Фотометрические методы контроля состава руд

При облучении образца горной массы световым потоком видимо­го диапазона Ф_о 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 Ф_о, 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 В_о и выбранного фона В_ф 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.