Взаимодействие видимого света с веществом.

Видимый свет представляет собой электромагнитные колебания с длинами волн в интервале 380 ÷ 760 нм. С точки зрения электронной теории, взаимодействие света с веществом заключается в воздействии электромагнитного поля световой волна на электроны вещества. В результате этого возбуждаются колебания электронов в направлении, совпадающем с направлением колебания электрического вектора, падающей световой волны. В процессе вынужденных колебаний заряженных частиц в молекулах периодически изменяются дипольные электрические моменты. При этом излучаются вторичные электромагнитные волны с длиной, равной длине волны падающего света. Первичные и вторичные волны когерентны между собой и могут взаимно интерферировать. При падении световой электромагнитной волны на границу раздела двух различных сред в результате интерференции первичной и вторичной волн образуются отраженная волна, распространяющаяся в той же среде, что и первичная волна, и преломленная волна, распространяющаяся во второй среде.

Закон отражения света гласит: если свет падает на плоскую поверхность оптически однородного вещества, то угол падения первичной волны φ равен углу отражения вторичной волны по абсолютному значению. Такое отражение света является зеркальным. Если поверхность вещества, на которую падает свет, шероховата или оптически неоднородна, то отраженный свет вследствие дифракции будет равномерно распространяться по всем направлениям. Такое отражение является диффузным.

Отношение световых потоков отраженной и падающей волн представляет собой коэффициент отражения, служащий важной оптической характеристикой изучаемого вещества. Отражение естественного света сопровождается частичной его поляризацией, в результате которой какая-то часть отраженного света приобретает определенную ориентацию вектора электрической и магнитной напряженности. Закон преломления света устанавливает связь между углом распространения преломленной волны и углом падения первичной волны:

sin(φ)/sin(ψ)=n₂₁ (5.8.1)

где n₂₁ - относительный показатель преломления среды, в которой распространяется преломленный свет относительно среды распространения падающего света.

По мере проникновения преломленной волны в вещество ее световой поток Ф_р падает по закону:

Ф_р = Ф_р0 ^*е ^{–α d} где:(5.8.2)

Ф_р0 - начальное значение светового потока;

α - коэффициент поглощения;

d - толщина слоя вещества.

Степень прозрачности веществ можно охарактеризовать коэффициентом пропускания, представляющим собой отношение светового потока, прошедшего через вещество и светового потока, падающей на него.

Метод радиометрического обогащения, основанный на использовании различий разделяемых компонентов полезных ископаемых в отражательной способности, называется фотометрическим. Признаком разделения здесь служит величина светового потока отраженного света. Для фотометрического обогащения можно применять световой поток диффузно отраженного света, зеркально отраженного или поляризованного. В основном, признаком разделения при обогащении фотометрическом методом является диффузно отраженный свет.

Отражательная способность веществ (наряду с поглотительной) определяет их цвет Таким образом, внешней визуальной оценкой различия веществ является также различный их цвет.

Итак, фотометрический метод основан на использовании различий:

1. Отражательной способности поверхности минерала (в зависимости от цвета, блеска и цветовых оттенков поверхности);

2. Прозрачности и во внутренней отражательной способности;

3. Степени поляризации отраженного и прошедшего света.

Наибольшее практическое использование фотометрической сепарации связано с различием в оптико-физических свойствах поверхности минеральных компонентов - отражательной способности, зависящей от цвета поверхности. Метод надежен и достаточно селективен. При этом используется разница в коэффициенте отражения рассеянного света минералов и горных пород. Куски руды подаются в фотометрическую камеру, в которой они освещаются, на специально подобранном однородном по цвету фоне, а отраженный свет улавливается через светофильтр датчиком. Светофильтр пропускает тот диапазон спектра, где наблюдается наибольшая разница в отражении света разделяемыми минералами. Чувствительность сепараторов «Сортекс» составляет 5% разницы в цвете.

Датчиками, как правило, служат фотоэлементы и фотоумножители, обеспечивающие большую чувствительность, селективность и производительность. Системы движения частиц при оптической сортировке различны (движение по ленте, свободное падение).

Фотометрическая сепарация в последние годы применяется для разделения разных видов полезных ископаемых, для разделения поваренной соли от ангидрида, гипса от мергеля, известняка и доломита, баритов, кварца, мела, полевого шпата, талька. Крупность материала, который может обогащаться этим методом, от 200 до 3 - 6 мм. Фотометрической сепарацией могут разделяться золотокварцевые руды, сланцы от пегматитов, изумруды (взамен ручной сортировки).

Отличительная особенность этой группы методов - чрезвычайно высокая производительность, позволяющая снизить нижний предел крупности материала до 3 - 5 мм. Величина производительности определяется производительностью покусковых питателей, устройством и быстродействием разделяющих устройств. Лучшие из последних в настоящее время обеспечивают при переработке сырья крупностью -10 +5 мм до 200 - 240 срабатываний в секунду.

К недостаткам этого метода относятся:

Необходимость отмывки руда от загрязнений.

Недостаточная глубина анализа, т.к. анализируется только поверхностная часть минерального зерна.

Недостаточная корреляция между интенсивностью отраженного света и содержанием полезного компонента.

За рубежом фотометрическая сепарация нашла применение для золотосодержащих руд и неметаллических полезных ископаемых. Фотометрическая сепарация может с успехом заменить ручную рудоразборку в тех случаях, когда обогащение в тяжелых суспензиях не дает положительного результата. На одном из отечественных месторождений на оловянной руде невозможно было получить мелкую фракцию с отвальным содержанием олова 0,07-0,08%. Применение фотометрической сепарации позволило получить фракцию с отвальным содержанием (0,07-0,08%) вместо 0,17%, получаемую в тяжелой суспензии. Количество этой фракции составило 30,5 % от исходного сырья или 66% от легкой фракции тяжелой суспензии.

Наиболее распространены на фабриках фотометрические сепараторы английской фирмы «Сортекс». Сепаратор «Кварц», выпускавшийся в СССР, имел более низкую разрешающую способность. В 1978 г. по решению Минцветмета и Минприбора был разработан сепаратор с высокой разрешающей способностью для материала крупность до 4 мм и начато его серийное производство. Разработанный сепаратор при крупности -120 +75 мм имел производительность 20 т/час. Разрешающая способность по крупности кусков - 4 мм; расход воздуха 6 - 8 м³/мин. Потребляемая мощность - 8 кВт. Применение фотометрической сепарации к некондиционным рудам и перевод их в кондиционные позволяет использовать забалансовые руды и отвалы.

При фотометрической сепарации детектирование базируется на использовании узкой полосы частот видимого света. В большинстве сепараторов, применяемых на практике, регистрируется свет, отраженный от минеральных частиц или прошедший через них. В ряде случаев смачивание поверхности зерен улучшает фотометрическую сепарацию.

Крупные фирмы по производству этих сепараторов находятся в Англии и Канаде.

Промышленные модели были освоены в Англии в 60-х годах и сейчас их выпущено несколько тысяч. Испытана фотометрическая обогатимость более 40 видов полезных ископаемых, причем значительную часть составляют строительное, керамическое и другое неметаллическое сырье; известняк: кальцит, мрамор, кварц, полезные шпаты, барит, соль.

Для цветных металлов долгое время применение этого метода сдерживалось из-за малой доли поверхности, занимаемой собственно минералами цветных металлов, от общей площади поверхности частиц. В настоящее время используется связь цветных металлов с определенными породами.

Опыты по выделению ванадия также используют парагенетические связи его с окислами железа и отделение их от светлых кварцитовых и полевошпатовых пород. Извлечение пятиокиси ванадия осуществляется на фотометрическом сепараторе «Sortex 621М» и составляет по пятиокиси ванадия 88,5% с выходом концентрата 40,8% от сепарируемого класса.

С помощь фотометрической сепарации можно отделять минералы, имеющие характерную окраску. На сепараторах «Sortex 621М» можно извлекать 82,8% меди в малахитовый продукт при выходе хвостов, представленных известняком, около 62%; можно отделять темно-красный лепидолит из светло-крашенных бедных литиевых руд, черный ильменит из серовато-зеленых полевошпатовых пород.

Для алмазов фотометрическая сепарация не получила применения, т.к. не все алмазы прозрачны. Более эффективно использование рентгенолюминесценции.

Дата добавления: 2015-07-18