Взгляд внутрь камня
19 июля 2019 г.
Консорциум ученых из девяти стран Финляндии, Швеции, Австралии, Греции, Польши, Румынии, Чехии, Болгарии и Кипра объединили свои усилия в работе над современным отраслевым проектом — X-Mine. Ученые проекта демонстрируют, как с помощью рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) и 3D-томографии горных пород существенно снизить издержки и ускорит процессы анализа образцов горных пород.
Разведка месторождений полезных ископаемых — затратный по средствам, времени и трудоёмкости процесс, как правило неблагоприятный для окружающей среды. Геологоразведка месторождений совокупность исследований, осуществляемых с целью определения их промышленного значения. С помощью различных наземных поисковых работ, геофизического профилирования, магниторазведки и др. обозначается предполагаемый рудоносный горизонт — перспективная зона будущего месторождения. Детальная разведка месторождений предполагает широкое использование бурения, а в некоторых случаях проходки разведочных шурфов и шахт вкрест простирания перспективной зоны. Этапы разведки дают возможность получить каменный материал — керны, разрушенные породы и др. Затем материал поступает в лабораторию на анализ качественного и количественного состава, после чего делается вывод о перспективности месторождения для промышленной добычи сырья. Все эти этапы разнесены по времени и расстоянию. Получение результатов лабораторных исследований керна занимает не менее месяца.
Проект представляет собой уникальное сотрудничество между партнерами, занимающимися разведкой, добычей полезных ископаемых, геологическим картированием и экспертами в разработке высокотехнологичных аналитических инструментов и технологических решений.
Основные цели проекта: умная разведка, выборочное бурение, оптимальная добыча. Умная разведка. 3D геологическое моделирование рудных месторождений стало важным инструментом для улучшения разведки и планирования горных работ. Передовые геологические и геофизические методы применяются и интегрируются для моделирования и определения формы и протяженности рудного тела. Геофизические инструменты обычно используют комбинацию методов (электромагнитный, гравитационный, магнитный и сейсмический), адаптированные к потребностям местной геологической среды. В проекте предлагается интегрировать методы рентгеновского зондирования с программным обеспечением для 3D моделирования рудных месторождений, чтобы к структурным характеристикам добавить композиционные (составные). Точно определенные и четко очерченные структуры рудных месторождений послужат основой для применения чувствительных устройств в режиме реального времени в соответствии с принципом "fit-to-purpose", т. е. максимально адаптированным к условиям и целям.
Выборочное бурение. В целях повышения эффективности проведения горных работ разработаны решения для сбора данных в режиме реального времени непосредственно во время бурения. Данная разработка минимизирует издержки на буровые работы, т.к. горнодобывающая компания может оперативно принимать решение о расширении или уменьшении количества разведочных скважин. При поиске драгоценных металлов одним из наиболее широко используемых методов является выявление и мониторинг геохимических элементов-спутников (таких как мышьяк или теллур в случае добычи золота), которые требуют высоких затрат на их обнаружение. В рамках проекта будут продемонстрированы новые измерительные инструменты, которые могут поддерживать сканирование керна, измерение и анализ непосредственно во время бурения. Усовершенствованное определение ресурсов приведет к уменьшению взрывных работ для удаления пустой породы, (т.е. снижение выделения NO2 и других потенциально вредных веществ), таким образом, уменьшая общее воздействие на окружающую среду при добыче полезных ископаемых.
Оптимальная добыча. Быстрый и точный анализ добытых горных пород позволит выявлять образцы с пониженной концентрацией искомого вещества. Проект продемонстрирует, как можно использовать новые сенсорные технологии для отбраковки пустой породы непосредственно на шахтном конвейере. Это позволит значительно снизить потребление энергии за счет избыточного материала для транспортировки, последующего дробления и измельчения. Разработка месторождений является одной из самых энергоемких производств, так, только одна горнодобывающая компания Швеции LKAB потребляет 1,5% всей электроэнергии страны. На практике, чем раньше отработанные породы и полезные ископаемые разделяются, тем больше выгода для эффективной добычи полезных ископаемых, т.к. для их переработки потребуется меньше энергии, химикатов и воды.
Консорциум будет разрабатывать индивидуальные методы для рационализации разведки и сокращения обработки пустой породы, и, как ожидается, будет способствовать повышению эффективности в горнодобывающей промышленности, уменьшая воздействие на окружающую среду от транспорта, переработки руды и химической обработки при извлечении основных и драгоценных металлов и приведет к снижению затрат на количество произведенного металла.
Проект финансируется программой "Горизонт 2020″ (H2020 или Восьмая рамочная программа Европейского Союза по развитию научных исследований и технологий. Проект рассчитан на 36 месяцев, с 2017 по 2020 гг., бюджет 12M€.
Ренгенофлуоресцентный анализ по вторичным рентгеновским спектрам вещества был предложен еще в 1928 г. немецкими физиками и активно использовался в мире и в т.ч. в СССР для определения состава горных пород. Большой вклад в развитие метода внесли российские ученые М. А. Блохин, Н. Ф. Лосев, В. П. Афонин и др. Метод широко применялся и применяется на обогатительных фабриках, металлургических заводах, лабораторных исследованиях минералов, в экологии. Необходимо подчеркнуть, что в настоящее время прогресс в области аппаратурных средств привел к производству массы лабораторных и портативных анализаторов, которые существенно увеличили возможности метода. Уникальные алгоритмы обработки данных в сочетании с интуитивным интерфейсом программного обеспечения позволяют с легкостью проводить высокоточный элементный анализ различных типов материалов — металлов, сплавов, руд и горных пород, пластиков, автомобильных катализаторов и др.
Метод активно используется в ГЕОХИ РАН, ИГЕМ РАН и др. институтах Российской академии наук. РФА характеризуется широким диапазоном определяемых элементов (от фтора до урана) и нижними пределами количественного анализа от 5 ppm. Точность и воспроизводимость результатов РФА, полученных на современных приборах позволяют применять их для подсчета запасов полезных ископаемых, исследования процессов переработки руд и при экологическом мониторинге состояния окружающей среды. Интересен факт, что РФА в конце 20-го века стал так популярен, что спектрометры были даже включены в миссии Аполлон 15 и 16 в полетах на Луну.
Безусловно, новые проекты в рамках программы "Горизонт 2020″ и существенные финансовые вложения позволят развить данный метод, как в аппаратурном, так и в методическом отношении. Это существенно снизит издержки и ускорит процессы анализа образцов горных пород и общему воздействию на окружающую среду при добыче и обогащении полезных ископаемых. Однако при этом была бы целесообразна и полезна кооперация российских и европейских ученых и использование богатого опыта использования РФА в России.
По материалам открытых источников, веб-сайт проекта X-Mine http://www.xmine.eu/