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取代表性矿样进行筛分试验,可以得到较准确的入选矿石的粒度组成特性。原矿可筛分成几个粒级,如+150、-150+65、-65+25、-25+10、-10毫米。各粒级矿石分别进行拣选。一般细粒级(如-10毫米)矿石,不能进行拣选( 金刚石矿除外)。对一个矿山来说,如其可入选的粗粒级矿石太少,采用拣选就失去意义。
(三)分选特征与矿石有用组分的相关程度
拣选是利用矿石的某个特征来对矿石和废石进行分选的一种方法,一般并不是直接根据有用组分来进行选别,所以要求选定的分选特征与有用组分之间应有很好的相关关系。如按矿块的颜色进行拣选时,有些矿块的颜色并不与品位严格成正比,再如按χ-光荧光法拣选时,由于射线穿透能力的限制,矿石发射出的荧光量与矿块品位不一定成严格的正比例关系,这样按分选特征拣选时,就得不到理想的工艺指标。
为了解分选特征与有用组分的相关程度,需根据分选特征绘制可选性曲线。该曲线与图4的差别,只是在绘制时,不是按有用元素的品位,而是按分选特征(如颜色深浅、荧光强度大小等)换算成有用元素品位后进行矿石分组。
根据可选性曲线及公式可求出矿石的不均匀程度指标M′,如其值与M值相近,即M′/M→1,则说明选定的分选特征很合理。当M′/M小于0.7~0.8,则说明分选特征选的不合适,难以有效地进行拣选。
二、各种拣选法的理论基础
现根据拣选法分类表的次序,分别叙述各种拣选法的理论基础。
(一)放射性分选法
放射性分选法的拣选对象是铀(钍)矿石。该分选法是根据铀(钍)矿石的天然放射性而将铀(钍)矿石和废石分开的一种拣选方法。铀(钍)矿石中的γ-射线有很强的穿透能力,当铀(钍)矿块经过闪烁晶体探测器时,与晶体配套的光电倍增管就产生脉冲信号,光电倍增电路所得的脉冲数的多少与矿块中的γ-射线活度成正比,根据矿块单位重量的γ-射线的活度,可判断出矿块的铀(钍)品位的高低,从而将矿石和废石分开。[next]
由于铀矿石中的γ-射线基本上全是镭组元素发射出来的,所以进行放射性分选的必要条件是矿石中铀-镭基本上处于放射性平衡状态。在铀镭平衡时,镭与铀的重量比(Ra/U)为3.4×10-7。这时γ活度与铀的含量成正比。因此,测量γ-射线活度这个分选特征就可以测出铀的含量。由于地球化学方面的原因,有些铀矿石的放射性平衡被破坏,可能偏镭,也可能偏铀。前者γ-射线活度相对增加,在进行放射性分选时,会使部分铀品位低的贫矿块进入精矿,使精矿铀品位降低;后者γ-射线活度相对减弱,造成部分铀品位高的矿块掉入尾矿。故放射性平衡系数的偏离如大于10%,就需要加以修正。偏离严重者不能进行放射性分选。
(二)γ吸收法(χ吸收法)
γ吸收法(χ吸收法)是利用矿块和废石块对γ-射线(或χ射线)吸收能力的不同而将其分开的一种拣选方法。
γ-射线穿透物质时,由于光电效应、康普敦-吴有训效应和电子对的生成等的作用而被吸收,见图5。γ-射线的吸收与吸收体的特性有关。设γ-射线能量为E,物质的密度为ρ,原子序数为Z,原子量为A,则光电效应的吸收系数τ,康普敦-吴有训散射的系数σ及电子对生成的吸收系数χ表示方法如下。[next]
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射线通过物质时,它的活度将随着所通过厚度的增加而逐渐减弱。在厚度一定时,射线将随物质吸收系数的增大而减弱。实验证明,射线的减弱服从于公式(8)的指数函数形式
I=I0e-μd (8)
式中 I0——原始射线的活度;
I——经过厚度为d的吸收体时的射线活度;
μ——吸收体对γ-射线的总线性吸收系数,cm-1;
d——吸收体厚度,cm。
矿块中含有不同的化学元素,其总线性吸收系数μ可由各元素的线性吸收系数μi用加权法求得。在实际应用时,吸收体的厚度总是用克/厘米。为单位,与这样厚度单位相对应的吸收系数称为质量吸收系数μm,它的单位为厘米2/克。质量吸收系数和线性吸收系数的关系为μm=μ/ρ。
从公式(4)、(5)、(6)可以看出,原子序数对γ-射线的吸收有很大影响,亦即物质组成不同的矿石对γ-射线的吸收能力有很大差异。实测矿石吸收前后射线活度的数据也证明了这一点。一些矿石和脉石的总质量吸收系数有明显的差别,可以为γ吸收法拣选所利用。
表3给出一些化学元素在γ辐射源的能量为0.05及0.1MeV时的总质量吸收系数。[next]
从表3可以看出,由于黑色,有色和稀有金属矿石有用组分的原子序数(Z>25)比围岩组分的原子序数(Z≈1~15)大,其质量吸收系数μm。也有明显差别。这样就可以用γ吸收法将矿石与围岩分开。如铁,铬,锡、钡、铅—锌等矿石可用此法进行分选。[next]
有些矿石与围岩的有效原子序数相差虽不大,但如其密度相差较大(如煤与页岩),也可用吸收法进行分选。
影响吸收法分选的因素除矿块的化学组成外,粒度大小也有影响,故需将矿石进行严格筛分或在分选机上安装探测矿块粒度的装置。
一般用放射性同位素做γ吸收法的γ源。选择合适的照射源可增加吸收系数的差别。通常用闪烁探测器或盖革计数管作为γ射线探测器。
γ吸收法的缺点在于其需要分选的矿石中,有用元素的品位要高,否则不易区分。在工业上,用γ吸收法成功地分选了铁矿石。
(三)γ散射法
γ散射法是利用γ-射线与矿块作用后产生的散射射线的差别而将矿石与废石分开的一种拣选方法。
在γ-射线的能量较低(如小于1兆电子伏)时,其与物质作用后,主要产生光电效应和康普敦一吴有训效应。其中康普敦-吴有训效应所散射的γ-射线被用做分选矿块的标志时,即为γ-散射分选法。
从公式(4)、(5)可以看出,光电效应与样品中元素的原子序数的4.1~4.5次方成正比,即光电效应与样品的成分有很大关系,而康普敦-吴有训散射效应只与原子序数的1次方成正比。
选择两个不同能量的γ源,使一个源与矿块作用时,主要产生康普敦一吴有训散射效应,另一个源主要产生光电效应,测量这两个γ源散射后的强度比值,则可以除去矿块重量的影响,定量地测出矿块中有用元素的含量。
如组成矿石的有用元素的有效原子序数与造岩元素的原子序数有明显差别时,可用γ散射法进行矿石的分选。
γ散射法可用于含原子序数较大的重金属元素,如铬、铁、钴、镍、铅、锌等矿石的分选。
(四)γ荧光法(χ荧光法、紫外线荧光法)
测量矿石受电磁波照射后所发射的荧光而将矿石和废石分开的方法,叫荧光分逸法。矿石所能发射的荧光可以是可见的荧光,也可以是χ光和红外光。根据所采用的照射电磁波种类的不同,荧光分选法相应地称为γ荧光法、χ荧光法和紫外线荧光法。[next]
射线(χ-射线、χ-射线、紫外线等)与物质作用时,使在原子某一层位(k、l、m、n等)上的一个电子获得能量,此时原子呈激发状态,当其恢复到正常状态时,多余的能量释放出来,形成的发射即为荧光。
自然界中有许多矿物可以发荧光,矿物的发光性能主要在于它们的结晶状态。发光的中心可能是主要元素晶格的分子或离子,也可能是晶格中的杂质。在矿物中也有很多不能发光的矿物,这些矿物主要包括电子传导性强的矿物。
荧光的颜色除与照射源的种类和波长有关外,还受矿物中杂质的影响。不同矿区的同名矿物,如果所含杂质不同,其发射的荧光也不一样。如萤石在紫外线照射下,可以是绿色,青色或紫色。
在工业上已广泛地应用X荧光法分选金刚石。用γ荧光法分选锡,钨、镍矿石,用紫外线荧光法分选白钨矿等也在推广过程中。
(五)γ中子法
上述的γ吸收法、γ散射法和γ灭光法,都是利用能量较低的γ射线与物质作用所产生的效应来进行分选的。
能量较高的γ-射线与物质作用可能产生核反应,核反应有许多种,最普通的反应是(γ、n),即γ射线与物质作用后发射出中子。γ中子法就是利用被测矿块受γ射线照射后其发射的中子强度之差异而将矿石和废石分开的一种选矿方法。
每个元素都有一定的(γ、n)反应阈,现将一些反应阈低的同位素的特性列于表4中。[next]
选用合适的γ照射源及中子探测器,就可对某些矿石进行有效的γ中子法分选。
从表4可知,铍的反应阈最低,仅为1.665兆电子伏,用γ中子法分选铍矿石得到了很好的结果。核反应9Be(γ,n)8Be,用同位素124Sb做γ射线源最合适,因其能量为1.693兆电子伏,高于铍的反应阈。
(六)中子吸收法