2.3 Обробка природних кам’яних матеріалів з метою обмеження шляхів надходження продуктів та відходів матеріалів гірських порід, зокрема гранітних

Технологія виробництва природних кам’яних матеріалів визначається їхніми особливостями, властивостями гірської породи, умовами її залягання. Родовище, підготовлене до розробки порід називається кар’єром. Підготовка родовища починається з вилучення верхніх розкривних порід та оголення корисної копалини. Кар’єри розробляють одним (або кількома) уступами, висота яких не перевищує 20 м (Рис. 2.1).

Рис. 2.1 Кар’єр

1 – екскаватори, 2 – вскриша [9].

Найбільш масовою продукцією є подрібнене каміння із скельних порід. Його виробляють за допомогою буровибухових робіт, пов’язаних із бурінням шпурів (діаметром до 75 мм та глибиною до 5 м) або свердловин (діаметром до 300 мм та глибиною понад 5 м), розташованих уздовж фронту виступу; розміщенням у них вибухових речовин (амоніту, аміачної селітри, аммоналу тощо) та відокремленням за допомогою вибуху шматків породи, які потім надходять на дробіння [9].

На дробильно-сортувальних заводах (Рис. 2.2) та установках здійснюють одно-, двох- або багатоступінчате подрібнення вихідної сировини. Багатоступінчате подрібнення найпоширеніше, воно дає змогу отримати як крупні, так і дрібні фракції щебеню. При одноступінчастому подрібненні не вдається забезпечити високий ступінь подрібнення. Одноступінчасту схему використовують на підприємствах малої потужності при найбільших розмірах шматків породи 400…500 мм.

Рис. 2.2 Технологічна схема дробильно-сортувального заводу [9].

Каміння можна дробити за відкритим та закритому циклам. При відкритому циклі матеріал один раз проходить крізь дробарку, надходить на сортування, а потім на склад готової продукції. При закритому циклі каміння, що не пройшло крізь верхнє сито, знову надходить на дробіння, що дає змогу досягти більшої продуктивності дробарок, регулювати вихід та крупність готових продуктів.

Пилуваті та глинисті домішки, що забруднюють подрібнене каміння, вилучають промиванням, для чого використовують лопатеві, барабанні або вібраційні промивні машини. Вібраційні машини менш метало- та енергомісткі, потребують менше води.

Поряд із промиванням використовують спеціальні методи збагачення нерудних матеріалів. Переробляючи низькоякісну сировину на щебінь, застосовують зокрема спосіб вибіркового подрібнення, заснований на більш інтенсивному руйнуванні шматків слабких порід. Гравітаційне збагачення грунтується між міцністю та густиною породи. Неоднорідні за густиною зерна матеріалу розділяються у спеціальних відсаджувальних машинах у поперемінно висхідних та низхідних струменях води або у важких середовищах (водних суспензіях магнетину або феросиліцію), густина яких має проміжне значення між густинами фракцій, які розділяються [9].

Розділ 3 експериментальна частина та результати досліджень

3.1 Газорозрядний лічильник Гейгера – Мюллера як детектор змішаного іонізуючого випромінювання

Для вимірювання змішаного іонізуючого випромінювання зразків гірських порід (відповідно 1,3 – центральна Україна, 2 – травертин, 4,5 – берег річки Закарпатської обл.) було використано лічильник Гейгера –Мюллера типу СТС–6 в захисному екрані, блок живлення лічильника, перерахунковий пристрій типу ПСО 2-4.

Лічильники Гейгера-Мюллера широко використовуються для виявлення та дослідження різноманітних ядерних випромінювань: альфа й бета-частинок, гамма-квантів. Детектор такого типу являє собою газонаповнену циліндричну камеру, анодом якої служить тонка металева нитка, натягнута вздовж осі циліндра. Найчастіше анод виготовляють з вольфраму діаметром 0,01мм. Циліндричний катод звичайно слугує корпусом лічильника. Якщо корпус металевий, то тоді це катод, якщо ж корпус скляний, то внутрішня поверхня його покривається тонким шаром провідника, який і служить катодом. Для виготовлення катода використовують мідь, нержавіючу сталь, ніхром або іншу речовину з великою роботою виходу електронів.. Сучасні лічильники заповнюють інертним газом аргоном та парами багатоатомних молекул, наприклад, суміш аргона (90 %) та парів спирту (10 %). Поширені і так звані галогенні лічильники заповнені неоном та парами брому. Тиск газу всередині лічильника досягає тільки декілька десятків Паскаль [10].

Напруга між анодом та катодом лічильника подається від високовольтного джерела живлення. Приведена схема має ту перевагу, що катод лічильника з’єднаний із „землею”. Таким чином, коли використовують, наприклад, лічильники типу СТС–6, у яких металевий корпус (катод), то він знаходиться під потенціалом землі. Схема включення зображена на Рис 3.1.

Рис 3.1 Схема увімкнення лічильника: 1 – лічильник Гейгера – Мюллера, 2 – реєструючий пристрій, 3 – джерело живлення [10].

Для того щоб переконатися, що лічильник реєструє бета частинки та гама кванти було проведено попередні досліди:

Тестове джерело бета частинок поміщено у свинцеву камеру у якій знаходився лічильник СТС-6 типу Гейгера – Мюллера(геометрія виміру 1). Отримано результати, які занесені в таблицю №2.

Таблиця №2

Фон, імп./100с.	Час виміру	джерело	дж.(з коліматором)
67 67 55	100сек.	183734 імп./100с.	185198 імп./100с.
		Перекрито Al пластиною товщиною 3 мм.	Перекрито Al пластиною товщиною 3 мм.
63
		19687 імп./100с.	19322 імп./100с.

Міняємо геометрію виміру: джерело - укріплено під підкладкою. Зверху, джерело, накриваємо коліматором з отвором d = 3мм. Геометрія експерименту зображена на рис. 3.2.

Рис 3.2 Cхема розміщення джерела змішаного випромінювання.

1 – лічильник СТС – 6, 2 – підкладка, 3 – коліматор, 4 – джерело β-частинок.

Результати: 1-й вимір - 133338 імп./100с.

2-й вимір - 133922 імп./100с.

Третя геометрія включає в себе 2 алюмінієві поглиначі товщиною по 3мм, які ставимо на підкладку зверху над джерелом.

Рис 3.3. Схема розміщення джерела змішаного випромінювання.

1 – лічильник СТС – 6, 2 – підкладка, 3 – коліматор, 4 – джерело β-частинок. 5 – Al поглиначі

1 поглинач Al = 974 імп./100с. 2 поглиначі = 467 імп./100с.

= 995 імп./100с. = 527 імп./100с.

Фоновий вимір (геометрія рис 3.3) без джерела: 59, 78, 57 імп./100с.

Максимальний пробіг β^- - частинок в алюмінію можна вирахувати за формулою:

R_max = 0,542*E_max-0,133 , (3.1)

де R_max - максимальний пробіг β^- - часитинок,

E_max - максимальна енергія β^- - часитинок.

Формула (3.1) справедлива, якщо β^- - часитинки мають енергію в межах 0,8< E_max <3МеВ.

Розмірність: R_max - (г/см²),

E_max - (МеВ).

По формулі (3.1) вирахуємо максимальний пробіг (R_max).

Якщо відомо, що E_max=2,288 МеВ для β^- - часитинок

: R_max=0,542*E_max-0,133= 0,542*2,288-0,133=1,240-0,133=1,107(г/см²);

Знаючи довжину пробігу R_max=1,107 г/см², і густину алюмінію (2,7 г/см³), визначимо R_max виражене в сантиметрах (d):

ρ = (3.2); d = = = 0,41 см = 4,1 мм.

β^- - часитинки енергією 2,288 МеВ повністю поглинаються шаром алюмінію товщиною в 0,41 см або 4,1 мм.

Якщо припустити, що всі сигнали які поступають із лічильника Гейгера - Мюллера, сцинтиляційного лічильника, напівпровідникового детектора реєструється перерахунковим приладом (БР - 1) або амплітудним аналізатором, то ефективність реєстрації самого лічильника (або вище перерахованих детекторів), визначається як відношення числа зареєстрованих частинок до числа частинок які попали в об’єм лічильника. Звідси видно, що ефективність реєстрації є безрозмірною величиною і змінюється в межах від 0 до 1.

У випадку лічильника Гейгера - Мюллера для заряджених частинок вона складає приблизно (0,8-1) (80%-100%), в той же час як для гамма випромінювання ця величина не більша (0,01-0,03) (1%-3%).

Таблиця №3

Основні характеристики детекторів іонізуючого випромінювання

Параметр	n, % (ефективність )				τ, сек.(роздільний час)
Тип детектора	Вид випромінювання
	α	Β	γ*	α, β, γ
1. Гейгера - Мюллера	100	100	3%	10-3-10-5
2. Сцинтиляційний	100	100	30%	10-7-10-19
3. Напівпровідниковий	100	100	10%	10-7

γ^* - дані таблиці приведені для квантів з енергією Е1 МеВ.

В ідентичних умовах проведено вимірювання активностей експериментальних зразків гірських порід. Результати проведених вимірів активності приведені в таблиці №4.

Таблиця №4

Активність зразків гірських порід 1, 2, 3 (центральні регіони України), і 4, 5 (Закарпаття) при t виміру = 100сек.

а)

Досліджувані зразки	1	2	3	4	5
Час виміру одного зразка (сек)	100
Вага одного Зразка (г)	8,311	6,126	8,616	8,540	8,540
Активність зразків	889,4	899,4	728,5	859,2	507,1
Активність в Бк	0,88	0,89	0,72	0,85	0,5
Фон	577,5	567,5	567,5	607,7	466,8

б)

Досліджувані зразки	1	2	3	4	5
Час виміру одного зразка (сек)	100
Вага одного Зразка (г)	30,017	29,832	30,273	30,110	30,020
Активність зразків	11,1	12,1	808,9	10710,3	537,2
Активність в Бк	1,25	1,47	0,8	1,07	0,53
Фон	617,8	627,8	617,8	537,2	486,9

в)

Досліджувані зразки	1	2	3	4	5
Час виміру одного зразка (сек)	100
Вага одного Зразка (г)	2,949	2,909	3,313	3,110	3,040
Активність зразків	728,4	80,9	738,5	648	567,5
Активність в Бк	0,72	0,8	0,73	0,64	0,56
Фон	607,7	547,4	517,1	517,1	507,1

Таблиця №5

Відношення активностей зразків гірських порід до фону

1		2			3			4			5
Вага,г	Азр/Аф	Вага,г	Азр/Аф	Вага,г		Азр/Аф	Вага,г		Азр/Аф	Вага,г		Азр/Аф
30,017	2,049	29,832	2,37	30,273		1,3	30,110		2	30,020		1,1
8,311	1,54	6,126	1,59	8,616		1,28	8,540		1,4	8,540		1,08
2,949	1,2	2,909	1,48	3,313		1,43	3,110		1,25	3,040		1,12

Із таблиці №5 видно, що для порівняння питомих активностей досліджуваних зразків треба користуватися даними вимірів які проводилися на зразках масою порядку 30 грам. При такому аналізі відносних питомих активностей бачимо, що найбільшу відносну питому активність має другий зразок (туф - травертин), а зразки 1 і 4 та 3 і 5 мають між собою порівняно однакову питому активність.