Обогащение полезных ископаемых с применением лазерных технологий

Из области научно-фантастических романов 60-х годов в современном мире лазеры стали передовой технологией. Они применяются повсеместно, от CD-проигрывателей до оборудования пластической хирургии, массовое производство сделало их доступными. Лазерный луч — уже не волшебная выдумка, а инструмент во многих сферах жизни XXI века.

В установках для горнодобывающей промышленности возможно применение лазерных технологий при сканировании горных пород и минералов. Чистые кристаллы создают эффект рассеивания, который с увеличением фактического размера кристалла становится более интенсивным и видимым. Таким образом, крупные и чистые кристаллы могут быть чётко отделены от пустой породы или образцов с маленьким содержанием ценного компонента, независимо от цвета или химического состава.

Стандартное цветное изображение кварцевого галечника показано слева на Рисунке 2. Цель сканирования  — определить гальку с высоким содержанием кварца (SiO2). Однако при использовании только оптической сепарации большое количество гальки будет распознано как пустая порода, даже если в ней содержится ценный продукт (SiO2). Изображение справа на Рисунке 2 показывает тот же материал, отсканированный лазерной системой сепаратора. Как видно на Рисунке 2, несколько тёмных камней обладают высоким содержанием кремния, в то время как в некоторых светлых камнях выявлены включения пустой породы.

Технология, основанная на данном явлении, основана на том, что быстровращающееся многогранное зеркало отражает один или несколько лазерных лучей разного цвета на участок сканирования, и несколько датчиков, по одному на каждый цвет лазера, анализируют отражённое изображение. Обратный сигнал каждого лазера фильтруется и поступает на соответствующий сенсор. Совокупность всех данных предоставляет необходимую информацию о каждом отдельно взятом образце.

Лазерные технологии в производстве кремния

Одной из возможных сфер применения технологии является производство солнечного кремния. Для этого требуется кварцевое сырьё очень высокой чистоты. Несмотря на то, что кварц является вторым самым распространённым минералом в земной коре, он редко попадается в чистом виде. В зависимости от геологических условий, в кварце часто содержатся минеральные включения, которые необходимо удалять для того, чтобы привести сырьё в соответствие строгим требованиям к его практическому применению.

Включениями в кварце могут быть, например, оксиды железа, титан, щелочноземельные металлы, фосфаты и тяжёлые минералы. Чтобы удалить вредные примеси, технологии обработки необходимо адаптировать к отличительным характеристикам каждого отдельно взятого месторождения кварца.

Часть производителей в Европе, Америке и Африке начали использовать оптические сепараторы, чтобы удалять видимые примеси из кварца высокого качества. К сожалению, многие примеси нельзя выявить лишь по цвету. Все это ведёт к довольно непростой ситуации: с одной стороны, точность сортировки далека от идеальной и, с другой стороны, большое количество высококачественного кварца ошибочно бракуется и теряется при попытках получить высокочистый продукт. Испытания с применением ближнеинфракрасного метода сепарации (NIR) не привели к значительным успехам, так как преобладающая часть данных, полученных в результате исследования материала, является типичной для кварца (SiO2) и небольшое процентное содержание примесей в образце едва ли меняет ближний ИК спектр образца от фоновых показателей.

Применение лазерного сканирования разрешает упомянутую выше проблему. Галька с высоким содержанием кварца надёжно определяется и выделяется от некондиционного материала, даже если примеси являются невидимыми для прочих сенсорных технологий или человеческого глаза. Серия лабораторных исследований и первые производственные испытания на предприятиях показывают, что по сравнению с сепарацией по оптическим характеристикам, выход ценного материала можно увеличить более чем на 20 процентов при одновременном повышении качества получаемого продукта. Полученные результаты имеют практическую значимость для горнодобывающих компаний (более высокий показатель выхода годной продукции, более длительный срок разработки месторождения, снижение издержек, объема отходов и т. д.) и металлургических комбинатов, которые смогут постоянно получать концентраты более высокого качества.

Лазерные технологии в золотодобыче

Получение золота из руды коренных месторождений, как правило, происходит после многочисленных рудоподготовительных операций, таких как дробление, измельчение, грохочение, основная цель которых — добиться снижения крупности перерабатываемого материала, для последующего обогащения гравитационными или флотационными методами. Как правило, руду, подаваемую на обогатительный передел, измельчают до крупности менее 200 мкм, а в некоторых случаях менее 75 мкм. Учитывая крайне низкий процент содержания золота в рядовой руде, значительные усилия и затраты приходятся на измельчение, обогащение и складирование хвостов руды с низким содержанием золота или вовсе пустой породы. В данном случае сепарация на основе сенсорных технологий может повысить качество руды, подаваемой на предприятие, за счет выделения из технологического передела некондиционного материала уже на стадии дробления.

Принимая во внимание крайне низкий процент содержания чистого золота в руде (экономический предел рентабельности может опускаться до 0,5г/т или даже ниже), сенсор не сможет обнаружить само золото (если только это не самородки, размером достаточным для определения тем или иным сенсором). В этой связи при сепарации золотосодержащей руды необходимо ориентироваться на минералы спутники золота и первоначально определить их корреляционную зависимость.

На некоторых месторождениях золотоносность ассоциирована с содержанием сульфидных минералов. В этом случае технология XRT поможет установить участки высокой атомной плотности руды с содержанием сульфидных минералов и выделить породу без подобных включений. Как правило, такими минералами-индикаторами являются пириты, халькопириты или арсенопириты.

На месторождениях другого типа минералом-индикатором зон с высоким содержанием золота выступает кварц. В этом случае целесообразно использовать технологию лазерного сканирования: она помогает идентифицировать кварц, независимо от его цвета, и четко отделить куски, содержащие кварц, от кусков в которых кварц не содержится. Тонкие кварцевые жилы, невидимые для технологий сепарации по цвету, определяются лазерным сепаратором, см. Рисунок 6.

Пустая порода не показана, так как не содержит кварцевых жил; она невидима для лазерного сканера.

Другие виды минералов

Технология может применяться во всех случаях, когда кристаллическая структура позволяет отделить ценный продукт от пустой породы. Возможные варианты применения включают, например, такие минералы как кальцит флюорит, галит(хлорид натрия) или тальк.

Текст и фото: специалисты TOMRA Sorting