Общие сведения. Информация о содержании полезных компонентов в руде и продуктах обогащения имеет решающее значение в оперативном управлении процессом обогащения

 

Информация о содержании полезных компонентов в руде и продуктах обогащения имеет решающее значение в оперативном управлении процессом обогащения. Оперативность и точность этой информации оказывают влияние на эффективность работы систем управления процессом и эффективность всего процесса обогащения.

В настоящее время для анализа вещественного состава руд и продуктов обогащения применяются различные методы: химические; использующие взаимодействие электромагнитного излучения с веществом; использующие специфические свойства контролируемого сырья.

Химические методы основаны на стандартных приемах химического анализа. Они обеспечивают необходимую для управления и расчета материальных балансов точность анализа, но требуют значительных затрат времени и труда. Кроме того, не исключаются ошибки, зависящие от квалификации лаборанта и качества химических реактивов. Химические методы не обеспечивают оперативность анализа, необходимую для управления процессом обогащения, и поэтому используются для экспресс-анализов проб, в которых нужна высокая точность определения содержания, при тарировке и проверке автоматически датчиков, в которых используются другие методы измерения.

Методы контроля вещественного состава, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения с контролируемым веществом, наиболее перспективны, так как обеспечивают оперативность контроля, необходимую для управления процессом, и позволяют на их основе создавать автоматические датчики содержания элементов.

Для контроля вещественного состава можно использовать всю шкалу электромагнитных волн от низкочастотных колебаний до гамма-лучей. В практике использования этого метода контроля наибольшее применение находят гамма-лучи и рентгеновские лучи. В современных анализаторах вещественного состава в качестве источника гамма-излучения применяют радиоактивные изотопы и высоковольтные рентгеновские трубки; в качестве приемников используются газоразрядные и сцинтилляционные счетсики.

На рис. 2.1 представлена схема возможных взаимодействий электромагнитного излучения с веществом пробы.

Рисунок 2.1. Схема возможных взаимодействий электромагнитного излучения с веществом

 

При прохождении пучка γ-квантов через вещество пробы γ-квант передает частично или полностью свою энергию электронам атомов вещества. При этом происходит или рассеяние, или фотоэлектрическое поглощение – фотоэффект. В первом случае γ-квант расходует часть энергии на изменение энергетического состояния атомов вещества и изменяет свое направление и частоту. Это – комптоновский γ-квант. Если γ-квант полностью поглощается атомом, его энергия передается одному из электронов внутренних оболочек. В результате выделяется фотоэлектрон, покидающий атом. Если возбужденный вследствие удаления электрона атом возвращается в исходное состояние, он испускает вторичный, или флуоресцентный, γ-квант. Прошедший через вещество пробы пучок γ-квантов становится ослабленным.

Интенсивность электромагнитных излучений после взаимодействия γ-квантов с веществом пробы зависит от элементов, входящих в состав пробы. Поэтому такое взаимодействие может использоваться для контроля вещественного состава пробы. Так, например, интенсивность рассеянного излучения (комптоновский γ-квант) служит мерой зольности угля и используется в большинстве современных золомеров, ослабленное излучение используется для контроля содержания железа и т.д. Для контроля содержания металлов в руде и продуктах обогащения наибольшее применение находит вторичное флуоресцентное излучение, используемое в современных рентгеновских анализаторах.

При взаимодействии γ-кванта с атомом вещества часть энергии его передается электронам атома. Получивший добавочную энергию электрон может покинуть атом, в результате чего атом оказывается возбужденным. Электроны, находящиеся на более удаленных от ядра орбитах, начнут переходить на орбиту, с которой удалены электроны.

Все орбиты электронов обозначаются буквами. Ближайшая к ядру орбита – буквой К, следующие L, M, N, O, P и т.д.

При большом числе атомов электроны могут переходить у одних на орбиту К с других орбит, у других – на орбиту L и т.д. В процессе перехода избыток энергии уносится из атома или фотоном, энергия которого зависит от частоты фотона, или вторичным фотоэлектроном. Фотоны образую рентгеновское флуоресцентное излучение. Одновременно будет излучаться несколько волн различной длины. Если переход электронов заканчивается на орбите К, возникает К-серия характеристического излучения, если на орбите L – L-серия и т.д. Лучи флуоресценции, испускаемые различными атомами вещества пробы, имеют тот же спектральный состав, что и характеристические линейчатые спектры первичного излучения, возникающие под влиянием соударения электронов катодного пучка в рентгеновской трубке с теми же атомами. Обычно для получения большей интенсивности флуоресценции используют возможно большую длину волны возбуждающего излучения (но несколько меньшую длину волны края поглощения определяемого элемента).

Наиболее интенсивными линиями характеристического спектра являются линии К-серии. По их энергии определяют атомный номер элемента, а по интенсивности – содержание этого элемента в пробе.

Метод рентгеновского флуоресцентного анализа для определения содержания металлов имеет значительные преимущества перед другими методами, главное из которых – возможность контроля содержания металлов непосредственно в потоке пульпы, непрерывно или с малой дискретностью. Однако этот метод не является универсальным. Для анализа конкретных руд и продуктов обогащения необходимы разработка соответствующей методики измерения, подбор аппаратуры и т.д. на точность рентгеновского флуоресцентного анализа влияют следующие факторы.

1. Взаимное влияние элементов пробы – так называемый матричный эффект, который возникает из-за присутствия в пробе элементов, возбуждающихся и поглощающих первичное и флуоресцентное излучение; при этом дополнительно возбуждается определяемый элемент (вторичное и третичное возбуждение).

2. Изменение плотности пульпы, особенно при анализе нескольких потоков, различающихся по своей природе (концентрат и хвосты) или по плотности твердого. При этом для каждого потока необходимо иметь свою систему поправок на колебания плотности.

3. Изменение крупности частиц анализируемого потока или пробы. Степень измельчения анализируемого материала значительно влияет на интенсивность спектральных линий и служит источником ошибок.

Точность и представительность рентгеновского анализа вещественного состава зависит от того, насколько полно учтены эти факторы в конструкции анализатора.

При анализе вещественного состава пульп наибольшую трудность представляет учет изменения гранулометрического состава. Методы контроля вещественного состава, использующие специфические свойства контролируемого сырья, находят ограниченное применение из-за невысоких избирательности и точности и большого разнообразия минералогического состава руд даже одного и того же месторождения. Эти методы пригодны в основном для качественного контроля наличия определенного минерала в смеси и реже для количественного определения его содержания.

Для контроля содержания используются такие специфические свойства минералов, как флуоресценция, диэлектрическая и магнитная проницаемость, и т.д. Наиболее часто используется магнитная проницаемость пробы (контроль содержания железа в руде и продуктах обогащения железосодержащих руд).