- •В. Е. Поляков
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Основы взаимодействия различных видов излучений с веществом
- •1.1. Ядерное взаимодействие
- •1.1.1. Взаимодействие нейтронов с веществом
- •1.1.2. Взаимодействие заряженных частиц
- •1.1.3. Ядерные реакции при взаимодействии гамма-излучения
- •Пороги фотоядерных реакций для изотопов некоторых химических
- •Максимальные значения сечений фотоядерной реакции для ряда
- •1.2. Электромагнитное взаимодействие
- •1.2.1. Взаимодействие гамма-излучения
- •Энергия k-краев поглощения для ряда химических элементов
- •Взаимодействие рентгеновского излучения
- •Взаимодействие излучения ультрафиолетового, инфракрасного и видимого спектральных диапазонов
- •Взаимодействие излучения видимого спектрального диапазона с веществом
- •Взаимодействие инфракрасного излучения с веществом
- •Взаимодействие излучения радиочастотного диапазона
- •Глава 2. Метод масс-спектроскопии в задачах контроля металлов, сплавов и лома
- •2.1. Физическая сущность метода масс-спектроскопии с лазерной ионизацией вещества
- •Масс-спектрографе с двойной фокусировкой, и фотометрическая кривая этой спектрограммы (б) и области массового числа
- •2.2. Принципы взаимодействия импульсного лазерного излучения с веществом мишени
- •2.3. Типы лазеров и их параметры
- •2.4. Метод масс-спектроскопии с лазерной ионизацией вещества
- •2.5. Масс-спектрометры – средства контроля металлов, сплавов и лома
- •2.6. Типы масс-анализаторов, используемые в масс-спектрометре
- •2.7. Основы методики идентификации элементного состава вещества с использованием лазерного ионизатора и время-пролетного динамического масс-анализатора
- •2.8. Эмиссионные спектроскопы для экспертного спектрального анализа черных и цветных металлов
- •2.8.1. Многоканальный эмиссионный спектрометр дсф-71 (ls-1000)
- •Составные части прибора имеют следующие особенности:
- •Технические характеристики
- •2.8.2. Многоканальный эмиссионный спектрометр серии мфс
- •Технические характеристики:
- •Источник возбуждения спектра – универсальный генератор угэ-4:
- •Унифицированная система управления и регистрации:
- •Источники питания:
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 2
- •Глава 3. Физические основы γ-флуоресцентного контроля металлов, сплавов, лома
- •3.1. Рентгеновские лучи
- •3.2. Рентгеновские спектры
- •Рентгеновская спектроскопия
- •Рентгеновская аппаратура. Рентгеновская камера и рентгеновская трубка
- •Рентгеновский гониометр
- •3.6. Рентгеновский дифрактометр
- •3.7. Рентгенофлуоресцентный кристаллдифракционный сканирующий вакуумный «Спектроскан-V»
- •3.8. Спектрометр рентгенофлуоресцентный кристалл-дифракционный сканирующий портативный «Спектроскан»
- •3.9. Спектрометр рентгенофлуоресцентный кристалл-дифракционный сканирующий портативный «Спектроскан-lf»
- •3.10. Основы методики идентификации элементного состава неизвестного вещества и определение концентрации ингредиентов с использованием метода гамма-флуоресцентного анализа
- •3.11. Методика безэталонного рентгеноспектрального анализа сталей
- •3.11.1. Методика анализа углеродистых сталей
- •3.11.2. Методика определения содержании металлов в питьевых, природных и сточных водах при анализе на сорбционных целлюлозных дэтата-фильтрах
- •3.11.3. Методика определения содержания металлов в порошковых пробах почв
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 3
- •Глава 4. Приборы и методы таможенного контроля состава металлов, сплавов, лома с использованием методов вихревых токов
- •4.1. Основы теории вихревых токов
- •4. 2. Распределение вихревых токов
- •4.3. Характеристики вещества и поля
- •4.4. Физические принципы метода вихревых токов (вт)
- •4.5. Области применения и классификация методов вихревых токов
- •Датчики и характерные физические процессы
- •4.7. Некоторые типовые конструкции датчиков
- •Контроль и влияние примеси на электропроводность некоторых металлов
- •Меди (б)
- •Электропроводность и температурный коэффициент некоторых
- •4.9. Методы и приборы измерения электропроводности немагнитных металлов
- •4.10. Общие положения. Порядок проведения измерений
- •4.11. Элементы методики исследования и выбор материала для контроля
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 4
- •Глава 5. Ультразвуковые методы контроля металлов, сплавов, лома и руд
- •5.1. Классификация акустических методов контроля
- •5.2. Ультразвуковая аппаратура
- •Подготовка к контролю
- •Порядок проведения контроля
- •5.3. Ультразвуковая аппаратура в неразрушающем контроле
- •5.4. Ультразвуковые преобразователи
- •5.5. Определение типа металла, сплава, лома по измерению скорости распространения упругих волн
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 5
- •Глава 6. Классификация радиометрических методов контроля состава руд
- •6.1. Методы определения элементного состава полезных ископаемых по спектрометрии вторичных излучений
- •6.2. Методы, основанные на взаимодействии гамма- или рентгеновского излучения с электронными оболочками атомов или ядрами атомов элементов
- •6.3. Методы, основанные на спектрометрии гамма-излучения, возникающего при различных ядерных реакциях нейтронов с веществом
- •Методы определения естественной радиоактивности пород, содержащих радиоактивные элементы
- •6.5. Люминесцентные методы контроля состава руд
- •6.6. Фотометрические методы контроля состава руд
- •6.7. Радиоволновые методы контроля руд
- •6.8. Технология сортировки руды
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 6
- •Заключение
- •Список используемой литературы:
- •Предметный указатель
- •Оглавление
- •191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5
6.6. Фотометрические методы контроля состава руд
При облучении образца горной массы световым потоком видимого диапазона Фо можно наблюдать, как этот поток распределяется на границе раздела сред воздух - горная порода и в самом образце. Математически этот процесс можно записать в виде:
, (6.6.1)
где ,,, - соответственно отраженный, рассеянный, поглощенный и прошедший через образец горной породы лучистые потоки.
Если разделить уравнение (6.6.1) на Фо, то получим уравнение:
, (6.6.2)
где - коэффициенты соответственно отражения, рассеяния, поглощения и пропускания.
Эти коэффициенты являются основными характеристиками компонентов минерального сырья. Различие разделяемых компонентов минерального сырья по основным оптическим характеристикам: коэффициентам отражения, пропускания, рассеяния, цвету - позволяет использовать фотометрический метод для радиометрического обогащения (покусковой сепарации или мелкопорционной сортировки). Цвет минерального сырья в свою очередь определяется законами отражения, поглощения, пропускания, свойствами вещества и спектральным составом источника света. Коэффициент отражения содержит информацию о поверхностных свойствах разделяемой компоненты, а коэффициенты пропускания и рассеяния - о ее объемных свойствах.
При фотометрическом разделении рудной массы часто используют различие минеральных агрегатов по их яркостному контрасту. Для этого применяют метод, в котором сравнивают яркостный контраст образца Во и выбранного фона Вф по величине, определяемой уравнением:
. (6.6.3)
Делается вывод, относится ли данный образец к руде или к породе. Если яркостный контраст фоновой пластины подбирается таким образом, что его значение соответствует яркостному контрасту минерального агрегата с минимально значимым содержанием полезного компонента, то в этом случае величина К в уравнении (6.6.3) будет называться пороговой контрастностью. Все образцы, значение яркостного контраста которых превышают величину пороговой контрастности К, будут относиться к руде, в противном случае - к породе.
Необходимо отметить, что коэффициент отражения различных типов горных пород зависит от длины волн. Таким образом, для разделения минерального сырья можно использовать разницу в коэффициентах отражения на выбранной длине (или диапазоне длин) волн. На рис. 6.6.1 приведены спектры отражения, различных горных пород.
Зависимости, приведенные на рис. 6.6.1, свидетельствуют, что разница в коэффициентах отражения на выбранной длине волны может быть использована для идентификации пар пород: 1 - 4 - отражающих неселективно; 2 - 3 - селективно отражающих; 1 - 3 и 4 - 3 -селективно и неселективно отражающих. Заметим, что для пары 2 -3 разница в коэффициентах отражения по модулю практически постоянная, за исключением участка волн , где эта разность уменьшается, а затем снова возрастает практически до прежнего значения. Увеличение различий в данном случае возможно, если в качестве признака разделения принять величину, пропорциональную разности на двух длинах волн.
Рис. 6.6.1. Спектры отражения горных пород
Наиболее благоприятными объектами для фотометрической сепарации являются неметаллические полезные ископаемые, для которых характерно резко выраженное отличие в оптических свойствах (цвете) рудных и породных компонент.
Фотометрический метод применяется для выделения прозрачных или полупрозрачных минералов: оптического кварца, алмазов, драгоценных или полудрагоценных камней. Для обогащения кварцевого сырья разработан радиофотометрический способ сепарации, предусматривающий предварительное дозированное облучение гамма- или рентгеновским излучением сырья, которое приводит к специфической окраске кварца при наличии в нем даже незначительных количеств примесей алюминия, железа, титана. Интенсивность окраски пропорциональна их содержанию в кварце. Дальнейшая фотометрическая сепарация, превосходящая по своей селективности все известные способы обогащения, обеспечивает получение оптического кварца, не уступающего по чистоте лучшему горному хрусталю.
Фотометрическому разделению подвергаются доломитовое и магнезитовое сырье, тальк, баритовые, флюоритовые, фосфоритовые, сильвинитовые руды. Лабораторными исследованиями установлено, что отражательная способность доломитов Щелковского месторождения в 1,3 - 1,5 раза выше, чем у кремнезема, содержание которого в отбитой массе превышает требования кондиций для огнеупорного сырья в 2 - 2,5 раза. При промышленных испытаниях по разработанной технологии фотометрической сепарации доломитового сырья получен доломитовый концентрат I сорта, удовлетворяющий требованиям товарного продукта для производства высококачественных огнеупоров, а также продукт (концентрат II сорта) для получения доломитовой муки, используемой в качестве удобрений. Показано также, что фотометрическая сепарация некондиционных доломитов Большегорского и Елененского месторождений эффективно повышает их качество и способствует получению высококачественных огнеупоров.
Применение фотометрической сепарации позволяет уменьшить себестоимость получения качественного товарного продукта за счет сокращения затрат на эксплуатационную разведку, необходимую для селективной выемки доломитов; упрощенную систему отработки месторождений, а также увеличить выход первосортного концентрата.
Испытания технологии фотометрической сепарации в качестве основного метода обогащения магнезитового сырья Саткинской группы месторождений, на сепараторах типа «Хрусталь», «Сортекс-621», М-16 подтвердили результаты лабораторных исследований о возможности получения высококачественных марок магнезита и снижения его потерь в условиях значительного разубоживания (до 15%) добываемого сырья при валовой выемке.
За рубежом фотометрическая сепарация неметаллических полезных ископаемых применяется в качестве основного обогатительного процесса для магнезитового, доломитового сырья, баритов, гипса, талька, кварца, галита, полевых шпатов. Например, на сортировочной фабрике «Евракини» (Греция) за одну операцию из исходного магнезитового сырья получают концентрат с содержанием магнезита 92 - 93 %, а введение операции перечистки позволяет получить высококачественный концентрат, содержащий до 99 % магнезита.
Примером эффективного применения фотометрической сепарации рудных полезных ископаемых являются золотосодержащие руды коренных месторождений кварцевой формации, в которых золото связано с кварцем, а вмещающие породы имеют темную окраску. Из-за сложной геометрии кварцевых жил и их небольшой мощности при добыче происходит значительное разубоживание золотоносной руды, достигающее 80 - 90 %. Испытания фотометрической сепарации золотосодержащей руды, проведенные на одном из рудников подтвердили ее высокую технологическую эффективность: при выведении из потока 70 % вмещающих пород извлечение золота повышено на 10% .
Высокие показатели фотометрической сепарации были достигнуты при испытаниях обогатимости очень убогих золотосодержащих руд штокверкового оруденения, расположенного в массиве габбро. В этих рудах золото и золотоносный пирит связаны с кварц-карбонатными прожилками мощностью от 2 до 20 мм. При фотометрической сепарации проб, содержащих от 0,5 до 1 г/т золота, получены обогащенные продукты с кондиционным содержанием, пригодные для дальнейшей обработки.
Фотометрическая сепарация может быть применена и для предварительного обогащения руд цветных металлов. Возможность фотометрического обогащения этих руд, характеризующихся, как правило, тонкой вкрапленностью ценных минералов, обусловлена ассоциативной связью этих минералов в одним из породообразующих компонентов (минералов), например, кварцем, имеющим достаточно контрастные различия в окраске от основной массы вмещающих пород. Примером может служить руда олово-вольфрамового месторождения кварцевой формации, в которой ценные минералы связаны с кварцем, а вмещающими породами являются биотитовые и мусковитовые сланцы и роговики, имеющие окраску от зеленовато-серой до почти черной. Фотометрическая сепарация обеспечила высокий выход хвостового продукта (60 %) с отвальным содержанием в нем , олова и вольфрама.
Для некоторых руд цветных металлов фотометрическую сепарацию целесообразно использовать в сочетании с другими способами предварительного обогащения. Например, для комплексной вольфрамо-висмутовой руды предложена технологическая схема, предусматривающая фотометрическую сепарацию крупных классов -130+40 мм и обогащение в тяжелых суспензиях мелких классов -40+8 мм. При таком комбинировании методов предварительного обогащения в 1,5 раза увеличивается выход хвостов при очень низком содержании в нем ценных минералов.
Примером комбинирования фотометрического с другим радиометрическим методом предварительного обогащения гамма-абсорбционным может служить разработанная схема радиометрического раз-целения комплексных редкометалльных цезийсодержащих руд, в которых цезиевым минералом является поллуцит. Кроме поллуцита в рудах содержатся другие ценные минералы: танталит, сподумен, берилл, рубидийсодержащие слюды, а вмещающие породы представлены полевым шпатом, амфиболитом, кварцем. Предпосылками применения фотометрического метода для отделения вмещающих пород от редкометалльных пегматитов являются высокая контрастность руды по содержанию цезия (М = 1,4), заметное отличие разделяемых разностей по цвету, а также незначительное содержание цезия в амфиболах. Основанием использования гамма-абсорбционного метода для выделения поллуцитовой руды из редкометалльных пегматитов - продукта фотометрического обогащения комплексной руды - является существенное (в 50 раз) отличие коэффициентов линейного гамма-поглощения поллуцита и пегматитов. Необходимо отметить, что гамма-абсорбционный метод для разделения исходной руды неэффективен, т.к. амфиболит, обладающий высокой плотностью, от поллуцита не отделяется. В результате лабораторных испытаний двухстадийного радиометрического разделения исходной руды получены поллуцитовый концентрат с извлечением в него Cs20 82 % при коэффициенте обогащения 1,8 относительно исходной руды, редкометалльный концентрат с выходом 41,5 % и хвостовой продукт (амфиболитовая фракция) с выходом 13,5 % при извлечении в него 2,7 % Cs20. Поллуцитовый концентрат пригоден для дальнейшей переработки по существующей гравитационно-флотационной технологии. Расчеты показали, что разработанная схема предварительного обогащения комплексных цезийсодержащих руд способствует снижению на 11 % себестоимости получения конечного товарного продукта.
Фотометрическая сепарация может использоваться в качестве контрольной операции для извлечения ценных минералов из хвостов тяжелосредной сепарации. Такая технология обогащения разработана для оловосодержащей руды одного из месторождений, в котором олово ассоциируется с кварцем и сульфидами, а вмещающими породами являются ороговикованные сланцы и алевролиты. Введение в цикл предварительного обогащения этих руд фотометрической сепарации в качестве контрольной операции позволило снизить потери олова в хвостах в 2 раза, доведя его содержание до 0,08 %. При этом выход отвального продукта составил порядка 30 % исходной руды. Предварительное обогащение руд цветных металлов (золотосодержащих, медных, полиметаллических, шеелитовых) с использованием фотометрической сепарации применяется на зарубежных обогатительных фабриках в Канаде, Австралии, ЮАР, Японии.
Предварительными исследованиями установлена значительная неравномерность руд по общей отражательной способности. Апатит-магнетит-форстеритовые агрегаты, а также жильный магнетит имеют темную окраску, а кальцитовые куски, иногда с включениями апатита - светлую. Результаты испытаний на сепараторе «Сортекс-621» трех проб класса крупности -20+5 мм, представляющих указанные выше разновидности руд, подтвердили выводы, сделанные на основании исследований свойств руд и теоретических показателей их фотометрического разделения. Из исходных проб выделен кальцитовый продукт с отвальным содержанием фосфора и железа с выходом 10-46 %, а также произведено разделение руд на технологические разновидности, отличающиеся по величине карбонатного модуля. Таким образом, подтверждена перспективность использования фотометрической сепарации комплексных руд, позволяющая снизить себестоимость получения товарной продукции.