Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова

Технический университет

Кафедра обогащения полезных ископаемых

Специальность 090300

Конспект лекций для студентов

Специальные и комбинированные методы обогащения

М.В. Никитин

Санкт-Петербург - 2001



Специальные и комбинированные методы обогащения: Конспект лекция для студентов специальностей 090300/ Санкт-Петербургский горный ин-т; М.В. Никитин, СПб, 2001. с.

Табл.4. Ил.32 . Библиогр.: назв.

Научный редактор проф. Тихонов О.Н.



ВВЕДЕНИЕ

Специальные и комбинированные методы относятся к группе основных процессов обогащения. Их задача разделить полезный минерал и пустую породу.

Специальные методы включают в себя:

- Ручная рудоразборка - ручная выборка материала по цвету, блеску и форме;

- Радиометрическое обогащение-разделение материала на основе различия во взаимодействии разделяемых минералов с каким либо излучением;

- Обогащение по трению и форме;

- Обогащение по упругости;

- Термоадгезионное обогащение;

- Обогащение на основе селективного изменения размера куска разделяемых минералов при дроблении.

Классификация комбинированных методов различными авторами дается по-разному. Некоторые относят к ним методы, в которых в одном аппарате сочетаются два традиционных способа обогащения, например, флотогравитация, магнитогравитация и др. Другие (большинство) считают, что комбинированные методы это такие, в схему которых наряду с традиционным способом механического обогащения, не затрагивающем химического состава перерабатываемого сырья, включены пиро- или гидрометаллургические операции, изменяющие химический состав сырья. Мы будем придерживаться второго варианта. В научно технической литературе часто встречается термин «химическое» обогащение. Он подразумевает второй вариант комбинированных методов обогащения.



1. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ

1.1 Ручная рудоразборка

Ручная рудоразборка это процесс ручной выборки материала по цвету, блеску и форме кусков. Рудоразборка осуществляется, когда не могут быть применены механическое или химическое обогащение, или в том случае, если эти процессы не обеспечивают необходимого качества разделения, например, при отборке драгоценных камней, листовой слюды, длинноволокнистого асбеста и др.

При добыче руд цветных и редких металлов рудоразборка осуществляется, как правило, в подземных условиях, например в забое, при системе разработки с закладкой выработанного пространства. Может осуществлятся и в фабричных условиях. Для рудоразборки обычно применяются ленточные или пластинчатые конвейеры или специальные рудоразборные вращающиеся столы.

Наиболее часто используются конвейеры. При этом обслуживание конвейера может осуществлятся двумя способами: с односторонним расположением выборщиков и с двухсторонним.

Техническая характеристика рудоразборной установки с использованием ленточных конвейеров

Длина рудоразборного участка, приходящегося на одного рудосортировщика, м 1--2

Максимальная ширина ленты (мм) при расположении рудосортировщиков:

по одну сторону конвейера 750

по обе стороны конвейера 1200--1400

Скорость движения рудоразборного конвейера, м/мин 9--12

Угол.наклона.конвейера.(максимальный), градус - 15

Высота от пола до ленты, м 0,7--0,8Максимальное расстояние между светильниками над лентой, м 2

Допустимая производительность труда -- масса породы (т), отбираемой одним сортировщиком за смену при крупности руды, мм:.

2040 До 1,5

200--300 До 8

Руда на конвейере должна располагаться в один слой, ширина ленты конвейера при этом определяется по формуле:

B=0,28*10^-3*Q/(d_max*v**k), м., где:

Q-производительность, т/ч; d_max-максимальный кусок перерабатываемой руды, м.; -насыпная плотность руды на ленте, т/м³; v-скорость движения ленты, м/с; к-коэффициент заполнения ленты рудой (к=0,3-0,4).

При расположении сортировщиков по одну сторону конвейера длину ленты L определяют по формуле:

L=L₀+(N-1)*l, м,

при расположении сортировщиков по обе стороны конвейера:

L=L₀+0,5(N-1)*l, м, где:

L₀ -свободная длина ленты (по правилам техники безопасности равна 3-4 м);

l -- расстояние между сортировщиками, м;

N -- число сортировщиков.

В практике рудоразборки применяют трехрядное расположение ленточных конвейеров. При этом исходная руда движется по двум крайним конвейерам, а на средний поступает отсортированный материал.

Если нет необходимости транспортировать руду в другие помещения, особенно при малых размерах сортировок, ее разбирают на вращающихся столах диаметром 5--9 м при ширине кольцевой части от 0,7 до 1 м. Скорость вращения стола не должна превышать 2 м/мин.

Эффективность процесса рудоразборки характеризуется тремя основными показателями: коэффициентом сортировки пустой породы , величиной остаточной засоренности Р_ост, числом работающих сортировщиков N и производительностью их труда.

Оптимальное число сортировщиков определяется только экономическими расчетами.

Коэффициент сортировки пустой породы

= П/Пр,

где П и Пр -- масса пустой породы отсортированной и в исходной руде, т. Остаточная засоренность руды (%)

Р_ост=П_ост100/Д

где Пост -- масса пустой породы, оставшейся в руде после сортировки, т; Д-- масса руды после сортировки, т.

Потери металлов на рудниках при ручной сортировке колеблются от 0,7 до 6%, причем величина их зависит от степени визуального различия между ценными минералами и вмещающими породами, квалификации сортировщиков, чистоты промывки материала, освещенности рабочих мест, распределения материала на конвейерной ленте и скорости ее движения.

Руду перед сортировкой обычно подвергают грохочению для отсева мелочи (--50 мм) и (в отдельных случаях) промывке. Крупность руды для разборки может изменяться от 25 до 300 мм; обычный размер кусков 75--100 мм. Для освещения рабочих мест рекомендуется применять специальные рефлекторы, дающие ровный рассеянный свет.

В настоящее время в связи с повышением стоимости ручного труда и малой производительности ручная рудоразборка применяется, в основном, при обогащении дорогостоящего сырья.

1.2 Радиометрическое обогащение

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.

Принцип всех способов радиометрического обогащения одинаков (см.рис.1): 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 хвостов. Для отсечения посторонних сигналов в схеме предусматривается установка фильтров (2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

кт

Рис. 1 Принципиальная схема радиометрического способа обогащения

1 - источник первичного излучения, 2 - фильтр, 3 - кусок руды, 4 - приемник вторичного сигнала, 5 - радиометр, 6 - исполнительный механизм

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.

Гранулометрический состав руды имеет большое значение особенно при покусковом режиме сепарации, так как производительность сепараторов снижается с уменьшением крупности кусков руды, а мелкие классы вообще не подвергаются сепарации. По мере повышения контрастности руды можно сепарировать более мелкие классы. Перед сепарацией материал, как правило, классифицируется, так как работа на узких классах крупности повышает эффективность обогащения. В настоящее время верхний предел крупности обогащаемой руды составляет около 300 мм, нижний-1-2 мм.

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. В третьем случае полезный минерал в куске может распределяться по-разному, или располагаться по всему куску равномерно, или концентрировано в какой либо части куска. Наиболее высокие показатели обогащения достигаются в случае полного раскрытия полезного минерала, когда полезный минерал и пустая порода находятся в отдельных кусках. Следует отметить, что, если имеются сростки, в которых полезный минерал находится внутри куска, то для обогащения такого сырья применим только радиометрический способ, использующий проникающее излучение.

Распределение полезного минерала между кусками дробленой руды (контрастность 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 коэффициента контрастности, определяемому как среднее относительное отклонение содержания полезного компонента в кусках руды от среднего его содержания в руде

,

где -среднее содержание полезного компонента в руде, %;

у_i-- то же, в отдельных кусках пробы, %;

q_i -- доля массы куска в общей массе пробы, доли ед. (при расчете по формуле следует брать абсолютную величину каждого слагаемого в числителе независимо от знака). Показатель контрастности можно определить также по кривым контрастности, построенным по данным фракционного состава аналогично кривым обогатимости, с той разницей, что группировка кусков во фракции осуществлена непосредственно по содержанию ценного компонента.

Для расчета показателя контрастности через точку С пересечения основной кривой- (рис. 2) с линией среднего содержания металла в руде АА проводится параллельно оси абсцисс линия ЕЕ, которая, пересекаясь с кривыми , , и осью ординат , позволяет получить исходные данные для расчета показателя контрастности по формуле:

2_хв(1-/)

Рис. 2 Кривые контрастности

В этой формуле выход хвостов (_хв) подставляется в долях единицы. Пределы изменения коэффициента контрастности составляют 0-2, 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 (==). Тогда величина в скобках будет равно 0, и М0. В другом крайнем случае руду можно представить как совокупность одного куска, состоящего только из полезного компонента, и множества кусков пустой породы (например, алмазы). В этом случае 0, 1, а М2.

По величине коэффициента контрастности руды делят на:

- весьма слабо контрастные, М=0-0,4;

- слабо контрастные, М=0,4-0,8;

- средне контрастные, М=0,8-1,2;

- сильно контрастные, М=1,2-1,6;

- весьма сильно контрастные, М=1,6-2.

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

Характеристика применяемых аппаратов и приборов оказывает существенное влияние на результаты обогащения. Все радиометрические сепараторы имеют следующие одинаковые узлы: узел источника излучения (нерадиоактивные руды), узел регистрации, счетно-измерительный блок (радиометр), исполнительный механизм и вспомогательные узлы. Чем совершеннее аппаратура, тем выше показатели обогащения.

При прочих одинаковых условиях на показатели обогащения влияет конфигурация применяемой схемы. Применяются покусковой, порционный и поточный режимы радиометрической сепарации. При пусковом и порционном режимах куски или порции руды во время прохождения через сепаратор пространственно разделены. Поточный режим, при котором через сепаратор руда проходит непрерывно, -- наиболее производителен. Более высокие технологические показатели обогащения получают при покусковом режиме.

Руды, в которых менее 70 % кусков подлежат удалению с хвостами, рационально обогащать в один прием при покусковом режиме. Для обогащения руд, в которых удалению с хвостами подлежат > 90-95% может оказаться целесообразной основная операция в порционном или поточном режимах и перечистка концентрата в покусковом режиме.

1.2.1 Радиометрическое обогащение радиоактивных руд

Радиометрическое обогащение радиоактивных руд является первым промышленно освоенным процессом. В современной научно-технической литературе этот процесс называют авторадиометрическим обогащением. Авторадиометрический метод основан на использовании излучений естественно-радиоактивных химических элементов. Из трех видов излучений (альфа-, бета- и гамма-излучение) в промышленных аппаратах используется, главным образом, проникающее гамма-излучение, так как альфа и бета излучения легко поглощаются стенками аппаратуры и не дают нужной информации. В зависимости от интенсивности гамма-излучения руда разделяется на отдельные продукты. Этот метод широко применяют для обогащения урановых руд, а также для руд, в которых ценный компонент находится в минералах, попутно содержащих также и радиоактивный химический элемент.

Наибольшее распространение среди радиоактивных руд имеют урановые, говоря об обогащении которых следует помнить, что они, как правило, комплексные. Наряду с ураном содержат ряд других ценных компонентов, попутное извлечение которых резко повышает рентабельность производства. Наиболее характерными являются:

золото-урановые, U~0,01%, Au~0,5-1г/т,

фосфорно-урановые, U~0,01-0,02%, P₂O₅~5-10%,

ванадий-урановые, U~0,02-0,03%, V₂O₅~0,5-1%,

медно-урановые, U~0,02-0,03%, Cu~0,2-0,3%,

пиритно-урановые, U~0,01-0,02%, серы~2-3%,

цирконо-урановые, U~0,01-0,02%, ZrO₂~1-2%,

ниобиево-урановые, U~0,01-0,02%, Nb₂O₅~0,05-0,1%,

ториево-урановые, U~0,01-0,02%, ThO₂~0,05-0,1%.

По технике осуществления, технологии и задачам авторадиометрическое обогащение подразделяется на два вида: радиометрическая крупнопорционная сортировка; радиометрическая сепарация.

Радиометрическая крупнопорционная сортировка -- процесс разделения руды на сорта на основе измерения интенсивности излучения крупных ее объемов, загруженных в транспортные емкости -- вагонетки, автомашины и др. При сортировке кондиционные руды отделяются от забалансовых и пустой породы. Радиометрическая крупнопорционная сортировка самый производительный и дешевый обогатительный процесс, применимый только к рудам, отличающимся достаточной неравномерностью по содержанию ценного компонента. Измерение радиоактивности отдельных порций руды производят радиометрическими контрольными станциями (РКС). Датчики, регистрирующие излучение, ставятся непосредственно у вагонеток или над автосамосвалами. Содержание полезного компонента определяют по интенсивности излучения, пользуясь специальными градуировочными графиками. Например, на урановых предприятиях широко используется сортировочный узел, оснащенный радиометром «Стрела». Исполнительным механизмом являются железнодорожные стрелки, и вагонетки, выходящие из забоя, направляются ими в накопители того или иного сорта руды в зависимости от интенсивности излучения.

Радиометрическая сепарация осуществляется при покусковом режиме на ленточных сепараторах. Схема такого сепаратора показана на рисунке 3. Руда подается на ленту конвейера (1) питателем. Скорости ленты и питателя согласованы так, чтобы обеспечить покусковую подачу материала. В приводном барабане конвейера расположен датчик (приемник излучения)(2). Исполнительный механизм шиберного типа (3) направляет кусок или в сборник концентрата или в сборник хвостов. Сепаратор работает на материале крупностью 25-200мм., скорость движения ленты 0,3-0,6м/с, производительность до 25т/ч.



Рис. 3. Схема авторадиометрического сепаратора

1 - ленточный конвейер, 2 - датчик (приемник гамма излучения), 3 - исполнительный механизм (шибер), 4 - электромагнит, 5 - экран, 6 - радиометр

Интенсивность естественного излучения определяется не только содержанием радиоактивного элемента в куске, но и размером куска. А так как даже в сравнительно узком классе крупности всегда содержатся куски разного размера, то для учета погрешности на размер применяют сепараторы, в которых установлена оптическая система, автоматически определяющая размеры куска и вносящая соответствующую поправку при сепарации. Например авторадиометрический сепаратор КН с автоматической коррекцией массы кусков работает следующим образом. Виброжелоб подает куски руды на конический питатель, при вращении которого они выстраиваются в ряд и попадают на короткий ленточный конвейер, откуда, свободно падая, направляются в зону измерения. Подход куска к датчику фиксируется фотоэлементом. Время затемнения фотоэлемента куском руды характеризует его размер. Результат измерения подается в счетную схему радиометра для корректировки уровня настройки сепаратора. Интенсивность излучения куска измеряется сцинтилляционным датчиком. В качестве исполнительного механизма используется трехдюзный пневмоклапан, включаемый по сигналу радиометра во время прохождения куска перед соплом клапана. Время дутья клапана зависит от размера куска. Производительность сепаратора по классу --200 -50 мм достигает 20--50 т/ч при расходе электроэнергии 3 кВт-ч. На рис.4 приведена схема обогащения урановой руды.

В таблице 1 приведены результаты радиометрического обогащения золотоурановой руды на одной из фабрик ЮАР

Таблица 1

Показатели обогащения золотоурановой руды

Продукт	Выход, %	Содержание, %	Извлечение, %
		U	Au, г/т	U	Au
Концентрат	77,75	0,0199	14,85	99,0	99,2
хвосты	22,25	0,007	0,99	1,0	0,8
исходное	100,0	0,0156	11,65	100,0	100,0

1.2.2 Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд

Основная масса обогащаемых руд не обладает естественной радиоактивностью, поэтому эта группа процессов играет определяющую роль. Необходимым условием радиометрического обогащения нерадиоактивных руд является наличие источника какого либо первичного излучения. Различия во взаимодействии его с разделяемыми минералами является разделительным признаком. По характеру взаимодействия минералов с первичным излучением различают следующие группы: 1) возникают ядерные реакции, в результате которых образуется наведенная радиация (нейтронное или рентгеновское вторичное излучение); 2) возбуждение люминесценции (холодного свечения); 3) отражение первичного излучения; 4) поглощение (абсорбция) первичного излучения. В качестве первичного излучения используются излучения широкого диапазона длины волн, от самых коротких гамма излучений до самых длинных радиоволн. По длине волны различают следующие группы первичного излучения, применяемых в радиометрических сепараторах:

№	Характер излучения	Длина волны, НМ(нм-10-9м)
1	Гамма	10-3
2	Бета	10-3-10-2
3	Нейтронное	10-2-10-1
4	Рентгеновское	10-1-10
5	Ультрафиолетовое	3*102
6	Видимый свет	3,8-7,6*102
7	Инфракрасное	102-104
8	Радиоволны	105-1014

Наиболее полно классификация радиометрических методов обогащения нерадиоактивных руд разработана Мокроусовым В.А. По этой классификации все методы разделены на группы по характеру первичного излучения, а внутри каждой группы выделены методы по характеру взаимодействия минералов с этим излучением (см. таб. 3).

Таблица 3

Классификация радиометрических методов обогащения нерадиоактивных руд

№	Физические процессы взаимодействия излучения с минералом	Признак разделения	Название метода
1	2	3	4
1 2 3 4	I. Гамма излучение Фотоядерная реакция Возбуждение рентгеновского флуоресцентного излучения Рассеивание на электронных оболочках Поглощение атомами	Плотность потока образующегося нейтронного излучения Интенсивность возбужденного рентгеновского излучения Интенсивность обратно отраженного гамма излучения Интенсивность прошедшего гамма излучения	Фотонейтронный метод (ФНМ) Гаммафлюоресцентный метод (ГФМ) Гамма отражательный метод (ГОМ) Гамма абсорбционный метод (ГАМ)
1 2	II. Бета излучение Возбуждение рентгеновского флуоресцентного излучения Рассеивание на электронных оболочках	Интенсивность наведенного рентгеновского излучения Интенсивность обратно отраженного бета излучения	Бета флюоресцентный метод (БФМ) Бета отражательный метод (БОМ)
1 2 3	III. Нейтронное излучение Захват ядрами нейтронов с образованием искусственной радиоактивности. Захват ядрами нейтронов с образованием характеристического гамма излучения. Частичное поглощение потока нейтронов.	Плотность потока наведенного излучения. Интенсивность характеристического гамма излучения. Плотность потока прошедших нейтронов.	Нейтронно активационный метод (НАКМ). Нейтронно радиационный метод (НРМ). Нейтронно абсорбционный метод (НАМ)
1 2 3 4	IV. Рентгеновское излучение Возбуждение вторичного флуоресцентного рентгеновского излучения Рассеивание на электронных оболочках Поглощение излучения Возбуждение люминесценции	Интенсивность вторичного излучения Плотность отраженного излучения Интенсивность прошедшего излучения Световой поток люминесценции	Рентгено флюоресцентный метод (РФМ) Рентгено отражательный метод (РОМ) Рентгено абсорбционный метод (РАМ) Рентгено люминесцентный метод (РЛМ)
1	V. Ультрафиолетовое излучение Возбуждение люминесценции	Световой поток люминесценции	Фото люминесцентный метод (ФЛМ)
1 2 3	VI. Видимый свет Зеркальное отражение Диффузное отражение Поглощение света	Световой поток зеркально отраженного света Световой поток диффузно отраженного света Интенсивность прошедшего светового потока	Зеркальный фотометрический метод (ЗФМ) Фотометрический метод (ФМ) Фото абсорбционный метод (ФАМ)
1	VII. Инфракрасное излучение Поглощение тепла и возникновение инфракрасного излучения	Интенсивность испускаемого инфракрасного излучения	Инфраметрический метод (ИФМ)
1 2	VIII. Радиоволновое излучение Поглощение радиоволн Поляризация диэлектриков	Интенсивность прошедшего излучения Изменение энергии электромагнитного поля	Радио абсорбционный метод (РАМ) Емкостной радиорезонансный (ЕРМ)



Степень разработки и промышленного освоения перечисленных методов различна. Некоторые успешно применяются на обогатительных фабриках, некоторые прошли полупромышленную проверку, а некоторые находятся в стадии лабораторных испытаний. Наиболее широко в промышленности применяются фотонейтронный, гамма-абсорбционный, рентгенолюминесцентный, фотолюминесцентный и фотометрический методы.

Фотонейтронный метод основан на использовании различий в интенсивности нейтронного излучения, испускаемого минералами при воздействии на руду гамма лучами. Этот метод применяют для обогащения бериллиевых руд, так как именно ядра бериллия обладают способностью испускать нейтроны под влиянием гамма лучей сравнительно низкой энергии (около 1,7МэВ). Для возбуждения фотоядерной реакции в других химических элементах требуются гамма лучи с энергией свыше 5--10 МэВ.

В качестве основного аппарата используются ленточные сепараторы, в которых определение сорта куска может осуществляться или на ленте, или в воздухе. Источником гамма излучения при обогащении бериллиевых руд обычно является ампульный источник на основе радиоактивного изотопа Sb¹²⁴. Испускаемые ядрами бериллия нейтроны перед их регистрацией пропускаются через замедлитель (парафин) для снижения их энергии до тепловой. При данной активности гамма источника мощность потока нейтронов, испускаемого куском руды, определяется содержанием в нем бериллия независимо от того, какими минеральными формами он представлен. Приемником нейтронного излучения являются сцинтиляционные счетчики на основе светосостава, представляющего собой смесь сульфида цинка с борной кислотой.

У нас выпускаются три типа фотонейтронных сепараторов:

РМБ-300, d-200-75мм, Q-10-15т/ч Исполнительный

РБМ-100, d-75-25мм, Q-1-3т/ч механизм

РАБЛ-100, d-75-25мм, Q-1-3т/ч пневмоклапан

Гамма-абсорбционный метод основан на различии в степени поглощения кусками руды гамма-излучения. Интенсивность прошедшего через куски руды гамма излучения и является разделительным признаком.

Относительная величина поглощения гамма-излучения подчиняется экспоненциальному закону

J/J₀=e^-d,

где J₀ и J -- интенсивности гамма-излучения соответственно до и после прохождения через вещество;

-- линейный коэффициент поглощения;

d -- толщина слоя вещества.

Величина зависит от энергии квантов первичного гамма-излучения и атомного номера и атомной массы облучаемого вещества; чем выше атомный номер химического элемента и его атомная масса и чем меньше энергия применяемого излучения, тем сильнее проявляется свойство абсорбции рентгеновского излучения.

Для кусков руды, содержащих различные химические элементы,

=_ii/100 ,

где _i -- содержание i-ro элемента, %;

_i -- коэффициент линейного поглощения для i-го элемента.

Кроме химического состава кусков руды, на степень поглощения гамма-излучения влияют размеры облучаемых кусков. Для устранения этого влияния руду подвергают предварительной классификации. Кроме того, сепараторы снабжены специальным устройством, позволяющим учитывать размеры кусков руды. Такие устройства бывают разных типов: метод механической коррекции, двух лучевой метод с дополнительным неподвижным источником, двух лучевой метод с дополнительным подвижным источником, метод коррекции по частично отраженному излучению.

Гамма-абсорбционный метод можно использовать для обработки различных полезных ископаемых, однако он достаточно эффективен лишь при высоком содержании ценного компонента в руде и для разделения минералов достаточно сильно отличающихся по плотности. В настоящее время метод применяется для сепарации железных руд.

В качестве источника гамма лучей используются изотопы: Аm²¹¹,

Cd¹⁵³ и Co⁵⁷. Приемником излучения служат сцинтиляционные счетчики па основе кристаллов NaJ(Tl).

У нас выпускаются следующие типы гамма абсорбционных сепараторов: d,мм Q,т/ч

Минерал-2 -300+100 25-30 Исполнительный механизм

Минерал -200+50 12-18 шибер или пневмоклапан

Кристалл -200+50 50-70

Рубин -50+20 8-12

Рубин-2 -100+50 15-20

РС-2Ж -200+100 20

На рисунке 5 показана схема ленточного сепаратора РС-2Ж, применяемого для обогащения крупнокусковых железных руд. Руда из бункера (1) вибропитателем (2) подается на ленточный транспортер (3). Скорости вибропитателя и транспортера согласованы так, чтобы обеспечить покусковую подачу материала. Внутри ведущего барабана расположен датчик гамма-излучения (4). Проходящий сигнал улавливается приемником излучения (5), обрабатывается в радиометре «Днепр» (на рисунке он не показан), и подается сигнал на исполнительный механизм шиберного типа (6), который направляет кусок или в сборник концентрата, или в сборник хвостов.

Рентгенолюминесцентный метод основан на различиях в интенсивности люминесценции (холодного свечения) минералов под влиянием рентгеновского излучений. Процесс люминесценции складывается из трех стадий: поглощения энергии возбуждающего излучения, преобразования и передачи энергии возбуждения внутрь тела и испускания света в центрах свечения с возвращением минерала в равновесное состояние. Центрами свечения могут быть атомы или комплексные ионы основного вещества кристаллической решетки, ионы примесей, а также дефекты кристаллической решетки: вакансии, междоузельные атомы и др.

Способностью люминесцировать обладают многие минералы, но лишь у некоторых это свойство обусловлено особенностями их основного состава и строения кристаллической решетки. Такие минералы отличаются устойчивой люминесценцией. К ним относятся: шеелит, повеллит, гипергенные минералы, содержащие в своем составе уранил-ион UO₂²⁺, и алмаз. Люминесценция большей части минералов обусловлена присутствием в них примесей-активаторов (люминогенов). Некоторые минералы люминесцируют благодаря присутствию в них редкоземельных элементов. К этой группе относятся циркон, корунд. Многие минералы имеют неустойчивую люминесценцию, например кальцит, арагонит, опал, топаз, полевые шпаты. Некоторые примеси в минералах гасят люминесценцию, например, железо и никель.

Рентгенолюминесцентный метод широко применяется для обогащения алмазосодержащих руд. С его помощью обогащаются также флюоритовые и шеелитовые руды.

Источником первичного излучения в рентгенолюминесцентных сепараторах являются рентгеновские трубки с различными анодами (вольфрам, медь, серебро, молибден и др.), что дает возможность выбирать оптимальное первичное излучение для данного вида сырья. В сепараторах предпочтительнее использовать трубки с широким пучком излучения. Приемником сигнала люминесценции служат различные фотоэлементы и фотоумножители, тип фотоэлемента определяется длиной волны возбуждаемой люминесценции.

Рентгенолюминесцентные сепараторы отличаются устройством питателей, режимом подачи материала и способом вывода куска. У нас созданы сепараторы серии ЛС, которые широко используются для доводки гравитационных и флотационных алмазных концентратов, а также для первичного обогащения алмазных руд. Из зарубежных следует отметить сепараторы серии XR, разработанные фирмой«Гансонс Сортекс лимитед» (Великобритания).

d, мм Q,т/ч

ЛС-20 -20+8 20 Исполнительный механизм

- 8+4 9 пневмоклапан

ЛС-50 -50+20 100

-30+10 60

XR-23 -32+16 4

XR-61 -2+1 0,8

На рисунке 6 показан общий вид сепаратора серии ЛС, использование которых на обогащении алмазов дало очень высокое извлечение99%.

Фотолюминесцентный метод основан на различиях в интенсивности люминесценции (холодного свечения) минералов под влиянием ультрафиолетового излучений.

В качестве источника ультрафиолетового излучения используются ртутно-кварцевые лампы. Так как они дают расходящиеся пучки излучения, то для концентрации потока в нужном направлении применяются оптические системы, состоящие из отражателя и коллиматора. Кроме того лампы помимо ультрафиолета испускают поток видимого света, который искажает результаты. Поэтому в сепараторах обязательно используются различные светофильтры.

Приемником потока люминесценции служат фотоэлементы и фотоумножители.

Наиболее характерными из фотолюминесцентных сепараторов являются наш «Фотон» и канадский «Флоуренс Сортекс»:

d, мм Q,т/ч

Фотон -75+50 5 Исполнительный механизм

Флоуренс -178+26 2-100 пенвмоклапан

Сортекс

За рубежом фотолюминесцентная сепарация успешно применена для обогащения шеелитовых руд. В Австралии на месторождении «Кинг Исланд» на сепараторе со сканирующей системой обзора достигнуты устойчивые высокие технологические показатели сепарации: выход хвостов -- 50% (поступающей на сепарацию руды), а содержание в них шеелита -- 0,1%, т. е. меньше, чем в хвостах, получаемых при флотации тонкоизмельченной руды. В итоге достигнуто суммарное извлечение шеелита в концентрат 98%*

Фотолюминесцентное обогащение крупно вкрапленных флюоритовых руд на сепараторе «Фотон» обеспечивает выделение хвостов с содержанием флюорита 1--3% при их выходе 30--45%. Значительно хуже обогащаются этим способом тонко вкрапленные флюоритовые руды, особенно при повышенном содержании в них кальцита. Схема фотолюминесцентного сепаратора «Фотон» показана на рисунке 7.

Фотометрический метод основан на использовании различий в свойстве минералов отражать, пропускать или преломлять свет. При сепарации по отражению света используют ту часть оптического спектра, в которой наблюдаются наибольшие различия в отражательной способности разделяемых минералов. Один из способов регистрации отраженного от куска света -- его измерение на фоне цветной поверхности, при этом выбор ее цвета является одним из способов оптимизации процесса.

Поскольку при фотометрической сепарации требуется разделять не только мономинеральные куски, но и агрегаты полезных и сопутствующих минералов, то оптические системы сепараторов нередко конструируют с применением сканирующих устройств, так что свет поступает на датчик не сразу со всей поверхности куска руды, а последовательно с отдельных ее участков. Источником света служат как обычные лампы накаливания с вольфрамовой нитью, так и лампы с большим световым потоком (иодо-кварцевые). Кроме того в последние годы стали использоваться гелий-неоновые лазеры, преимущество которых в возможности создания мощного пучка света малого диаметра (до нескольких миллиметров). Это дает возможность дифферинциированного облучения поверхности куска. В качестве детекторов отраженного кусками руды света применяются фотоумножители.

Серийно фотометрические сепараторы выпускаются как у нас (Хрусталь, Сапфир), так и за рубежом (английской фирмой «Гансонс Сортекс Лимитед» сепораторы серии М).

d,мм Q,т/ч

Хрусталь -200+50 20-30 Исполнительный механизм

Сапфир -50+25 4-8 пневмоклапан

811М -150+50 10-50

711М -50+20 2-7

На рисунке 8 показаны схемы одно и многоканальных фотометрических сепараторов «Сортекс». Фотометрическая сепарация применима к самым разнообразным полезным ископаемым. Особенно распространена она за рубежом для обработки неметаллических полезных ископаемых; хорошие результаты получают при фотометрической сепарации золотосодержащих руд. Например, в таблице 4 приведены показатели фотометрического обогащения золотой руды на одной из фабрик ЮАР:

Таблица 4

Результаты фотометрического обогащения золотой руды

Руда	Продукты	Выход продуктов, %	Содержание золота, г/т	Извлечение золота, %
А	Концентрат Хвосты Исходное	5,6 94,4 100	7,3 0,13 0,53	76,4 23,6 100
В	Концентрат Хвосты Исходное	19,77 80,13 100	4,15 0,15 0,94	87,12 12,88 100

Интересный способ обогащения для получения кварца особой чистоты (99,999%) разработали сотрудники института Механобр. При стандартных способах обогащения получаются концентраты, содержащие не только зерна чистого кварца, но и кварца, содержащего различные примеси. Если на такой кварц воздействовать гамма-излучением то он окрасится, причем цвет окраски зависит от характера примеси (алюминий дымчатый цвет, железо аметистовый, титан розовый). После облучения кварц направляют на фотометрическое обогащение, и окрашенные зерна отделяют.

Основные технологические задачи, решаемые с помощью 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 необходимо крупнокусковое исходное сырье, например, доменная плавка. 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.

1.2.3 Техника безопасности радиометрического обогащения

Особенностями аппаратуры для радиометрического обогащения являются повышенная скорость транспортирования кускового материала (до 5 м/с), изменение траектории движения путем резкого перемещения шиберов и траектории движения кусков материала пневматическими клапанами, использование напряжений свыше 1000 В и применение источников проникающих излучений.

Повышенная опасность требует более квалифицированного обслуживания, чем на обогатительных фабриках, использующих традиционные процессы обогащения. При эксплуатации сортирующей аппаратуры необходимо применять ограждение узлов аппаратуры, создающих повышенную опасность. Снижения уровня шума в помещениях достигают путем изоляции сортирующей аппаратуры в отдельных помещениях, применением шумопоглощающих экранов, защитой органов слуха работающих защитными наушниками.

Снижения запыленности достигают за счет сортировки материала во влажном состоянии, а при сортировке сухого материала применяют системы аспирации и средства индивидуальной защиты органов дыхания.

Проникающие излучения (гамма-, нейтронное, рентгеновское) требуют принятия мер радиационной безопасности. Радиационная безопасность обслуживающего персонала и проживающего вблизи обогатительной фабрики населения достигается при выполнении следующих условий:

создание и использование защитных экранов;

защита расстоянием;

защита временем;

систематический контроль мощности излучений.

Определяющим является создание защитных экранов при проектировании аппаратуры и ее установке. Эта работа ведется в строгом соответствии с основными санитарными требованиями при работе с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений. Защитный комплекс, кроме того, предусматривает применение ручных или автоматических манипуляторов, например, для загрузки и выгрузки источника излучения и приведения его в рабочее состояние.

Контроль уровня радиации достигается использованием дозиметрической аппаратуры, которой оборудуются помещения. В качестве дозиметров гамма- и рентгеновского излучений используют микрорентгенометры МРП-1, радиометр СРП-2. Нейтронное излучение контролируют радиометрами ДН-1А или «Мидия». Все виды проникающих излучений контролируются универсальными дозиметрами РУП-1, РУС-7. Обслуживающий персонал снабжается индивидуальными средствами контроля.

1.3 Обогащение по трению и форме

Обогащение по трению и форме основано на использовании различий в скоростях движения разделяемых частиц по плоскости под действием силы тяжести.

Скорость движения частиц по наклонной плоскости (при заданном угле наклона) зависит от состояния поверхности самих частиц, их формы, влажности, плотности, крупности, свойств поверхности, по которой они перемещаются, характера движения (качение или скольжение), а также среды, в которой происходит разделение.

Основным параметром, характеризующим минеральные частицы с точки зрения движения их по наклонной плоскости, является коэффициент трения.

Коэффициенты трения скольжения и качения минеральных частиц при движении их по наклонным поверхностям в воздушной и водной средах приведены в табл.5. и 6.

Таблица 5

Коэффициенты трения скольжения частиц на воздухе

Минерал	Материал наклонной плоскости
	железо	стекло	дерево	ленолиум
Куприт Шеелит Гематит Кварц Асбест	0,53 0,53 0,54 0,37 0,75	0,46 0,51 0,47 0,72 -	0,67 0,70 0,67 0,75 -	0,73 0,71 0,74 0,78 -

Таблица 6

Коэффициенты трения скольжения и качения частиц в воде по чугуну

Минерал	Скольжение	Качение
Вольфрамит Касситерит Гранат Магнетит Золото Платина Кварц	0,869-0,965 0,674-0,869 0,869-0,932 0,809-0,869 0,753-1,191 0,965-1,327 0,509-0,839	0,531-0,674 0,383-0,509 0,445-0,6 0,344-0,466 0,624-0,674 - 0,309-0,487

Величина коэффициента трения определяется в основном формой минеральных частиц, которая, в свою очередь, зависит от характера месторождения (россыпные или коренные). Минеральные частицы россыпных месторождений, как правило, являются сферическими, а коренных -- имеют неправильную (пластинчатую) форму (обломки).

Одни и те же минералы сферической и пластинчатой формы начинают двигаться по поверхности при различных углах ее наклона (табл. 7).

Таблица 7

Углы наклона (градусы) начала движения частиц по резине

Минерал	Сферические частицы	Пластинчатые частицы
Вольфрамит Гранат Касситерит Магнетит Кварц Золото	28-36 26-32 25-29 24-27 19-28 36-39	44-47 42-46 42-44 40-42 28-41 41-57

Форма минеральных частиц характеризуется коэффициентом формы:

p = 4,87V^2/3/S,

где V -- объем частиц, см³;

S -- поверхность частиц, см²

Коэффициент формы равен единице для частиц шарообразной формы и меньше единицы -- для частиц любой другой формы.

Обогащение по трению будет тем благоприятнее, чем больше разница р для частиц пустой породы и полезных минералов. Частицы могут перемещаться под действием собственной силы тяжести (при движении по наклонным плоскостям), центробежной силы (при движении по горизонтальной плоскости вращающегося диска) и в результате комбинированного действия сил собственной тяжести, центробежной и трения (винтовые сепараторы).

Равнодействующая сил, под влиянием которых частицы движутся по наклонной плоскости, определяется уравнением:

F= mg (sin -- cos ),

а ускорение, сообщаемое ею, -- уравнением:

а = g (sin -- cos ),

где: m -- масса частицы, кг;

g--ускорение свободного падения, м/с²;

-- угол наклона плоскости, градус;

-- коэффициент трения, равный tgф;

ф -- угол трения, градус.

Коэффициент трения

увеличивается с уменьшением крупности частиц. Поэтому для эффективного разделения необходима узкая классификация материала по крупности. Обычно обогащение по трению применяют для материала крупностью -- 100-10 (12) мм.

Коэффициент трения несколько уменьшается с увеличением скорости движения. Принимая его постоянным, скорость движения частицы по наклонной плоскости можно определить по формуле:

v = 2 gl(sin a -- cos а),

где l-- длина пути движения частицы, м. После схода с плоскости частица будет падать по параболе. Путь l, пройденный частицей от момента схода с плоскости до приемников, установленных на известном расстоянии от конца плоскости, при условии пренебрежения сопротивлением воздуха определяют по формуле:

l= v cos 2H/g,

где Н -- расстояние по вертикали до линии дна приемников, м.

Для обогащения по трению и форме применяют устройства с неподвижной (наклонные плоскости, винтовые сепараторы) и подвижной (барабанные, ленточные, дисковые, вибрационные сепараторы и грохоты) рабочей поверхностью.

Наиболее простые устройства с неподвижной поверхностью -- это наклонные плоскости, которые могут располагаться последовательно одна за другой или ступенчато (горкой). Производительность наклонной плоскости:



Q=3600kabv, т/ч,

где: к -- коэффициент разрыхления движущегося материала (0,3 -- 0,6);

-- плотность материала, т/м³;

а -- толщина слоя материала, м;

b -- ширина рабочей плоскости, м;

v -- скорость движения материала, м/с.

Наклонная плоскость может иметь на своей поверхности отражатели (пороги треугольного сечения) и разгрузочные отверстия в виде поперечных щелей.

Плоскостной сепаратор (рис.9) применяют для обогащения слюды. Каждая его плоскость имеет длину1350 мм и ширину 1000 мм. Угол наклона (нижней плоскости) больше, чем (верхней), точно так же и ширина щели на нижней плоскости больше, чем ширина на верхней. На плоскость подается сухой материал крупностью -- 70-25 мм. Перед щелью устанавливается небольшой порог прямоугольной формы для создания условий отрыва движущихся кусков пустой породы от наклонной плоскости . Куски пустой породы, перелетая через щель, разгружаются в конце плоскости. Куски слюды, имея пластинчатую форму, движутся по наклонной плоскости медленнее кусков породы и, проваливаясь через щель, попадают на следующую плоскость, где перечищаются. Производительность сепаратора составляет 3,5--3,7 м³/ч, извлечение слюды в концентрат 90 -- 92% , содержание пустой породы в концентрате 26 -- 23%.

Винтовые сепараторы представляют собой двойную наклонную плоскость, свернутую вокруг неподвижной оси по винтовой линии в форме двухзаходного винта. Сухой исходный материал загружают в верхнюю часть аппарата на каждый из винтообразных желобов. Частицы, имеющие разные коэффициенты трения, движутся на разных расстояниях от оси вращения. Частицы с большим коэффициентом трения имеют меньший радиус траектории движения по желобу, с меньшим коэффициентом трения -- больший радиус, благодаря чему они разделяются. Коэффициенты трения скольжения тяжелых минералов (вольфрамита, касситерита, магнетита) выше коэффициентов трения кварца, вследствие чего разделение частиц на сухом винтовом сепараторе должно происходить и по плотности. Винтовой сепаратор высотой 3--4 м имеет 3--4 витка (шаг спирали 0,7--0,9 м). Винтовой сепаратор с невысокими бортами по внешней стороне рабочего желоба имеет значительно больший угол наклона желоба, чем без бортов. Куски пустой породы, центр тяжести которых выше верхней кромки борта, при движении развивают большую скорость и вылетают через борт. Винтовые сепараторы для сухого обогащения отличаются простотой конструкции, но для эффективного разделения требуют предварительной узкой классификации материала по крупности.

Ленточный сепаратор представляет собой резиновую наклонную под углом, а ленту, на которую небольшим слоем подается материал. Частицы с меньшим коэффициентом трения скатываются с ленты в приемник, а с большим -- увлекаются лентой в другой приемник. Скорость перемещения ленты 1 м/с. Ленточные сепараторы применяют для разделения тонких абразивных порошков на фракции разной формы и отделения мелкого технического граната от пластинок слюды.

В дисковых сепараторах рабочей поверхностью является шероховатый металлический диск, расположенный с уклоном в сторону, противоположную подаче материала. При работе сепаратора диск вращается с определенной частотой. Под действием центробежной силы частицы с меньшим коэффициентом трения отбрасываются к наружному краю диска и разгружаются в первый по ходу диска желоб, с большим -- в следующий желоб и с самым большим коэффициентом трения -- в последний желоб. Для увеличения производительности на общем валу устанавливается несколько дисков (один под другим) из стали и латуни.

В вибрационном сепараторе для сухого обогащения (рис.10) использованы закономерности поведения сыпучих материалов на деке. При вибрации деки частицы под действием сил инерции и трения начинают подниматься вверх по ней (чем больше коэффициент трения частиц, тем больше высота их подъема). Дека имеет поперечный наклон поэтому частицы, поднявшись на определенную высоту, скатываются в соответствующие приемники, установленные по периметру деки.

Более плоские и тонкие частицы, имеющие больший коэффициент трения, могут подниматься до самого верха деки, самые крупные и округлые частицы, имеющие малый коэффициент трения, наоборот, могут, не поднимаясь, сразу скатываться в нижние приемники. Продольный наклон деки регулируем в пределах 20--50°, поперечный в предела; О--10 °, частота вибраций колеблется от 200 до 4000 в 1 мин.

Вибрационный сепаратор применяют для разделения по крупности различных порошкообразных материалов и абразивов, а также для выделения мономинеральных фракций при исследованиях вещественного состава руд и продуктов обогащения.

1.4 Обогащение по упругости

Обогащение по упругости основано на разнице траекторий, по которым отбрасываются частицы минералов, имеющие различную упругость, при падении на плоскость. Об упругости минералов судят по отношению h:Н, где h -- высота отражения частицы, сбрасываемой с высоты Н на горизонтальную стеклянную пластину.

Частица шарообразной формы, падая на горизонтальную плоскость с высоты Н со скоростью v = 2gН, после удара полетит в обратном направлении со скоростью отражения u= 2gh. Коэффициент восстановления скорости при этом

К = u/v = h/H, отсюда h = HK².

Значение К зависит от упругих свойств соударяющихся тел, а также от высоты падения тела. При K= 0 u = 0, т. е. упавшая на плоскость частица останется неподвижной (случай неупругого удара). Если К = 1, mu = v (случай вполне упругого удара). При 1 > К > 0 удар называется не вполне упругим.

Минералы, имея разные значения коэффициента К, будут двигаться по разным траекториям, что и позволяет отделять их друг от друга. Разделение частиц по упругости применяется при обогащении строительн...