Потокова лінія сепарації твердих радіоактивних матеріалів

Корисна модель відноситься до складу і структури потокових ліній для радіометричної сепарації твердих радіоактивних матеріалів. Тут і далі позначені: (а) терміном «тверді радіоактивні матеріали» гірська маса, яка отримана шляхом шахтного або відкритого відробітку рудного тіла і містить радіоактивні включення відповідно до діючих кондицій; гірська маса із забалансових запасів, що зазвичай видобута попутно з кондиційною гірською масою під час проходки допоміжних гірських виробок і підготування очисних забоїв, а переважно - хвости попередньої сепарації кондиційної гірської маси; (б) терміном «радіоактивний мінерал» - мінерал, що містить, як правило, природний уран і присутній у складі твердих радіоактивних матеріалів; (в) терміном «концентрат» - відібрані для подальшої переробки такі куски радіоактивного матеріалу, в яких зміст радіоактивного мінералу не менше встановленого значення. Загальновідомо, що навіть в кондиційній гірський масі як цільовому продукті шахтного і відкритого видобування уранових руд присутні матеріали з незначною радіоактивністю. Відповідно, видобуту гірську масу піддають сепарації. Для цього практично на всіх досі існуючих в світі гірничо-збагачувальних підприємствах видобуту гірську масу «повагонеточно» перевіряють радіометрами і вміст вагонеток з низьким рівнем радіоактивності (й, відповідно, низьким вмістом радіоактивного мінералу) спрямовують безпосередньо у відвал. Решту твердих радіоактивних матеріалів дроблять. Потім зазвичай виділяють дві фракції, зокрема, з середнім розміром кусків 90-300мм і 4090мм. Кожну фракцію одноразово пропускають через радіометричний сепаратор, налаштований на певне значення вмісту урану або іншого природного радіоактивного елемента, і отриманий концентрат передають на заводи для його вилучення, а хвости - у відвал. Застосування описаного процесу протягом декількох десятиріч привело (і продовжує приводити) до формування техногенних поверхневих родовищ низько концентрованих уранових і подібних до них руд. Ці родовища: по-перше, екологічно небезпечні внаслідок вітрової і водної ерозії відходів, що приводить до забруднення повітряних потоків радіоактивним пилом і газоподібними радіоактивними речовинами, до «розповзання» радіоактивних забруднень й їх проникнення в ґрунти, поверхневі і грунтові води, і по-друге, виводять їх сільськогосподарської експлуатації і рекреаційного застосування такі земельні ділянки, які за площею у багато разів перевищують території, безпосередньо зайняті відвалами гірничо-збагачувальних підприємств [див., наприклад: Авдеев O.K., Кретинин А.А., Леденев А.И. и др. Радиоактивные отходы Украины: состояние, проблемы, решения. - Киев: Издательский центр «Др.Ук», 2003]. У міру зростання попиту на уран як енергоносій і закупівельних цін на концентрат природного урану становище почало виправлятися, бо хвости сепарації і забалансові запаси уранових руд відтепер вважають практично корисними ресурсами. Відповідно, технічні рішення були орієнтовані саме на переробку вказаних раніше некондиційних твердих радіоактивних матеріалів. Наприклад, з ДП України №12101 на корисну модель відомий «Процес переробки і утилізації твердих низько радіоактивних відходів гірничого виробництва», що включає: сортування вказаних відходів просіюванням, дроблення просіяних відходів, радіометричну сепарацію роздроблених і промитих відходів малими порціями в дві стадії, на першій з яких виділяють концентрат з високим вмістом урану, а на другій розділяють залишок відходів на концентрат з низьким вмістом урану і практично чисті хвости, які передають на застосування в будівництві, отримані концентрати подрібнюють і піддають гідрометалургійному переділу або кучній кислотній екстракції, дрібнодисперсні відходи якої використовують для гідрозакладання підземних гірських виробок. З цього короткого переліку операцій і його пояснень в докладному описі відомого процесу фа хівцям зрозуміло, що до складу такої потокової лінії сепарації твердих радіоактивних матеріалів, яка найближча до пропонованій далі лінії за технічною суттю, входять: засіб розділення потоку радіоактивного матеріалу (зокрема, хвостів попередньої сепарації) на окремі куски, радіометричний сепаратор, що має дві послідовно розташовані секції, і проміжні приймачі-збірники двох концентратів з різними рівнями вмісту радіоактивного мінералу. Але цих відомостей явно недостатньо для побудови ефективної потокової лінії сепарації без додаткового винахідництва. В основу корисної моделі покладена задача удосконаленням апаратурної схеми і, особливо, радіометричного сепаратора і системи автоматичного управління створити таку потокову лінію, яка суттєво збільшувала б вихід концентрату з твердих радіоактивних матеріалів, узяти х з довільних первинних і/або вторинних джерел. Поставлена задача вирішена тим, що потокова лінія сепарації твердих радіоактивних матеріалів має: (1) щонайменше один живильник для подачі маси кускових твердих радіоактивних матеріалів на сепарацію; (2) щонайменше один формувач потоку просторово відокремлених один від одного кусків; (3) щонайменше дві послідовно розташовані, екрановані одна від одної і налаштовані на різні рівні вмісту радіоактивного мінералу секції радіометричного сепаратора, кожна з яких має: щонайменше один датчик потоку гамма-квантів, щонайменше один датчик розміру кусків, щонайменше один засіб відбору з потоку таких кусків, вміст радіоактивного мінералу в яких відповідає заданому для даної секції рівню, і щонайменше один збірник відібраних в даній секції кусків; (4) щонайменше один збірник-накопичувач хвостів сепарації і (5) систему автоматичного управління, яка має: щонайменше два інформаційно незалежних апаратних або програмних задат-чика вмісту радіоактивного мінералу в кусках, щонайменше два інформаційнo незалежних апаратних або програмних блока визначення фактичного вмісту радіоактивного мінералу в кусках, причому на інформаційні входи кожного такого блоку підключені вказані датчики потоку гамма-квантів і розміру кусків відповідної секції радіометричного сепаратора, щонайменше два інформаційнo незалежних апаратних або програмних компаратора-формувача команд на відбір кусків, фактичний вміст радіоактивного мінералу в яких не менше величини, заданої для відповідної секції радіометричного сепаратора, причому інформаційні входи кожного такого компаратора-формувача підключені на інформаційні виходи вказаних задатчиків і блоків визначення, а до управляючих виходів таких компараторівформувачів підключені вказані засоби відбору кусків з потоку. Така лінія навіть на базі двохсекційного радіометричного сепаратора здатна суттєво збільшити сумарний вихід концентрату з твердих радіоактивних матеріалів і, відповідно, скоротити масу відходів. Цей ефект особливо помітний при перечищенні піднятих з відвалів хвостів попередньої одноразової радіометричної сепарації. Перша додаткова відмінність полягає в тому, що потокова лінія має три послідовно розташовані, екрановані одна від одної і налаштовані на різні рівні вмісту радіоактивного мінералу секції радіометричного сепаратора. Це дозволяє збільшити кількість радіоактивного мінералу, видобутого переважно з первинної гірської маси, отримати три концентрати з різним вмістом цього мінералу і, тим самим, оптимізувати гідрометалургійний переділ або кучну кислотну екстракцію отриманих концентратів і практично виключити відходи, що не утилізуються. Друга додаткова відмінність полягає в тому, що кожний датчик потоку гамма-квантів оснащений таким сцинтиляційним перетворювачем гамма-випромінювання в спалахи видимого світла, який за розмірами відповідає максимальному розміру кусків радіоактивного матеріалу, що сепарується, і фо тоелектронним помножувачем, який безпосередньо підключений на інформаційний вхід відповідного блоку визначення фактичного вмісту радіоактивного мінералу в кусках. Це дозволяє з високою точністю відбирати з потоку куски з заданим вмістом радіоактивного мінералу. Третя додаткова відмінність полягає в тому, що живильник для подачі маси кускових твердих радіоактивних матеріалів на сепарацію виконаний у вигляді похилого стрічкового транспортера, як конструктивно найпростішого і економічного засобу підготовки довільної гірської маси до формування потоку просторово розділених кусків. Четверта додаткова відмінність полягає в тому, що потокова лінія оснащена механічним носієм потоку просторово відокремлених один від одного кусків у вигляді практично горизонтального стрічкового транспортера, що проходить крізь всі секції радіометричного сепаратора. Це дозволяє використовувати у складі лінії стандартні вузли. П'ята додаткова відмінність полягає в тому, що в потоковій лінії всі секції радіометричного сепаратора розташовані практично вертикально одна під іншою по ходу тр убчастого каналу, який з одного боку по всій довжині має подовжній проріз для викидання і відведення відібраних кусків у відповідні збірники. Це дозволяє помітно зменшити потребу у виробничих площах. Шоста і сьома додаткові відмінності полягають, відповідно, в тому, що засіб відбору кусків з потоку виконаний на основі щонайменше одного пневматичного або гідравлічного сопла, вибір одного з яких залежить від насичення гірської маси радіоактивним пилом. Природно, що при виборі конкретних варіантів практичного здійснення корисної моделі можливі довільні комбінації вказаних додаткових відмінностей з основним винахідницьким задумом, що цей задум в межах, заданих формулою корисної моделі, може бути доповнений і/або уточнений з використанням звичайних знань фа хівців і що описані далі переважні варіанти втілення цього задуму ніяким чином не обмежують обсяг прав на основі корисної моделі. Далі суть корисної моделі пояснюється докладним описом конструкції і роботи запропонованої потокової лінії з посиланнями на креслення, де зображені на: Фіг.1 - базова апаратурна схема потокової лінії; Фіг.2 - стр уктурна схема системи управління багатосекційним радіометричним сепаратором. Запропонована потокова лінія сепарації твердих радіоактивних матеріалів, як мінімум, має такі зазначені далі частини (див. Фіг.1). На початку лінії встановлено щонайменше один живильник 1 для подачі маси кускових твердих радіоактивних матеріалів на сепарацію. У випадках, коли на сепарацію подають заздалегідь підготовлену сировину у вигляді певної гранулометричної фракції (наприклад, 90-300мм, 40-90мм або менше 40мм), цей живильник 1 може мати вид похилого стрічкового транспортера, як це показано на кресленні. Природно, що кут нахилу такого транспортера до горизонталі повинен бути менше кута природного укосу для найбільших кусків первинної або вторинної гірської маси, що подається на сепарацію. Слід зауважити, що потокова лінія може бути виконана в двох основних варіантах, а саме: практично горизонтальною (з примусовим переміщенням кусків гірської маси, що сепарується), як це показано на Фіг.1, або практично вертикальною (з забезпеченням послідовного вільного падіння кусків гірської маси в обмеженому придатними засобами каналі). Другий варіант на кресленнях особливо не показаний. Але фахівцям зрозуміло, що такий канал зазвичай обмежений не обов'язково круглою і не обов'язково металевою трубою, яка з одного боку по всій довжині має подовжній проріз для викидання відібраних кусків з потоку і їх відведення у відповідні збірники концентрату. Другим вузлом лінії служить щонайменше один формувач 2 потоку просторово відокремлених один від одного кусків. Він також може бути виконаний на основі не показаних особливо горизонтального стрічкового транспортера (або щонайменше початкової ділянки такого транспортера) і механічних або інших маніпуляторів, що забезпечують розкладку кусків з лінійними проміжками, достатніми для їх послідовного багаторазового радіометричного контролю. Якщо ж потокова лінія має вертикальний канал, то формувач 2 повинен забезпечувати скидання окремих кусків в такий канал з інтервалами часу, достатніми для їх незалежного радіометричного контролю і сепарації. Для відбору кусків з заданими значеннями вмісту радіоактивного матеріалу потокова лінія має щонайменше дві (а переважно три) горизонтально або вертикально послідовно розташовані, екрановані одна від одної і налаштовані на різні рівні вмісту радіоактивного мінералу секції 3 радіометричного сепаратора. Кожна така секція 3 має: щонайменше один датчик потоку гамма-квантів, який, зазвичай, має сцинтиляційний перетворювач 4 гаммавипромінювання в спалахи видимого світла і фотоелектронний помножувач 5, щонайменше один датчик 6 розміру кусків, щонайменше один засіб 7 відбору з потоку таких кусків, вміст радіоактивного мінералу в яких відповідає заданому для даної секції 3 рівню, і щонайменше один збірник (контейнер) 8 відібраних в даній секції 3 кусків. Фахівцям зрозуміло, що довжина і ширина кожної секції 3 повинні бути достатніми, по-перше, для вільного проходу (або прольоту) к усків гірської маси, що сепарується, з максимальними для оброблюваної фракції розмірами і, по-друге, для практично повного виключення взаємного засвічування фотоелектронних помножувачів 5 в суміжних секціях 3 радіометричного сепаратора. Вихід з останньої секції 3 радіометричного сепаратора підключений довільним придатним засобом щонайменше до одного збірника-накопичувача 9 хвостів сепарації. Він може виглядати як обгороджений майданчик з переважно твердим покриттям. І, нарешті, фа хівцям зрозуміло, що потокова лінія має окрему «гілку» для кожної гранулометричної фракції кусків твердого радіоактивного матеріалу, як це показано на Фіг.1, і що ці «гілки» об'єднані спільними опорними конструкціями. Оскільки радіоактивні матеріали небезпечні для здоров'я людей, остільки потокова лінія обов'язково оснащена системою 10 автоматичного управління (САУ 10), яка більш детально показана на Фіг.2. САУ 10 має інформаційне незалежні канали контролю і управління, кількість яких дорівнює кількості секцій 3 радіометричного сепаратора в кожній «гілці» потокової лінії і кожний з яких, як мінімум, має такі апаратні або програмні засоби, як: задатчик 11 нормативу вмісту радіоактивного мінералу в кусках гірської маси (окремо для кожної секції 3 радіометричного сепаратора), апаратний або програмний блок 12 визначення фактичного вмісту радіоактивного мінералу в кусках, причому на інформаційні входи кожного такого блоку 12 підключені датчик потоку гамма-квантів (а саме - фотоелектронні помножувачі 5) і датчик 6 розміру кусків відповідної секції 3 радіометричного сепаратора, апаратний або програмний компаратор-формувач 13 команд на відбір кусків, фактичний вміст радіоактивного мінералу в яких не менше величини, заданої для відповідної секції 3 радіометричного сепаратора. Інформаційні входи кожного такого компаратора-формувача 13 підключені на інформаційні виходи відповідних задатчиків 11 і блоків 12 визначення, а до управляючих виходів таких компараторів-формувачів 13 підключені вказані засоби 7 відбору кусків з потоку. Описана лінія працює таким чином. Перед запуском лінії заготовлюють перехідний запас сировини у вигляді кусків певної гранулометричної фракції. На радіометричну сепарацію звичайно подають: крупну фракцію з розміром кусків в інтервалі від 90 до 300мм, середню фракцію з розміром кусків в інтервалі від 40 до 90мм і дрібну фракцію, в якій середній розмір частинок звичайно менше 40мм. Якщо радіоактивним матеріалом є первинна гірська маса, то її дроблять, вказані фракції виділяють на зволожуваних гро хота х, а к уски з розміром більше 300мм спрямовують на повторне дроблення і просіювання. Якою радіоактивним матеріалом є хвости попередньої одноразової радіометричної сепарації, то її просто фракціонують за гранулометричним складом з виділенням вказаних фракцій. Далі кожну виділену фракцію подають у «власну гілку» потокової лінії, де живильник 1 забезпечує попереднє вирівнювання шару кусків радіоактивного матеріалу, а формувач 2 організовує потік просторово відокремлених один від одного кусків, які послідовно, один за іншим проходять (або пролітають) крізь секції 3 радіометричного сепаратора. Автоматична радіометрична сепарація кусків по заданих значеннях концентрації радіоактивних речовин (як правило, урану) заснована: на визначенні в блоках 12 САУ 10 фактичного вмісту радіоактивного мінералу в кожному куску по сигналах датчиків 4,5 потоку гамма-квантів і датчиків 6 розміру кусків, порівнянні цих величин в компараторах-формувачах 13 САУ 10 з сигналами від задатчиків 11 нормативів вмісту радіоактивного мінералу в кусках, виробленню такими компараторами-формувачами 13 команд на відбір кусків з потоку гірської маси (або на заборону такого відбору) і виконання команд засобами 7 відбору. Запропонована потокова лінія може бути використана як для оснащення уранових рудників, так і гірничозбагачувальних підприємств. Лінія дозволяє за один прохід через багатосекційний радіометричний сепаратор виділяти з первинної гірської маси або піднятих з відвалів хвостів декілька продуктів, а саме: кондиційний концентрат з високим вмістом радіоактивних мінералів як якісну сировину для гідрометалургійного переділу, промпродукт, придатний для кучної кислотної екстракції урану на полігонах, щебінь для дорожньо-будівельних робіт і слаборадіоактивну дисперсну масу з середнім розміром частинок менше 10мм, придатну для гідрозакладання відпрацьованих гірських виробок. Тим самим можна виключити накопичення свіжих відвалів і практично повністю переробити існуючі відвали, що виникли внаслідок попередньої одностадійної сепарації радіоактивних матеріалів.