Brevet FR2555750A1 — publié le 19850531

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ACTIVATION D'UNE SUBSTANCE SELECTIONSEE DANS UiqE MATIERE SOUS FORME DE PARTICULES La présente invention concerne un dispositif des- tiné à détecter la présence d'une substance sélectionnée dans des minerais, par analyse par activation au moyen de neutrons, comme par exemple la teneur en or de minerais au- rifères. Une installation pratique de tri de minerai d'or doit être capable de traiter plusieurs dizaines de tonnes de minerai à l'heure, et elle doit donc utiliser une techni- que analytique rapide. Une technique appropriée consiste dans l'analyse par activation par neutrons utilisant la réaction 197 Au (n, n' 0)197mAu pour activer l'or présent dans un morceau de minerai, les nuclides 197mAu ainsi pro- duits se désintégrant avec une période d'environ 7,8 secon- des, avec l'émission de rayons Y d'une énergie de 279 keV. Les brevets britanniques nO 2 055 465B et 2 101 304B décri- vent un dispositif de tri de minerais aurifères dans lequel des morceaux de minerai sont activés par la réaction ci- dessus, après quoi les rayons T émis sont détectés et ana- lysés pour déterminer la teneur en or des minerais. L'invention procure un procédé d'activation d'une substance sélectionnée dans une matière sous forme de par- ticules qui comprend les opérations consistant à déplacer la matière dans une première direction, à déplacer la ma- tière de façon pratiquement transversale à la première di- Z555750 rection, et à activer uniformément la substance sélectionnée dans la matière sous forme de particules, en soumettant la matière sous forme de particules à une irradiation par des neutrons au moins pendant son mouvement transversal. Il est préférable que pendant son mouvement trans- versal, la matière soit déplacée radialement vers l'extérieur par rapport à un axe central. Il est préférable que la première direction soit pratiquement verticale et descendante, et que l'irradiation par des neutrons soit pratiquement dirigée verticalement vers le haut. Le procédé peut comprendre l'opération consistant à faire en sorte que la matière sous forme de particules se déplace à une vitesse commandée, au moins pendant son mouve- ment transversal. Dans une application préférée de l'invention, la matière sous forme de particules consiste en morceaux de minerai et la substance sélectionnée est de l'or. On entend par "activation uniforme" de la subs- tance sélectionnée le fait que, en relation par exemple avec le minerai aurifère, toute particule ayant la même teneur en or (masse d'or/masse de minerai) possède la même activité spécifique (masse de noyaux de 197mAu/masse d'or). L'invention s'applique en outre à un dispositif destiné à activer une substance sélectionnée dans une matière sous forme de particules, qui comprend des moyens de manipu- lation de matière destinés à déplacer la matière le-long d'un chemin prédéterminé, et des moyens d'irradiation par des neu- trons destinés à activer uniformément la substance sélection- née. Les moyens de manipulation de matière comprennent de préférence une chambre avec une ouverture de sortie à une extrémité inférieure, et un fond qui est mobile par rapport à l'ouverture de sortie, pour commander ainsi la sortie de la matière hors de la chambre, à travers l'ouverture de sor- 255575:0 tie. La chambre consiste avantageusement en un cylindre pratiquement vertical à extrémités ouvertes, et le fond a une forme conique et est mobile verticalement par rapport au cylindre. Les moyens d'irradiation par un flux de neutrons comprennent de préférence une cible qui est placée sous le fond, et un faisceau d'ions qui est dirigé vers la cible, en direction montante. Dans un mode de réalisation préféré, il existe une cible circulaire coaxiale sur laquelle un faisceau d'ions accélérés est projeté pour produire les neutrons, et le faisceau est déplacé de façon à balayer au moins un chemin annulaire sur la cible. Dans un mode de réalisation de l'invention prévu pour la détection de la présence d'or dans des minerais au- rifères, une cible de lithium est bombardée par un faisceau de protons de haute énergie, de façon à produire des neu- trons ayant une énergie comprise entre 0,5 et 3,0 MeV. L'invention procure également un dispositif de tri de minerai comprenant le dispositif décrit. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description oui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma synoptique d'un disposi- tif de tri de minerai d'or comprenant un dispositif conforme à l'invention, et La figure 2 est une coupe du dispositif de l'in- vention. En considérant la figure 1, on note qu'un dispo- sitif de tri de minerai d'or comprend un broyeur de roche/ classificateur 2, dans lequel on introduit le minerai ex- trait, dans lequel le minerai est broyé en morceaux, et duquel sort un train de morceaux correspondant à un tamis d'environ 75 mm d'ouverture de maille, tandis que les mor- ceaux qui passent à travers un tamis d'environ 35 mm d'ou- verture de maille sont rejetés. Le train de morceaux tra- verse un irradiateur 4 qu'on décrira ultérieurement de façon plus détaillée, après quoi tous les morceaux passent devant un détecteur de rayons r, 6, conçu de façon à détecter les rayons Y ayant une énergie de 279 keV résultant de la dé- sintégration des nuclides 97mAu, et indiquant ainsi la présence d'or dans les morceaux de minerai. Chaque morceau de minerai est interrogé individuellement par le détecteur 6 pour déterminer si sa teneur en or est supérieure ou infé- rieure à une certaine concentration prédéterminée. La con- centration critique est de façon caractéristique dans la plage de 0,5 à 5 parties par million (ppm), et peut être fixée par exemple à 1 ppm. On fait ensuite passer chaque morceau de minerai dans une machine de tri 8 qui réagit à des signaux provenant du détecteur 6, par l'intermédiaire d'un câble 7, et qui dirige chaque morceau de minerai vers un ou deux trains de sortie, selon que la concentration en or dans le morceau est supérieure ou inférieure à la con- centration prédéterminée. Le broyeur/classificateur 2 et la machine de tri 8 peuvent être de types bien connus dans la technique, tan- dis que le détecteur 6 peut être du type décrit de façon plus complète dans les brevets précités auxquels on pourra se référer, le broyeur/classificateur 2, la machine de tri 8 et le détecteur 6 ne constituant pas le sujet de l'in- vention. En considérant la figure 2, on voit que l'irra- diateur 4 comprend une chambre d'irradiation 10 définie par un cylindre creux vertical à extrémités ouvertes, 12, d'en- viron 1 mm d'épaisseur, consistant en une matière plastique armée de fibres de carbone, avec une chemise de polyuréthane 14, résistant à l'usure, d'environ 3,5 mm d'épaisseur, fixée à son extrémité supérieure au cylindre 12. Il existe un es- pace 16 d'environ 3 mm de largeur entre la partie non fixée de la chemise 14 et le cylindre 12. Ia chemise 14 s'étend sur une courte distance audessous de la partie inférieure du cylindre 12. Le fond de la chambre 10 est défini par une plaque de fond conique 20, également en matière plastique armée de fibres de carbone, revêtue d'acier résistant à l'usure, sur sa surface supérieure. La plaque de fond 20 est supportée par une barre 22 de façon à définir un espace 24 d'une largeur d'environ 80 mm entre le bord de la plaque de fond 20 et le bord inférieur de la chemise 14. Directement au-dessous de la plaque de fond 20 se trouve une source de neutrons 30 qui comprend une cible 32 placée à l'extrémité d'un tube à faisceau 34 dans lequel on a fait le vide. La cible 32 consiste en une plaque d extré- mité en palladium 36 fermant lIextrémité du tube à faisceau 34, et en une feuille circulaire de lithium 40, d'environ 0,3 mm d'épaisseur, supportée a l'intérieur du tube à fais- ceau 34 par une leève annulaire interne 42 et par un certain nombre de tubes 44 (deux seulement sont représentés), chaque tube 44 supportant la feuille 40 le long d'un chemin annu- laire respectif et ayant des parties d'extrémité qui s'éten- dent en direction radiale pour traverser la paroi du tube à faisceau 54. Un trou central 48 traversant la feuille 40 as- sure l'égalité de pression des deux cÈtés de celle-ci. Pendant le fonctionnement de l'irradiateur 4, des morceaux de minerai sont introduits dans la chambre 10, par le haut, tandis que la plaque de fond 20 est mise en vibra- tion verticalement avec une amplitude d'environ 0,5 mm, au moyen de la barre 22, pour commander le passage des morceaux à travers la chambre 10 et leur sortie par l'espace 24. Un faisceau de protons est accéléré le long du tube à faisceau 34 de façon que les protons ayant une énergie de 4,5 MeV tombent sur la feuille de lithium 40, et de l'eau de re- froidissement circule dans les tubes 44 pour que la tempé- rature de la feuille 40 n'atteigne pas son point de fusion, 2555750 - soit 1860 C. Le faisceau de protons, d'une largeur d'environ mm, est soumis à un balayage lui faisant parcourir trois chemins annulaires concentriques sur la feuille 40, ces chemins se trouvant entre les parties annulaires de tubes 544 adjacents, et ayant des rayons moyens de 230 mm, 190 mm et 50 mm, et les temps passés sur ces chemins étant dans les rapports 2:10:3. La réaction hLi (p, n) ?Be produit un flux de neutrons rapides, avec une plage d'énergie de 0,6 MeV à 2,8 MeV, cette plage étant déterminée par l'épaisseur de la feuille 40 et l'énergie des protons incidents, et étant choisie de façon à être proche de la section efficace maxi- male pour l'activation des noyaux d'or, Au197. Les protons qui ne subissent pas cette réaction avec le lithium émergent de la feuille 40 avec une énergie d'environ 3,3 MeV et ils tombent sur la plaque d'extrémité 36, dans laquelle leur énergie est dissipée sous forme de chaleur. Les neutrons rapides traversent la plaque d'ex- trémité 36 et la plaque de fond 20 pour irradier les mor- ceaux d'or qui traversent la chambre d'irradiation 10. Si de l'or est présent dans un morceau de minerai, il sera activé par la réaction 197mAu (n, n' y) 197mAu pour laquelle la section efficace est maximale pour des neutrons d'une éner- gie d'environ 2,5 MeV. Des neutrons rapides d'énergie com- prise entre environ 0,6 MeV et 2,8 MeV sont capables de produire cette activation mais ont une énergie insuffisante pour produire l'activation par des réactions (n, p) portant sur d'autres éléments qui sont susceptibles d'être présents dans le minerai, comme l'aluminium et le silicium. Les che- mins annulaires sur lesquels le faisceau de protons est balayé sur la feuille 40 produisent à l'intérieur de la chambre 10 un flux de neutrons tel que tous les morceaux soient activés de façon pratiquement uniforme, quelle que soit la façon dont ils traversent la chambre 10. Bien qu'on ait décrit le cylindre 12 comme étant en matière plastique armée de fibres de carbone, on notera qu'il pourrait également être formé par d'autres matières, comme par exemple un alliage de titane, et que la chemise 14 pourrait être supprimée. La paroi de la chambre 10 doit avoir une résistance mécanique suffisante pour contenir les morceaux de minerai et doit avoir une résistance appropriée à l'usure. Il est en outre préférable qu'elle soit mince et qu'elle ait une section efficace élastique et inélastique faible pour la diffusion de neutrons, dans le but de mini- miser la réflexion vers l'intérieur de la chambre 10 de neutrons ayant une énergie inférieure à environ 0,6 MeV. L'énergie de seuil effective pour la réaction d'activation de l'or qu'on utilise est de 0,6 MeV. Des neutrons d'éner- gie inférieure à cette valeur sont capables de produire une excitation par des réactions (n, y) portant sur d'autres éléments présents dans le minerai, et sont donc indésira- bles. On notera également qu'on pourrait remplacer la source de neutrons 50 par une source comprenant une couche mince de lithium formant un revêtement sur une plaque de support appropriée, comme du niobium, sur laquelle on balaie un faisceau de protons. On peut utiliser d'autres sources de neutrons, comme celles employant une réaction D (D, n)3He, & condition que les neutrons produits aient des énergies inférieures à environ 3 MeV. Dans la source 30, le faisceau de protons est balayé sur trois chemins annulaires concen- triques pour produire une activation uniforme des morceaux de minerai, mais il faut noter que, selon une variante, on pourrait balayer le faisceau de protons sur un nombre dif- férent de chemins annulaires. Il va de soi que de nombreuses autres modifica- tions peuvent être apportées au dispositif décrit et repré- senté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'activation d'une substance sélection- née dans une matière sous forme de particules, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations qui consistent à dépla- cer la matière dans une première direction, & déplacer la matière dans une direction pratiquement transversale par rapport à la première direction, et à activer uniformément la substance sélectionnée dans la matière sous forme de par- ticules, en soumettant la matière sous forme de particules à une irradiation par des neutrons, au moins pendant son mouvement transversal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant son mouvement transversal, la matière est déplacée radialement vers l'extérieur par rapport à un axe central. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions I ou 2, caractérisé en ce que la première direction est pratiquement verticale et descendante, et l'irradiation par des neutrons est dirigée pratiquement verticalement et en direction montante. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions I à 3, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération qui consiste à déplacer la matière sous forme de particules à une vitesse commandée, au moins pendant son mouvement transversal. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions I à 4, caractérisé en ce que la matière sous forme de particules consiste en morceaux de minerai et la substance sélectionnée est de l'or. 6. Dispositif d'activation d'une substance sélec- tionnée dans de la matière sous forme de particules, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens de manipulation de matière (12, 20) destinés à déplacer la matière selon un chemin prédéterminé, et des moyens d'irradiation par des neutrons (30) destinés à activer uniformément la substance sélectionnée. 7. Dispositif selon la revendication 6, caract6risé en ce que les moyens de manipulation de matière (12, 20) comprennent une chambre (10) avec une ouverture de sortie (24) à une extrémité inférieure, et un fond (20) qui est mo- bile par rapport à l'ouverture de sortie, pour commander ainsi le passage de la matière hors de la chambre, à travers l'ouverture de sortie (24). 8. Dispositif selon la revendication 7, caract6risé en ce que la chambre (10) est formée par un cylindre prati- quement vertical à extrémités ouvertes (12), et le fond (20) a une forme conique et est mobile verticalement par rapport au cylindre (12). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 7 ou 8, caractérisê en ce que les moyens d'irradia- tion par un flux de neutrons (30) comprennent une cible (32) qui se trouve sous le fond (20), et un faisceau d'ions qui est dirigé sur la cible, en direction montante. Dispositif selon la revendication 95 caractérisé en ce que le faisceau est balayé sur au moins un chemin fermé sur la cible (32). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 10, caractérisé en ce que les moyens d'irradiation (30) produisent des neutrons avec une énergie de 0,5 NeV 5,0 MeV. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 11, caractérisé en ce que la matière sous forme de particules consiste en morceaux de minerai et la substance sélectionnée est l'or. 13. Appareil de tri de minerai, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif conforme à la revendication 12.