CC BY
44
© Р.Н. Рахмеев, А.Ю. Чикин, Ю.О. Федоров, 2015
УЛК 622.72:622.371
Р.Н. Рахмеев, А.Ю. Чикин, Ю.О. Федоров
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ ДЛЯ ДОВОДКИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ
Приведены результаты рентгенорадиометрической сепарации для доводки гравитационных алмазосодержащих концентратов крупностью -6+3 мм на рентгенофлуоресцентных сепараторах СРФ с газовым и полупроводниковым детекторами. Изучены вторичные рентгеновские спектры кристаллов алмазов и основных сопутствующих минералов и породы, выявлено, что различие в спектрах может бьтть успешно использовано в качестве разделительного признака. Испытаниями в лабораторных условиях получена высокая эффективность сепарации.
Ключевые слова: алмаз, доводка, извлечение, рентгенофлуоресцентный сепаратор, вторичный рентгеновский спектр, рассеянное излучение, характеристическое излучение, люминесценция.
В последнее время активно развиваются методы обогащения, использующие различные виды излучения (естественная радиоактивность, световое, рентгеновское, электромагнитное излучение и др.) для распознавания полезных компонентов находящихся в кусках породы либо в свободном состоянии. Данные методы объединены общим названием «радиометрические методы» [1—4].
В алмазодобывающей промышленности технология радиометрического обогащения - рентгенолюминесцентная сепарация является одной из основных для обогащения крупных классов и доводки гравитационных концентратов крупностью -6(8)+1 мм. В основе сепарации лежит различие люминесценции алмазов и сопутствующих минералов как по интенсивности так и по времени (доли секунды). Сам метод рентгенолюминесцентной сепарации был предложен М. Е. Богословским, им же была сконструирована необходимая для его осуществления аппаратура [5]. Богословским был также предложен другой радиометрический метод - гамма-абсорбционный, где в качестве признака разделения использу-
ется разница в способности различных веществ поглощать рентгеновское излучение, излучение поглощается тем больше, чем больше атомные номера элементов, входящих в состав вещества и чем больше плотность тела. На основе этого способа созданы сепараторы для обогащения алмазосодержащих материалов производства НПП «Буревестник». Однако, несмотря на то, что рентгенолюминесцентный метод является высокоэффективным, часть алмазов, обладающая не характерной или слабой под действием рентгеновского излучения люминесценцией, теряется с хвостами сепараторов. Также в концентрат рентгенолюминесцентных сепараторов извлекаются люминесцирующие минералы (кальциты, цирконы и т.д.) и при высоком содержании их в исходной руде некоторых месторождений, существенно снижают показатели работы сепараторов.
Для извлечения алмазов вне зависимости от их рентге-нолюминесцентных свойств предлагаются различные методы, основанные на других физических свойствах кристаллов алмазов - трибоэлектрометрический, фотолюминесцентный, оптический и др. Рентгенофлуоресцентный (рентгенорадио-метрический) метод является одним из таких альтернативных способов. Он основан на мгновенном анализе вторичного рентгеновского спектра сортируемых частиц - характеристического спектра, полученного путем воздействия на исследуемый образец первичного рентгеновского излучения. При облучении внутренние (ближе к ядру) электроны атома переходят в возбуждённое состояние. В этом состоянии атом пребывает крайне малое время, порядка 10-6-10-9 секунды, после чего возвращается в основное состояние путем целого каскада последовательных переходов электронов с внешних оболочек атома (Ц М, N и т.д.) на нижние оболочки (К, Ц. В результате таких переходов происходит испускания фотонов, образующих характеристическое рентгеновское излучение (ХРИ), также называемое рентгеновским флуоресцентным излучением. Связь между энергией характеристического рентгеновского излучения элемента и его атомным номером определяются законом Мозли. Для каждого химического элемента энергия характеристического флуоресцентного излучения строго определена и зависит от его атомных
свойств. Таким образом, по энергии и количеству квантов этого характеристического излучения может распознаваться элементный состав и строение вещества.
Исследования возможности применения рентгенофлуо-ресцентного способа для извлечения алмазов из алмазосодержащих продуктов впервые проводились в ОАО «Ирги-редмет» сотрудниками лаборатории обогащения алмазосодержащего сырья и технологического центра РРС на лабораторных одноручьевых рентгенофлуоресцентых сепараторах (СРФ), являющихся полными аналогами промышленных сепараторов СРФ, предназначенных для сортировки крупнокусковой руды в диапазоне крупности от 10 до 150 мм. Сепараторы СРФ оснащены разными детекторами - блоки на основе пропорциональных газонаполненных счетчиков СИ 13Р (ГД) и блоки на основе полупроводниковых детекторов (ППД) с высоким энергетическим разрешением типа Si-pin или SDD.
Для проведения исследований были подготовлены коллекции алмазов и коллекция сопутствующих минералов и породы крупностью -6+3 мм. Коллекция алмазов формировалась из кристаллов одного из месторождений Якутии. Коллекция сопутствующих минералов и породы была сформирована исходя из того, что наиболее вероятными продуктами для обогащения данным процессом являются гравитационные концентраты крупностью -6+3 мм. На основе обобщения данных минералогических анализов поступающих на доводку гравитационных концентратов действующих фабрик были выявлены наиболее часто встречающиеся в них минералы и порода - циркон, карбонаты, габбродолериты, кимберлит, пироп, ильменит и хризолит.
Анализ вторичных рентгеновских спектров образцов алмазов и сопутствующих минералов и породы (рис. 1), показал существенное их отличие в аналитических областях Са (кальция), Fe (железа) и Zr (циркона) и вторичного рассеянного рентгеновского излучения, обусловленное отсутствием элементов кальция, железа и циркона в алмазе. При этом значительно возрастает интенсивность рассеянного излучения от алмаза. Это отличие является физической основой нового метода для выделения алмазов из смеси минералов.
а) алмаз
б) циркон
в) кимберлит г) пироп
Рис. 1 Характеристические спектры кристаллов алмаза и сопутствующих минералов и породы
В результате доводки проб гравитационных алмазосодержащих концентратов крупностью -6+3 мм в динамических условиях на сепараторе с полупроводниковым детектором дос-
тигнуто полное извлечение алмазов в концентрат при небольшом его выходе - 1,0-1,8 % и 1,7-2,3 % на рудном материале и на песках россыпи соответственно за одну стадию сепарации (табл. 1).
Результаты доводки алмазосодержащих проб на сепараторе с газовым детектором несколько ниже - при выходе концентрата 1,2-1,8 % и 1,8-3,2 % на рудном материале и на песках россыпи извлечение составило 97-100 % и 92-98 % соответственно за одну стадию сепарации (табл. 2).
Таблица 1
Результаты доводки гравитационного концентрата крупностью -6+3 мм на сепараторе с полупроводниковым детектором
№ опы Наименова- Произво- Выход Содержание алмазов, Извлече-
та ние дитель- концен- % ние ал-
исходных ность, трата, В питании В концен- мазов, %
продуктов кг/ч % трате
1 Россыпное 2,1 2,3 0,84 36,5 100,0
2 месторождение 2,3 1,7 0,84 49,4 100,0
3 Рудное 2,2 1,4 0,62 44,3 100,0
4 месторожде- 2,5 1,8 0,62 34,4 100,0
5 ние 2,0 1,0 0,62 62,0 100,0
Таблица 2
Результаты доводки гравитационного концентрата крупностью -6+3 мм на сепараторе с газовым детектором
№ опы Наименова- Произво- Выход Содержание алмазов, Извлече-
та ние дитель- концен- % ние ал-
исходных ность, трата, в питании в концен- мазов, %
продуктов кг/ч % трате
1 Россыпное 2,3 3,2 0,62 37,5 92,0
2 месторождение 2,5 1,8 0,84 45,4 98,0
3 Рудное 2,2 1,2 0,62 50,9 100,0
4 месторожде- 2,4 1,5 0,84 39,2 97,7
5 ние 2,6 1,8 0,84 35,1 97,3
При этом содержание алмазов в концентрате при доводке рудного материала и песков россыпи возросло по сравнению с питанием с 0,62 % до 34,4-62,0 % и с 0,84 % до 36,5-49,4 % соответственно.
Более высокие показатели на сепараторе с полупроводниковым детектором объясняются лучшей разрешающей способностью последнего против газового детектора. Тем не менее, даже в случае использования газового детектора извлечение алмазов за одну стадию составило 92-98 %, а с контрольной операцией достигается полное извлечение. При этом отмечается низкая засоренность полученных концентратов сопутствующими минералами.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мокроусов В.А., Лилеев В.А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. М.: Недра, 1979. 192 с.
2. Татарников А.П. Ядерно-физические методы обогащения полезных ископаемых. М.: Атомиздат, 1974. 114 с.
3. Справочник по обогащению руд. М.: Недра, 1974. Т. 2. 451 с.
4. Шемякин В.С., Цыпин Е.Ф., Федоров Ю.О., Скопов С.В. Теория и практика рентгенорадиометрического обогащения: научная монография. Екатеринбург: Изд-во Форт Диалог-Исеть, 2013. 255 с.
5. Маланьин М.И., Крупенина А.П., Черкашина М.М. и др. Обогащение алмазосодержащих коренных пород и песков. М.: Госгеолтехиздат, 1961. 243 с. ИШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Рахмеев Р.Н. - научный сотрудник лаборатории обогащения алмазосодержащего сырья, [email protected],
Чикин А.Ю. — доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, [email protected],
Федоров Ю.О. - кандидат технических наук, директор технологического центра РРС, [email protected], ОАО «Иргиредмет».
UDC 622.72:622.371
THE APPLICATION OF X-RAY RADIOMETRIC SEPARATION FOR DIAMOND-BEARING CONCENTRATES UPGRADING
Rakhmeev R.N., research associate at the laboratory of diamond-bearing materials processing, JSC «Irgiredmet», Russia,
Chikin A, Yu., doctor of engineering sciences, professor, chief scientific officer, JSC «Irgiredmet», Russia,
Fedorov Yu.O., candidate of technical sciences, director of the XRRS technology center, JSC «Irgiredmet», Russia.
The article describes the results of X-ray radiometric separation for upgrading the -6+3 mm diamond-bearing gravity concentrates using an X-ray fluorescence separator with gas-filled and solid-state detectors. The secondary X-ray spectra of diamond crystals and the main associated minerals and rock were analyzed during the study. It was found that a difference in spectra can be effectively used as a distinctive feature. The high-efficiency separation performance was achieved in the laboratory tests.
Key words: diamond, upgrading, recovery, X-ray fluorescence separator, secondary X-ray spectrum, scattered radiation, characteristic radiation, luminescence.
REFERENCES
1. Mokrousov V.A., Lileev V.A. Radiometricheskoe obogashhenie nera-dioaktivnyh rud (Radiometric concentration of nonradioactive ores). Moscow, Ne-dra Publ., 1979, 192 p.
2. Tatarnikov A.P. Jaderno-fizicheskie metody obogashhenija poleznyh iskopaemyh (Nuclear-physical analysis methods of minerals processing). Moscow, Atomizdat Publ., 1974, 114 p.
3. Spravochnik po obogashheniju rud (Ore processing handbook). Moscow, Nedra Publ., 1974, vol. 2, 451 p.
4. Shemjakin V.S., Cypin E.F., Fedorov Ju.O., Skopov S.V. Teorija i praktika rentgenoradiometricheskogo obogashhenija: nauchnaja monografija (Theory and practice of X-ray radiometric concentration: scientific monograph). Ekaterinburg, Fort Dialog-Iset' Publ., 2013, 255 p.
5. Malan'in M.I., Krupenina A.P., Cherkashina M.M, et al. Obogashhenie almazosoderzhashhih korennyh porod i peskov (Processing of diamond-bearing bedrocks and gravels). Moscow, Gosgeoltehizdat Publ., 1961, 243 p.
