загрузка...

Физические основы процесса

Радиометрические методы обогащения основаны на различиях в способности минералов испускать, отражать или поглощать излучения.

Различают два вида радиометрического обогащения: обогащение радиоактивных руд, минералы которых сами испускают излучение, и обогащение нерадиоактивных руд, минералы которых не обладают естественной радиоактивностью.

В первом случае разделительным признаком является интенсивность естественного излучения разделяемых минералов. Во втором необходим источник первичного принудительного излучения, и разделительным признаком является интенсивность вторичного сигнала взаимодействия этого излучения с разделяемыми минералами.


Рис. 1.4. Схема прохождения

излучения через горную породу

Интенсивность и характер вторичного сигнала зависит от свойств полезного ископаемого. Принципиальная схема, отображающая прохождение излучения через частицу горной породы, представлена на рисунке 1.4.

Для границы раздела воздух-горная порода справедливо следующее равенство:

Фо = Фп + Фr .

В свою очередь: Фп = Фs + Фm + Фt .

Тогда Фо = Фr + Фs + Фm + Фt .

Если разделить обе части уравнения на Фо получим:

1= r + s + m + t,

где r, s, m, t – коэффициенты отражения, рассеяния, поглощения, пропускания.

В зависимости от характера прохождения излучений через вещество различают следующие способы сортировки (рис. 1.5):

А – радиометрическая сортировка с использованием отражённого излучения;

Б – радиометрическая сортировка с использованием рассеянного излучения;

В – радиометрическая сортировка с использованием прошедшего излучения (абсорбционный способ);

Г – радиометрическая сортировка с использованием генерируемого частицей излучения (авторадиометрический способ).

Авторадиометрический способ не требует применения источника излучения, т. к. использует различие в естественной радиоактивности руд (Фр ).


Рис. 1.5. Способы сортировки:

1 – источник излучения; 2 – частица минерала; 3 – приёмник излучения

Кроме того, под воздействием внешнего источник излучения в некоторых минералах вызывается искуственная (наведенная) радиактивность или возбуждается люминесцентное свечение. В этом случае применяются способы радиометрической сортировки, основанные на определении интенсивности генерируемого минералами излучения.

При разделении минеральных частиц могут быть использованы любые из этих способов.

При радиометрической сортировке во внешних источниках используют излучения в широком диапазоне длин волн (l):

- g - излучение (l < 10-3 нм);

- b - излучение (l = 10-3 – 10-2 нм);

- нейтронное (l = 10-2 – 10-1 нм);

- рентгеновское (l = 5?10-2 – 10 нм);

- ультрафиолетовое (l = 102 – 3,8?102 нм);

- видимый свет (l = 3,8?102 – 7,6?102 нм);

- инфракрасное (l = 7,6?102 –104 нм);

- радиоволновое (l = 105 –1014 нм).

Характеристика различных методов радиометрического обогащения полезных ископаемых в зависимости от способа сортировки и используемого излучения приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Классификация радиометрических методов обогащения полезных ископаемых

Метод Явления, лежащие в основе метода Область применения
Авторадио-метрический Естественная радиоктивность, обусловливающая возникновение проникающих излучений Урановые, ториевые руды и руды, содержащие другие радиоактивные минералы
Фотонейтронный Ядерная реакция, происходящая при воздействии на минералы гамма-излучения, в результате чего появляется поток нейтронов Бериллиевые руды
Люминесцентный Возбуждение люминесценции минералов ультрафиолетовым, рентгеновским или гамма-излучением Алмазосодержащие, шелитовые, флюоритовые и другие руды
Фотометрический Различия в свойствах минералов отражать, пропускать или преломлять видимый свет Неметаллические, золотосодержащие, сульфидные и другие руды
Нейтронно- активационный Ядерные реакции, происходящие при воздействии на минералы потоков нейтронов, в результате чего образуются радиоактивные минералы, которые, распадаясь, испускают бета- и гамма-излучения Алюминиевые, медные, железные, марганцевые, флюоритовые и другие руды
Гамма-абсорбционный Фотоэлектрическое поглощение рентгеновского или гамма-излучения Руды, содержащие тяжелые химические элементы
Нейтронно-абсорбционный Захват, рассеяние и замедление нейтронов ядрами химических элементов Борные, редкоземельные, литиевые и другие руды
Рентгенорадио-метрический (рентгенофлуо-ресцентный) Возбужденние рентгеновскими трубками либо источниками гамма-излучения характеристического рентгеновского излучения атомов определяемых элементов Руды чёрных, цветных и благородных металлов, бокситы, кварциты и другие руды

Принципиальная схема радиометрического обогащения представлена на рис. 1.6. На руду, перемещаемую в пространстве (3), действует какое либо излучение от источника (1); сигнал, возникающий от взаимодействия минералов с этим излучением, улавливается приемником (4); информация передается в специальный прибор-радиометр (5), где обрабатывается и подается команда на исполнительный механизм (6), направляющий кусок или в сборник концентрата или в сборник отходов. Для отсечения посторонних сигналов в схеме предусматривается установка фильтров (2).

Рис 1.6.

Схема сортировки полезных ископаемых:

1 - источник воздействия; 2 - фильтрующий элемент; 3 - объект (порция, частица, кусок); 4 - приёмник воздействия; 5 - узел обработки информации; 6 - узел вывода порции (объекта) из потока; 7 - траектория движения объектов

В случае авторадиометрического обогащения схема значительно упрощается, так как отпадает необходимость в источнике первичного излучения (радиоактивные минералы сами испускают излучение).

Основными факторами, влияющими на показатели радиометрического обогащения, являются: характеристика руды, качество применяемых аппаратов, характеристика используемой схемы обогащения. Характеристика руды при этом включает содержание ценного компонента, гранулометрический состав, распределение ценного компонента в кусках руды и между кусками.

Содержание основного и сопутствующих ценных компонентов влияет на эффективность обогащения. Особенно эффективно радиометрическое обогащение руд с невысоким содержанием ценного компонента; при этом можно ожидать значительного выхода крупнокусковых хвостов. Радиометрические процессы, как более дешевые, позволяют снижать существующие кондиции на содержание ценных компонентов, вовлекать в промышленное использование некондиционные, разубоженные и забалансовые руды.

Минимальное (граничное) содержание ценного компонента определяется развитием техники и технологии обогащения, а также экономическими факторами.

Гранулометрический состав влияет на выбор схемы сортировки. Для большинства сепараторов модуль обогащаемого материала составляет Dmax /dmin = 2. Поэтому исходный материал приходится разделять на 5-7 классов, которые обогащаются раздельно. Максимальная и минимальная границы крупности классов, подвергаемой радиометрической сепарации, зависят от применяемого радиометрического метода и особенностей обогащения руды:

- от 300 до 50 мм – при разделении по естественной и наведенной радиоактивности;

- от 200 до 25 мм – при разделении абсорбционными методами;

- от 150 до 5 мм – при разделении фотометрическими методами;

- от 25 до 2 мм – при обогащении люминесцентными методами.

Материал мельче нижнего предела крупности направляется на обогащение другими методами.

Распределение полезного компонента в кусках дробленной руды может быть различно: 1) кусок состоит только из пустой породы; 2)только из полезного минерала; 3) кусок состоит из сростков полезного минерала и пустой породы. Наилучшие результаты достигаются при отсутствии сростков.

Можно выделить 3 типа распределения материала в куске-сростке:

1. Равномерное по всему объёму с выходом отдельных вкраплений на поверхность.

2. Концентрированное, с выходом полезного минерала на поверхность.

3. Концентрированное, при котором ценный компонент не выходит на поверхность.

Сростки 1-го и 2-го типов можно выделять из материала с использованием излучений в видимом диапазоне. Сростки 3-го типа выделяют в концентрат только при использовании проникающих излучений.

Контрастность руды (распределение полезного минерала между кусками дробленой руды) относится к важнейшим технологическим характеристикам, определяющим показатели обогащения. Контрастность характеризует степень различия кусков руды по содержанию в них ценного компонента и зависит, в основном, от природных свойств руды, условий добычи и предварительной подготовки ее к обогащению. В идеально контрастных рудах полезный компонент сосредоточен в кусках, состоящих только из полезного компонента. В предельно неконтрастных рудах содержание полезного компонента во всех кусках одинаково и равно содержанию в руде. Количественная оценка контрастности осуществляется величиной показателя контрастности, определяемому как среднее относительное отклонение содержания полезного компонента в кусках руды от среднего его содержания в руде:

,

где a - среднее содержание полезного компонента в руде, %; уi - то же, в отдельных кусках пробы, %; qi - доля массы куска в общей массе пробы, доли ед.

Показатель контрастности можно определить также по кривым обогатимости (рис. 1.7). Для этого через точку пересечения кривой l с линией среднего содержания полезного компонента в руде проводится горизонтальная прямая, которая, пересекаясь с кривыми b, J и осью ординат, позволяет получить исходные данные для расчета показателя контрастности по формуле:

М = 2(1 - gк) (1 - J/a);

М = 2gк (b/a - 1),

где J, b и a - содержание полезного компонента соответсвенно в отходах, концентрате и исходном продукте, %; gк – выход концентрата, доли ед.


Рис. 1.7. Кривые контрастности

Пределы изменения коэффициента контрастности составляют от 0 до 2, что легко определяется из формулы. Предположим, что содержание полезного компонента во всех кусках одинаково (руда неконтрастная), то есть содержание в хвостах будет равно содержанию в концентрате и в руде (a=b=J). Тогда величина в скобках будет равно 0, и М → 0. В другом крайнем случае руду можно представить как совокупность кусков, состоящих только из полезного компонента, и множества кусков пустой породы (например, алмазы). В этом случае J → 0, g → 1, а М → 2.

По величине коэффициента контрастности руды делят на:

- весьма слабо контрастные, М = 0 - 0,5;

- слабо контрастные, М = 0,5 - 0,7;

- средне контрастные, М = 0,7 - 1,1;

- сильно контрастные, М = 1,1 - 1,5;

- весьма сильно контрастные, М = 1,5 - 2.

Первый тип руд практически не обогащаются, второй обогащается плохо, при обогащении третьего можно ожидать хороших результатов, два последних относят к легкообогатимым рудам.

<< | >>
Источник: Самойлик В. Г.. Специальные и комбинированные методы обогащения полезных ископаемых: учебное пособие. 2015

Еще по теме Физические основы процесса:

  1. Физические основы аудиометрии
  2. ОСНОВНЫЕ БИОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, МОДУЛИРУЕМЫЕ ЛЕЧЕБНЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ФАКТОРАМИ
  3. Рентгеновское излучение.Физические основы его применения в медицине
  4. Раздел VI. Основы арбитражного процесса
  5. Раздел VI. Основы арбитражного процесса
  6. § 3. Основы эпидемического процесса
  7. Тема 30. Основы арбитражного процесса
  8. Глава 12. Правовые основы бюджетного процесса
  9. Глава XXX. Основы арбитражного процесса
  10. III. 13.2. Физиологические основы процессов воображения
  11. Фотофизические процессы, лежащие в основе фотосинтеза
  12. ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СУДЕБНОГО ПРОЦЕССА (ПО УГОЛОВНЫМ ДЕЛАМ)
  13. 14. КОЛЛИЗИОННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРАВОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЛИЦ. ЛИЧНЫЙ ЗАКОН ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА
  14. Глава 9'ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ЭПИДЕМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СРЕДИ ЛИЧНОГО СОСТАВА ВОЙСК (ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОЕННОЙ ЭПИДЕМИОЛОГИИ)
  15. Глава 21. Основы бюджетного права и бюджетного процесса
  16. Часть I. Общая психологияРаздел I. Предмет, задачи, принципы и методы психологии. Общее понятие о психике человека. Развитие психики в эволюционном и историческом процессах. Психика и мозг – нейрофизиологические основы психики человека
  17. 6.2. Динамика ноцицептивных ощущений при острых патологических процессах в процессе гипнотерапии
  18. Тема 22. Основы методики расследованияПРЕСТУПЛЕНИЙ «ПО ГОРЯЧИМ СЛЕДАМ».Основы методики расследования преступлений,СОВЕРШЕННЫХ ОРГАНИЗОВАННЫМИ ПРЕСТУПНЫМИ ФОРМИРОВАНИЯМИ
  19. 6. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ БАНКОВСКОГО КРЕДИТА, ДЕНЕЖНОГО ОБРАЩЕНИЯ И РАСЧЕТОВ. ОСНОВЫ ВАЛЮТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И ВАЛЮТНОГО КОНТРОЛЯ