5.5. Нейтронно – абсорбционный метод обогащения.

Этот метод эффективен при аномально высоких коэффициентах взаимодействия нейтронов (рассеяние и поглощение) с элементами входящими в рудную массу. Аномально большое сечение поглощения нейтронов имеют кадмий, бор, литий, ртуть и некоторые редкоземельные элементы, а сечение рассеяния имеют водород, железо, свинец и некоторые другие элемента. Наиболее перспективен этот метод для руд бора и лития. Для минералов бора сечение поглощения медленных нейтронов ядрами в десятки и сотни раз выше, чем у основных породообразующих элементов, входящих в состав руд бора. Сечение этой реакции достигает максимума для тепловых нейтронов и составляет 755 барн (1 барн = 10^-28 м²).

Рассмотрим общую картину, наблюдающуюся при взаимодействии тепловых и медленных нейтронов с веществом. Пусть параллельный пучок нейтронов падает на поверхность облучаемого вещества. При этом тепловые и медленные нейтроны частично рассеиваются и выходят за пределы вещества, частично захватываются его ядрами, а оставшаяся их часть проходит через вещество.

В результате всех этих процессов первоначальный поток нейтронов ослабляется. Закон ослабления имеет вид:

, где: (5.5.1)

Ф₀ - плотность первичного потока нейтронов;

Ф - плотность потока нейтронов после прохождения слоя толщиной х;

σ_n - полное сечение взаимодействия нейтронов.

Степень ослабления первичного потока зависит от ядерных свойств элементов и их содержания в облучаемом объеме.

Метод радиометрического обогащения, основанный на использовании различий в ослаблении потока нейтронов разделяемыми компонентами полезных ископаемых, называют нейтронно - абсорбционным.

Признаком разделения при нейтронно - абсорбционном обогащении является плотность потока нейтронов, прошедших через подвергаемый обогащению объем полезного ископаемого.

Радиометрическое обогащение нейтронно - абсорбционным методом можно применить к рудам, содержащим химические элементы с большим сечением захвата нейтронов, например, борным, литиевым, рудам содержащим кадмий, редкоземельные элементы.

Один из вариантов распада составного возбужденного ядра заключается в испускании им альфа-частиц, т.е. (n, α ) -реакции.

На медленных нейтронах (n, α ) реакция наблюдается на небольшом числе легких ядер, а на быстрых нейтронах она имеет малую вероятность из-за конкуренции других процессов.

На медленных и тепловых нейтронах (n, α ) - реакция протекает на ядрах ¹⁰В и ⁶Li:

(5.5.2)

(5.5.3)

Сечение этих реакций максимально для тепловых нейтронов и убывает по закону 1/υ (υ - скорость нейтрона), справедливому для энергий около 10 кэВ.

Сечение (n, α ) - реакции для естественной смеси изотопов бора равно 754 барна, а для лития - 70,4 барна. Для других химических элементов сечение этой реакции на 3 ÷ 6 порядков ниже.

При распаде возбужденного ядра протекает также ( n, р ) - реакция, но она характеризуется низким сечением, сравнимым с сечением (n, α ) - реакции на большинстве элементов, кроме бора и лития.

В 1961 - 1962 г.г. в СССР был разработан нейтронно - радиометрический метод обогащения борных руд.

Ядро Li-7, образующееся в результате этой реакции, находится в возбужденном состоянии, при переходе в основное энергетическое состояние испускает характеристическое гамма-излучение с энергией Е = 0,48 МэВ. Куски бора ослабляют поток нейтронов значительно сильнее, чем сопутствующая порода. Это и есть нейтронно - радиометрическое обогащение борных руд. Сепарация материала может осуществляться в пределах крупности -100+25 мм. Расстояние между кусками должно быть не менее 25 мм.

В качестве источников нейтронов могут быть использованы Ро - Ве источники с активностью 0,52; 0,78; 1,04 Кюри по альфа - излучению полония.

Для успешного ведения процесса необходимо правильно выбрать расстояние источника до материала, т.к. в результате процесса релаксации происходит очень быстрое падение интенсивности излучения. Этот метод наиболее перспективен для борсодержащих и литийсодержащих руд. На результаты обогащения влияет толщина (форма) рудных кусков, так как ослабление потока гамма - квантов и нейтронов обусловливается также и этим обстоятельством. Для уменьшения этого влияния материал сортируют на узкие классы, методом борсодержащей руды одного из месторождений Союза, содержание В₂0₃ в исходном питании возрастает в 1,5 раза, а содержание вредных примесей (граната и кальцита) снижается. Это значительно улучшает условия последующей флотации или непосредственного химического обогащения борсодержащих бедных (α В₂0₃ = 7%) руд после применения нейтронно - абсорбционного метода.