О возможности анализа технологических проб золотоизвлекательных фабрик гамма-активационным методом
Представлены первые результаты экспериментальных исследований возможности анализа пульпы золотоизвлекательных фабрик гамма-активационным методом. Исследования проводились на искусственных пробах — смеси известной массы вещества стандартов РЗС-1, РЗС-2, РЗС-3 СЗХ-4 маршалитом и водой. Диапазон содержания золота в смеси от 0,019 до 0,49 г/т, содержание в твердом от 0,06 до 1,49 г/т. Масса смеси около 300 г. Смесь, упакованная в полиэтиленовые контейнеры, облучалась тормозным излучением линейного ускорителя электронов ЛУЭ-8-5, наведенная активность измерялась двумя сцинтилляционными спектрометрами на основе NaJ (Tl). Показано, что при содержании золота от 0,1 г/т в смеси возможно определение содержания золота в пульпе за время порядка 100 с, а при известной доле твердого в пульпе и содержание золота в ней. Применение полупроводниковых спектрометров, совершенствование методики измерения позволит снизить предел определения содержания золота до 0,05 г/т и ниже.
Ключевые слова: золото, технологическая проба, пульпа, активационный анализ
Б.Н. Рывкин — эксперт ООО «РусАтомЭкспертиза», к.т.н.
Е.В. Скачков — главный конструктор аппаратуры по нейтронным и гамма измерениям АО «СНИИП», к.ф.-м.н., с.н.с.
Гамма-активационный метод анализа обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими методами анализа состава вещества, а именно: является неразрушающим, позволяет анализировать состав вещества проб большого объема, менее требователен к крупности вещества проб. При энергии активирующих вещество гаммаквантов менее 8 МэВ метод является экспрессным и высоко избирательным. Так, в частности, уже более 40 лет эксплуатируется разработанный АО «НИИТФА» (в 70-х годах прошлого века — ВНИИРТ) комплекс АУРА для анализа гамма-активационным методом золотосодержащих проб для планирования горных работ на месторождениях Мурунтау и УчКудук (Узбекистан) и геологоразведки. Чуть более 20 лет работал комплекс АРКТИКА в поселке Батагай (Якутия). В 1986 г. утверждена в качестве отраслевой по III категории точности инструкция № 264-ЯФ по методике гамма-активационного анализа содержания золота.
Дальнейшие работы в России с конца 80-х годов прекратились, хотя и было практически готово оборудование комплексов для месторождений Сухой Лог, Куранах и месторождений Магадана. За рубежом промышленный гамма-активационный метод не применялся, но с конца 90-х годов стали появляться публикации по практическому его применению для анализа содержания золота и ряда других элементов в порошковых пробах, а фирмой CHRYSOS Corporation создан компактный комплекс для гамма-активационного анализа содержания золота в порошковых пробах.
Суть метода состоит в возбуждении активационных уровней ядер элементов облучением гамма-квантами в течении некоторого времени to и образовании изомерных состояний этих ядер. Как правило, в качестве источника гамма-излучения применяется тормозное излучение линейных ускорителей электронов с энергией 8–10 МэВ. После облучения проба доставляется на позицию измерения энергетического спектра гамма-излучения активированной пробы в течение времени tи, по результатам обработки которого рассчитывается содержание анализируемого элемента с:
с = N / (m × µ), (1),
где m — масса вещества пробы; µ — чувствительность анализа, определяемая из результатов анализа некоторого эталона с известным содержанием золота.
Для анализа содержания золота в одной пробе требуется время около 25 с.
По публикациям гамма-активационный метод применялся для анализа содержания золота только в порошковых пробах массовой влажностью не более 1 %. Об анализе технологических, т.е. «мокрых» (пульпы), проб публикаций не обнаружено.
Нами такое исследование проведено на искусственных золотосодержащих пробах. Облучение упакованных в доработанные контейнеры (применяемые в установках АУРА и АРКТИКА) проб проводилось тормозным излучением линейного ускорителя электронов ЛУЭ-8-5, энергия электронов 8,7 МэВ. Ток электронов 400 мкА, вольфрамовая мишень имела толщину 1 мм, пучок электронов разворачивался на мишени по кольцу с внутренним диаметром 15 мм, внешним 20 мм с частотой 50 Гц. При облучении контейнер вращался со скоростью 1200 об/мин. Энергетическое распределение гамма-излучения активированной пробы измерялось двумя гамма-спектрометрами на основе сцинтилляционных кристаллов NaJ (Tl) размером 150х100 мм, энергетическое разрешение спектрометра около 9 % для энергии гамма-квантов 662 кэВ. Обработка результатов измерения спектров для каждого спектрометра проводилась отдельно по двухоконной методике — на энергетическом спектре вырезалось аналитическое и фоновое окна. Размер и положение фонового окна подбирались по энергетическим распределениям активации искусственных проб, содержащих химические соединения U, Th, Ba, Y, Hf и не активируемый наполнитель (как правило маршалит). После измерения активности контейнер взвешивался.
Пробы для исследования приготавливались смешиванием не активируемого наполнителя (маршалит) и из вестного количества вещества одного из Государственных Стандартов Образцов (ГСО) состава РЗС1, РЗС2, РЗС3 и СЗХ4, с паспортными значениями содержания золота 52,1, 5,8, 0,94 и 1,6 г/т соответственно.
Готовились пробы следующим образом. ГСО массой mэ и маршалит массой (mт – mэ), где mт — масса твердого в пробе (mт = 100 г.), тщательно перемешивались и порциями засыпались в три полости контейнера, образованных двумя соосными цилиндрическими перегородками, пропорционально их объему. Полости имели следующие объемы: центральная 31,35, средняя 110,34 и внешняя 156,14 см3. Затем полости с перемешиванием постепенно заполнялись водой до заполнения всего объема контейнера и закрывались алюминиевой крышкой с резиновым уплотнением, потом штатной крышкой контейнера. При установке алюминиевой крышки часть смеси выдавливалось, и внутри контейнера образовывался воздушный пузырь. Его объем около 40 см3. В процессе исследования также выяснилось, что при облучении и прохождении транспортной системы небольшая часть пробы также терялась. Отметим, что в дальнейшем было сделано дренажное отверстие в алюминиевой крышке, которое герметизировалось пробкой после заполнения контейнера. Потерь вещества после этого при герметизации контейнера и проведении анализа не происходило. Но приведенные ниже результаты получены для проб без этого дренажного отверстия. Приготовлены также пробы, содержащие: растворы золота с концентрацией 4,63 и 7,29 г/т как чистые, так и в смеси с 100 г маршалита; смеси маршалита с химическими соединениями U, Th, Ba, Y, Hf (в сумме 100 г.) и водой; чистую воду и маршалит с водой; смеси маршалита и 20 % Al2O3 и воды. Последние из указанных проб использовались для дополнительной настройки окон спектрометров. Поглощение части гамма-излучения алюминиевой крышкой при измерении активности проб учитывалось введением коэффициента, который определялся в отдельном эксперименте.
Приготовленным пробам приписывалось значение концентрации золота в твердом cт = (mэ × сэ) / mт, где сэ — паспортное значение концентрации ГСО. И концентрации золота в смеси (в веществе контейнера) ск = (mэ × сэ) / mк (при условии, что все золото содержится в твердом), где mк — масса смеси в контейнере. Эти концентрации связаны между собой следующими выражениями:
ст = (ск × mк) / mт,
ст = ск × (1 + mв / mт),
ст = ск / (1 – mв / mк), (2)
где mв — масса жидкого (воды) в смеси. Видно, что при практическом применении определения содержания золота в твердом необходимо знать либо его относительную долю в смеси, либо отношение масс жидкого и твердого, либо массовую влажность смеси.
В таблице 1 приведены значения ск и ст приготовленных проб, и значения расчитанных скр и стр (содержание в контейнере и в твердом) по экспериментальным данным как средние значения по пяти измерениями. Там же приведены массы проб, причем в некоторых случаях приведен интервал масс из-за потерь вещества при проведении анализа. В расчетах использовались значения чувствительности анализа µ = 2,34 (г/т)1 × г1, полученное из анализа ГСО РЗС1 — сухая проба массой 400 г без алюминиевой крышки.
Табл. 1.Состав проб и результаты анализа (сокращения «М» и «В» означают наличие в контейнере маршалита и воды)
Сравнение в таблице колонок 3 и 6, и 4 и 7 показывает, что при содержании золота до 0,1 г/т значения близкие, при меньших содержаниях результаты эксперимента показывают завышенные значения. Также завышенные результаты при анализе содержания золота в смесях на основе растворов (строчки 11–14). Но причины здесь разные. Так при высоких содержаниях сказывается различие в самопоглощении гамма-излучения золота веществом анализируемой пробы и веществом ГСО РЗС1, по которому определялась чувствительность анализа : плотность раствора 1–1,2 г/см3, а ГСО — 1,37 г/см3. Это подтверждается сравнением строк 11, 12 и 13, 14 — в первом случае плотность 1,22 г/см3 и различие около 10 %, во втором 1 г/см3 и различие около 15 %.
При низких содержаниях расхождение связано, во-первых, с тем, что сама установка, на которой проводились исследования, аттестована для содержания золота более 0,2–0,5 г/т. Во-вторых, герметизация контейнера проводилась через некоторое время после приготовления смеси, поэтому терялась при герметизации в основном жидкость.
Итак, показана возможность определения содержания золота гамма-активационным методом в упакованных в контейнеры технологических пробах золотоизвлекательных фабрик. Результат рассчитывается по суммарному спектру гамма-излучения 3–5 облученных контейнеров (зависит от доли твердого в смеси), т.е. общее время анализа около 100 с.
Для практического применения необходимо обеспечить надежную герметизацию контейнеров (можно автоматизировать этот процесс). Применение полупроводникового детектора взамен сцинтилляционного позволит уменьшить предел определения золота в смеси до 0,05–0,07 г/т и до 0,01–0,03 г/т в твердом. Но для определения золота в твердом необходимо знать его долю в смеси.
Можно рассчитать массу твердого для фиксированного объема Vк пробы по измеренным или принятым директивно плотностям твердого dт и воды dв — mт = dт × (mк – Vк × dв) / (dт – dв), или разработать методику измерения доли твердого.
За списком литературы обращайтесь в редакцию.
Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 1/март 2019 г.
Е.В. Скачков — главный конструктор аппаратуры по нейтронным и гамма измерениям АО «СНИИП», к.ф.-м.н., с.н.с.
Гамма-активационный метод анализа обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими методами анализа состава вещества, а именно: является неразрушающим, позволяет анализировать состав вещества проб большого объема, менее требователен к крупности вещества проб. При энергии активирующих вещество гаммаквантов менее 8 МэВ метод является экспрессным и высоко избирательным. Так, в частности, уже более 40 лет эксплуатируется разработанный АО «НИИТФА» (в 70-х годах прошлого века — ВНИИРТ) комплекс АУРА для анализа гамма-активационным методом золотосодержащих проб для планирования горных работ на месторождениях Мурунтау и УчКудук (Узбекистан) и геологоразведки. Чуть более 20 лет работал комплекс АРКТИКА в поселке Батагай (Якутия). В 1986 г. утверждена в качестве отраслевой по III категории точности инструкция № 264-ЯФ по методике гамма-активационного анализа содержания золота.
Дальнейшие работы в России с конца 80-х годов прекратились, хотя и было практически готово оборудование комплексов для месторождений Сухой Лог, Куранах и месторождений Магадана. За рубежом промышленный гамма-активационный метод не применялся, но с конца 90-х годов стали появляться публикации по практическому его применению для анализа содержания золота и ряда других элементов в порошковых пробах, а фирмой CHRYSOS Corporation создан компактный комплекс для гамма-активационного анализа содержания золота в порошковых пробах.
Суть метода состоит в возбуждении активационных уровней ядер элементов облучением гамма-квантами в течении некоторого времени to и образовании изомерных состояний этих ядер. Как правило, в качестве источника гамма-излучения применяется тормозное излучение линейных ускорителей электронов с энергией 8–10 МэВ. После облучения проба доставляется на позицию измерения энергетического спектра гамма-излучения активированной пробы в течение времени tи, по результатам обработки которого рассчитывается содержание анализируемого элемента с:
с = N / (m × µ), (1),
где m — масса вещества пробы; µ — чувствительность анализа, определяемая из результатов анализа некоторого эталона с известным содержанием золота.
Для анализа содержания золота в одной пробе требуется время около 25 с.
По публикациям гамма-активационный метод применялся для анализа содержания золота только в порошковых пробах массовой влажностью не более 1 %. Об анализе технологических, т.е. «мокрых» (пульпы), проб публикаций не обнаружено.
Нами такое исследование проведено на искусственных золотосодержащих пробах. Облучение упакованных в доработанные контейнеры (применяемые в установках АУРА и АРКТИКА) проб проводилось тормозным излучением линейного ускорителя электронов ЛУЭ-8-5, энергия электронов 8,7 МэВ. Ток электронов 400 мкА, вольфрамовая мишень имела толщину 1 мм, пучок электронов разворачивался на мишени по кольцу с внутренним диаметром 15 мм, внешним 20 мм с частотой 50 Гц. При облучении контейнер вращался со скоростью 1200 об/мин. Энергетическое распределение гамма-излучения активированной пробы измерялось двумя гамма-спектрометрами на основе сцинтилляционных кристаллов NaJ (Tl) размером 150х100 мм, энергетическое разрешение спектрометра около 9 % для энергии гамма-квантов 662 кэВ. Обработка результатов измерения спектров для каждого спектрометра проводилась отдельно по двухоконной методике — на энергетическом спектре вырезалось аналитическое и фоновое окна. Размер и положение фонового окна подбирались по энергетическим распределениям активации искусственных проб, содержащих химические соединения U, Th, Ba, Y, Hf и не активируемый наполнитель (как правило маршалит). После измерения активности контейнер взвешивался.
Пробы для исследования приготавливались смешиванием не активируемого наполнителя (маршалит) и из вестного количества вещества одного из Государственных Стандартов Образцов (ГСО) состава РЗС1, РЗС2, РЗС3 и СЗХ4, с паспортными значениями содержания золота 52,1, 5,8, 0,94 и 1,6 г/т соответственно.
Готовились пробы следующим образом. ГСО массой mэ и маршалит массой (mт – mэ), где mт — масса твердого в пробе (mт = 100 г.), тщательно перемешивались и порциями засыпались в три полости контейнера, образованных двумя соосными цилиндрическими перегородками, пропорционально их объему. Полости имели следующие объемы: центральная 31,35, средняя 110,34 и внешняя 156,14 см3. Затем полости с перемешиванием постепенно заполнялись водой до заполнения всего объема контейнера и закрывались алюминиевой крышкой с резиновым уплотнением, потом штатной крышкой контейнера. При установке алюминиевой крышки часть смеси выдавливалось, и внутри контейнера образовывался воздушный пузырь. Его объем около 40 см3. В процессе исследования также выяснилось, что при облучении и прохождении транспортной системы небольшая часть пробы также терялась. Отметим, что в дальнейшем было сделано дренажное отверстие в алюминиевой крышке, которое герметизировалось пробкой после заполнения контейнера. Потерь вещества после этого при герметизации контейнера и проведении анализа не происходило. Но приведенные ниже результаты получены для проб без этого дренажного отверстия. Приготовлены также пробы, содержащие: растворы золота с концентрацией 4,63 и 7,29 г/т как чистые, так и в смеси с 100 г маршалита; смеси маршалита с химическими соединениями U, Th, Ba, Y, Hf (в сумме 100 г.) и водой; чистую воду и маршалит с водой; смеси маршалита и 20 % Al2O3 и воды. Последние из указанных проб использовались для дополнительной настройки окон спектрометров. Поглощение части гамма-излучения алюминиевой крышкой при измерении активности проб учитывалось введением коэффициента, который определялся в отдельном эксперименте.
Приготовленным пробам приписывалось значение концентрации золота в твердом cт = (mэ × сэ) / mт, где сэ — паспортное значение концентрации ГСО. И концентрации золота в смеси (в веществе контейнера) ск = (mэ × сэ) / mк (при условии, что все золото содержится в твердом), где mк — масса смеси в контейнере. Эти концентрации связаны между собой следующими выражениями:
ст = (ск × mк) / mт,
ст = ск × (1 + mв / mт),
ст = ск / (1 – mв / mк), (2)
где mв — масса жидкого (воды) в смеси. Видно, что при практическом применении определения содержания золота в твердом необходимо знать либо его относительную долю в смеси, либо отношение масс жидкого и твердого, либо массовую влажность смеси.
В таблице 1 приведены значения ск и ст приготовленных проб, и значения расчитанных скр и стр (содержание в контейнере и в твердом) по экспериментальным данным как средние значения по пяти измерениями. Там же приведены массы проб, причем в некоторых случаях приведен интервал масс из-за потерь вещества при проведении анализа. В расчетах использовались значения чувствительности анализа µ = 2,34 (г/т)1 × г1, полученное из анализа ГСО РЗС1 — сухая проба массой 400 г без алюминиевой крышки.
| № пробы | Состав пробы | ск, г/т | ст, г/т | Масса mк, г | скр, г/т | стр, г/т |
| 1 | 2,86 РЗС-1+М+В | 0,49 | 1,49 | 300 | 0,47 | 1,41 |
| 2 | 2,86 РЗС-1+М+В | 0,49 | 1,49 | 300 | 0,4 | 1,2 |
| 3 | 1,182 РЗС-1+М+В | 0,21 | 0,62 | 296 | 0,21 | 0,63 |
| 4 | 1,182 РЗС-1+М+В | 0,19 | 0,62 | 300–258 | 0,22 | 0,66 |
| 5 | 2,572 РЗС-2+М+В | 0,048 | 0,15 | 312–308 | 0,07 | 0,22 |
| 6 | 31,88 РЗС-3+М+В | 0,097 | 0,3 | 304 | 0,09 | 0,27 |
| 7 | 15,94 ЗЗС-3+М+В | 0,052 | 0,15 | 286 | 0,07 | 0,2 |
| 8 | 6,37 РЗС-3+М+В | 0,019 | 0,06 | 314–310 | 0,04 | 0,12 |
| 9 | 7 СЗХ-4+М+В | 0,037 | 0,11 | 302–298 | 0,06 | 0,18 |
| 10 | 7 СЗХ-4+М+В | 0,036 | 0,11 | 306–300 | 0,12 | 0,36 |
| 11 | 7,29 Au+М | 5,09 | — | 314 | 5,56 | — |
| 12 | 7,29 Au+М | 5,03 | — | 312–308 | 5,5 | — |
| 13 | 4,63 Au | 4,63 | — | 256 | 5,3 | — |
| 14 | 7,29 Au | 7,29 | — | 254 | 8,38 | — |
Сравнение в таблице колонок 3 и 6, и 4 и 7 показывает, что при содержании золота до 0,1 г/т значения близкие, при меньших содержаниях результаты эксперимента показывают завышенные значения. Также завышенные результаты при анализе содержания золота в смесях на основе растворов (строчки 11–14). Но причины здесь разные. Так при высоких содержаниях сказывается различие в самопоглощении гамма-излучения золота веществом анализируемой пробы и веществом ГСО РЗС1, по которому определялась чувствительность анализа : плотность раствора 1–1,2 г/см3, а ГСО — 1,37 г/см3. Это подтверждается сравнением строк 11, 12 и 13, 14 — в первом случае плотность 1,22 г/см3 и различие около 10 %, во втором 1 г/см3 и различие около 15 %.
При низких содержаниях расхождение связано, во-первых, с тем, что сама установка, на которой проводились исследования, аттестована для содержания золота более 0,2–0,5 г/т. Во-вторых, герметизация контейнера проводилась через некоторое время после приготовления смеси, поэтому терялась при герметизации в основном жидкость.
Итак, показана возможность определения содержания золота гамма-активационным методом в упакованных в контейнеры технологических пробах золотоизвлекательных фабрик. Результат рассчитывается по суммарному спектру гамма-излучения 3–5 облученных контейнеров (зависит от доли твердого в смеси), т.е. общее время анализа около 100 с.
Для практического применения необходимо обеспечить надежную герметизацию контейнеров (можно автоматизировать этот процесс). Применение полупроводникового детектора взамен сцинтилляционного позволит уменьшить предел определения золота в смеси до 0,05–0,07 г/т и до 0,01–0,03 г/т в твердом. Но для определения золота в твердом необходимо знать его долю в смеси.
Можно рассчитать массу твердого для фиксированного объема Vк пробы по измеренным или принятым директивно плотностям твердого dт и воды dв — mт = dт × (mк – Vк × dв) / (dт – dв), или разработать методику измерения доли твердого.
За списком литературы обращайтесь в редакцию.
Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 1/март 2019 г.
