9.2 Подготовка руды перед радиометрической сепарации

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 10

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Перед автоматической сепарацией руды материал необходимо определенным образом подготовить:

1) Дробление руды до крупности 250-500 мм;

2) Промывка руды в бутаре, вибрационном грохоте или грохоте-конвейере для удаления шламов и загрязнений с кусков руды с целью предотвращения пылеобразования и искажений излучения.

3) Классификация руды по классам крупности, так как содержание ценного компонента в кусках руды разной крупности неодинаково.

Классификация руды проводится по шкале, равной 1,5 для слабоконтрастных материалов и 2 для контрастных материалов.

При поточном режиме (рис.Рисунок 17) масса порций не определена и зависит от распределения ценного компонента в потоке. Эффективность порционной сортировки определяется степенью неоднородности содержания данного компонента и объёмом отсекаемой порции.

При порционном режиме масса порции равна массе руды в транспортирующей ёмкости. Достоинствами являются неподвижность порции при определении признака, исключение влияния помех от соседних порций. Порционные режимы обладают высокой производительностью, но низкой точностью.

При покусковом режиме куски должны двигаться на строгом расстоянии друг от друга, масса порции равна массе куска. Покусковой режим имеет высокую точность разделения, но низкую производительность, особенно на мелком материале.

Рисунок 17 – Технологические режимы радиометрического обогащения: 1- поточный; 2 – порционный; 3 – покусковой.

Производительность сортировки зависит от режима.

Производительность порционной сортировки определяется пропускной способностью конвейера.

, (11)

где m_n - масса порции, т

t_обс - время обслуживания порции, сек.

Производительность покусковой сортировки:

, (12)

где V - объём куска, м³

ρ - плотность куска, т/м³

n - частота срабатывания исполнительного механизма, с^-1.

При покусковом режиме куски следуют друг за другом на определённом расстоянии.

9.3 Классификация радиометрических методов обогащения

I Эмиссионные методы основаны на возбуждении вторичного излучения.

1. Фотометрический метод основан на использовании различий разделяемых компонентов полезных ископаемых в отражающей способности минерала.

2. Рентгенорадиометрический метод основан на использовании характеристических рентгеновских спектров химического элемента под действием рентгеновского или γ излучения.

3. Люминисцентный основан на способности некоторых минералов испускать фотоны при возбуждении их молекул рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами , видимым светом или нагреванием.

4. Авторадиометрический основан на использовании естественной радиоактивности. Сепарация происходит по разнице в интенсивности гамма излучения.

5. Фотонейтронный (гамма-нейтронный) основан на измерении искусственно наведенного облучения гамма-квантами.

6. Нейтронно-активационный метод основан на облучении потоком тепловых нейтронов с последующим разделением кусков по интенсивности гамма-излучения.

II Абсорбционные методы основаны на ослаблении прошедшего излучения без изменения его природы.

1. Гамма-абсорбционный метод основан на различии в поглощении или рассеивании излучений, разделяемыми компонентами руды.

2. Нейтронно – абсорбционный метод основан на использовании различий в ослаблении потока нейтронов разделяемыми компонентами полезных ископаемых.

3. Радиоволновой метод основан на электрических и магнитных свойствах минералов при взаимодействии с радиоизлучением.

9.4 Фотометрический метод обогащения

Закон отражения света гласит: если свет падает на плоскую поверхность оптически однородного вещества, то угол падения первичной волны φ равен углу отражения вторичной волны по абсолютному значению. Такое отражение называется зеркальным. Если поверхность шероховата или оптически неоднородна, отраженный свет вследствие дифракции будет равномерно распространятся по всем направлениям. Такое отражение называется диффузным.

Отношение световых потоков отраженной и падающей волн определяется коэффициентом отражения. Закон преломления устанавливает связь между углом распространения преломленной волны и углом падения первичной волны:

sinφ/sinψ=n₂₁, (13)

где n₂₁ – относительный показатель преломления среды, в которой распространяется преломленный свет относительно среды распространения падающего света.

По мере проникновения преломленной волны в вещество падение ее светового потока Ф_р происходит по закону

Ф_р=Ф_р0 · e^-αd, (14)

где Ф_р0 начальное значение светового потока;

α – коэффициент поглощения;

d – толщина слоя вещества.

При этом методе используется разница в коэффициенте отражения рассеянного света минералов и горных пород. Куски руды подаются в фотометрическую камеру, в которой они освещаются на специально подобранном однородном по цвету фоне, а отраженный свет улавливается через светофильтр датчиком. Светофильтр пропускает тот диапазон спектра, где наблюдается наибольшая разница в отражении света разделяемыми минералами.

Датчиками служат фотоэлементы и фотоумножители, обеспечивающие большую чувствительность, селективность и производительность. В последние годы фотометрическая сепарация применяется для поваренной соли от ангидрида, гипса от мергеля (карбонат, силикат), известняка и доломита, сланцы от пегмантитов, изумруды, золото. Крупность материала, который может обогащаться этим методом, от 200 до 3 мм. Достоинство этой группы методов – чрезвычайно высокая производительность, при переработке сырья крупностью -10+5 мм до 200-400 срабатываний в минуту.

К недостаткам этого метода относятся:

- необходимость отмывки руды от загрязнений;

- недостаточная глубина анализа, так как анализируется только поверхностная часть минерального зерна;

- недостаточная корреляция между интенсивностью отраженного света и содержанием полезного компонента.

8.4.1 Оборудование для фотометрической сортировки

На рисунке Рисунок 18 представлена схема фотометрического сепаратора.

Рисунок 18 - Фотометрический сепаратор

Компания Mogensen поставляет различные типы машин для сортировки различных типов минералов (табл. Таблица 2), таких, как:

- известняк, мрамор, тальк

- базальт

- гравий, кварц

- строительный мусор (напр.: кирпичный щебень, бетон)

- огнеупорные материалы (напр.: сырой магнезит, расплавленный магнезит).

Таблица 2 – Фотометрические сепараторы

Сортировка кремнистой гальки. Благодаря сортировке белой и серой кремнистой гальки из разнородной смеси получают кварц с содержанием железа менее 0,05% (рис.Рисунок 19). Такой кварц используется в качестве сырья в промышленности по производству кремния. Кварц расплавляется в плавильных печах в чистый кремний и служит в качестве исходного материала для силикона и особо чистого кремния для изготовления полупроводников или солнечных элементов. Размер зерен 30-100 мм, производительность 60 т/ч.

Рисунок 19 – Обогащение кварца

Установка MikroSort AT 1223 (рис.Рисунок 20) специально для сортировки разноцветных камней. Она снабжена двумя цветными строчными камерами, которые осматривают поток с двух сторон. Проходной продукт, белый и серый кварц, отклоняется сжатым воздухом в сторону, коричневая кремнистая галька падает вниз напрямую (рис.Рисунок 21).

Рисунок 20 – Фотометрический сепаратор MikroSort AT 1223 компании Mogensen

Рисунок 21 – Схема отделения кусков из потока

Распознанные по цвету камни отбраковываются посредством сжатого воздуха с применением сверхбыстрых высокопроизводительных клапанов.

9.5 Рентгенорадиометрический метод

Метод основан на зависимости интенсивности рентгеновской флуоресценции от концентрации элемента в образце.

Существуют два вида рентгеновского излучения (РИ) – тормозное (непрерывное) и характеристическое, различающиеся по способу (причинам) возникновения (рис.Рисунок 22).

Тормозное излучение – электромагнитное излучение, возникающее в рентгеновской трубке в результате торможения электронов вылетающих с катода в кулоновском поле ядер атомов анода.

Рисунок 22 - Рентгеновское излучение.

Спектр не может иметь кванты с энергией больше, чем полная энергия электронов.

Максимальную энергию квант РИ будет иметь, если разогнавшийся электрон всю свою энергию при торможении передаст образующемуся кванту РИ, т. е.

(15)

Таким образом, максимальной энергии квантов в спектре соответствует минимальная длина волны, так как длина волны и частота (т.е. энергия) обратно пропорциональны.

Итак, спектр ТРИ имеет коротковолновую границу.

При бомбардировке анода потоком ускоренных электронов малая их доля (~1 или менее столкновений из 100) вызывает ионизацию атомов мишени, что, в свою очередь, может закончиться испусканием квантов характеристического рентгеновского излучения.

Проходя сквозь вещество, частица сталкивается с атомами этого вещества. Число столкновений зависит в основном от электрического заряда и скорости частицы. Масса частицы и природа самого вещества играют лишь второстепенную роль. При каждом столкновении существует некоторая вероятность того, что атом потеряет электрон и превратится в положительно заряженный ион. Поэтому частица, движущаяся в веществе, оставляет за собой след из электронов и положительных ионов. Этот процесс, называемый ионизацией, схематически изображен на рисункеРисунок 23. Например, очень быстрый протон (скорость которого близка к скорости света) при движении в воде оставляет на каждом сантиметре пути примерно 70 000 пар электронов и положительных ионов. Одновременно с ионизацией атомы при столкновении могут излучать свет или приобретать импульс, что ведет к нагреву вещества и возникновению в нем разного рода дефектов.

Рисунок 23 – Процесс ионизации

Положительно заряженная частица (слева) приближается к нейтральному атому, который представляет собой положительно заряженное ядро, окруженное облаком отрицательно заряженных электронов. Частица притягивает электроны атома (посередине), что приводит к разделению зарядов. Если она достаточно долго находится вблизи атома, то из него вырывается электрон (вверху справа). В результате образуется положительный ион – атом, у которого положительный заряд ядра больше отрицательного заряда электронного облака.

Характеристическое излучение – рентгеновское излучение, возникающее в результате перехода атомов из возбужденного состояния в нормальное.

Рассмотрим возникновение ХРИ поэтапно:

- анод РТ бомбардируется электронами;

- налетающие электроны на анод выбивают электроны с внутренних оболочек атома материала анода;

- удаление электрона с оболочки вызывает возбуждение атома;

- атом снова стремится перейти в стабильное энергетическое состояние;

- переход в стабильное состояние совершается посредством перехода электронов с более высокоэнергетических уровней на освободившееся место;

- согласно закону сохранения энергии происходит испускание электромагнитного излучения с энергией, эквивалентной разности энергетических уровней оболочек, между которыми совершается электронный переход;

– у атомов каждого элемента разность энергий своя, длины волн РИ у каждого элемента свои, длина волны - характеризует атом.

Два понятия – первичное и вторичное характеристическое излучение.

Первичное ХРИ возникает в результате бомбардировки объекта (анода РТ) пучком электронов.

Вторичное (флуоресцентное) ХРИ возникает в результате возбуждения объекта рентгеновским излучением.Разница – только в происхождении, в спектрах разницы нет.

Рентгеновская флуоресценция

Когда атомы образца облучаются фотонами с высокой энергией – возбуждающим первичным излучением рентгеновской трубки, это вызывает испускание электронов. Электроны покидают атом. Как следствие, в одной или более электронных орбиталях образуются "дырки" - вакансии, благодаря чему атомы переходят в возбужденное состояние, т.е. становятся нестабильны. Через миллионные доли секунды атомы возвращаются к стабильному состоянию, когда вакансии во внутренних орбиталях заполняются электронами из внешних орбиталей. Такой переход сопровождается испусканием энергии в виде вторичного фотона – этот феномен и называется "флуоресценция''.

Энергия вторичного фотона находится в диапазоне энергий рентгеновского излучения, которое располагается в спектре электромагнитных колебаний между ультрафиолетом и гамма-излучением. Различные электронные орбитали (рис.Рисунок 24) обозначаются K,L,M и.т.д., где К - орбиталь, ближайшая к ядру.

Рисунок 24 – Электронные орбитали.

Каждой орбитали электрона в атоме каждого элемента соответствует собственный энергетический уровень. Энергия испускаемого вторичного фотона определяется разницей между энергией начальной и конечной орбиталей, между которыми произошел переход электрона. Наиболее интенсивные линии характеристического спектра – Ka1,Ka2, Kb1 и Kb2 соотношение их интенсивностей – 100:50:20:4. Длина волны испускаемого фотона связана с энергией формулой E = E1-E2 = hc/λ , где E1 и E2 - энергии орбиталей, между которыми произошел переход электрона, h – постоянная Планка, с - скорость света, λ - длина волны испускаемого (вторичного) фотона. Таким образом, длина волны флуоресценции является индивидуальной характеристикой каждого элемента и называется характеристической флуоресценцией. В то же время интенсивность (число фотонов, поступающих за единицу времени) пропорциональна концентрации (количеству атомов) соответствующего элемента. Это дает возможность элементного анализа вещества: определение количества атомов каждого элемента, входящего в состав образца.

8.5.1 Оборудование для рентгенорадиометрической сортировки

Подлежащий обогащению машинный (сортируемый) класс подается на машину сортировочную сепаратора СРФ-4 (рис.Рисунок 25) (в приемный бункер). Питающий вибропитатель машины сортировочной обеспечивает дозированную непрерывную разгрузку руды из приемного бункера и подачу ее на раскладчик.

Рисунок 25 – Схема рентгенорадиометрического сепаратора

Раскладчик имеет лотковую конструкцию и формирует 4 потока (ручья) руды с покусковой подачей ее в зону измерения и отбора в режиме свободного падения. Каждый кусок подвергается сканирующему рентгеновскому облучению за счет естественного движения куска в узкощелевой полосе облучения. Спектр вторичного (флуоресцентного и отраженного) излучения от куска подвергается автоматической компьютерной обработке, определению аналитического параметра разделительного признака и сравнению полученной величины с заданным пороговым значением. Измерительно - управляющая система сепаратора (на основе промышленных компьютеров) вырабатывает сигнал управления на срабатывание исполнительного механизма на кусок с повышенным или пониженным содержанием ценных компонентов или элементов-примесей. Исполнительный механизм электромагнитного шиберного типа срабатывает, изменяя траекторию падения куска, который направляется в течку отбираемого продукта. Остальные куски падают без отклонения траектории в другую течку, например, «хвостов» (условно).

9.6 Люминесцентный метод

Данный метод основан на способности некоторых минералов ис­пускать фотоны при возбуждении их молекул рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами, видимым светом или нагреванием. Принципиальная схема узла облучения люминесцентного сепаратора приведена на рис.Рисунок 26. В развитие этих методов большой вклад вне­сли советские ученые. В 1939 году М.Е. Богословский предложил использовать рентгенолюминесценцию алмазов для обогащения, но из-за несовершенства аппаратурного оформления процесс примене­ния в промышленности в то время не получил (в 1941 году на обога­тительных фабриках Урала применялись установки М.Е. Богослов­ского для выделения алмазов из гравитационных концентратов).

В настоящее время высокопроизводительные сепараторы типа «ЛС» и «РЛС» являются основными аппаратами на алмазных обога­тительных фабриках РФ.

Рисунок 26 - Принципиальная схема узла облучения фотолюминесцентного сепаратора: 1 - лампа; 2 - отражатель; 3 - линзы; 4 - диафрагма; 5 – фильтр

Люминесценция возникает в результате преобразования энергии рентгеновского или другого излучения в световую. Процесс люми­несценции слагается из следующих стадий:

- поглощение энергии возбуждающего излучения;

- преобразование и передача энергии внутри тела;

- испускание света в центрах свечения;

- возвращение атома в равновесное состояние (т.е. электроны ато­ма из возбужденного состояния возвращаются в равновесное).

Центрами свечения могут быть атомы или комплексные ионы ос­новного вещества кристаллической решетки, ионы примесей, а также дефекты кристаллической решетки, вакансии, межузельные атомы и другие дефекты.

Способностью люминесцировать обладают многие минералы. Бо­лее полно изучена люминесценция минералов, связанная с собствен­ными атомами и комплексными ионами, а также с примесями редко­земельных элементов, двухвалентных ионов марганца, хрома. Со­держание примесей может варьироваться от тысячных долей процен­та до нескольких процентов. В некоторых случаях для возбуждения люминесценции, кроме основного активатора, необходимо присут­ствие еще второго вещества - соактиватора. Например, красная люминесценция кальцита возбуждается ультрафиолетовым излуче­нием с длиной волны 2500 Å, если в минерале, кроме примеси двухватентного марганца, присутствует еще примесь свинца. Другие при­меси, например железо или кобальт, также обладают свойством час­тично люминесцировать. Улучшение показателей селективности процесса достигается использованием соответствующих светофильт­ров.

Для возбуждения люминесценции используются следующие ос­новные типы электромагнитных излучений:

- Ультрафиолетовое. Длина волны около 3,8·10^-3 Å, энергия 3,26·10^-3...12,4·10^-2 кэВ;

- Рентгеновское. Длина волны 10²...6·10² Å, энергия 12,4·10^-2...2,06-10² кэВ;

- Гамма-излучение. Длина волны 1,0... 10 Å, энергия больше 10 кэВ.

Цвет люминесценции минералов зависит от характера источника возбуждения и длины волны. Например, шеелит хорошо возбужда­ется "короткими (1800...2500 А) или длинными (3500...3800 А) ульт­рафиолетовыми лучами и светится голубым светом. Чтобы выде­лить заданный минерал из совокупности нескольких минералов по цвету люминесценции, необходимо подобрать источник излучения с определенной энергией квантов, определить интенсивность и спек­тры возбуждаемой им люминесценции и, применяя соответствующие фильтры, создать условия, наиболее благоприятные для селективно­го выделения данного минерала.

Люминесцентной сепарации подвергаются якутские алмазы на отечественных сепараторах типа ЛС и РЛС. Кроме алмазов, люми­несцентной сепарации подвергают берилл-флюоритовые руды и шеелитовые концентраты.

С 1968 года рентгенолюминесцентные сепараторы для обогаще­ния алмазов выпускаются в Англии. Во Франции разрабатывались сепараторы для шеелита, основанные на его свойстве люминесциро­вать под воздействием ультрафиолетового излучения.