Тема 9. Радиометрическая сортировка
Радиометрическое обогащение повышает эффективность и рентабельность последующего обогащения полезных ископаемых по следующим причинам:
1) удаление значительного количества нерудных минералов (30-90%) от обогащаемого материала на первых этапах переработки добытого из недр сырья.
2) после сортировки повышается содержание полезного компонента и расширяется сырьевая база обогатительной фабрики. Себестоимость передела руды снижается на 10-15%, снижается содержание вредных примесей в концентрате, повышаются технико-экономические показатели.
3) на 20-30% повышается выпуск готовой продукции и комплексность использования сырья за счет применения крупных классов в строительной промышленности, горном деле и т.д.
Независимо от выбранного способа сортировки полезного ископаемого существуют общие операции:
1. Операции по подготовке к обогащению (дробление, промывка)
2. Отнесение частиц к определённому сорту.
3. Выделение из потока.
В традиционных методах показателем качества служит содержание ценного компонента в продуктах обогащения. В радиометрических методах получают косвенный параметр – коэффициент отражения, интенсивность γ-излучения, интенсивность рентгеновской флюоресценции, плотность излучения и т.д.
Это разделительный признак – показатель, по которому порцию полезного ископаемого относят к тому или иному сорту.
Например, в фотометрической сортировке зависимость содержания ценного компонента в куске от коэффициента отражения - прямая. Но это не всегда так, так как при определении содержания играет роль диапазон крупности, вид излучения и т.д.
На рисункеРисунок 15 приведена схема устройства механизированной фотометрической рудоразборки.
Рисунок 15 – Схема механизированной фотометрической рудоразборки
1 – транспортер; 2 - источник света; 3 – фотоэлемент; 4 – усилитель; 5 – электромагнит; 6 – шибер.
Куски руды (угля) и породы цепочкой двигаются по транспортеру (1). При прохождении под источником света (2) кусков с малой отражающей способностью, фотоэлемент (3) не реагирует на отраженный свет из-за его небольшой интенсивности. Шибер (6) не отклоняется, и куски попадают в соответствующий сборник. При прохождении под источником света (2) кусков с высокой отражающей способностью, фотоэлемент (3) выбрасывает сигнал, поступающий в усилитель (4). Усиленный сигнал подается на электромагнит (5), который отклоняет шибер (6). Куски материала попадают в другой сборник.
Сущность процесса радиометрического обогащения минерального сырья заключается в том, что определенный объем руды проходи мимо счетчика, который фиксирует либо естественную радиоактивность, либо радиоактивность, наведенную каким-либо излучением. Регистрируя интенсивность возникающего эффекта с помощью электронной аппаратуры можно определить наличие или отсутствие интересующего элемента в данном объеме руды.
Логическое устройство выделяет излучение заданного спектра, определяет его уровень, сравнивает этот уровень с заданным порогом.
Далее, в соответствии с уровнем излучения заданного спектра, с помощью исполнительного механизма объемы руды (куски, порции) направляют в продукты с различными, в том числе и отвальным, содержанием металла.
Задачи радиометрического обогащения
1. Предварительное обогащение руд (крупнокусковое). Как показала практика, предварительное обогащение позволяет на 20-50 % сократить объем руды, поступающей на среднее дробление и дальнейшую переработку. Кроме того, оно повышает содержание ценного компонента в перерабатываемом сырье и, как следствие, сквозное извлечение. Радиометрическое обогащение широко применяется для предварительного обогащения бериллиевых, золотых руд и руд неметаллических полезных ископаемых.
2. Предварительное разделение полезных ископаемых на отдельные технологические сорта, которые более эффективно перерабатываются по различным схемам. Например, радиометрическое обогащение позволяет при переработке медной руды сначала выделить крупнокусковую богатую фракцию, которую можно сразу же направить на плавку, и бедную фракцию, которая сначала обогащается флотацией, а затем плавится.
3. Получение крупнокусковых концентратов. Для некоторых металлургических процессов (например, доменная плавка) необходимо крупнокусковое исходное сырье. Радиометрическое обогащение позволяет получать крупнокусковые железные концентраты, которые без всякой дополнительной подготовки можно направлять в доменную печь.
4. Доводка концентратов, полученных другими методами обогащения, например, получение сверхчистых кварцевых концентратов.
9.1 Свойства руд, влияющие на обогатимость радиометрическими методами
1) Вещественный состав. При использовании методов, регистрирующих содержание химического элемента, например, использующие нейтронное и гамма-излучение, не имеет существенного значения, в какой из минералов входит данный химический элемент. В других случаях используются методы, чрезвычайно чувствительные к изменениям химического состава минерала и формы включений.
Например, люминесцентная сортировка использует явления свечения минералов благодаря включению в кристаллическую решетку атомов или групп, имеющих название люминогенов. Присутствие гасителей приводит к ухудшению процесса сортировки. Люминесцируют – алмаз, ильменит, флюорит, доломит, сфалерит, барит. Люминогены – уран, марганец, арагон.
2) Распределение ценного компонента в руде. При добычи полезного ископаемого и последующем его дроблении получают куски трех типов: содержащие только полезный минерал; содержащие только породные минералы; куски-сростки, содержащие полезный и породные минералы.
Выделяют три формы распределения ценных минералов (рис.Рисунок 16).
| а |
| в |
| б |
Рисунок 16 – Формы распределения ценного компонента в сростках. а- равномерная по всему объему сростка с выходом отдельных вкраплений на поверхность; б – концентрированное, при котором ценный компонент имеет выход на поверхность куска; в – концентрированное, при котором ценный компонент не имеет выхода на поверхность.
Сростки (Рисунок 16 в) можно выделять в концентрат только при использовании проникающих излучений. Сростки (Рисунок 16 а, б) можно выделять из материала с использованием излучений в видимом диапазоне.
3) Контрастность полезного ископаемого – отношение средневзвешенного отклонения содержания ценного компонента в кусках от среднего содержания его в руде к этому среднему содержанию:
, (8)
где α – среднее содержание ценного компонента в полезном ископаемом, %;
βi – содержание полезного компонента в i-том куске, %;
γi – выход куска в общей массе руды, доли единиц;
n – число кусков в пробе.
Величина показателя контрастности может изменяться в пределах от 0 до 2. По показателю контрастности руды можно подразделять на следующие группы:
М<0,5 – не контрастная;
M=0,5-0,7 – низкоконтрастная;
М=0,7-1,1 – контрастная;
М=1,1-1,5 – высококонтрастная;
М>1,5 – особоконтрастная.
Показатель покусковой контрастности является истинной контрастностью руды. Показатель порционной, а тем более поточной контрастности для той же самой руды всегда ниже. Если показатель контрастности связать с технико-экономическими показателями обогащения руды, то в соответствии с экспериментальными данными следует, что показатель экономической эффективности радиометрической сортировки Э может быть определен по формуле:
, (9)
, (10)
где ε – извлечение металла при радиометрической сортировке;
α1 – стоимость переработки руды;
α2 – стоимость добычи руды;
γ - выход обогащенной руды в долях единиц.
4) Содержание полезного компонента определяет промышленную ценность месторождения. Именно для руд с низким содержанием ценных компонентов особенно эффективно предварительное обогащение с помощью радиометрических методов. Адсорбционные методы (ослабление прошедшего излучения без изменения его природы) применяются только при высоком содержании ценного компонента (>10%). Эмиссионные методы, основанные на ослаблении прошедшего излучения без изменения его природы, более чувствительны к содержанию ценного компонента.
5) Гранулометрический состав при радиометрической сепарации отражается непосредственно на технологических показателях.
Процесс предназначен в основном для переработки крупных классов, так как мелкие классы затруднительно обрабатывать в условиях покускового режима. Производительность радиометрических сепараторов резко снижается по мере уменьшения крупности обрабатываемого сырья. При обработке мелких кусков величина разделительного признака может оказаться недостаточной для ее обнаружения.