Радиометрическое обогащение руды

Введение

Современное состояние  сырьевой базы страны свидетельствует  о снижении содержания ценных компонентов  в рудах и все большем преобладании в общем объеме запасов полезных ископаемых доли рядовых, бедных и некондиционных руд, переработка которых по традиционным технологиям зачастую приводит к росту себестоимости получения товарных продуктов. Эта тенденция, по мнению многих ученых, носит глобальный характер. Снизить ее негативное влияние на производство товарной продукции из минеральных ресурсов можно, лишь повышая качество добываемых руд непосредственно перед переработкой. Для этого необходимо совершенствовать методы предварительной концентрации (предконцентрации) полезных компонентов путем повышения достоверности контроля содержания полезных компонентов (ПК) при сепарации руд. Радиометрические методы сепарации руд составляют основу процессов предконцентрации минерального сырья.

Одним из радиометрических методов сепарации, успешно зарекомендовавшим  себя при обогащении алмазосодержащих руд, является люминесцентный метод. Однако для других видов минерального сырья его высокая эффективность достигается лишь в тех случаях, когда в исходной руде присутствует только один люминесцирующий минерал.

 

Радиометрическое обогащение руды

Радиометрическое обогащение руды — переработка руд, основанная на взаимодействии различных видов излучений с веществом. Метод заключается в регистрации специальными детекторами наведённого или собственного излучения от отдельных кусков руды, с последующей их механической сортировкой по степени содержания полезного компонента. Разделяется на две категории:

• крупнопорционная сортировка (по самосвальная, по вагонетоная)
• покусковая сепарация

Известно более 30 методов  радиометрического обогащения, наиболее распространённые методы:

• Радиометрический (1)
• Радиометрический (авторадиометрический) для руд с естественной радиоактивностью, например, урановых (2)
• Рентгенорадиометрический для руд, не имеющих естественную радиоактивность, основан на регистрации характеристического излучения вещества после воздействия на него гамма- или рентгеновских лучей (3)
• Рентгенолюминесцентный (появление ответного люминесцентного излучения под действием рентгеновского) (4)
• Фотометрический, основан на регистрации оптических характеристик материала (цвет, блеск, коэффициент отражательной способности) (5)
• Электромагнитометрический (для Pb, Zn, Fe) (6)
• Метод, основанный на воздействии на минерал γ-n излучения, например, используется для Sb, Be, изумруда (7-8)
• Нейтроноактивационный (9)
• Метод теплового воздействия (10).

Для урановых руд используется (1), (9), (3);

При использовании данных методов  удаётся достичь содержания полезного  компонента в хвостах до 12—15×10⁻³%. В настоящее время в России нет заводов по предварительному обогащению урановых руд. Восстанавливается завод в Краснокаменске.

Применение радиометрического  обогащения позволяет сократить  объём горной массы поступающей  на дальнейшее глубокое обогащение, выделить крупнокусковые хвосты (что благоприятно сказывается на экологии горного производства).

Р. о. получило распространение при  обработке урановых руд, являясь  основным методом обогащения этого  вида сырья. Кроме того, оно используется для обработки бериллиевых руд (фотонейтронный процесс), золотосодержащих руд и неметаллических полезных ископаемых (фотометрический процесс), алмазосодержащих руд (люминесцентный процесс), железных РУД (гамма-абсорбционный процесс), борных руд (нейтронно-абсорбционный процесс) и др.

Разновидность Р. о. — радиометрическая сортировка, с помощью которой сортируются загруженные полезным ископаемым транспортирующие устройства (вагонетки, автомашины, скипы и др.). Сортировка осуществляется радиометрической контрольной станцией (рис. 2), которая работает с большой производительностью, но коэффициент обогащения полезного ископаемого при этом невелик. В связи с этим они используются главным образом для выделения из горной массы наиболее бедной части полезного ископаемого, удаляемой в отвал.

 

 

ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ СЕПАРАЦИЯ (а. luminiscence separation; н. Lumineszen- zseparation, Lumineszenzscheidung; ф. separation par luminescence; и. separacion luminiscente) – радиометрический процесс разделения минералов, основанный на способности их светиться под действием ультрафиолетовых и рентгеновских лучей. Применяют при обогащении полезных ископаемых, содержащих минералы, люминесцирующие в рентгеновских (алмазосодержащие, шеелитовые, флюоритовые, цирконовые, апатитовые, сподуменовые и другие руды) или в ультрафиолетовых лучах (флюоритовые, шеелитовые и др. руды). Впервые рентгенолюминесцентная сепарация применена в CCCP в 30-е годы для изучения алмазосодержащих руд. Метод и аппаратура разработаны советским учёным М.В.Богословским.

Различают люминесцентную сепарацию по способу возбуждения люминесценции и режиму сепарации. По способу возбуждения выделяют рентгенолюминесцентную и фотолюминесцентную люминесцентную сепарацию; по режиму сепарации — покусковую для слабоконтрастных руд и поточную люминесцентную сепарацию, для высококонтрастных руд при малом содержании выделяемого минерала (см. Люминесцентный анализ). 

Для повышения селективности и чувствительности разделения минералов используют абсорбционные или интерференционные светофильтры. Эти светофильтры обеспечивают максимальное излучение в узком диапазоне спектра, который совпадает с полосой люминесценции выделяемого минерала. 

Люминесцентная сепарация осуществляется в рентгенолюминесцентных и фотолюминесцентных сепараторах. Наиболее распространены рентгенолюминесцентные сепараторы для обогащения алмазосодержащих руд. 

Люминесцентные сепараторы состоят из питателя, наклонного лотка, блока детектирования [включающего рентгеновскую трубку, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и радиометр] и отсекателя (выполненного в виде поворотной лопасти с соленоидным приводом). Сепараторы оснащаются блоком автоматического контроля и управления. Материал, поступающий в сепаратор, подаётся с помощью барабанного питателя на наклонный лоток. Двигаясь с ускорением по лотку, монослой пересекает полосу коллимированного рентгеновского излучения. Световой поток люминесценции воспринимается ФЭУ, который преобразует его в электрический ток. Величина тока пропорциональна световому потоку и при превышении некоторого порогового уровня радиометр включает соленоид отсекателя, осуществляющего отбор люминесцирующего минерала. Люминесцирующие минералы и расположенные рядом куски породы поступают в концентратный канал, а пустая порода, не содержащая люминесцирующие минералы, — в хвостовой канал. 

Люминесцентные сепараторы успешно конкурируют по производительности с наиболее производительными обогатительными аппаратами (отсадочными машинами и тяжелосредными сепараторами). По технологическим показателям люминесцентные сепараторы значительно превосходят результаты, достигаемые при гравитационном обогащении, например

основные положения  теории люминесцентной сепарации минерального сырья"

- классификация признаков  люминесцентного метода базируется  исключительно на спектрально-кинетических  характеристиках минералов;

- интенсивность люминесценции  минералов и минеральных агрегатов при прохождении ими зоны облучения является функцией не только спектрального состава люминесценции и скорости ее развития во времени, но и функцией светящейся площади, которая, в свою очередь, является функцией содержания полезного компонента;

- предельно допустимая  ширина зоны облучения минералов  рассчитывается исходя из времени  облучения излучением, возбуждающим  их люминесценцию, в соответствии  с ее спектрально-кинетическими  характеристиками и учетом затухающей составляющей люминесценции разделяемых минералов;

- область регистрации  люминесценции разделяемых минералов  по ходу их движения через  зону облучения рассчитывается  исходя из среднего времени  жизни возбужденного состояния  каждого минерала, ширины зоны облучения и скорости движения минералов или минеральных агрегатов через нее;

режим возбуждения и  регистрации люминесценции сепарируемого  материала выбирается из условия  максимума критерия, определяющего  информативность признака люминесцентного метода разделения и основанного на информации о распределении люминесцирующих минералов на поверхности раздбеляемых образцов.

 

Алмаз – это редкий минерал и относится к драгоценным камням

первого класса. Он состоит из чистого углерода и представляет собой

одну из его кристаллических модификаций.

По состоянию на 01.01.2001 г. по объему прогнозных ресурсов

Россия занимает первое место в мире. По разным оценкам они состави-

ли 35–50 % мировых [1–4]. Однако ресурсы категорий Р1 и Р2, служащие

ближайшим резервом для прироста запасов, не превышают 16 % сум-

марных.

Основная часть прогнозных ресурсов страны (около 65 %) при-

ходится на приполярные районы Западной Якутии с неразвитой ин-

фраструктурой. Из них на районы действующих алмазодобывающих

предприятий приходится не более 10 %. Около 20 % ресурсов располага-

ется в Архангельской области и только 10 % – в промышленно-развитых

районах европейской части России.

По разведанным запасам Россия также занимает первое место в

мире. Последние существенно превосходят суммарные разведанные за-

пасы всех остальных стран мира, вместе взятых.

Качество алмазов в эксплуатируемых трубках России в среднем

сопоставимо с качеством камней в главных месторождениях мира, но

средние содержания алмазов в них выше, чем в большинстве зарубеж-

ных объектов.

За 2003 г. в России добыто 33 млн карат необработанных алмазов

на 1,7 млрд дол. На втором месте находится Ботсвана. Всего в мире за

год добывается около 150 млн кар (или 30 т). Основная часть приходит-

ся на Ботсвану, ЮАР, Канаду и Россию.

Основной недропользователь в сфере добычи алмазов в России –

АК «АЛРОСА», которая является владельцем прав на разработку всех

коренных и большей части россыпных месторождений алмазов в Рес-

публике Саха (Якутия). Правами на эксплуатацию россыпей в Анабар-

ском и Приленском районах владеют две небольшие дочерние фирмы

АК «АЛРОСА» – «ОАО Нижне-Ленское» и «ООО Алмазы Анабара».

Россия – второй в мире производитель алмазов (на ее долю при-

ходится около четверти продаж), которая в 2,5 раза отстает от Dee

51

Beers. По предварительным данным алмазная госмонополия «АЛРОСА»

в 2005 г. продала камней на 2,55 млрд дол. (в основном через компанию

Dee Beers).

Цены уже проданных камней довольно стабильны и составляют

58 дол. за карат. Российские алмазы оценили дешевле – 51 дол. за карат.

3.1. Свойства  алмазов

и области их применения

Удельный вес алмазов колеблется от 3,47 до 3,56 г/см3 и зависит

от структуры камня, содержания примесей и их количества. Средний

удельный вес алмазов равен 3,52 г/см3. Алмазы карбонадо вследствие их

пористости и наличия включений угля и графита обладают обычно низ-

ким удельным весом, который колеблется от 3,012 до 3,416 г/см3.

Алмазы преимущественно бывают бесцветные и прозрачные, но

встречаются и алмазы с различными оттенками – коричневого, красного,

желтого, синего, голубого, зеленого и других цветов. Известны также

алмазы черного цвета. Предполагают, что окраска алмазов зависит от

примесей различных металлов, присутствующих в незначительных ко-

личествах. Часто окраска алмазов обусловлена включениями, появив-

шимися или в процессе роста кристалла, или после его образования.

Встречаются кристаллы алмаза в «рубашке», состоящей из окислов же-

леза, марганца и кальция.

Абсолютно прозрачные алмазы – голубовато-белые кристаллы,

или алмазы чистой воды, – довольно редки и очень высоко ценятся.

При нагревании окраска некоторых алмазов может изменяться, но

со временем их первоначальный цвет восстанавливается. Иногда окраска

алмаза бывает связана с поверхностными зонами кристалла и исчезает

после огранки. Облучение алмазов в атомном реакторе изменяет их цвет.

Одновременно с изменением окраски алмазы приобретают радиоактив-

ные свойства, которые исчезают через несколько дней.

В настоящее время алмазы можно окрашивать в голубой цвет ис-

кусственно – путем соответствующей бомбардировки электронами или

гамма-лучами.

Прозрачные кристаллы отличаются очень сильным алмазным бле-

ском, у непрозрачных он слегка жирноватый и металлический. Сильный

блеск алмаза обусловлен высоким показателем преломления и большой

дисперсией. Показатель преломления его колеблется от 2,402 до 2,465,

дисперсия составляет 0,063.

52

Луч света, входя в кристалл, претерпевает у противоположной по-

верхности полное внутреннее отражение, а при выходе снова рас-

падается на составные лучи спектра и дает ту замечательную игру цве-

тов, которая так ценится в ювелирных алмазах.

Под действием некоторых лучей алмазы излучают видимый свет–

люминесцируют. Цвет и интенсивность свечения в различных лучах из-

меняются в больших пределах. Катодные и рентгеновские лучи вызыва-

ют свечение почти всех разновидностей алмазов, в ультрафиолетовых

лучах с ветятся т олько н екоторые и з н их. В к атодных лучах светятся

также многие другие минералы, поэтому в обогатительной практике

применяются в основном рентгеновские лучи, которые обеспечивают

высокую селективность и почти полное свечение в них кристаллов алма-

за. В качестве возбудителей люминесценции алмазов используют также

облучение γ- и β-частицами – радиоактивное излучение изотопов. Алма-

зы карбонадо не люминесцируют, но в катодных лучах светятся красным

цветом.Алмаз не магнитен, но отдельные его разновидности обладают

слабыми парамагнитными свойствами, близкими к свойствам кварца.

Магнитные свойства некоторых кристаллов алмаза могут вызываться

присутствующими в них включениями, имеющими повышенную маг-

нитную проницаемость (магнетит, ильменит).

Обычные алмазы не электропроводны, но некоторые разновидно-

сти обладают пиро- и пьезоэлектрическими свойствами. В результате

облучения отдельных кристаллов алмаза ультрафиолетовыми или дру-

гими лучами они приобретают свойство фотопроводности – начинают

заметно проводить электричество. При трении кристаллов о сукно они

электризуются положительным зарядом.

В настоящее время делаются попытки вводить мельчайшие части-

цы алюминия в обычные алмазы диффузией при высоких температурах.

Эксперименты показывают, что введение таких примесей является од-

ним из методов превращения обычных алмазов в полупроводники без

ухудшения их основных свойств.

Установлено, что алмазы могут применяться в качестве замените-

лей кристаллов германия и кремния в полупроводниках – триодах (тран-

зисторах) для промышленных и оборонных целей. Несмотря на то, что

большинство алмазов являются непроводниками, некоторые голубые

алмазы, представляющие собой хорошие полупроводники, могут рабо-

тать в транзисторах. Если германиевый транзистор может быть исполь-

зован при температурах до 75 °С, а транзистор из кристалла

 

Извлечение алмазов отличается от других полезных ископаемых

некоторыми особенностями. Содержание алмазов в исходном сырье со-

ставляет всего 0,000 005 %. Кроме того, в процессе обработки руды не-

обходимо осторожно применять операции дробления и измельчения

ввиду хрупкости алмазов и резкого снижения их ценности с уменьшени-

ем размеров кристаллов.

Технология извлечения алмазов обычно включает:

• дезинтеграцию исходного сырья и превращение его в рыхлую

смесь для освобождения алмазов от их связи с другими компонентами;

• получение первичных концентратов разделением рыхлой смеси

на два продукта, в одном из которых, значительно меньшем по объему,

сконцентрированы алмазы;

• извлечение алмазов из полученных таким образом первичных

концентратов.

При обогащении кимберлитов и песков россыпных месторожде-

ний применяют в основном одни и те же процессы. 
Заключение

Использование основных положений теории люминесцентной сепарации  полезных ископаемых позволяет определять конструктивные особенности сепараторов:

- ширина зоны облучения и  размер области регистрации люминесценции  разделяемого материала (по ходу его движения) в сепараторе рассчитываются по разработанным уравнениям, по значениям которых определяют местоположение детекторов относительно траектории движения сепарируемого материала (по ходу его движения или против него), после чего рассчитывают расстояние от сепарируемого материала до детектора и угол его наклона к траектории движения сепарируемого материала;

- оценка критерия, определяющего  наилучший алгоритм возбуждения  и регистрации люминесценции  кусков, обусловливает не только  выбор транспортирующего устройства, но и количество детекторов в сепараторе, что, в свою очередь, существенно влияет на его габариты;

- повышение чувствительности тракта  регистрации люминесценции в  конструкции сепаратора свободного  падения, обеспечивается расположением на разной высоте с противоположных сторон сепарируемого материала, узлов облучения и регистрации люминесценции.

 

Список литературы

1. Алмазосодержащее сырье и подгот. его к обогащению. Курс лекций / А. Г.Лопатин; Под ред. А. А. Абрамова 76 с. ил. 20 см. М. МИСИС 1979 1980
2. Обогащение алмазов : Учеб. пособие / М. В. Верхотуров ; Краснояр. гос. акад. цв. металлов и золота, 128 с. ил. 20 см, Красноярск ГАЦМИЗ 1995