Люминесцентный метод

Данный метод основан на способности некоторых минералов ис­пускать фотоны при возбуждении их молекул рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами, видимым светом или нагреванием. Принципиальная схема узла облучения люминесцентного сепаратора приведена на Рисунок 26. В развитие этих методов большой вклад вне­сли советские ученые. В 1939 году М.Е. Богословский предложил использовать рентгенолюминесценцию алмазов для обогащения, но из-за несовершенства аппаратурного оформления процесс примене­ния в промышленности в то время не получил (в 1941 году на обога­тительных фабриках Урала применялись установки М.Е. Богослов­ского для выделения алмазов из гравитационных концентратов).

В настоящее время высокопроизводительные сепараторы типа «ЛС» и «РЛС» являются основными аппаратами на алмазных обога­тительных фабриках РФ.

Рисунок 26 - Принципиальная схема узла облучения фотолюминесцентного сепаратора: 1 - лампа; 2 - отражатель; 3 - линзы; 4 - диафрагма; 5 – фильтр

Люминесценция возникает в результате преобразования энергии рентгеновского или другого излучения в световую. Процесс люми­несценции слагается из следующих стадий:

- поглощение энергии возбуждающего излучения;

- преобразование и передача энергии внутри тела;

- испускание света в центрах свечения;

- возвращение атома в равновесное состояние (т.е. электроны ато­ма из возбужденного состояния возвращаются в равновесное).

Центрами свечения могут быть атомы или комплексные ионы ос­новного вещества кристаллической решетки, ионы примесей, а также дефекты кристаллической решетки, вакансии, межузельные атомы и другие дефекты.

Способностью люминесцировать обладают многие минералы. Бо­лее полно изучена люминесценция минералов, связанная с собствен­ными атомами и комплексными ионами, а также с примесями редко­земельных элементов, двухвалентных ионов марганца, хрома. Со­держание примесей может варьироваться от тысячных долей процен­та до нескольких процентов. В некоторых случаях для возбуждения люминесценции, кроме основного активатора, необходимо присут­ствие еще второго вещества - соактиватора. Например, красная люминесценция кальцита возбуждается ультрафиолетовым излуче­нием с длиной волны 2500 Å, если в минерале, кроме примеси двухватентного марганца, присутствует еще примесь свинца. Другие при­меси, например железо или кобальт, также обладают свойством час­тично люминесцировать. Улучшение показателей селективности процесса достигается использованием соответствующих светофильт­ров.

Для возбуждения люминесценции используются следующие ос­новные типы электромагнитных излучений:

1. Ультрафиолетовое. Длина волны около 3,8·10^-3 Å, энергия 3,26·10^-3...12,4·10^-2 кэВ;

2. Рентгеновское. Длина волны 10²...6·10² Å, энергия 12,4·10^-2...2,06-10² кэВ;

3. Гамма-излучение. Длина волны 1,0... 10 Å, энергия больше 10 кэВ.

Цвет люминесценции минералов зависит от характера источника возбуждения и длины волны. Например, шеелит хорошо возбужда­ется "короткими (1800...2500 А) или длинными (3500...3800 А) ульт­рафиолетовыми лучами и светится голубым светом. Чтобы выде­лить заданный минерал из совокупности нескольких минералов по цвету люминесценции, необходимо подобрать источник излучения с определенной энергией квантов, определить интенсивность и спек­тры возбуждаемой им люминесценции и, применяя соответствующие фильтры, создать условия, наиболее благоприятные для селективно­го выделения данного минерала.

Люминесцентной сепарации подвергаются якутские алмазы на отечественных сепараторах типа ЛС и РЛС. Кроме алмазов, люми­несцентной сепарации подвергают берилл-флюоритовые руды и шеелитовые концентраты.

С 1968 года рентгенолюминесцентные сепараторы для обогаще­ния алмазов выпускаются в Англии. Во Франции разрабатывались сепараторы для шеелита, основанные на его свойстве люминесциро­вать под воздействием ультрафиолетового излучения.

Рентгенолюминесцентная сепарация позволяет выделять до 40 % отвальных хвостов из руды, поступившей на сепараторы. Произво­дительность сепараторов составляет 35...40 т/час.