Радиометрическое обогащение минерального сырья

785986 723945

УДК 622.725
ББК 33.4
 
К55

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253—03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). 
Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору 
в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.
Д.014367.12.14

© А.С. Кобзев, 2015
© Издательство «Горная книга», 2015
© Дизайн книги. 
 
Издательство «Горная книга», 2015

ISBN 978-5-98672-394-5 
УДК 622.725
ББК 33.4

Кобзев А.С.
К55  
Радиометрическое обогащение минерального сырья. — 
М.: Издательство «Горная книга», 2015. — 125 с.: ил. 
(Обогащение полезных ископаемых) 
ISBN 978-5-98672-394-5

Рассмотрены методы радиометрического обогащения минерального сырья. Дано описание основных элементов оборудования для 
сепарации. Изложены последовательность работ и основы оценки 
обогатимости минерального сырья данной технологией. Приведен 
обзор и анализ развития рынка оборудования радиометрического 
обогащения. Большое внимание уделено опыту промышленного 
применения радиометрического обогащения на различных горнодобывающих и металлургических предприятиях. 
Для инженерно-технических работников горно-обогатительных и 
металлургических предприятий, проектных и научно-исследовательских организаций. Может быть использована в учебном процессе 
профильных вузов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Памяти Л.М. Титова

Одной из современных глобальных проблем является истощение 
минеральных ресурсов, в частности богатых и легкообогатимых руд. 
На этом фоне со стороны государства и недропользователей имеется 
запрос на применение новых технологий добычи и переработки, 
позволяющих повысить экономическую эффективность освоения 
как традиционных, так и техногенных месторождений.
Относительно новым направлением переработки твердых полезных ископаемых, которое позволяет решить эту проблему, является 
радиометрическое обогащение. Данная технология подразумевает 
два принципиально различных процесса: крупнопорционную сортировку — разделение руды в транспортных емкостях (вагонетках, 
автосамосвалах) и радиометрическую сепарацию — разделение 
материала крупностью от 300 до 0,5 мм на специальном оборудовании — радиометрических сепараторах.
Большин ством ученых и специалистов, как отечественных, так 
и зарубежных, за технологией радиометрического обогащения признается огромный потенциал. Отечественными научно-исследовательскими институтами (ВИМС, ВНИИХТ, Механобр, ЦНИГРИ) 
накоплен огромный опыт лабораторных испытаний данной технологии на различных видах минерального сырья. В настоящее время 
данная технология активно развивается за рубежом как процесс 
переработки промышленных и бытовых отходов. Однако при оценке рисков внедрения радиометрического обогащения на горных 
предприятиях зачастую находятся скептики, основным аргументом 
которых против ее применения является малоизвестный опыт промышленного использования.
Ситуация осложняется из-за редких публикаций результатов использования технологии радиометрического обогащения и отсутствия 
обобщенного опыта промышленного применения данной технологии. 
Кроме того, компании-производители оборудования не всегда ведут 
учет опубликованных материалов, а также комплексный анализ результатов проведенных испытаний и опыта применения радиометрического обогащения, в связи с чем потенциальные потребители 
остаются в неведении о возможностях данной технологии.

Цель настоящей работы — раскрыть опыт применения технологии 
радиометрического обогащения различных видов сырья. Основной 
упор был сделан на радиометрические методы сепарации, так как 
технология крупнопорционной сортировки в транспортных емкостях является в большей степени методом контроля и управления 
качеством сырья, чем обогатительным процессом.
Автор выражает глубокую признательность первому наставнику 
Э.Г. Литвинцеву, а также В.К. Рябкину, В.В. Звереву и сотрудникам 
группы радиометрических методов обогащения ФГУП ВИМС. Автор 
благодарит А.М. Ольховского за идею данной работы, И.В. Чепрасова за ценные замечания, М. Бухареву, И. Силина, К. Степпуна за 
помощь в оформлении обложки.

Гл а в а  1

ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО 
ОБОГАЩЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

1.1. ЗАДАЧИ РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО ОБОГАЩЕНИЯ

Радиометрическое обогащение (sensor-based sorting) — группа методов переработки минерального сырья, базирующихся 
на взаимодействии различных видов излучений (рентгеновского, оптического и т.д.) с разделяемым материалом. Одной 
из самых распространенных задач данной технологии является предварительное обогащение материала, поступающего 
на последующие переделы. Реже решаются задачи получения 
товарной продукции, удаления из исходного сырья вредных 
примесей, а также разделения сырья на технологические 
типы.
В рамках решения наиболее распространенной технологической задачи — предварительного обогащения — применение технологии радиометрического обогащения позволяет 
разделить крупно- и среднедробленый материал на два потока: 
обогащенный полезным компонентом и отвальный. Возможны 
два варианта решения данной задачи: повышение качества 
сырья, поступающего на дальнейшую переработку, и удаление 
отвальных хвостов. Указанные варианты различаются критериями эффективности сепарации, что во многом определяет 
настройку оборудования.
В первом случае критерием эффективности радиометрического обогащения является удовлетворительное качество получаемого после радиометрической сепарации обогащенного 
продукта. Данный вариант пригоден для некондиционных руд, 
переработка которых традиционной технологией экономически не эффективна, в связи с чем потери полезного компо

нента с отвальным продуктом радиометрического обогащения 
являются не столь критическими.
Вариант удаления отвальных хвостов используется при 
переработке кондиционных руд. В данном случае за критерий 
эффективности разделения принимается качество отвального продукта радиометрического обогащения, к которому 
предъявляются жесткие требования, связанные не только с 
экономическими соображениями недропользователя, но и 
требованиями государственных регуляторов в области охраны 
и рационального использования недр.
Задача получения товарной продукции с успехом решается 
при радиометрической сепарации угля, руд черных металлов, 
а также нерудного и неметаллургического сырья (калийные 
соли, магнезитовые руды и т.д.). При решении данной задачи 
радиометрическая сепарация позволяет полностью отказаться 
от обогащения традиционными технологиями либо ограничить 
их применение лишь классами крупности, не пригодными для 
сепарации — отсевом и крупной фракцией.
Также радиометрические методы сепарации позволяют решить задачу доведения качества сырья до требуемого уровня 
по содержанию вредных примесей. В частности, это актуально 
при переработке нерудного и неметаллургического сырья, 
а также при обогащении руд черных металлов (железные и 
марганцевые руды).
При разделении сырья на технологические типы исходный материал делится на потоки, переработка которых более 
эффективна по различным схемам обогащения. Например, в 
рамках решения данной задачи золотосодержащие руды могут 
разделяться на окисленные и сульфидные типы, а полиметаллические — на свинцовые, цинковые и т.д.
Применение радиометрического обогащения, как правило, 
оказывает существенное влияние на технико-экономические 
показатели освоения месторождения посредством увеличения 
объе мов производства выпускаемой продукции, улучшения ее 
товарных качеств, повышения извлечения полезного компо

нента на последующих этапах обогащения, снижения удельных 
капитальных и операционных затрат. Снижение себестоимости 
конечной продукции позволяет вовлекать в эксплуатацию 
руды, ранее считавшиеся забалансовыми. Таким образом, 
увеличиваются запасы месторождения, а также увеличивается 
срок работы горного предприятия.
Радиометрическое обогащение стабилизирует качество 
руды, поступающей на последующие переделы переработки 
[1], что также оказывает положительное влияние на технологические показатели обогатительного комплекса.
Учитывая, что радиометрическое обогащение находится на 
стыке добычного и обогатительного переделов, его внедрение 
открывает возможность изменения технологии ведения горных 
работ. В частности, появляется возможность замены сложной 
и затратной селективной выемки на более простую валовую.
При разработке месторождений, удаленных от обогатительной фабрики, применение радиометрической сепарации 
с решением задачи предварительного обогащения позволяет 
сократить нагрузку на доставку. Кроме того, появляется возможность реализации новой товарной продукции — щебня, 
инертных заполнителей, закладочного материала [2].

1.2. МЕТОДЫ РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО ОБОГАЩЕНИЯ

Технология радиометрического обогащения подразумевает 
целый ряд разнообразных методов, базирующихся на взаимодействии практически всего спектра электромагнитных 
волн с горными породами и прочими материалами (шлаки, 
промышленные и бытовые отходы и т.д.).
В.А. Мокроусовым [3], А.П. Татарниковым [4] и Б.С. Лаговым [5] были предложены различные варианты классификации радиометрических методов обогащения и их названия. 
В данной работе будет использоваться терминология согласно 
классификации В.А. Мокроусова (табл. 1.1), за исключением 
рентгенофлюоресцентного метода, который в кругу отечест

венных специалистов более известен как рентгенорадиометрический. 
В классификации В.А. Мокроусова группа процессов сепарации, основанных на взаимодействии радиоволн с веществом, 
включает в себя четыре метода: индук ционный радиорезонансный, емкостной радиорезонансный, радиоабсорбционный и 
магнитометрический. Вместе с тем в работе [3] отмечается, 
что признаки разделения индукционного радиорезонансного 
и емкостного радиорезонансного методов базируются на изменении энергии электромагнитного поля, а индукционный 
радиорезонансный и радиоабсорбционный методы основаны 
на различии электрической проводимости разделяемого материала. Современные сепараторы, использующие в качестве 

Таблица 1.1

Классификация радиометрических методов обогащения

Метод разделения
Регистрируемый параметр
Область применения

Авторадиометрический
Интенсивность естественного гамма-излучения
Урановые и редкометалльные руды
Рентгеноабсорбционный
Интенсивность прошедшего рентгеновского излучения сквозь материал

Универсальный метод

Рентгенорадиометрический
Характеристическое излучение элементов
То же

Рентгенолюминесцентный
Интенсивность и цвет люминесценции минералов, 
возбужденной рентгеновским излучением

Люминесцирующие минералы: алмазы, шеелит, 
флюорит и т.д.

Фотометрический
Оптические свойства материала (цвет, прозрачность)
Универсальный метод

Ближнеинфракрасный
Отражение и поглощение 
в ближнем инфракрасном 
диапазоне

Нерудное и неметаллургическое сырье

Инфракрасный
Теплоемкость руды и породы
Руды черных металлов

Электромагнитный
Изменение напряженности 
и энергии магнитного и 
электрического полей

Сульфидные руды

разделительного признака взаимодействие материала и радиоволнового излучения, позволяют одновременно определять 
сразу несколько из перечисленных свойств, что, по нашему 
мнению, обусловливает нецелесообразность их разделения. 
По аналогии с англоязычным термином electromagnetic sorting 
в настоящей работе будет употребляться термин «электромагнитная сепарация».
Авторадиометрический метод (радиометрический метод, 
radiometric sorting) основан на регистрации интенсивности 
естественного гамма-излучения руды. Различают два метода 
регистрации гамма-излучения: метод счета, когда определяется 
число импульсов, зарегистрированных в равные промежутки 
времени, и метод скорости счета, при котором определяется 
частота возникновения импульсов без выделения временных 
интервалов. Метод счета числа импульсов является более 
точным, тогда как метод скорости счета проще [6]. Авторадиометрический метод применяется для руд, которые имеют 
естественную радиоактивность.
Рентгеноабсорбционный метод (рентгенотрансмиссионный, 
X-Ray transmission sorting, XRT sorting) базируется на различии 
ослабления рентгеновского излучения отдельными элементами 
и соединениями. В общем виде можно представить, что чем 
выше атомный номер элементов, входящих в состав минералов 
и горных пород, тем меньшее количество рентгеновских лучей 
пройдет сквозь данный материал. Рентгеноабсорбционный 
метод является проникающим и позволяет перерабатывать 
руду со скрытой минерализацией. Этот метод достаточно 
универсален и применяется при обогащении руд цветных 
металлов, золота, углей.
Существенно ограничивает возможность применения 
метода разрешающая способность детекторов. Современные 
регистрирующие системы позволяют определять включения 
площадью более 3×3 мм.
Рентгенорадиометрический метод (рентгенофлюоресцентный, рентгеноспектральный, гамма-флюоресцентный, X-Ray 

fluorescence sorting, XRF sorting) основан на возбуждении атомов 
определяемых элементов с помощью источников ионизирующего излучения, в качестве которых могут выступать рентгеновские трубки и радионуклидные источники, и анализе 
спектрального состава характеристического рентгеновского 
излучения возбужденных атомов [7]. Метод пригоден для 
определения элементов с атомным номером Z > 16.
Рентгенорадиометрический метод базируется на следующих 
двух принципах. Связь между энергией характеристического 
рентгеновского излучения каждого элемента εx и его атомным 
номером Z определяется законом Мозли, где 
ε x
Z
~
. Следовательно, энергия характеристических рентгеновских линий 
каждого элемента заведомо известна, а интенсивность линий 
зависит от массовой доли элемента в исследуемом объеме [8]. 
Метод может быть как прямым, например, при определении 
непосредственно содержания извлекаемого элемента, так и 
косвенным — при сепарации золотосодержащих руд, когда 
разделение производится по элементам-спутникам (мышьяк, 
железо).
Рентгенолюминесцентный метод (X-Ray luminescence sorting, XRL sorting) основан на том, что отдельные минералы под 
воздействием рентгеновского излучения способны испускать 
свечение — люминесцировать [9]. Метод применяется для 
руд, содержащих люминесцирующие минералы, например для 
вольфрамовых руд и алмазного, апатитового и флюоритового 
сырья.
В целом, люминесценция является преобразованием одного вида энергии, как, например, ядерного, оптического, 
рентгеновского излучения или механического воздействия, в 
световое излучение. Для некоторых руд возможно применение данного метода, но с возбуждением люминесценции не 
рентгеновским, а ультрафиолетовым излучением. Тогда метод 
называется люминесцентным.
Фотометрический метод (оптический, цветной, optical 
sorting, color sorting, photometric sorting) основан на регистрации 

различий оптических характеристик разделяемых частиц, 
таких как цвет и прозрачность. Метод весьма универсален и 
применяется для большинства видов минерального сырья, при 
переработке отходов, а также сельскохозяйственных культур. 
В целом данная технология является аналогом ручной рудоразборки на основе визуального осмотра с той лишь разницей, 
что использование в современных сепараторах электронных 
систем регистрации и обработки сигналов позволяет разделять материал более качественно, селективно и с высокой 
производительностью.
В современной зарубежной литературе фотометрический 
метод обозначается как optical sorting, однако возможно употребление и иных терминов. Первые монохромные фотометрические сепараторы, которые были способны различать лишь 
черный и белый цвета, а также некоторое количество серых 
оттенков, обозначались как photometric sorters. Современные 
фотометрические сепараторы, которые позволяют различать 
более 300 тыс. различных цветов и оттенков, определяются 
как color sorters. В отечественной литературе аналогом термину 
color sorting был предложен термин «полихромная фотометрическая сепарация» [10], однако широкого распространения 
он не получил.
Ближнеинфракрасный метод (NIR sorting) базируется на 
определении различия взаимодействия электромагнитного 
излучения в ближнем инфракрасном диапазоне с молекулами поверхности материала. Этот метод дает возможность 
регистрировать наличие следующих соединений в составе 
материала: OH, H2O, CO3, NH4, FeOH, MgOH, AlOH. Это 
позволяет осуществлять сепарацию по наличию глинозема, 
хлорита, серпентина, эпидота, амфиболита, ярозита, гипса, 
кальцита, доломита, магнезита, родохрозита, алунита. Доказана возможность применения метода для отделения барита 
и флюорита от кальцита и доломита, а также для выделения 
непродуктивных фракций при переработке мрамора, талька 
и боратов [11].