5.7. Гамма - флюоресцентный метод обогащения.
Этот метод использует характеристическое рентгеновское излучение. Сущность флюоресцентного рентгенорадиометрического метода основывается на различии в энергиях характеристического излучения разделяемых компонентов. Физические процессы, характерные для этого метода, - возбуждение характеристического рентгеновского излучения атомов элементов. Источники возбуждения излучения - радиоактивные изотопы и рентгеновские трубки. Область применения - элементы с атомным номером более 20 ÷ 30.
Первичное рентгеновское излучение заставляет электроны, располагавшиеся в нормальном состоянии на определенных энергетических уровнях, перейти на более высокие энергетические уровни, после чего они спонтанно переходят на прежний уровень с меньшей энергией. В процессе этого перехода избыток энергии выделяется, главным образом, с фотонами. Образующееся таким образом вторичное излучение называется характеристическим рентгеновским излучением флюоресценции. Зависимость энергии флюоресцентного излучения Еф, от атомного номера элемента Z определяется законом Мозли:
(Еф)1/2 ~Z (5.7.1)
Для каждого химического элемента спектр характеристического флюоресцентного излучения строго определен и зависит от его атомных свойств. Интенсивность фюоресцентного излучения представляет собой довольно сложную функцию ряда атомных характеристик вещества. При неизменной геометрии измерений величина Jф может быть представлена выражением:
(5.7.2)
где К - постоянный в данной геометрии коэффициент, не зависящий от содержания химического элемента;
mn- поверхностная плотность вещества, [г/см3];
τф - массовый коэффициент фотоэлектрического поглощения.
Таким образом, интенсивность флюоресцентного излучения тем выше, чем больше содержание химического элемента в исследуемой среде.
Метод радиометрического обогащения, основанный на использовании различий руды и породы в интенсивности вторичного характеристического флюоресцентного излучения, возбуждаемого с помощью гамма-излучения, называется гамма - флюоресцентным.
При реализации этого метода обогащения основную роль играют такие свойства элементов, как энергия их К - краев поглощения и энергия основных линий рентгеновского флюоресцентного спектра.
Поскольку энергия фотонов характеристического излучения К - серии в 7 ÷ 8 раз выше, чем у фотонов α - серии, то это излучение целесообразно использовать в качестве признака разделения.
Следует учитывать, что фотоны с энергией 1 ÷ 3 кэВ имеют низкую проникающую способность, а это затрудняет применение их при радиометрическом обогащении.
Гамма - флюоресцентный процесс может найти применение при обогащении многих типов руд цветных, черных и редких металлов, например, марганцевых, медно-никелевых, ниобиевых, молибденовых, оловянных, свинцово-цинковых, вольфрамовых и других.
Выбор типа источника фотонов определяется порядковым номером элемента (зарядом ядра, т.е. количеством протонов в ядре), входящего в состав минерала. Энергия первичного излучения должна быть близка к энергии характеристического излучения и достаточна для его возбуждения. Для гамма-флюоресцентной сепарации можно использовать изотопы железа, мышьяка, серебра, олова, америция. Регистрация характеристического излучения при энергиях больше 15 ÷ 20 кэВ успешно осуществляется сцинтилляционными счетчиками, а при меньших энергиях - пропорциональными счетчиками. Перспективно применение полупроводниковых кремниевых и германиевых детекторов.
Процесс флюоресцентной сепарации, основанный на использовании характеристического излучения, применим для обогащения руд, содержащих химические элементы с атомными номерами более 20 (большинство руд цветных, редких и черных металлов).
В 1966 г. в Канаде создан и испытан лабораторный флюоресцентный сепаратор для молибденовых руд. В СССР была внедрена гамма - флюоресцентная сепарация труднообогатимых оловянных руд, плагиоклаз - кварцевых пегматитов с использованием характеристического излучения калия и кальция. (Выделяются куски плавикового шпата, апатита и известняка).