Радиометрическая сортировка и сепарация твердых полезных ископаемых

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

№ 649 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет 

МИСиС 

Кафедра обогащения руд цветных и редких металлов 

Б.С. Лагов 
П.Б. Лагов 
t 

Радиометрическая 
сортировка и сепарация 
твердых полезных 
ископаемых 

Учебное пособие 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом института 

Москва Издательство ´УЧЕБАª 2007 

УДК 622.7 
Л14 

Рецензент 
д-р техн. наук, проф. В.Н. Мурашев 

Лагов Б.С., Лагов П.Б. 
Л14 
Радиометрическая сортировка и сепарация твердых полезных ископаемых: Учеб. пособие. – М.: МИСиС, 2007. – 155 с. 

В учебном пособии отражена история создания, современное состояние и 
перспективы развития методов радиометрического обогащения твердых полезных ископаемых. Приведено описание и классификация практически всех 
методов, встречающихся в отечественной литературе. Охарактеризованы 
свойства руд, влияющие на радиометрическую обогатимость, представлена 
современная методика их исследования. Обосновано благоприятное влияние 
информативности радиометрического предконцентрирования на эффективность последующего обогащения рядовых, убогих и забалансовых руд. Рассмотрены принципы конструирования современной аппаратуры предобогащения и сформулированы основные направления ее совершенствования. 
Приведены практические примеры радиометрического обогащения различных видов полезных ископаемых. 

Содержание пособия соответствует программе курса «Магнитные, электрические и специальные методы обогащения». 

Предназначено для студентов специальности 130405, но может быть полезным для аспирантов и специалистов по разработке современных технологий для ревизуемых или разведуемых месторождений и реконструируемых 
промышленных предприятий. 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (технологический 
университет) (МИСиС), 2007 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие 
5 

Список сокращений и условных обозначений 
6 

Введение 
7 

1. История развития и классификация радиометрических методов 
обогащения твердых полезных ископаемых 
11 

1.1. Способы радиометрического обогащения радиоактивных 
руд 
11 

1.2. Расширение области применения радиометрических 
методов сепарации руд 
16 

1.3. Разработка и изготовление опытной и опытнопромышленной аппаратуры для радиометрической сепарации 
твердых полезных ископаемых 
21 

1.4. Классификация радиометрических методов обогащения 
полезных ископаемых 
37 

2. Свойства руд, определяющие их обогатимость 
радиометрическими методами сепарации 
49 

2.1. Особенности исходного материала 
49 

2.2. Содержание ценного компонента и вещественный состав 
руд 
50 

2.3. Контрастность и степень фазового раскрытия руды 
56 

2.4. Гранулометрическая характеристика сырья 
68 

2.5. Признаки разделения при радиометрическом обогащении 
минерального сырья 
74 

2.6. Оценка влияния предварительного обогащения на 
последующие технологические процессы переработки сырья 
83 

3. Методика оценки обогатимости руд радиометрическими 
методами сепарации 
85 

3.1. Отбор технологических проб 
85 

3.2. Исследование руд на содержание основного и попутных 
компонентов 
86 

3.3. Изучение гранулометрического состава руд 
87 

3.4. Исследование признаков разделения полезных 
ископаемых радиометрическими методами обогащения 
90 

3.5. Методика оценки влияния предварительного обогащения 
на качество продуктов последующего технологического 
передела сырья 
111 

4. Методика испытаний радиометрической обогатимости руд 
126 

3 

5. Основные направления конструирования аппаратуры для 
радиометрической сортировки и сепарации руд 
129 

6. Влияние предварительного радиометрического обогащения на 
экономику технологического передела твердых полезных 
ископаемых 
141 

7. Охрана окружающей среды и техника безопасности при 
проведении радиометрического обогащения минерального 
сырья 
143 

Заключение 
145 

Библиографический список 
146 

Приложение 1. Технологические показатели радиометрической 
сепарации некоторых полезных ископаемых стран СНГ 
147 

Приложение 2. Технологические показатели радиометрической 
сепарации некоторых полезных ископаемых за рубежом 
150 

4 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Радиометрическая сортировка и сепарация твердых полезных ископаемых является интенсивно развивающимся научно-техническим 
направлением в горных науках. Предшествующие учебные пособия, 
посвященные этой теме, составлялись 20 лет тому назад в МИСиС и 
в Свердловском горном институте и сегодня труднодоступны. Монографии на эту тему были изданы в 70-х – начале 80-х годов, а отдельные статьи по конкретным вопросам не позволяют студентам и 
специалистам получить целостное представление о состоянии этого 
направления в настоящее время. 

Первое учебное пособие для студентов МИСиС по теме «Радиометрические методы обогащения» было подготовлено профессором 
кафедры обогащения руд Н.Ф. Пантелеевой в 1986 г. В нем содержалось много сведений и методических указаний, актуальных и сегодня. Но за прошедшие годы были разработаны новые методы (количество методов, основанных на разных физических явлениях, удвоилось), проведена серия их испытаний на предприятиях, появилось 
новое оборудование, а электронные системы аппаратуры стали проектироваться на основе персональных компьютеров, что резко изменило методические и технические возможности освоенных и новых 
методов. В связи с этим возникла потребность в новом, современном 
учебном пособии. 

В данном пособии рассматриваются основные достижения в создании новых методов крупнокусковой сепарации и результаты их 
испытаний, новые методики исследования разнообразных полезных 
ископаемых, влияние предварительного обогащения на эффективность основных технологических методов, проблемы методического 
и технического совершенствования аппаратуры. Физические принципы и основы многочисленных методов отражены в краткой форме, 
поскольку эти вопросы подробно рассмотрены в специальной литературе. 

Авторы благодарят профессора кафедры обогащения руд 
Н.Ф. Пантелееву, заведующую Лабораторией технологической экспертизы и создания научно-методической базы сертификации минерального сырья Т.В. Башлыкову за ценные консультации, научных 
сотрудников Лаборатории Л.П. Павлову и А.Р. Макавецкаса, эксперта Е.Н. Гулина, а также сотрудников кафедры за большую помощь в 
оформлении работы. 

5 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 

РКС 
- радиометрическая контрольная станция; 

РС 
- радиометрическая сепарация; 

РО 
- радиометрическое обогащение; 

КД 
- конструкторская документация; 

d 
- диаметр образца в пробе, мм 

а 
- среднее содержание полезного компонента в руде, пробе, выборке, %; 

С, 
- среднее содержание полезного компонента в индивидуальном образце, 

во фракции, %; 

а М 
- среднее содержание минерала или группы минералов в руде, пробе, 

выборке, доли единицы; 

L 
- степень раскрытия руды, доли единицы; 

М 
- показатель контрастности руды, доли единицы; 

Yх 
- выход хвостового продукта, % 

е 
- извлечение полезного компонента, %; 

П 
- показатель обогатимости руды, доли единицы; 

ЭП 
- эффективность признака разделения руды, доли единицы; 

Эх 
- эффективность выделения хвостов, доли единицы; 

Ео 
- общая технологическая эффективность обогащения руды по Ханкоку 
Луйкену, доли единицы; 

Y 
- гамма-излучение; 

Р 
- бета-излучение; 

а 
- излучение а–частиц; 

и 
- нейтронное излучение; 

е 
- содержание полезного компонента в хвостах, %; 

Р 
- содержание полезного компонента в концентрате, %; 

X 
- текущее содержание полезного компонента в пробе руды, ранжированной по содержанию, %; 

1г 
- граничное (бортовое) содержание полезного компонента в ранжированной выборке, по которому проводится ее разделение, %; 

ППД 
- полупроводниковый детектор; 

Т1 
- спектральное отношение интенсивностей излучений. 

Сокращенные названия методов радиометрического обогащения размещены в 
табл. 1.3 (с. 38–46). 

6 

ВВЕДЕНИЕ 

Новое поколение инженеров, которому предстоит управлять в начале XXI века производством материалов, получаемых из твердых 
полезных ископаемых, должно ясно представлять, что на протяжении XX века потребляемое количество конечных продуктов выросло 
по крайней мере в 10 раз, а качество добываемых руд в несколько раз 
снизилось. Тенденция наращивания мощности производства и оборудования, снижение крупности обогащаемого материала с 1,0 до 
0,1 мм и менее в определенный период времени сыграли свою роль, 
но сегодня эти ресурсы в значительной мере исчерпаны. Строительство гигантских предприятий, например, таких, как комбинат «Апатит» или некоторые железорудные комплексы, требует огромных 
капитальных затрат. Снижение крупности обогащаемой руды до 
0,05 мм и ниже не только создает большие финансовые проблемы 
при создании хвостохранилищ, но и экологически не безопасно. 

На заре развития горного дела все операции на стадиях разведки, 
добычи и первичной обработки полезных ископаемых выполнялись, 
как писал в энциклопедии по горному искусству Г. Агрикола 
(XVI в.), в едином комплексе с применением ручного труда под руководством рудознатцев. Говоря современным языком, с каждого 
образца горной породы снималась информация о его составе и качестве, и для него выбиралась своя технология передела. 

Увеличение масштабов работ привело к дифференциации одной 
работы, к формализации передачи данных и частичной утере представления о месторождении как о природном, не имеющем точных 
аналогов объекте. В связи с этим был придуман простейший метод – 
отбор и испытание большеобъемных (до 100 тыс. т руды) проб и отработка на них всех тонкостей технологии. Но зачастую случайный 
метод отбора пробы относительно малой массы по сравнению с участком месторождения не обеспечивал оптимального решения сложных технологических вопросов. 

Представление о технологических свойствах руд существенно изменилось с внедрением технологического картирования, которое может начинаться на ранних стадиях геологического изучения месторождения. Отбор технологических проб небольшой массы из скважин, 
канав и других горных выработок и их обработка позволяют получить 
более точное представление о месторождении как технологическом 
объекте. Подобными методами стали работать и первые специалисты 

7 

по радиометрическим методам обогащения, еще в 60-х годах прошлого века начавшие совместно с геологами отбирать и изучать пробы 
средних и бедных по качеству руд месторождения. Еще более перспективной представляется совместная работа геологов, радиометристов-технологов, обогатителей и минералогов на стадии технологического картирования минерально-сырьевых объектов. 

Итогом этой деятельности является достаточно полное представление о геологическом строении месторождения, минеральном составе руд, размещении природных разновидностей и технологических сортов руд в пространстве, обогатимости руд классическими и 
радиометрическими методами, что создает предпосылки для создания и внедрения оптимальных технологических решений. Таким образом, появляется и аккумулируется информация о многих параметрах руд, в том числе о присутствии породы или забалансовых руд в 
предполагаемых контурах подсчета запасов, о разновидностях и 
комплексности, о сортах и, в редких случаях, о запасах богатых руд, 
приемлемых для опережающего получения крупнокускового товарного концентрата. 

Данные о свойствах руды, полученные и систематизированные на 
стадии разведки и последующих этапах исследования, составляют информационную базу рудоподготовки как нового направления в горных науках. Сочетание известных операций рудоподготовки с методами ядерно-физического опробования в процессе горных работ, радиометрической сортировки в емкостях и сепарации руды после крупного дробления открывает новые возможности в создании систем 
управления качеством руды на горно-обогатительных предприятиях. 

В связи с этим возникает задача овладения и оперирования многими методами радиометрической сортировки и сепарации, количество которых возрастает с каждым годом, при этом традиционные 
(гравитацию, флотацию) и специальные методы обогащения применять в основном для получения конечных концентратов. 

В отечественных научных организациях большое внимание уделяется изучению общих и специфических свойств крупнокусковой 
руды, характеризующих контрастность и степень раскрытия руды, 
эффективности доступных для исследования признаков диагностирования (разделения) полезных, попутных и вредных компонентов. 
Большинство методик предусматривает оценку плотности и магнитной восприимчивости образцов, поскольку эти методы легко сочетаются с радиометрическими и обеспечивают обогащение «мелких» 
(менее 25 мм) классов. На базе накопленного опыта информация о 

8 

свойствах руды позволяет сделать прогноз об ожидаемых технологических показателях, а в последующем – об эффективности обогащения руды на конкретных моделях сепараторов. Полное отсутствие 
аналогичных сведений в зарубежной литературе свидетельствует, повидимому, о чисто коммерческом подходе к вопросу об удалении 
разубоживающей массы. 

Наши специалисты на протяжении десятков лет опережали зарубежных коллег по количеству создаваемых методов, по скорости их 
аппаратурного оформления и испытаниям, проводившимся как в полевых условиях, так и на предприятиях. На наших предприятиях 
темпы промышленного внедрения новых методов для обогащения 
урановых руд были соизмеримы, а в переработке бериллиевых и алмазных руд опередили зарубежные. Наш опыт, а также практика 
Англии, США, Канады, Австралии и Южной Африки показывает, 
что в будущем темпы разработки и коммерческого освоения новых 
технологий могут существенно возрасти. 

В России много месторождений, разведанных еще в 30–60-е годы 
прошлого века, но по критериям того времени не вошедшие в планы 
освоения. Дополнительная разведка и их переоценка требуют значительных средств. Информативность способов радиометрической 
предконцентрации способствует прогнозной оценке сырья на основе 
архивных геологических материалов, компьютерная обработка которых может дать ответы на вопросы как предварительного обогащения, так и основного обогащения руд и, более того, дать обоснованные рекомендации о способах простой и экономичной переоценки 
руд с небольшим объемом экспериментов. 

Через некоторое время комплекс геофизического опробования 
шпуров и скважин в проходке, сортировка и сепарация отбитой горной массы на базе современных средств облучения, детектирования 
и микропроцессоров в составе аппаратуры даст, несомненно, большой объем информации о минеральном сырье и послужит основой 
создания информационной системы управления качеством руд. При 
этом эффективность действующих технологических процессов повысится благодаря повышению и стабилизации содержания основного 
компонента, упрощению и облагораживанию вещественного состава, 
а также получению информации в реальном времени о количестве и 
качестве подаваемых продуктов. Это облегчит и решение вопроса 
автоматизации технологии глубокой переработки руд. 

Решение этой задачи требует инновационного подхода к вопросам 
проектирования новых предприятий и модернизации действующих. 

9 

В частности, в системе рудоподготовки необходимо решать вопросы 
приема, дробления и грохочения отдельных сортов или разновидностей руды. Для этого большие шихтосклады не нужны, поскольку 
сорта руды будут выдержаны в заданных границах. 

Для получения крупнокусковых концентратов из железных, марганцевых, хромовых и подобных руд необходимо создавать несложные, но самостоятельные схемы переработки и подготовки товарной 
продукции. 

Доводка некоторых продуктов обогащения комплексных руд, в 
том числе содержащих благородные металлы, возможна лишь при 
использовании биохимических, химико-металлургических процессов 
или обжига. Применение этих сложных технологий станет возможным благодаря существенному снижению стоимости общего производства за счет внедрения систем сбора и обработки информации при 
радиометрической предконцентрации полезных ископаемых. 

10 

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ 

РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ 

ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 

1.1. Способы радиометрического обогащения 
радиоактивных руд 

Ручная рудоразборка практикуется с античных времен и является 
технологически весьма эффективной. В современных условиях эта 
операция в редких случаях экономически может быть оправдана, но 
тем не менее до сих пор применяется для дорогих видов сырья: янтаря, оптического кварца, золота, в доводке алмазов, очистке титана 
после реторты и др. Инструментами, участвующими в сортировке, 
являются глаза, мозг и руки специалиста. Еще в середине прошлого 
века было очевидно, что будет изобретена механическая замена этих 
инструментов. 

Действительно, в 1939 г. М.Е. Богословским (Всесоюзный институт минерального сырья – ВИМС, г. Москва) для изучения и выделения алмазов из чернового концентрата крупностью 5…16 мм был 
предложен рентгенолюминесцентный 
(РЛ), а также гаммаабсорбционный методы и сепаратор ленточного типа, применявшийся на первых обогатительных фабриках. Исполнительный механизм аппарата приводился в действие вручную. 

Развитие новых процессов в конце 1940-х годов было связано с 
промышленным освоением урановых руд. Первые успешные работы 
провела З.В. Волкова, затем к этому направлению были привлечены 
многие исследователи. Одна из первых моделей сепаратора была 
разработана Г.Р. Гольбеком. В это же время появились зарубежные 
публикации о возможности использования естественной радиоактивности для обогащения урановых руд. В Канаде под руководством 
К.М. Лапойнте был разработан один из первых образцов сепаратора, 
который в 1947 г. был испытан в Порт-Радиуме и в Порте Надежды. 

В 50-х годах прошлого века в нашей стране была введена в эксплуатацию первая радиометрическая фабрика для обогащения урановых руд (г. Желтые Воды, Украина). В ВИМС и Всесоюзном научно-исследовательском 
институте 
химической 
технологии 
(ВНИИХТ, г. Москва) были открыты лаборатории радиометрического обогащения. Первая задача лаборатории ВИМС заключалась 
в разработке теоретических основ обогащения крупнокускового 
сырья на базе естественной радиоактивности руд, использовании 

11 

новых знаний при конструировании аппаратуры и в повышении 
эффективности самого процесса разделения. Вторая задача – оценка 
радиометрической обогатимости разведуемых урановых и редкометалльных месторождений с естественной радиоактивностью. Профильная лаборатория ВНИИХТ занималась близкими вопросами 
применительно к действующим предприятиям. Открытие лабораторий нового научного направления было связано с тем, что урановые 
руды не обогащаются с требуемой эффективностью традиционными методами. Кроме того, опыт обогащения крупнокускового минерального сырья был невелик. 

Переработка урановых руд предусматривала два процесса: 
1) контроль и сортировку руды на радиометрических контрольных 
станциях (РКС); 2) разделение крупнодробленой руды на промышленный сорт и отвальные хвосты с помощью радиометрических сепараторов (РС). 

Рудосортировка – обогатительный процесс, при котором из добываемой руды выделяются сорта по содержанию ценного компонента и пустая порода. При сортировке используется неравномерность оруденения в недрах, которая отражается и на добытой горной 
массе. Сортировке подвергают вагонетки или автосамосвалы, заполненные отбитой горной массой. Сортировку проводят в непосредственной близости от места добычи. Вагонетка помещается между детекторами гамма-излучения, соединенными с радиометром. Проводится замер плотности потока гамма-квантов, которая пропорциональна содержанию урана в горной массе. Разделение вагонеток 
происходит по эталонировочному графику, построенному по эталонным вагонеткам. Измеряемая вагонетка одновременно взвешивается. 
По этим данным определяется сорт руды, а вагонетка с помощью 
стрелочного механизма направляется для дальнейшего использования по принятой технологии. По такой же схеме измеряют и сортируют автосамосвалы с рудой. Общий вид радиометрической контрольной станции представлен на рис. 1.1 и 1.2. 

Урановые руды принято разделять на четыре сорта: богатую и рядовую товарные руды, некондиционную (бедную, забалансовую) руду и пустую породу. Иногда некондиционную руду подразделяют 
еще на два сорта: бедную и убогую. 

Сортировка руды является наиболее простым и дешевым процессом в горно-обогатительной технологии. На некоторых шахтах отсортировывается до 45 % отвального продукта. 

12