Развитие рентгенолюминесцентного метода обогащения алмазосодержащего сырья

РАЗВИТИЕ РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО

МЕТОДА ОБОГАЩЕНИЯ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Игорь Владимирович Зырянов,

доктор технических наук, заместитель директора по научной работе Якутского научно-исследовательского и проектного института алмазодобывающ ей промышленности («Якутнипроалмаз») АК «АЛРОСА» ОАО

Игорь Александрович Макалин,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории радиометрической сепарации института «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» ОАО

Сырьевая база алмазодобычи в мире ограничена, качество её ухудшается, а основные объёмы легкодоступных и богатых запасов на известных месторождениях уже близки к исчерпанию. Резко расширяются масштабы разработки запасов подземной добычи, что ведёт к повышению себестоимости алмазов и необходимости постоянного совершенствования технологий и оборудования в процессе обогащения алмазосодержащего сырья. В свою очередь, выбор технологии обогащения зависит от вещественного состава этого сырья, контрастности механических, физических и физико-химических свойств ценного компонента и вмещающих пород, крупности алмазов

И. В. Зырянов, И. А. Макалин

и от их содержания в общем объёме добываемой руды. В настоящее время на обогатительных фабриках (рис. 1) эффективно применяются рентгенолюминесцентный (РЛ), гравитационный, флотационный и адгезионный методы обогащения алмазосодержащего сырья.

Опытом обогащения алмазоносной руды крупностью -50+6 мм и доводкой гравитационных концентратов класса крупности -6+1 мм подтверждено, что одним из наиболее экономически целесообразных методов является рентгенолюминесцент-ная сепарация.

Развитие этого метода в нашей стране началось в 1939 г., когда московский учёный М. Г. Богословский

Рис. 1. Обогатительная фабрика № 16 Нюрбинского ГОКа

предложил использовать в качестве разделительного признака свойство алмазов люминесцировать под действием рентгеновского излучения. Это свойство было реализовано в аппарате «Труд» с визуальным обнаружением свечения алмазов, который применялся при геологоразведочных работах.

В 1955 г. ленинградский изобретатель В. В. Финне сконструировал первый автоматизированный рентге-нолюминесцентный сепаратор АРЛ-1. В дальнейшем Л. М. Красов усовершенствовал электронную схему этого автомата. По опыту промышленной эксплуатации сепараторов АРЛ-1 на трубке «Мир» было установлено, что применение люминесценции алмазов в качестве разделительного признака позволяет производить обработку руды в поточном режиме. Успешная работа автомата АРЛ-1 в 1956 - 1961 гг. на доводке сухих гравитационных концентратов классов крупности -8+4 и -4+2 мм способствовала созданию первых доводочных аппаратов АРЛ-2, АЛ-20 и АЛ-50 [1].

Правильность избранного метода впоследствии была подтверждена и зарубежной практикой. Но если в Советском Союзе рентгенолюминесцентные сепараторы начали применять в пятидесятых годах на Урале, а затем и в Мирном, то в Англии, например, лидер мирового производства электронных сепараторов фирма «Sortex» разработала первый люминесцентный сепаратор для доводки алмазосодержащих концентратов только в 1968 г. Кстати, за эту работу фирма получила королевскую медаль, присуждаемую ежегодно за оригинальные технические новинки. Йоханнесбургская алмазная лаборатория (ЮАР) -самый крупный зарубежный институт, изучающий кристаллографические, механические, оптические, электрические и другие свойства алмазов, - выпустила отчёт, в котором сделала вывод о том, что «рентгенолюминес-центная сепарация может считаться самым прогрессивным из всех обогатительных процессов, применяемых для извлечения алмазов» [2].

На рис. 2 представлена функциональная схема основных блоков и узлов рентгенолюминесцент-ного сепаратора. В основном, он состоит из двух частей: машины сортировочной (1) и стойки автоматического управления (САУ) (2), оснащённой промышленными компьютерами. Обрабатываемый алмазосодержащий материал поступает в бункер (3) и с помощью вибропитателя (4) и формирующего наклонного лотка (5) подаётся в зону возбуждения и регистрации.

Современные сепараторы имеют систему импульсного возбуждения люминесценции. Источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка (6), которая облучает поток материала импульсами длительностью 0,5 мс с периодом 4 мс. Мощность источника в импульсе зависит от типа рентгенолюминесцентного сепаратора и составляет 8 - 12 кВт. Импульсный режим возбуждения позволяет фиксировать сигналы РЛ на рентгеновские импульсы в той же зоне, куда падает поток возбуждающего излучения. Импульсный режим возбуждения - отличительная особенность российских рентгенолюминесцентных сепараторов. Его достоинствами являются концентрация в импульсе рентгеновского излучения большой мощности; возможность выделить люминесценцию воздуха в рабочем объёме и использовать её для контроля и автоматической регулировки чувствительности. Регистрацию люминесценции и её преобразование в электрический сигнал осуществляют фотоприёмные устройства (7) на основе фотоэлектронных умножителей. Сигналы с фотоприёмного устройства поступают в блок регистрации (8), который выделяет полезный сигнал по заданным критериям разделения, передаёт его в блок управления (9), где вырабатывается сигнал на пневмоклапан (10), отклоняющий полезный продукт в концентратную копилку (11) из общего потока обрабатываемой руды, поступающей в хвостовой приёмник (12).

Рис. 2. Функциональная схема основных блоков и узлов рентгенолюминесцентного сепаратора:

1 - машина сортировочная; 2 - стойка автоматического управления; 3 - бункер; 4 - вибропитатель; 5 - формирующий наклонный лоток; 6 - рентгеновская трубка; 7 - фотоприёмное устройство; 8 - блок регистрации; 9 - блок управления; 10 - пневмоклапан; 11 - концентратная копилка; 12 - хвостовой приёмник

С 1967 г. НПО «Буревестник» (г. Санкт-Петербург) начало промышленное производство сепаратора ЛС-20 (рис. 3), разработанного в институте «Якутни-проалмаз» под руководством В. В. Новикова. Сепаратор значительно превосходил все имевшиеся к тому времени отечественные и зарубежные образцы по полноте извлечения алмазов, пропускной способности и стоимости.

В 1985 г. за огромный вклад в разработку и внедрение рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащих руд была присуждена Государственная премия СССР специалистам НПО «Якуталмаз» (ныне компания «АЛРОСА»): В. В. Новикову, В. С. Вьюннику, Ю. А. Лаврентьеву, С. И. Зельбергу, И. Г. Инешину, Ю. А. Карпенко и др.

В РЛС первого поколения использовался амплитудный способ регистрации при непрерывном рентгеновском излучении. Его применение в обогатительном производстве обеспечивало высокое извлечение алмазов, однако при этом в концентрат извлекались и сопутствующие люминесцирующие минералы с уровнем люминесценции выше порогового (полевые шпаты, известняк, плагиоклаз, галит, кальцит, циркон, кварц, сфалерит, оливин, гипс).

В начале 80-х годов прошлого столетия на обогатительных фабриках были внедрены сепараторы второго поколения ЛС-20-03 с импульсным источником излучения. В этих сепараторах применён амплитудно-кинетический способ регистрации. С помощью данного способа извлекаются минералы, амплитуда люминесценции которых остаётся выше порога разделения спустя некоторое время после окончания возбуждающего импульса. Селективность процесса этого способа выше по сравнению с амплитудным за счёт снижения извлечения в концентрат сопутствующих минералов [1].

В целях дальнейшего повышения селективности процесса в сепараторах третьего поколения был заложен люминесцентно-абсорбционный режим работы, т.е. облучение потока материала с одной стороны и регистрация сигнала люминесценции под углом 135° по отношению к потоку падающего рентгеновского излучения. Алмазы, являясь прозрачными для рентгеновского излучения, люминесцируют как со стороны, обращён-ной к источнику излучения, так и с противоположной стороны. С 1985 г в производство внедрены сепараторы ЛС-20-05 (рис. 4), в которых используется облучение материала с двух сторон, что позволяет, наряду с увеличением селективности процесса, значительно повысить производительность сепараторов.

Эффективность применения сепарации во многом зависит от наличия в вещественном составе сырья минералов, близких по люминесцентным свойствам к ценному компоненту, и алмазов с пониженной амплитудой люминесценции. Так, например, алмазосодержащее сырьё трубки «Интернациональной» содержит большое количество галитов, люминесценция которых близка к люминесценции алмазов, а трубка «Юбилейная» имеет повышенное содержание (до 5%) слаболюминесциру-ющих алмазов (рис. 5). Это приводит к снижению техно-

Рис. 3. Сепаратор ЛС-20 производства НПО «Буревестник»

Рис. 4. Сепаратор ЛС-20-05

логических показателей работы сепараторов, что требует их усовершенствования.

В последнее время наметились пути создания рентгенолюминесцентных сепараторов нового уровня надёжности, работоспособности и эффективности. С 2006 г на обогатительных фабриках и драгах компании «АЛРОСА» внедряется широкий парк сепараторов с аналого-цифровым блоком регистрации. С помощью этого блока рентгенолюминесцентные сепараторы могут работать как в пороговом, так и в селективном

Рис. 5. Алмазы из хвостовых продуктов рентгенолюминесцентной сепарации

режиме, включающем применение трёх критериев разделения: нормированной автокорреляционной функции (свёртки) [3], отношения компонент люминесценции и времени её затухания.

Для определения и выбора оптимальных значений критериев разделения селективного режима, при которых достигается максимально возможное извлечение алмазов и минимальный выход сопутствующих минералов в концентрат, в институте «Якутнипроалмаз» были проведены исследования люминесцентных свойств минерального сырья. По результатам анализа данных, полученных при измерении характеристик люминесценции алмазов и сопутствующих минералов из месторождений, разрабатываемых Айхальским, Мирнинским, Нюрбинским, Удачнинским и Ломоносовским горно-обогатительными комбинатами, были получены их распределения и рекомендованы оптимальные параметры настройки сепараторов. С целью подтверждения объективности выбранных параметров на обогатительных фабриках были проведены промышленные испытания сепараторов, работающих в селективном режиме. По результатам испытаний установлено, что селективный режим работы позволил доизвлекать слаболюминес-цирующие алмазы за счёт снижения уровня разделения (повышения чувствительности рентгенооптической системы) сепараторов не менее чем в 2 раза, при этом селективность и сокращение материала превышает аналогичные показатели при работе сепараторов в пороговом режиме. Кроме создания новых моделей РЛС непрерывно проводятся работы по совершенствованию и модернизации их конструкции и отдельных узлов.

В заключение можно отметить, что рентгено-люминесцентные сепараторы непрерывно совершенствовались и прошли стадии развития от простейших механизмов, управляемых человеком, до полностью

автоматизированных систем. Отдельные модели сепараторов могут работать в условиях отрицательных температур воздуха. Достигнутые результаты в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах позволили повысить извлечение алмазов до 96 - 99% при обогащении мокрой или сухой руды крупностью от 0,8 до 70 мм. Производительность современных сепараторов может доходить до 100 т/ч, а главное, позволяет получать концентрат с высокой кондицией. При этом надёжность сепараторов достигла уровня, при котором численность обслуживающего персонала сократилась в разы. Таким образом, по мере развития сепараторов, роста их технологических показателей значение процесса рентгенолюминесцентной сепарации непрерывно возрастало, и в настоящее время она является одним из основных методов обогащения алмазосодержащих руд. Однако наряду с достигнутыми результатами, рентгенолюминесцентная сепарация имеет методические потери, обусловленные тем, что часть алмазов обладает малой или нехарактерной кинетикой люминесценции. Попытка извлечения подобных алмазов ведёт к существенному увеличению выхода концентрата и, следовательно, к повышению затрат на обработку материала. По этой причине параллельно с развитием и совершенствованием основного метода непрерывно велись исследования по поиску альтернативного метода радиометрического обогащения. В настоящее время наиболее перспективным признан метод двух-энергетической рентгеновской абсорбции (способность минералов и пород с различной атомной плотностью составляющих их элементов по-разному поглощать рентгеновское излучение). Основное преимущество рентгеноабсорбционных (рентгенографических) сепараторов перед рентгенолюминесцентными сепараторами - возможность выделять алмазы из потока руды независимо от их способности люминесцировать под действием рентгеновского излучения, а также идентифицировать алмазы внутри кусков кимберлита.

Список литературы

1. Новиков, В. В. Обогащение алмазосодержащей руды месторождения трубки «Мир» крупностью +4 мм с использованием люминесцентной сепарации : дис. ... канд. техн. наук/В. В. Новиков. - М. : ВИМС, 1979. - 209 с.

2. Софианиди, М. Алмазные годы Гомелаури. На стремнине жизни / М. Софианиди // Вилюйские зори. -Мирный, 2001. - № 7. - С. 63-80.

3. Пат. № 2271254 РФ. Способ разделения минералов по их люминесцентным свойствам и способ определения порога разделения /Е. Н. Владимиров, Л. В. Казаков, М. О. Пахомов, В. Ш. Райзман, Е. М. Шлюфман. -Опубл. 2006, Бюл. № 7.