4. Подготовка руды перед радиометрической сепарацией.
Перед автоматической сепарацией руды материал необходимо определенным образом подготовить.
1. Первая стадия - дробление руды до крупности 250-200 мм.
2. Промывку 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, т.к. содержание ценного компонента в кусках руды разной крупности различно.
Классификация руды проводится по шкале, равной 1,5 для слабоконтрастных материалов и 2 для контрастных материалов. Руда крупностью менее 20 мм или 10 мм в зависимости от применяемого метода сортировки, отправляется на переработку каким-либо другим методом обогащения или присоединяется к концентрату радиометрической сепарации. Шкала классификации выбирается таким образом, чтобы масса кусков оказывала меньшее влияние на колебания в содержании ценного компонента. Очень важно провести правильно выбор источника облучения.
Дальнейший этап повышения экономической эффективности радиометрического обогащения связывается зарубежными специалистами с перенесением этого процесса в горные выработки (в т.ч. подземные), причем сортирующие установки должны работать в комплексе с экскаваторами непрерывного действия. Такие системы обеспечивают минимальное перемещение пустой порода от места добычи и, следовательно, максимальную экономическую эффективность. Технологические режимы радиометрической сепарации приведены на рис.4.1.
Рис. 4.1. Технологические режимы радиометрического обогащения:
1 - поточный; 2 - порционный; 3 - покусковой.
5. Классификация радиометрических методов сепарации.
Начало развития радиометрических методов обогащения было положено в Советском Союзе в 1930-х годах. Тогда при обогащении алмазосодержащих руд был применен первый радиометрический метод, основанный на использовании свойства алмазов люминесцировать под действием рентгеновских лучей.
В настоящее время при радиометрическом обогащении используются более 20 признаков разделения, что позволяет обогащать самые разнообразные твердые полезные ископаемые.
Наиболее технически освоенным являются следующие методы;
Нейтронно - абсорбционный;
радиорезонансный;
инфраметрический;
авторадиометрический;
фотометрический;
люминесцентный;
гамма - нейтронный или фотонейтронный;
нейтронно - активационный;
гамма - флюоресцентный.
5.1. Авторадиометрический метод обогащения.
Этот метод, первым получивший промышленное применение, использует естественную радиоактивность урановых и ториевых минералов. Разработана теория, создана эффективная аппаратура, которая успешно используется в промышленных условиях. Это технологический процесс применяется для монацитового и лопаритового сырья и элементов, тесно ассоциирующих с ними и является основным для урановых руд.
Действовавшие в Советском Союзе радиометрические обогатительные фабрики «РОФ» выводили в отвал не менее 35% породы от исходной руды. Помимо этого, на рудничных установках рудосортировочных контрольных станций выделятся порода, количество которой составляет 15 - 35%. Сепарации подвергаются руды в диапазоне крупности -200+50 (25) мм. В настоящее время ведутся работы по конструированию аппаратов для материала крупностью 10-15 мм.
Счетчики сепаратора (газоразрядные и сцинтилляционные) фиксируют жесткое гамма-излучение. Сепарация происходит по разнице в интенсивности гамма-излучения.
Авторадиометрический метод обогащения был предложен в СССР проф. Волковой З.В. и Людовиговским Г.И. в 1947 году, а за рубежом примерно в это же время в I946-1947 гг. Лапоинте К.M. (Канада).
С развитием метода авторадиометрического обогащения чуствительность аппаратуры была увеличена в 10 раз. Применение сцинтилляционных счетчиков вместо газоразрядных пропорциональных позволяет снизить крупность разделяемых кусков до 20-25 мм, а необходимое количество равновесного урана до 25-30 мг. Большие работы по разработке и внедрению обогащения урановых руд проведены советскими исследователями Скриниченко, Ковкой, Андрюшиным, Мокроусовым.
Из радиологических свойств урановых руд наиболее существенное влияние на соотношение интенсивности гамма-излучения и содержания урана в руде оказывает состояние радиоактивного равновесия в отдельных кусках руда. Как известно, в урановых рудах источником гамма-излучения, по которому и производится радиометрическая сепарация, является не уран, а радий образующийся в результате радиоактивного распада урана 238U. В результате распада радия образуются свинец, висмут и полоний.
Если в руде полностью сохраняются продукты распада урана, то через несколько миллионов лет между количествами радия и урана устанавливается постоянное соотношение радий / уран = 3,34·10-7. При этом соотношении количество распадающихся атомов радия непрерывно восполняется за счет распада атомов урана и оба элемента находятся в состоянии радиоактивного равновесия. Однако, под воздействием природных агентов, радий и уран могут мигрировать из руды или приноситься в нее из других участков месторождения. Это приводит к нарушению радиоактивного равновесия.
В результате сортировки такой руды часть кондиционных по урану кусков руды, в которых наблюдается недостаток радия, а, следовательно, и понижение интенсивности гамма-излучения, попадает в хвосты. Другая же часть, некондиционная по урану, но с избытком радия, направляется в концентрат.
Таким образом, нарушение постоянства радиоактивного равновесия радий / уран в кусках может снизить эффективность радиометрического обогащения или вообще исключить возможность его применения. Избыток радия лучше, так как при этом легче отделить куски руды от пустой породы.
Помимо радиоактивного равновесия на соотношение между интенсивностью гамма-излучения кусков руды и содержанием в них урана может повлиять присутствие тория. Однако, на большинстве промышленных месторождений торий отсутствует или содержится в незначительных количествах. Поэтому постоянство отношения интенсивности излучения и содержания урана, обусловленное присутствием тория на урановых месторождениях, в большинстве случаев не оказывает существенного влияния на эффективность радиометрической сепарации урановых руд. Эти два фактора могут определить пределы колебаний соотношения между интенсивностью гамма-излучения кусков руды и содержанием в них урана, но все же селективность процесса радиометрической сепарации, в основном, зависит от контрастности руды.
При радиометрической сепарации материал должен быть классифицирован на узкие классы по крупности. Шкала классификации 1,5 или 2÷3. Максимальная крупность кусков не должна составлять более 250-300 мм, так как при большей крупности затрудняется работа исполнительного механизма (шиберного или пневмоклапана). Минимальная крупность - не менее 25-15 мм, так как при меньшей крупности становится недостаточной чувствительность применяемой аппаратуры и резко снижается производительность сепаратора при покусковой подаче материала. Необходимость классификации руды на узкие классы крупности определяется тем, что в радиометрических сепараторах распределение кусков руды между продуктами обогащения производится по некоторой заданной граничной интенсивности гамма-излучения. Интенсивность гамма-излучения куска руды зависит от количества в нем урана. Поэтому интенсивность гамма-излучения богатого, но мелкого куска руды может оказаться ниже граничной интенсивности. В связи с этим часть кондиционного, но мелкого материала может быть направлена в хвосты. Наоборот, часть некондиционных, но крупных кусков руды, благодаря значительной массе, может обладать интенсивностью гамма-излучения большей, чем граничная интенсивность, и попадет в концентрат. Таким образом, различие сепарируемых кусков руды по крупности, обуславливающее непостоянство в них отношения интенсивности излучения к содержанию урана в куске, может привести к ухудшению технологических показателей. При сепарации каждого класса крупности руды на отдельном сепараторе со своей заданной граничной интенсивностью, верхний и нижний предел интенсивности гамма-излучения разделяемых кусков сближаются.
В промышленной практике в настоящее время применяется авторадиометрическое обогащение двух видов: крупнопорционная сортировка руд при их добыче и покусковая сепарация рядовой руды.
Крупнопорционную сортировку всей рудной массы в процессе добычи в шахтах и карьерах производят с выделением пустой породы, забалансовой руды и товарной руды. Этот процесс обеспечивает снижение потерь руды при добыче и ее разубоживание.
В таблице 5.1.1 приведен перечень руд, содержащих урановые минералы, при промышленном содержании других полезных компонентов.
Таблица 5.1.1
Виды комплексных урановых руд
Тип руды |
Содержание сопутствующих компонентов при промышленном содержании урана; % |
Золото-урановые |
0,5-1,0 г/т золота |
Фосфорно-урановные |
5-10 % пятиокиси фосфора |
Урано-ванадиевые |
0,5-1,0 % пятиокиси ванадия |
Урано-медные |
0,2-0,3 % меди |
Ураносодержащие угли и сланцы |
20-30 % горючих сланцев |
Урано-пиритные |
2-3,0 % серы |
Циркониево-урановые |
1-2 % двуокиси циркония |
Ниобиево-урановые |
0,05-0,1 % пятиокиси ниобия |
Урано-ториевые |
0,05-1,0 % двуокиси тория |
При сортировке урановых руд измерение гамма-излучения проводится в ковшах экскаваторов, в погрузочно-доставочных машинах, вагонетках, автосамосвалах.
Время измерения излучения составляет всего 3 ÷ 20 сек в зависимости от чувствительности приборов и массы пробы. Это позволяет иметь большую производительность и приемлемую точность определения среднего содержания ценного компонента в руде.
Радиометрические контрольные станции в последние годы находят все более широкое применение при переработке нерадиоактивных руд: бериллиевых, флюоритовых, апатитовых и других. Покусковая сепарация руды проводится на ленточных сепараторах, Принципиальная схема радиометра приведена на рис. 5.1.1.
Рис. 5.1.1. Типовая структурная схема рудосортировочного радиометра:
1 - детектор излучения; 2 - усилитель импульсов; 3 - формирующий каскад; 4 - измеритель скорости счета или устройство абсолютного счета; 5 - пороговый каскад; 6 - исполнительный каскад; 7 - выход к сепаратору; 8 - блок питания; 9 – сеть.