Việc phân loại quặng cấp thấp dựa trên cảm biến nhằm nâng cao hiệu quả và tính bền vững của việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên. Ashima Sharma báo cáo.
Xe tải chở đất đá tại một bãi thải
Mina Esperanza là một mỏ vàng ở miền nam Peru, nằm trên dãy núi Andes giữa vành đai vàng địa chất Nazca-Ocona. Trước đây, cơ sở này gặp khó khăn trong việc kiếm lợi nhuận do chi phí chiết xuất kim loại từ quặng có nồng độ thấp cao. Khi quặng cấp thấp bị loại bỏ vì thiếu khả năng kinh tế, nó làm dấy lên mối lo ngại về môi trường đối với kim loại còn sót lại trong bãi thải
.Khai thác kim loại quá mức để đáp ứng nhu cầu công nghiệp, trong những năm qua, đã dẫn đến sự thiếu hụt quặng chất lượng cao. Các nghiên cứu phát hiện ra rằng sự suy giảm hàm lượng kim loại trong quặng là một dấu hiệu cho thấy sự cạn kiệt tài nguyên. Một phân tích nghiên cứu về các mỏ đồng lớn trên khắp thế giới cho thấy mức giảm trung bình của cấp quặng là 25% chỉ trong 10 năm khai thác.
Tuy nhiên, các mỏ như Mina Esperanza đã xoay chuyển tình thế bằng cách sử dụng công nghệ phân loại dựa trên cảm biến, giúp các mỏ có lãi. Công nghệ tuyển quặng dựa trên cảm biến liên quan đến việc sử dụng các cảm biến để phát hiện hàm lượng khoáng chất trong từng mẩu quặng và phân loại dựa trên thành phần của nó. Công nghệ này đã cách mạng hóa ngành khai thác mỏ bằng cách cho phép các mỏ khai thác thêm kim loại từ quặng cấp thấp.
Ngoài ý nghĩa về chức năng và tài chính, việc sử dụng công nghệ tuyển quặng dựa trên cảm biến đã được chứng minh là khả thi về mặt môi trường. Quá trình nghiền và nghiền quặng tiêu tốn khoảng 60% chi phí năng lượng và hoạt động của mỏ, đồng thời làm tăng lượng khí thải nhà kính. Việc tích hợp cảm biến cho phép các mỏ giảm lượng chất thải được tạo ra, cắt giảm việc xử lý chất thải, tiết kiệm nước và tiêu tốn ít năng lượng hơn để xử lý quặng.
El Teniente ở Chile là mỏ đồng ngầm lớn nhất thế giới sử dụng công nghệ tuyển quặng dựa trên cảm biến. Trước khi triển khai công nghệ này, mỏ El Teniente chỉ có thể chiết xuất đồng từ quặng với nồng độ từ 0,7% trở lên. Tuy nhiên, việc phân loại bằng cảm biến đã cho phép mỏ chiết xuất đồng từ quặng với nồng độ thấp tới 0,4%. Với các tiêu chí tuân thủ ngày càng tăng của chính phủ và trách nhiệm giải trình của các công ty khai thác đối với các nhóm môi trường, việc sử dụng các cảm biến có thể giúp các mỏ tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn tài nguyên thiên nhiên đồng thời giải quyết tác động môi trường của chúng.
Làm thế nào để phân loại quặng dựa trên hoạt động cảm biến?
Một băng tải để phân loại đá thải trong mỏ.
Phân loại quặng dựa trên cảm biến dựa trên nguyên tắc cơ bản là các khoáng chất khác nhau có mật độ, hình dạng và tính chất điện từ khác nhau và những khác biệt này có thể được sử dụng để tách chúng ra khỏi nhau. Các cảm biến được gắn trên băng chuyền hoặc máng trượt và khi quặng đi qua, chúng phát ra tín hiệu được máy tính phân tích để xác định thành phần của quặng. Dựa trên điều này, một hệ thống phân loại cơ học sẽ tách quặng thành các dòng khác nhau.
Phân loại dựa trên cảm biến thường được sử dụng cho các kích thước hạt nằm trong khoảng từ 0,5 đến 300 mm.
Bằng cách tách các khoáng chất có giá trị ra khỏi đá thải sớm trong quá trình khai thác, hiệu quả tổng thể của hoạt động khai thác được cải thiện, vì cần ít năng lượng hơn để xử lý quặng cấp thấp. Máy phân loại cảm biến phổ biến nhất trong ngành khai thác mỏ sử dụng truyền tia X, tiếp theo là máy phân loại dựa trên màu sắc và tia laze.
Phân loại mật độ quặng bằng cảm biến tia X
Truyền tia X để phân loại quặng được sử dụng khi đá có mật độ khác nhau. Ứng dụng của tia X bao gồm từ việc tách kim loại phế liệu thành kim loại nhẹ và nặng để phát hiện thành phần nguyên tố của vật liệu. Điều này cho phép khai thác các khoáng chất có giá trị từ quặng hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn, vì chỉ những phần quặng cấp thấp với nồng độ đáng kể của các khoáng chất mong muốn mới được xử lý thêm.
Steinert, một nhà sản xuất công nghệ phân loại dựa trên cảm biến của Đức đã tiến thêm một bước nữa đối với việc phân loại bằng tia X với ánh sáng huỳnh quang. Hệ thống phân loại huỳnh quang Steinert KSS XF-L của nó có thể phân biệt đồng với đồng thau hoặc kẽm dựa trên sự hiện diện của các nguyên tố vốn có. Mặc dù các bề mặt bị bẩn nặng có thể gây nhầm lẫn cho các máy dò, nhưng các máy mới hơn của Steinert được lắp đặt các chất tẩy rửa tự động cho khu vực quét. Điều này đảm bảo chất lượng phát hiện ổn định trong khi giảm lao động thủ công và sử dụng nước liên quan đến làm sạch.
Trong khi đó ở Trung Quốc, phạm vi mỏ Fankou chứa các mỏ chì và kẽm lớn nhất châu Á đã tăng thêm 9,22 triệu USD vào doanh thu hàng năm của họ nhờ các cảm biến phân loại tia X cấp thấp của HPY Technology. Kết hợp tia X với khí phản lực tốc độ cao để phân loại đá thải, Fankou đã có thể đạt được mục tiêu không lãng phí trong các hoạt động của mình. Sản xuất khoảng 1,4 triệu tấn quặng mỗi năm, các nhà khai thác mỏ tách đá thải làm vật liệu xây dựng, cho năng suất hơn 1.500 tấn mỗi năm, đạt doanh thu 9 triệu USD.
Phân loại dựa trên màu sắc phát hiện ra ngoài quang phổ thị giác của con người
Lắp đặt song song hai máy tuyển quặng cảm biến kiểu dây đai tại mỏ Mittersill
Phân loại màu đã được sử dụng theo cách truyền thống để tách các chất cặn có giá trị khỏi đá thải. Tuy nhiên, việc phát hiện màu sắc thường gắn liền với nhận thức của mắt người. Mặc dù bộ não của chúng ta có thể cảm nhận được màu sắc trong quang phổ ánh sáng nhìn thấy được, khoảng 400-780 nanomet, nhưng quang phổ nằm trong khoảng giữa tia cực tím và hồng ngoại, không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Cảm biến phân loại màu của Steinert có thể phát hiện tới 16,8 triệu màu với thời gian phản hồi nhanh và cường độ ánh sáng cao. Một trong những ứng dụng sáng tạo nhất của phân loại màu dựa trên cảm biến trong khai thác mỏ là phân loại kim cương. Kim cương được đánh giá cao nhờ độ tinh khiết và màu sắc của chúng, thậm chí một chút thay đổi nhỏ về màu sắc cũng có thể tạo ra sự khác biệt giữa một viên đá quý có giá trị và một viên đá vô giá trị. Bằng cách sử dụng các cảm biến màu tiên tiến, các công ty khai thác có thể xác định và phân loại kim cương dựa trên màu sắc của chúng một cách nhanh chóng và chính xác, cho phép họ khai thác những viên đá có giá trị nhất từ quặng
Trong khai thác quặng cấp thấp, hàm lượng khoáng chất thường trải rộng trên một diện tích lớn, gây khó khăn và tốn kém cho việc khai thác. Đồng thường có trong quặng cùng với các khoáng chất khác, chẳng hạn như thạch anh và fenspat, có ít giá trị. Bằng cách sử dụng các cảm biến dựa trên màu sắc, công ty khai thác có thể phân loại quặng và tách các phần giàu đồng khỏi đá vô giá trị, giảm lượng vật liệu cần xử lý và tăng sản lượng khoáng sản có giá trị.
Phân loại cận hồng ngoại phân tách sự khác biệt mà mắt người không nhìn thấy được
Cảm biến phân loại cận hồng ngoại sử dụng ánh sáng trong quang phổ cận hồng ngoại (760-2500 nanomet) để phân tích thành phần hóa học của khoáng chất trong quặng. Điều này có thể cho phép các công ty khai thác phân loại quặng dựa trên chất lượng, giá trị và khoáng vật học phức tạp của nó. Bằng cách phân tích thành phần hóa học của khoáng chất, các cảm biến cận hồng ngoại có thể phân biệt giữa các khoáng chất khó phân biệt, cho phép phân loại hiệu quả hơn. Với độ phân giải quang phổ và quang học cao, các cảm biến của Steinert có thể quan.sát các rung động phân tử ở độ phân giải rất tốt. Bởi vì quặng cấp thấp dẫn đến sự suy giảm trữ lượng tài nguyên, nên việc phân loại quặng dựa trên cảm biến có thể mở đường cho một nền kinh tế tuần hoàn không lãng phí. Theo Trung tâm Phát triển Khai thác Quốc tế, công nghệ tích hợp cảm biến đã tạo điều kiện giảm tới 30% lượng nước sử dụng. Mặc dù chi phí đầu tư vào các công nghệ dựa trên cảm biến có thể là một yếu tố khiến các công ty nhỏ lo ngại, nhưng thị trường tự động hóa cảm biến dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 8,4% cho đến năm 2032. Khi áp lực lên môi trường và tài nguyên tăng lên, phân loại dựa trên cảm biến trình bày một mô hình khả thi để sử dụng tài nguyên phù hợp với tính bền vững.
Theo Mining technology
Xe tải chở đất đá tại một bãi thải
Mina Esperanza là một mỏ vàng ở miền nam Peru, nằm trên dãy núi Andes giữa vành đai vàng địa chất Nazca-Ocona. Trước đây, cơ sở này gặp khó khăn trong việc kiếm lợi nhuận do chi phí chiết xuất kim loại từ quặng có nồng độ thấp cao. Khi quặng cấp thấp bị loại bỏ vì thiếu khả năng kinh tế, nó làm dấy lên mối lo ngại về môi trường đối với kim loại còn sót lại trong bãi thải
.Khai thác kim loại quá mức để đáp ứng nhu cầu công nghiệp, trong những năm qua, đã dẫn đến sự thiếu hụt quặng chất lượng cao. Các nghiên cứu phát hiện ra rằng sự suy giảm hàm lượng kim loại trong quặng là một dấu hiệu cho thấy sự cạn kiệt tài nguyên. Một phân tích nghiên cứu về các mỏ đồng lớn trên khắp thế giới cho thấy mức giảm trung bình của cấp quặng là 25% chỉ trong 10 năm khai thác.
Tuy nhiên, các mỏ như Mina Esperanza đã xoay chuyển tình thế bằng cách sử dụng công nghệ phân loại dựa trên cảm biến, giúp các mỏ có lãi. Công nghệ tuyển quặng dựa trên cảm biến liên quan đến việc sử dụng các cảm biến để phát hiện hàm lượng khoáng chất trong từng mẩu quặng và phân loại dựa trên thành phần của nó. Công nghệ này đã cách mạng hóa ngành khai thác mỏ bằng cách cho phép các mỏ khai thác thêm kim loại từ quặng cấp thấp.
Ngoài ý nghĩa về chức năng và tài chính, việc sử dụng công nghệ tuyển quặng dựa trên cảm biến đã được chứng minh là khả thi về mặt môi trường. Quá trình nghiền và nghiền quặng tiêu tốn khoảng 60% chi phí năng lượng và hoạt động của mỏ, đồng thời làm tăng lượng khí thải nhà kính. Việc tích hợp cảm biến cho phép các mỏ giảm lượng chất thải được tạo ra, cắt giảm việc xử lý chất thải, tiết kiệm nước và tiêu tốn ít năng lượng hơn để xử lý quặng.
El Teniente ở Chile là mỏ đồng ngầm lớn nhất thế giới sử dụng công nghệ tuyển quặng dựa trên cảm biến. Trước khi triển khai công nghệ này, mỏ El Teniente chỉ có thể chiết xuất đồng từ quặng với nồng độ từ 0,7% trở lên. Tuy nhiên, việc phân loại bằng cảm biến đã cho phép mỏ chiết xuất đồng từ quặng với nồng độ thấp tới 0,4%. Với các tiêu chí tuân thủ ngày càng tăng của chính phủ và trách nhiệm giải trình của các công ty khai thác đối với các nhóm môi trường, việc sử dụng các cảm biến có thể giúp các mỏ tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn tài nguyên thiên nhiên đồng thời giải quyết tác động môi trường của chúng.
Làm thế nào để phân loại quặng dựa trên hoạt động cảm biến?
Một băng tải để phân loại đá thải trong mỏ.
Phân loại quặng dựa trên cảm biến dựa trên nguyên tắc cơ bản là các khoáng chất khác nhau có mật độ, hình dạng và tính chất điện từ khác nhau và những khác biệt này có thể được sử dụng để tách chúng ra khỏi nhau. Các cảm biến được gắn trên băng chuyền hoặc máng trượt và khi quặng đi qua, chúng phát ra tín hiệu được máy tính phân tích để xác định thành phần của quặng. Dựa trên điều này, một hệ thống phân loại cơ học sẽ tách quặng thành các dòng khác nhau.
Phân loại dựa trên cảm biến thường được sử dụng cho các kích thước hạt nằm trong khoảng từ 0,5 đến 300 mm.
Bằng cách tách các khoáng chất có giá trị ra khỏi đá thải sớm trong quá trình khai thác, hiệu quả tổng thể của hoạt động khai thác được cải thiện, vì cần ít năng lượng hơn để xử lý quặng cấp thấp. Máy phân loại cảm biến phổ biến nhất trong ngành khai thác mỏ sử dụng truyền tia X, tiếp theo là máy phân loại dựa trên màu sắc và tia laze.
Phân loại mật độ quặng bằng cảm biến tia X
Truyền tia X để phân loại quặng được sử dụng khi đá có mật độ khác nhau. Ứng dụng của tia X bao gồm từ việc tách kim loại phế liệu thành kim loại nhẹ và nặng để phát hiện thành phần nguyên tố của vật liệu. Điều này cho phép khai thác các khoáng chất có giá trị từ quặng hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn, vì chỉ những phần quặng cấp thấp với nồng độ đáng kể của các khoáng chất mong muốn mới được xử lý thêm.
Steinert, một nhà sản xuất công nghệ phân loại dựa trên cảm biến của Đức đã tiến thêm một bước nữa đối với việc phân loại bằng tia X với ánh sáng huỳnh quang. Hệ thống phân loại huỳnh quang Steinert KSS XF-L của nó có thể phân biệt đồng với đồng thau hoặc kẽm dựa trên sự hiện diện của các nguyên tố vốn có. Mặc dù các bề mặt bị bẩn nặng có thể gây nhầm lẫn cho các máy dò, nhưng các máy mới hơn của Steinert được lắp đặt các chất tẩy rửa tự động cho khu vực quét. Điều này đảm bảo chất lượng phát hiện ổn định trong khi giảm lao động thủ công và sử dụng nước liên quan đến làm sạch.
Trong khi đó ở Trung Quốc, phạm vi mỏ Fankou chứa các mỏ chì và kẽm lớn nhất châu Á đã tăng thêm 9,22 triệu USD vào doanh thu hàng năm của họ nhờ các cảm biến phân loại tia X cấp thấp của HPY Technology. Kết hợp tia X với khí phản lực tốc độ cao để phân loại đá thải, Fankou đã có thể đạt được mục tiêu không lãng phí trong các hoạt động của mình. Sản xuất khoảng 1,4 triệu tấn quặng mỗi năm, các nhà khai thác mỏ tách đá thải làm vật liệu xây dựng, cho năng suất hơn 1.500 tấn mỗi năm, đạt doanh thu 9 triệu USD.
Phân loại dựa trên màu sắc phát hiện ra ngoài quang phổ thị giác của con người
Lắp đặt song song hai máy tuyển quặng cảm biến kiểu dây đai tại mỏ Mittersill
Phân loại màu đã được sử dụng theo cách truyền thống để tách các chất cặn có giá trị khỏi đá thải. Tuy nhiên, việc phát hiện màu sắc thường gắn liền với nhận thức của mắt người. Mặc dù bộ não của chúng ta có thể cảm nhận được màu sắc trong quang phổ ánh sáng nhìn thấy được, khoảng 400-780 nanomet, nhưng quang phổ nằm trong khoảng giữa tia cực tím và hồng ngoại, không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Cảm biến phân loại màu của Steinert có thể phát hiện tới 16,8 triệu màu với thời gian phản hồi nhanh và cường độ ánh sáng cao. Một trong những ứng dụng sáng tạo nhất của phân loại màu dựa trên cảm biến trong khai thác mỏ là phân loại kim cương. Kim cương được đánh giá cao nhờ độ tinh khiết và màu sắc của chúng, thậm chí một chút thay đổi nhỏ về màu sắc cũng có thể tạo ra sự khác biệt giữa một viên đá quý có giá trị và một viên đá vô giá trị. Bằng cách sử dụng các cảm biến màu tiên tiến, các công ty khai thác có thể xác định và phân loại kim cương dựa trên màu sắc của chúng một cách nhanh chóng và chính xác, cho phép họ khai thác những viên đá có giá trị nhất từ quặng
Trong khai thác quặng cấp thấp, hàm lượng khoáng chất thường trải rộng trên một diện tích lớn, gây khó khăn và tốn kém cho việc khai thác. Đồng thường có trong quặng cùng với các khoáng chất khác, chẳng hạn như thạch anh và fenspat, có ít giá trị. Bằng cách sử dụng các cảm biến dựa trên màu sắc, công ty khai thác có thể phân loại quặng và tách các phần giàu đồng khỏi đá vô giá trị, giảm lượng vật liệu cần xử lý và tăng sản lượng khoáng sản có giá trị.
Phân loại cận hồng ngoại phân tách sự khác biệt mà mắt người không nhìn thấy được
Cảm biến phân loại cận hồng ngoại sử dụng ánh sáng trong quang phổ cận hồng ngoại (760-2500 nanomet) để phân tích thành phần hóa học của khoáng chất trong quặng. Điều này có thể cho phép các công ty khai thác phân loại quặng dựa trên chất lượng, giá trị và khoáng vật học phức tạp của nó. Bằng cách phân tích thành phần hóa học của khoáng chất, các cảm biến cận hồng ngoại có thể phân biệt giữa các khoáng chất khó phân biệt, cho phép phân loại hiệu quả hơn. Với độ phân giải quang phổ và quang học cao, các cảm biến của Steinert có thể quan.sát các rung động phân tử ở độ phân giải rất tốt. Bởi vì quặng cấp thấp dẫn đến sự suy giảm trữ lượng tài nguyên, nên việc phân loại quặng dựa trên cảm biến có thể mở đường cho một nền kinh tế tuần hoàn không lãng phí. Theo Trung tâm Phát triển Khai thác Quốc tế, công nghệ tích hợp cảm biến đã tạo điều kiện giảm tới 30% lượng nước sử dụng. Mặc dù chi phí đầu tư vào các công nghệ dựa trên cảm biến có thể là một yếu tố khiến các công ty nhỏ lo ngại, nhưng thị trường tự động hóa cảm biến dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 8,4% cho đến năm 2032. Khi áp lực lên môi trường và tài nguyên tăng lên, phân loại dựa trên cảm biến trình bày một mô hình khả thi để sử dụng tài nguyên phù hợp với tính bền vững.
Theo Mining technology