Радиометрическое обогащение урановых руд

Теория и технология радиометрического обогащения урановых руд изложены в докладе советских исследователей Г.А. Ковды и М.Л. Скриниченко на Женевской конференции и статьях иностранных авторов.

Процесс радиометрической сортировки состоит в механическом разделении руды на продукты с различным содержанием урана на основе измерения интенсивности радиоактивных излучений. В этом процессе руда подается из бункера питателем на транспортерную ленту, передвигающую руду под счетчик импульсов, соединенный с системой разделения. При достижении определенной скорости счета импульсов срабатывает реле, связанное с датчиком, и включает ток, приводящий в действие двигатель механизма, сбрасывающего радиоактивные куски в желоб для концентрата.

Различают три разновидности процесса радиометрической сортировки: кусковой, порционный и поточный. При осуществлении первых двух методов кусок или порция руды проходит сепаратор раздельно, при поточном методе рудная масса не расчленяется на порции и проходит сепаратор непрерывным потоком. В этом случае условно считают порцией то количество руды, которое в данный момент находится в сфере датчиков с радиометрами.

При кусковом режиме о сепаратор нужно подавать куски возможно близкого веса или размера. Для этого руду разделяют грохочением на ряд классов. В случае порционного режима руда разделяется на порции равного веса с помощью весовых или объемных дозаторов.

Применение радиометрической сортировки возможно только при наличии достаточной неравномерности распределения урана (контрастности) между отдельными кусками руды.

Для глинистых руд радиометрическому обогащению руд может предшествовать промывка руды или мокрое грохочение. Эти процессы могут оказаться полезными и в тех случаях, когда в руде нет значительного количества глины, но тонкие классы руды сильно обогащены ураном.

При измерении активности порции или кусков руды датчик сепаратора отмечает не только излучения этих порций или кусков, но и неизбежные фоновые излучения. В радиометрах, работающих по принципу прямого счета импульсов, включение исполнительного механизма, отбирающего кусок или порцию руды в концентрат, происходит всякий раз. когда количество зафиксированных импульсов достигает величины, заданной настройкой счетчика.

Если известны минимальный вес куска и удельный вес руды, можно определить минимальный размер кусков с бортовым содержанием урана, которые могут отбираться в концентрат при кусковом режиме сепарации. Куски меньше этого размера при кусковом режиме не могут быть выделены и должны обрабатываться при порционном режиме.

Рассмотренные выше закономерности относились как к отдельным кускам, так и к порциям руды. Ho при переходе от отдельных кусков к порциям имеет место перемешивание и усреднение содержания урана в порции, которые должны быть приняты во внимание. С увеличением числа кусков, входящих в порцию при данной крупности, природная контрастность руды уменьшается, так как содержание урана в отдельных порциях выравнивается и с увеличением числа кусков приближается к значению, среднему для всех порций. При некотором количестве кусков в порции, отобранной из перемешанной массы руды, содержание урана в ней становится практически таким же средним, как и в любой другой порции, отобранной аналогичным образом.

Минимальный вес представительной порции (пробы) руды можно определить по эмпирической формуле



где q — минимальный вес средней пробы, г;

k — коэффициент, зависящий от степени неравномерности оруденения и от некоторых других факторов;

d — диаметр куска руды максимального размера, мм;

n — показатель степени, чаще всего равный двум, порции руды, вес которых соответствует формуле, не могут быть разделены радиометрическим методом. Разделяться могут только такие порции. которые не являются средними, т.е. отвечают обратному неравенству



Коэффициент k может служить мерой контрастности руды, но его численные значения в этом неравенстве должны быть во много раз меньше, чем это принято практикой опробования в формуле, определяющей вес представительной пробы.

Максимальный вес порций, допустимый при радиометрическом обогащении, зависит от контрастности руды и ее крупности. Порции, вес которых больше q, не могут быть разделены, в зависимости от настройки радиометра уходят в концентрат или хвосты. Контрастность руды может быть целесообразно использована только при достаточной степени дробления, так как в слишком крупных кусках участки концентрации урана не будут достаточно раскрыты.

Минимальный вес порций или кусков, допустимый при радиометрической сортировке, зависит от бортового содержания урана в выделяемом концентрате, величины и стабильности регистрируемых датчиком фоновых излучений, коэффициента радиоактивного равновесия руды и от тех параметров сепаратора, которые определяют его чувствительность. Порции или куски руды весом меньше q будут уходить в хвосты, если количество урана в них недостаточно для выделения в концентрат. Процентное содержание урана в куске или порции может быть при атом и выше бортового.

Для получения высокой степени разделения необходимо или обеспечить автоматическое изменение настройки радиометра в соответствии с изменением веса каждой проходящей через сепаратор порции или куска руды, или же свести к минимуму колебания веса кусков или порций.

При кусковом режиме обогащения идеальным способом подготовки руды было бы ее разделение на группы кусков с одинаковым весом, но такая подготовка практически неосуществима ввиду большой разницы в весе отдельных кусков. Можно лишь разделить руду на несколько классов, в которых колебания в весе кусков не выходили бы за определенные пределы. Так как вес кусков пропорционален их размеру, то весовую классификацию можно заменить разделением по крупности. Чем уже шкала грохочения, тем выше будет эффективность процесса, но схема обогащения усложнится в связи с большим числом классов.

Для порционного режима подготовка руды к обогащению заключается в расчленении руды на порции, по возможности равного веса. Это достигается с помощью весовых или объемных питателей.

Для порционного режима обогащения, так же как и для кускового, руда предварительно должна подвергаться грохочению. При этом для каждого класса крупности следует принимать свой, средний вес порций, больший для крупных классов и меньший — для мелких.

При поточном режиме обогащения стабильность веса условных порций обеспечивается конструкцией и режимом работы питателя и специальными устройствами на транспортере сепаратора, выравнивающими поток руды. Большая стабильность может быть достигнута на классифицированном материале; удельная нагрузка руды на единицу длины конвейера должна быть тем меньше, чем меньше крупность материала. Мелочь, не поддающаяся радиометрической сортировке, должна выводиться из процесса грохочением.

При достаточной стабильности среднего веса кусков или если настройка радиометра автоматически учитывает изменения их веса, кусковой режим сортировки лает наиболее полное использование контрастности руды. Если эти условия отсутствуют, то при небольшом числе кусков в порции за счет меньшего разброса в их весе порционный режим сепарации оказывается столь же эффективным, как и кусковой.

Показатели разделения при радиометрической сортировке можно улучшить, применяя перечистки продуктов первичного обогащения. Использование перечисток целесообразно не только при поточном и порционном, но и при кусковом режиме сортировки. Иногда бывает полезно перед перечисткой продуктов обогащения крупных классов подвергнуть их предварительному дроблению и грохочению. Необходимо, однако, учитывать, что при этом образуется часть мелкого материала, не поддающегося радиометрическому обогащению.

Простейшим способом радиометрической сортировки являются устройства для промера руды и рудничных вагонетках. В зависимости от результатов замера активности вагонетку с рудой направляют либо в отвал, либо в бункер для соответствующего сорта руды. Измерения активности и откатка вагонеток могут осуществляться автоматически. Такие радиометрические контрольные станции (PKC) помещают как на поверхности, так и под землей. Ввиду большого веса порции руды в вагонетках контрольные станции не могут обеспечить высокой степени сортировки.

Более высокую степень разделения обеспечивают радиометрические сепараторы. Радиометрический сепаратор состоит из трех основных узлов: 1) датчика с радиометром, 2) отбирающего механизма, 3) механизмов для транспортировки исходного материала и продуктов обогащения.

Радиометрические сепараторы работают на поточном, порционном или кусковом режиме сепарации. В зависимости от требуемой чувствительности в датчиках применяются газонаполненные или сцинтилляционныe счетчики. Применяемые радиометры могут работать по принципу измерения скорости счета и прямого счета импульсов. Время измерения активности куска или порции руды в различных конструкциях изменяется от долей секунды до нескольких секунд. При этом в момент измерения кусок или порция руды в одних сепараторах находится в движении, в других — в покое относительно датчиков. В некоторых конструкциях радиометрических сепараторов перед замером активности очередного куска руды или порции с конденсатора радиометра снимается заряд, накапливающийся за счет фоновых излучений, что значительно снижает отрицательное влияние фона. Отбирающие механизмы выполняются в виде шиберов, сбрасывающих толкателей или открывающихся донышек ковшей различных конструкций. Транспортировка руды осуществляется в сепараторах ленточными или ковшовыми конвейерами различной конструкции.

В последнее время в Канаде созданы новые типы радиометрических сепараторов для сортировки урановой руды. Подробно описано устройство радиометрического сепаратора "КН" и обоснован экономический эффект, который предполагается получить при его применении.

Обогащение на этом сепараторе осуществляется следующим образом. Поступающая из рудникa руда подвергается грохочению и промывке. Мелкий материал направляется непосредственно на завод, а крупный в случае необходимости подвергается грохочению и подается в бункера одного или нескольких сепараторов, в зависимости от количества добываемой руды.

Из приемного бункера руда вибрационным питателем подается на конический питатель. Вращаясь с большой скоростью, питатель отбрасывает куски руды на круговую ограничительную стенку, в результате чего они распределяются в одну линию. Двигаясь по окружности, куски руды одни за другим поступают на короткий конвейер, с которого они падают по одному.

При падении с конвейера кусок руды проходит между неоновой лампой и фотоэлектрическим элементом, которые в комплексе действуют как измеритель времени прохождения куска. Лампа работает на переменном токе с частотой 5000 периодов в 1 сек. Фотоэлектрический элемент реагирует на световые импульсы только этой частоты, что исключает возможность воздействия света от посторонних источников. Устройство позволяет измерять время прохождения куска и таким образом определять его размеры.

При дальнейшем падении кусок руды проходит перед сцинтилляционным датчиком радиометра, настроенным на определенный уровень. В результате измерения интенсивности радиоактивного излучения куски сортируются на кондиционные и отвальные. Падая дальше, кусок проходит перед тремя воздушными клапанами, которые управляются с помощью сцинтилляционного радиометра и измерителя времени прохождения. Если радиометр зафиксировал, что кусок является кондиционным, то воздушные клапаны остаются закрытыми, и кусок поступает в бункер для концентрата. В противном случае импульс сжатого воздуха, продолжительность которого контролируется измерителем времени прохождения. перебрасывает кусок через разделительную плиту в бункер для пустой породы. Расстояние, которое проходит кусок от того места, где он пересекает луч неонового света, и до места расположения пневматических клапанов, составляет 0,76 м; время измерения в любом случае составляет менее 0,1 сек.

Описываемый сепаратор обеспечивает высокую производительность и точную сортировку. Одновременно с пустой породой сепаратор отсортировывает также куски дерева, железа и другие предметы.

Сепаратор предназначен для обогащения пуды крупностью от 50 до 200 мм; в зависимости от крупности производительность сепаратора изменяется от 25 до 50 т/ч. Один рабочий может обслуживать шесть сепараторов. Потребляемая сепаратором мощность составляет 3 квт; расход сжатого воздуха 1,42 м3/мин при давлении 5,6-6,3 атм. Необходимая площадь производственного помещения 2,45x3,66 м. Сепараторы обычно устанавливают попарно. Высота, необходимая для двух или четырех сепараторов, включая бункер на 2,5 т для каждого сепаратора и разгрузочные желоба, равна 6,1 м. Необходимая высота для шести и более установок с общими бункерами исходной руды емкостью 30 г в расчете ка каждый сепаратор, но без бункера распределительной системы составляет 9,1 м.

Наиболее важным преимуществом нового сепаратора считается возможность его применения для радиометрической сортировки непосредственно а забое.

Сортировка на месте с максимальным приближением к забою обеспечивает получение необходимого материала для закладки и значительно уменьшает возможность направления а закладку кондиционной руды. Радиометрическая сортировка позволяет производить разделение руды на сорта с различным содержанием полезных компонентой. При этом на завод направляется руда с повышенным содержанием урана, а выделяемые отвальные хвосты с низким содержанием урана после извлечения золота поступают в отвал. Расчеты показывают, что применение машинной сортировки значительно сократит эксплуатационные расходы и капитальные затраты.

В схемах обогащения урановых руд радиометрическая сортировка может применяться как единственный процесс или п комбинации с другими процессами обогащения. Ниже приводим несколько типичных примеров технологических схем радиометрического обогащения. На схемах обогащенный продукт показан со знаком плюс, а обедненный — со знаком минус.

Простейшая схема радиометрической сортировки предусматривает прохождение добитой руды через PKC для разделения ее на различные по содержанию урана продукты, в том числе и отвальный.

На рис. 232 приведена схема радиометрической сортировки с выделением промпродукта, поступающего на сепараторы и контрольную сепарацию отвальных хвостов. Для этой цели обычно применяют сепараторы ленточного типа с шибером, работающим на поточном режиме.

На рис. 233 показана более сложная схема, включающая операции грохочения для разделения на несколько классов, что улучшает показатели обогащения. Самый мелкий класс, не поддающийся радиометрической сортировке, выводят как готовый продукт.

Комбинированная схема переработки глинистых руд приведена на рис. 234. Она включает промывку, грохочение, радиометрическое и флотационное обогащение, а также гидрометаллургическую обработку. В некоторых случаях при соответствующем составе руды радиометрическое обогащение может применяться в комбинации с гравитационными процессами.

Показатели радиометрической сортировки для разных руд изменяются в широких пределах, в зависимости от свойств руды и в первую очередь от ее контрастности, от совершенства применяемой аппаратуры и технологических схем.

В зависимости от этого выход отвальных хвостов колеблется от 6—10 до 70—80% от выданной на поверхность руды. Содержание урана в отвальных хвостах обычно устанавливается из экономических соображений.

Радиометрическая сортировка успешно применяется во Франции на фабрике Бya-Нyap в районе Форез обогащению подвергаются руды жильного типа, содержащие урановую смолку и в небольшом количестве продукты ее окисления. Содержание урана в руде составляет около 0,2%.

Обогащение начинается на руднике с сортировки на радиометрической сортировочной станции. Прибор, измеряющий радиоактивность руды, соединен также с автоматическими весами и автоматически вычисляет содержание металла и суммирует вес руды. В зависимости от содержания урана скип разгружается в различные бункера.

При сортировке в среднем в сутки получают 30 т богатой руды с содержанием более 1 % урана, 70 т отвальных хвостов, содержащих менее 0,02% урана и около 900 т рядовой руды (460 т средней руды с содержанием 0,25% урана и 410 т бедной руды с 0,1% урана), поступающей для дальнейшего обогащении на фабрику.

После дробления до 120 мм средняя руда поступает на радиометрические сортировочные машины, а бедная — на обогащение в тяжелых суспензиях.

Перед радиометрической сортировкой руду промывают и подвергают грохочению. На обогащение поступает материал +30 мм, выход которого составляет около 18% от исходной руды. Его разделяют на классы 30—50, 50—80 и 80—120 мм, которые подвергают радиометрической сортировке; раздельно. Сортировки производится при различной скорости движения лент машин: для класса 30—50 мм —0,5 м/сек, для класса 50—80 мм — 0,8 м/сек и для класса 80—120 мм — 1 м/сек.

Всего на фабрике установлено 10 сортировочных машин, каждая из которых выдаст четыре продукта: концентрат. I промпродукт (богатый). II промпродукт (бедный) и отвальные хвосты.

Результаты радиометрической сортировки из фабрике Бya-Нyap приведены в табл. 222.

Радиометрическая сортировка используется для ряда смолковых руд Канады, а также для некоторых руд на австралийских предприятиях и в Южно-Африканской Республике.