重合问题。
图6示出了分别由检测器5和5′获得的、由试样透过的X射线和可见光射线形成的图象。参考标号25表示由试样透射过的X射线图象。点26示出了基本上不透射X射线的粒子。在试样中的金钢石均未出现在图象25中，因此也不可能被检测出。参考标号27表示环绕着载片受照射部分的不透光材料，且如前所述，它可作为位置参考标记。参考标号28表示由检测器5′产生的可见光射线图象。与点26相应的点29出现在图象28中，而且它们是由在图象25中可以看到的同样颗粒形成的。但是，粉末状大小的金钢石对可见光也是基本上不透光的(它们可能很粗糙，或是由石墨复盖着)，并且会使照射在其上的光发生散射，从而形成阴形。图28示出了两个金钢石30和30′。
如图7所示，处理器21和22按下述方式检测由金钢石形成的点30和30′。象第一实施例一样，用定位各点并存储其位置的方式，处理器21和22产生相应于图象的数字图。然后，这图象的两个数字图由处理器23映射到同一坐标系统中。处理器23检查在第二数字图上出现的各点是否已出现在第一数字图上。出现在第二图象上但未出现在第一图象上的点，被判定为可能是金钢石。这一信息提供给存储器24。
根据本发明的第三实施例，亦可利用图2所示的装置检测存在于试样中的金钢石。在本发明的第三实施例中，没有由透射过试样的可见光形成的图象。它是在每一试样用，比如说10Kev的软X射线照射之后，改换射线源1，以产生可被金钢石较强吸收的、更为软性的(能量更低，大约为5Kev)X射线(即其较大部分的能量位于更长波长的X射线)。因此，每一载片4将在检测器5上依次产生两幅图象，并送至处理器9。这些图象一般如图6所示，图象28相应于用能量更低的X射线所获得的图象。在这儿，相应于金钢石的象点30和30′比相应于矿石的象点29更为不鲜明，但仍可由处理器9检出来。然后，用处理器10按与第二实施例和图7所示的相类似的方式处理各图象。
在第二和第三实施例中，仅对由微粒金钢石产生的阴形区域进行测定，且为了估价其重量，还需对颗粒的形状进行假设。
实例利用根据本发明第一实施例构造的装置，来观测其颗粒尺寸在50微米至300微米之间的试样。
采用在大约9Kev下工作的密封管形X射线源。若假定射线源距检测器间的距离为4厘米，则需要大约为0.1mA的射束电流。根据试样至摄象机间的距离以及所需的分辨率，焦点尺寸可在10至600微米之间，最好在30至300微米之间。若需要进一步减小焦点的尺度，则需要设置微焦点管。
利用硅CCD摄象管来形成试样透射过的X射线的图象，该图象可以是对许多适宜图象的帧数求平均值，以获得质量可满足要求的图象。该装置可设置处理器每5到10秒，观察一个试样，该处理器是由具有画面存储卡的快速个人计算机提供的。该计算机可设置去指示出具有微粒金钢石的试样，并可估价出微粒金钢石的大小和重量，该计算机还可利用坐标系统指示出微粒金钢石在图象中的位置。
本发明已通过例举方式在上面清楚地给与了说明，且其种种改型也属于本发明。
权利要求
1.一种检测存在于矿石试样中的金钢石的方法，它包括破碎矿石试样为粉末颗粒，将一层粉末颗粒放置在基底上，用X射线照射这些颗粒，测取透射过粉末颗粒层的X射线，并根据金钢石颗粒比伴生矿石颗粒对X射线有更大的透光性来检测金钢石。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于形成透射过的X射线图象。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于是在X射线检测器上形成透射过的X射线图象，检测器用于给出响映图象的信号。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于检测器非常靠近粉末颗粒。
5.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于颗粒尺度基本上在20至100微米。
6.如前述任一权利要求所述的方法，它还包括定位金钢石位置的步骤。
7.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于该X射线包括软X射线。
8.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于用X射线点发射源发出的X射线照射颗粒。
9.如前述任一权利要求所述的方法，它还包括用不同于第一射线的另一射线照射颗粒，并测取透射颗粒层的另一射线的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于另一射线包括可见光线。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于形成第一图象其由透射过颗粒层的第一射线构成的第一图象组成，形成第二图象其由透射过颗粒层的第二射线构成的图象组成，并比较第一和第二图象。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于另一射线可透射过金钢石颗粒的部分要比第一射线少。
13.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于另一射线包括有较大部分的X射线。其波长比第一射线波长更长。
14.如权利要求11至13中任一权利要求所述的方法，其特征在于对在第一图象和第二图象中代表着各颗粒的点进行识别和比较。
15.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于形成透射过的X射线的图象，对图象中代表颗粒的象点进行识别，并测取每一象点的光强度。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于用参考象点的尺度对每一象点的光强测取结果进行校正。
17.如权利要求14或15和16所述的方法，其特征在于若一象点在第二图象中比在第一图象的反差更强烈，则鉴定该象点是由金刚石产生的。
18.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于用其颗粒在图象上形成的象点比背景更暗的方式形成透射过的X射线图象。
19.用于检测出存在开已被粉碎成小颗粒的矿石试样中的金钢石的装置，它包括有用于用X射线照射该颗粒薄层的手段，用于测取透射过颗粒薄层的X射线手段，用于根据金钢石颗粒比伴生矿石颗粒具有更高的透明性来识别出存在于颗粒层中的金钢石颗粒的手段。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于测取组件包括有用于形成透射过的X射线图象的手段。
21.如权利要求19或20所述的装置，它还包括有用于安放颗粒薄层的基底。
22.如权利要求19所述的装置，它还包括有用于存储若干个可在其上安放颗粒薄层的基底的手段，以及用于每次一个地将该基底由存储手段送至照射手段的手段。
23.如权利要求19至22中任一所述的装置，其特征在于照射手段用来产生软X射线。
24.如权利要求19至23中任一个所述的装置，它还包括有用于分析对X射线的检测结果以检测出存在于颗粒中的金钢石的自动化手段。
25.如权利要求19至23中任一个所述的装置，它还包括有用于不同于前述第一射线的另一射线照射颗粒薄层的手段，以及用于测取由颗粒薄层透射过的另一射线的手段。
26.如权利要求25所述的装置，它还包括有用于比较对第一X射线和另一射线的测取结果以检测出存在于颗粒薄层中的金钢石的计算手段。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于用于测取另一射线的手段其包括有用于形成有关另一射线的的图象的手段。
28.如权利要求19至27中任一个所述的装置，其特征在于测取手段设置在非常靠近颗粒薄层的位置处。
29.如权利要求19至28中任一个所述的装置，其特征在于照射手段包括有一点X射线源。
30.如权利要求19至29中任一个所述的装置，该装置可用来实现如权利要求5、6和12至18中任一个所述的方法。
全文摘要
为了能在勘探时准确而简单地检测出金刚面，可将岩面试样破碎成粉末颗粒，并用处理透射过颗粒薄层的X射线的图象的方式，来自动地识别出粉末颗粒中是否含有金刚石颗粒(30)。可用将这一图象与透射过颗粒薄层的另一幅可见光的图象进行比较的方式来处理图象。
文档编号G01N33/38GK1083214SQ9310827
公开日1994年3月2日 申请日期1993年6月3日 优先权日1992年6月3日
发明者M·-L·龙尼, J·G·C·史密夫, M·P·史密夫, M·库帕 申请人:森桑企业