Способ радиометрической сепарации редкоземельных апатитовых руд

 

Использование: в горнорудной промышленности при радиометрическом обогащении минерального сырья. Сущность изобретения: способ включает подачу порций руды в зону измерения, измерение аналитических параметров, характеризующих уровни содержания основных и сопутствующих элементов в руде, определение величины критерия разделения путем измерения аналитических параметров тория, церия и железа. В качестве критерия разделения используют произведение аналитических параметров указанных элементов. Аналитические параметры тория определяют, регистрируя гамма-излучение руды в диапазоне 2,5 - 2,7 МэВ. Аналитические параметры церия определяют, регистрируя отношение характеристического рентгеновского излучения (ХРИ) церия в диапазоне 33,5 - 36,0 кэВ к рассеянному излучению источника америций - 241 в диапазоне 45,0 - 55,0 кэВ. Аналитические параметры железа определяют, регистрируя отношение ХРИ железа в диапазоне 6,0 - 6,8 кэВ к рассеянному излучению источника плутоний-238 в диапазоне 12,0-15,0 кэВ. 1 ил.

Изобретение относится к радиометрическому обогащению минерального сырья и может быть использовано в горнорудной промышленности для сортировки и сепарации редкоземельных апатитовых руд.

Известен способ радиометрической сепарации, основанный на измерении слабой естественной радиоактивности редкоземельных руд и применяющийся при наличии значимых корреляционных связей между содержаниями нерадиоактивных полезных компонентов и радионуклидов-индикаторов.

Способ не удовлетворяет требованиям производства по чувствительности и эффективности обогащения.

Для повышения эффективности процессов обогащения путем увеличения селективности разделения используется известный способ радиометрической сепарации лопаритовых руд.

Способ включает подачу руды в зону измерения, измерение уровней содержания тория авторадиометрическим методом и редкоземельных элементов лантан-цериевой группы рентгенорадиометрическим методом, использование в качестве критерия разделения произведения уровней содержания указанных элементов и последующее разделение руды на обогащенный продукт и отвальные хвосты. Этот способ принят за прототип предлагаемого способа.

Недостатками известного способа [2] являются ограниченность области применения способа только лопаритовыми рудами и затруднительность осуществления радиометрической сепарации редкоземельно-апатитовых руд, связанная с недостаточной чувствительностью и информативностью измерений. Недостаточные чувствительность и информативность обусловлены тем, что корреляционные связи основных и сопутствующих полезных компонентов руд с pадионуклидами-индикаторами (уран, торий, калий) и нерадиоактивными элементами-индикаторами зачастую различны не только для месторождений того или иного вида минерального сырья, но могут также отличаться для разных технологических сортов руды одного месторождения.

Целью предложенного способа является устранение указанного недостатка и повышение чувствительности и эффективности радиометрической сепарации путем увеличения селективности разделения.

Сущность способа заключается в том, что измеряют аналитические параметры тория, церия и железа в порциях редкоземельно-апатитовой руды и в качестве критерия разделения используют произведение аналитических параметров указанных элементов. При этом аналитический параметр тория определяют путем регистрации уровней интенсивности естественного гамма-излучения руды в энергетическом диапазоне 2,5-2,7 МэВ. Аналитический параметр церия определяют путем облучения руды гамма-излучением радионуклидных источников америций-241 и регистрации отношения характеристического рентгеновского излучения церия в энергетическом диапазоне 33,5-36,0 кэВ к рассеянному излучению америция-241 в энергетическом диапазоне 45,0-55,0 кэВ. Аналитический параметр железа определяют путем облучения руды рентгеновским излучением радионуклидных источников плутоний-238 и регистрации отношения характеристического рентгеновского излучения железа в энергетическом диапазоне 6,0 6,8 кэВ к рассеянному излучению плутония-238 в энергетическом диапазоне 12,0-15,0 кэВ.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что кроме редкоземельных лопаритовых руд дополнительно выявлены редкоземельно-апатитовые руды различного состава, в которых установлены значимые положительные корреляционные связи между оксидом фосфора (P₂O₅), торием, церием и железом. Ввиду отсутствия в настоящее время достаточно эффективных методов прямого определения содержания фосфора (основного полезного компонента руд) в гоpно-рудной массе предложена радиометрическая сепарация на фосфор по косвенным признакам повышенному содержанию в рудах тория, церия и железа. Введены новые операции, измеряют аналитические параметры тория, церия и железа, облучают руду гамма-излучением радиоизотопных источников амераций-241 и плутоний-238, в качестве аналитического параметра тория используют измерение естественного гамма-излучения радионуклида ториевого ряда таллий-208 с линией 2,6 МэВ, в качестве аналитического параметра церия используют отношение Kα характеристического рентгеновского излучения (ХРИ) церия к рассеянному излучению источника амераций-241, в качестве аналитического параметра железа используют отношение Kα ХРИ железа к рассеянному излучению источника плутоний-238, в качестве признака разделения используют произведение аналитических параметров вышеупомянутых элементов. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом [2] но и с другими техническими решениями в данной и смежных областях не позволило выявить способа или устройства радиометрического опробования, сортировки или сепарации редкоземельно-апатитовых руд, в которых содержание апатита контролировалось бы по совместным измерениям аналитических параметров тория, церия и железа или тория и церия, а в качестве критерия разделения использовалось бы произведение аналитических параметров указанных элементов. Это позволяет сделать вывод р соответствии технического решения критерию "Существенные отличия".

На чертеже представлена схема радиометрического сепаратора по предлагаемому способу.

Способ радиометрической сепарации редкоземельно-апатитовых руд реализуется следующим образом.

Куски или порции обогащенной руды 1 питателем-раскладчиком 2 подаются на ленту транспортера 3, которым перемещаются мимо установленного в блоке свинцовой защиты спектрометрического сцинтилляционного детектора 4 гамма-излучения, рентгенорадиометрического датчика 5 церия и рентгенорадиометрического датчика 6 железа. Слабое естественное радиоактивное излучение кусков руды 1 в энергетическом диапазоне 2,5-2,7 МэВ последовательно замеряется детектором 4, импульсные сигналы с детектора обрабатываются усилителем-формирователем 7 и устройством 8 амплитудной селекции и накапливаются в накопителе 9, включающем регистратор и буфер хранения данных. С буфера хранения данных накопителя 9 показания детектора 4 через магистраль 10 ЭВМ поступают на вход микро-ЭВМ 11. Радионуклидные источники америций-241, входящие в состав датчика 5 церия, возбуждают ХРИ церия в кусках руды. Зарегистрированные пропорциональным счетчиком датчика 5 в энергетическом диапазоне 33,5-36,0 кэВ импульсные сигналы Kα -серии церия и в энергетическом диапазоне 45,0-55,0 кэВ импульсные сигналы рассеянного куском излучения источников америций-241 обрабатываются усилителем-формирователем 12 и устройством 13 амплитудной селекции и накапливаются в накопителе 14. С буфера хранения данных накопителя 14 через магистраль 10 показания датчика 5 поступают на вход микро-ЭВМ 11. Радионуклидные источники плутоний-238, входящие в состав датчика 6 железа, возбуждают ХРИ железа в кусках руды. Зарегистрированные пропорциональным счетчиком датчика 6 в энергетическом диапазоне 6,0-6,8 кэВ импульсные сигналы Kα -серии железа и в энергетическом диапазоне 12,0-15,0 кэВ импульсные сигналы рассеянного куском излучения источников плутоний-238 обрабатываются усилителем-формирователем 15 и устройством 16 амплитудной селекции и накапливаются в накопителе 17. С буфера хранения данных накопителя 17 через магистраль 10 показания датчика 6 поступают на вход микро-ЭВМ 11. Микро-ЭВМ 11 управляет работой сепаратора, рассчитывает аналитические параметры тория, церия, железа и величину критерия разделения. По командам, выдаваемым микро-ЭВМ 11, устройство привода исполнительного механизма 18 включает группу электропневмоклапанов 19. Если значение критерия разделения ниже порогового, то, как показано на чертеже, в момент пролета куска срабатывают электропневмоклапаны 19, и кусок руды поступает в бункер 20 отвальных хвостов. Куски, у которых значение критерия разделения выше порогового, в свободном падении попадают в бункер 21 обогащенного продукта. Предпочтительна реализация предлагаемого способа при использовании сепаратора эстафетного типа.

П р и м е р. Проверка эффективности предлагаемого способа проведена применительно к редкоземельно-апатитовым рудам Селигдарского месторождения апатита, на котором выполнена детальная геологическая разведка, и запасы утверждены в ГКЗ СССР.

К полезным компонентам месторождения относятся P₂O₅, Fe₂O₃, F, сумма редкоземельных элементов, а к вредным SO₃, MgO. Балансовые запасы Селигдарского месторождения оцениваются в 1277,2 млн. т редкоземельно-апатитовой руды (85587 тыс. т P₂O₅) при среднем содержании 6,7 P₂O₅ и коэффициенте рудоносности 0,75. Производительность Селигдарского рудника и апатитового завода проектируется на уровне 30 млн. т руды в год, радиометрическую сортировку или сепарацию редкоземельно-апатитовых руд ТЭО по разработке месторождения не предусматривает.

Апатиты Селигдарского месторождения характеризуются цериевым спектром лантаноидов. Средний состав редких земель в апатитах месторождения, La 20,0; Ce 51,0; Pr 5,6; Nd 15,7; Sm 2,3; Eu 0,6; Tb 0,1; Y 2,29; Py 1,4; Ho 0,1; Er 0,7; Tu 0,08; Yb 0,4; Gd 2,0.

Для редкоземельно-апатитовых руд мартит-кварц-карбонатного и гематит-кварц-карбонатного составов установлены значимые положительные корреляционные связи между содержаниями P₂O₅ и тория, P₂O₅ и церия, P₂O₅и железа. Для смешанных руд доломитового, кварц-доломитового, мартит-кварц-карбонатного и гематит-кварц-карбонатного состава также установлены значимые положительные корреляционные связи между содержаниями P₂O₅ и тория, P₂O₅ и церия и менее выраженные связи между содержаниями P₂O₅ и железа (коэффициенты корреляции снижаются до 0,59-0,69).

Имеются тесные корреляционные связи между содержаниями P₂O₅ и содержаниями тория, церия и железа в редкоземельно-апатитовых рудах Селигдарского месторождения. Рассчитанные коэффициенты корреляции равны: между содержаниями P₂O₅ и торием 0,79-0,98; между содержаниями P₂O₅ и церием 0,82-0,96; между содержаниями P₂O₅ и железом для мартит-кварц-карбонатного состава 0,79-0,98; для доломитового, кварц-доломитового и гематит-кварц-карбонатного состава 0,62-0,69.

При реализации способа радиометрической сепарации редкоземельно-апатитовых руд с использованием сепаратора эстафетного типа критерий разделения ζ будет описываться выражением ζN где N_Thi интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале тория в энергетическом диапазоне 2,5-2,7 МэВ; N_Cei интенсивности ХРИ церия, зарегистрированные каждым детектором в энергетическом диапазоне 33,5-36,0 кэВ; N_S1i интенсивности рассеянного излучения источников америций-241, зарегистрированные в энергетическом диапазоне 45,0-55,0 кэВ; N_Fei интенсивности ХРИ железа, зарегистрированные в энергетическом диапазоне 6,0-6,8 кэВ; N_S2i интенсивности рассеянного излучения источников плутоний-238, зарегистрированные в энергетическом диапазоне 12,0-15,0 кэВ.

Проведено сравнение ожидаемых результатов процесса покусковой сепарации редкоземельно-апатитовых руд по предлагаемому техническому решению и традиционных способов покусковой сепарации на основе использования только естественной радиоактивности или только рентгенорадиометрического способа с сепаратором РРС-50.

Положительный эффект заявленного технического решения для Селигдарского месторождения характеризуется следующим рядом количественных улучшений процесса покусковой сепарации относительно традиционно известного способа сепарации: величина измеряемого аналитического параметра предложенного технического решения выше в 3,7-58,5 раз; рабочая чувствительность многопараметровой покусковой сепарации возрастает в 4,7-19,3 раз; порог разрешающей способности предложенного технического решения покусковой сепарации в 4,1-16,9 раз выше; возникает возможность сепарировать бедные и забалансовые редкоземельно-апатитовые руды с низким содержанием P₂O₅(1,0-3,5% P₂O₅); эти руды недоступны для сепарации на известных сепараторах;
за счет увеличения рабочей чувствительности производительность и селективность покусковой сепарации возрастают в 2,2-3,8 раз.

Рабочая чувствительность предлагаемого технического решения в сепараторе определена по выражению
Q_p= , (2) где Δ ζ=ζ₂-ζ₁- разность величины аналитических параметров вблизи фоновых значений;
ΔC=C₂-C₁ разность величин содержаний вблизи фоновых значений содержаний.

Порог разрешающей способности предлагаемого технического решения покусковой сепарации при определении содержания анализируемого элемента C_п определен по выражению
C_п= , (3) где K коэффициент надежности;
σ_ф среднеквадратичная погрешность фонового значения аналитического параметра;
Q_р- рабочая чувствительность сепаратора отношение изменения аналитического параметра к соответствующему изменению содержания.

При расчетах экономического эффекта приняты следующие исходные данные: объем переработки горной массы равен 30 млн. т в год; выход отвальных хвостов покусковой сепарации для варианта В-1 принят равным 15% для варианта В-2 равным 20% сокращение объема горной массы за счет первичной переработки составит для варианта В-1 4,5 млн. т в год, для варианта В-2 6 млн. т руды в год, Согласно ТЭО разработки месторождения радиометрическая сепарация на Селигдарском месторождении не предусмотрена, поэтому расчеты годового экономического эффекта от внедрения предложенного технического решения выполнены относительно базового варианта разработки месторождения согласно ТЭО.

Формула изобретения

Способ радиометрической сепарации редкоземельных апатитовых руд, включающий подачу порций руды на позицию контроля, измерения аналитических параметров, характеризующих уровни содержания основных и сопутствующих элементов в руде, определение критерия разделения по величине произведения аналитических параметров элементов и последующее разделение, отличающийся тем, что вычисляют аналитические параметры тория, церия и железа, аналитический параметр тория определяют по величине уровня интенсивности гамма-излучения порций руды в энергетическом диапазоне 2,5 2,7 МэВ, аналитический параметр церия вычисляют как отношение интенсивности характеристического рентгеновского излучения церия в энергетическом диапазоне 33,5 36,0 кэВ при облучении порций руды гамма-излучением радионуклидных источников америций-241 к интенсивности рассеянного излучения америция-241 в энергетическом диапазоне 45 55 кэВ, а аналитический параметр железа вычисляют как отношение интенсивности характеристического рентгеновского излучения железа в энергетическом диапазоне 6,0 6,8 кэВ при облучении порций руды рентгеновским излучением радионуклидных источников плутоний-238 к интенсивности рассеянного излучения плутония-238 в энергетическом диапазоне 12 15 кэВ.

РИСУНКИ

Рисунок 1