Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ САМОРОДНОГО ЗОЛОТА В РУДЕ

Заявляемое изобретение относится к области добычи полезных ископаемых, а именно к рентгеновским способам обогащения металлосодержащих руд, и может быть использовано для определения количественного содержания самородного золота в руде.

Большинство известных способов определения количественного содержания золота в руде основано на непосредственном извлечении золота из руды и последующем его взвешивании.

Известен способ извлечения золота из руды путем амальгамирования, при котором тонкоразмолотая золотоносная руда механически смешивается с ртутью. При этом отдельные частицы золота смачиваются ртутью и притягиваются к ней. Затем ртуть отделяется от пустой породы и выпаривается (Dave McCraken. Gold mining in the 21st Century. USA, 2005).

Недостатками способа являются неполнота извлечения золота из руды, поскольку частицы золота размером до нескольких сот микрометров плохо смачиваются ртутью, а также высокая ядовитость ртути.

Известен способ извлечения золота из руды путем выщелачивания цианидом натрия, при котором частицы золота, содержащиеся в тонкоразмолотой руде, переводятся в водорастворимые цианистые соединения. Затем золото осаждается из растворов цианидов с помощью химической реакции замещения цинка. Минимальный размер извлекаемых частиц золота определяется минимальным размером частиц руды и при существующих методах ее измельчения в процессе подготовки составляет до нескольких десятков микрометров (В.В. Барченков. Технология гидрометаллургической переработки золотосодержащих флотоконцентратов с применением активных углей. - Чита: Поиск, 2004. - 242 с.).

Недостатком способа выщелачивания, также как и способа амальгамирования, помимо существенных затрат на измельчение руды, является сложный процесс очистки сточных вод вследствие высокой ядовитости цианидов.

Известен рентгеновский способ определения количественного содержания золота в руде, при котором анализируется спектр флуоресцентного рентгеновского излучения от некоторого объема золотосодержащей руды (Бахтиаров А.В. - Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ в геологии и геохимии. - М.: Недра, 1985. - 144 с.).

Способ основан на анализе спектра вторичного (флуоресцентного) рентгеновского излучения, испускаемого образцом под действием первичного рентгеновского излучения, генерируемого внешним источником (рентгеновская трубка или изотоп). По интенсивности спектральных (аналитических) линий вторичного спектра, величина которых пропорциональна концентрации химических элементов, входящих в состав образца, судят о количестве золота в пробе.

Этот способ выбран в качестве прототипа заявляемого технического решения. Он устраняет один из недостатков описанных известных способов - необходимость непосредственного извлечения частиц золота из руды для проведения анализа. Однако для этого способа характерны следующие недостатки: относительно сложная пробоподготовка, длительное время анализа (до нескольких десятков минут) и сильное влияние на результаты анализа химического состава руды.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и экспрессности процесса количественного определения содержания золота в руде за счет обнаружения частиц золота размером от нескольких микрометров и сокращения времени анализа одной пробы до нескольких секунд.

Для получения указанного технического результата предлагаемым способом определения количественного содержания самородного золота в руде, включающим в себя измельчение руды и облучение пробы руды рентгеновским излучением, облучению подвергают монослой кусков руды в пробе с характерным линейным размером отдельных кусков руды Н, не большим десятикратного характерного линейного размера наименьшей частицы золота h (H≤10h), подлежащей обнаружению и учету. Пробу руды размещают между источником рентгеновского излучения с размером фокусного пятна d, не большим характерного линейного размера h наименьшей частицы золота (d≤h), и приемником рентгеновского изображения. Формируют теневое рентгеновское изображение наименьшей частицы золота размером А, большим чем трехкратный размер D пикселя приемника рентгеновского изображения (A≥3D), при этом расстояние от фокусного пятна источника рентгеновского изображения до поверхности приемника рентгеновского изображения F выбирают из выражения

где f - минимальное фокусное расстояние источника рентгеновского излучения. Затем определяют массовую долю золота в пробе n (в процентах) при условии, что длина, ширина и толщина кусков руды соизмеримы между собой, как соизмеримы между собой длина, ширина и толщина частиц золота из выражения

где S_Z - площадь изображения частицы золота на рентгеновском снимке пробы; S_П - площадь изображения кусков породы на рентгеновском снимке пробы, ρ_Z и ρ_П - плотность золота и породы соответственно.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими графическими материалами: на фиг. 1 представлена рентгенооптическая схема просвечивания руды по предлагаемому способу, на фиг. 2 - схема определения контраста изображения частиц золота в куске руды, на фиг. 3 - спектр рентгеновского излучения за участком куска руды с характерным линейным размером (толщиной) Н, не содержащим частицу золота, и спектр рентгеновского излучения за участком куска руды с характерным линейным размером (толщиной) Н, содержащим частицу золота с характерным линейным размером (толщиной) h; на фиг. 4 - устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг. 5 - рентгеновское изображение пробы руды с характерным размером отдельных кусков до 25 мм, содержащих частицы золота толщиной от 50 мкм.

Предлагаемый способ основан на следующих расчетах. Из теории цифрового телевидения известно, что для уверенной регистрации изображения конкретной детали объекта размер изображения этой детали должен иметь не менее чем трехкратный размер пикселя используемого приемника рентгеновского изображения (Роуз А. Зрение человека и электронное зрение: пер. с англ. - М.: Мир, 1977). С этой целью для получения рентгеновского изображения частицы золота в куске руды используется рентгенооптическая схема съемки с увеличением изображения (фиг. 1). Кусок руды 2 с характерным размером (толщиной Н), содержащей частицу золота 3 с характерным размером (толщиной h), помещается между фокусным пятном источника рентгеновского излучения 1 с линейным размеров d и приемником рентгеновского изображения 5 с линейным размером пикселя D. Расстояние от фокусного пятна 1 до частицы золота 3f выбирают равным минимально возможному для данного источнику рентгеновского излучения фокусному расстоянию. Расстояние от фокусного пятна 1 до приемника изображения 5 F выбирают из условия получения увеличенного изображения частицы золота 4 размером А, который соответствует не менее чем трем пикселям 6, размером D каждый приемника изображения 5.

Также известно, что наименьший пороговый контраст К, достигаемый в современных цифровых приемниках рентгеновского изображения, составляет 1% (Основы рентгенодиагностической техники / Под ред. Н.Н. Блинова. Учебное пособие. - М.: Медицина, 2002).

Контраст изображения частицы золота 3 с характерным размером (толщиной) h (фиг. 2) в куске руды 2 с характерным размером (толщиной) H может быть определен как нормированная разность интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через участок куска руды, не содержащий частицу золота 3 I_п, и интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через участок куска руды 2, содержащий частицу золота, I_п+з

где , , I₀ - интенсивность первичного пучка излучения, µ_p, μ_з - коэффициент ослабления рентгеновского излучения веществом руды и золотом.

Для расчета контраста изображения частицы золота толщиной h в куске руды толщиной H используется методика расчета спектров рентгеновского излучения. (Программа для моделирования спектров излучения и расчета экспозиционной дозы (ИНФО - Спектр), / Баранов И.М., Грязнов А.Ю., Бессонов В.Б., Жамова К.К., Потрахов Е.Н., регистрационный №2010617671, опубл. 19.11.10).

На фиг. 3 в относительных единицах представлены результаты расчета спектральной интенсивности рентгеновского излучения участка куска руды с характерным линейным размером (толщиной) Н, не содержащего частицу золота (сплошная линия), и спектральная интенсивность рентгеновского излучения участка куска руды с характерным линейным размером (толщиной) Н, содержащего частицу золота с характерным линейным размером (толщиной) h (штриховая линия). Нормированная разница величин площадей под кривыми (интегральная интенсивность рентгеновского излучения) определяет контраст изображения частицы золота в куске руды.

По этой методике в соответствии со схемами, представленными на фиг. 1 и 2, был рассчитан контраст изображения частицы золота в куске породы в зависимости от соотношения характерных линейных размеров, а точнее толщин частиц золота h и куска породы Н.

Результаты расчетов показали, что величина контраста К изображения частицы золота (атомный номер Ζ=79) в куске породы (усредненный атомный номер Ζ=7) не хуже 1% обеспечивается при соотношении толщин частицы золота h и куска породы H не более чем 1:500. Таким образом, при условии обнаружения частицы золота толщиной от 50 мкм и выше максимальная толщина кусков руды теоретически может составлять 25 мм, что соответствует традиционным требованиям к крупности измельчения золотоносной руды (ГОСТ 24598-81. Руды и концентраты цветных металлов. Ситовый и седиментационный методы определения гранулометрического состава).

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, представленного на фиг. 4. В состав устройства входят:

- рентгенозащитная камера для проведения рентгенографических работ;

- источник рентгеновского излучения моноблочного типа РАП-70М;

- приемник рентгеновского изображения на основе экрана с фотостимулируемым люминофором (ФСЛ-экран);

- персональный компьютер (ПК) со специализированным программным обеспечением (на Фиг. 4 не показан).

Рентгенозащитная камера 7 снабжена дверью 9 для загрузки объектов съемки. Внутри рентгенозащитной камеры располагаются пульт управления и моноблок источника рентгеновского излучения 8. Управление источником излучения осуществляется с помощью микропроцессорного устройства. Органы управления (кнопки и ЖК-дисплей) вынесены на переднюю панель камеры 10. Выбор режимов съемки: напряжения, тока и времени экспозиции, производится нажатием на соответствующую кнопку. Информация об установленных режимах, готовности к работе и окончании съемки, а также о возможных неисправностях источника излучения 8 выводится на ЖК-дисплей. Предусмотрена возможность управления источником излучения от внешнего ПК. Дверь 9 рентгенозащитной камеры также имеет блокировку, отключающую высокое напряжение на рентгеновской трубке при открывании.

Внутри рентгенозащитной камеры располагается столик 11 для размещения объектов съемки и ФСЛ-экрана. На внутренних боковых стенках рентгенозащитной камеры закреплено несколько рядов опор на разной высоте от ее дна с целью размещения столика для образцов и выбора, тем самым коэффициента увеличения изображения. ФСЛ-экран располагается на дне рентгенозащитной камеры. Считывание рентгеновского изображения с ФСЛ-экрана осуществляется с помощью считывающего устройства (сканера), входящего в состав установки.

Реализация способа происходит следующим способом. Проба руды заданного класса крупности (размер отдельных кусков породы находится в интервале 5-25 мм) равномерно в один слой размещается внутри рентгенозащитной камеры 7 на столике образцов 11. Расстояние от источника рентгеновского излучения 8 до столика образцов 11 соответствует трехкратному увеличению изображения отдельных кусков породы в пробе. Рентгеновское излучение генерируется источником 8, проходит сквозь пробу и неравномерно ослабляется кусками породы.

Сформированное за пробой теневое рентгеновское изображение регистрируется ФСЛ-экраном и преобразуется в цифровой электрический сигнал.

Для оценки количественного содержания золота в пробе с помощью специальной компьютерной программы (Программа для оценки информативности медицинских рентгенодиагностических снимков (ИНФО - анализ) / Потрахов Н.Н., Грязнов А.Ю., Бессонов В.Б., Казакова Н.В.; - регистрационный №2009616108; опубл. 2.012.09) определяется площадь изображения каждой частиц золота S_Z (в случае их наличия) и площадь изображения кусков руды в пробе S_П. Далее по выражению (2) вычисляется процентное содержание руды в пробе.

Таким образом, предлагаемый способ определения количественного содержания самородного золота в руде позволяет принципиально:

- повысить технологический класс крупности при обнаружении частиц золота в пробе микронных размеров;

- сократить время анализа одной пробы.