شناسایی مواد معدنی و کانی‌شناسی فرایند


شناسایی مواد معدنی یکی از کلیدی‌ترین فعالیت‌ها در انجام بسیاری از مراحل اجرای یک پروژه صنعتی در حوزه فراوری مواد معدنی و متالورژی استخراجی است. این مراحل می‌تواند شامل اکتشاف، پیش‌امکان‌سنجی، امکان‌سنجی، طراحی فرایند، پایش فرایند و بهینه‌سازی فرایند باشد. منظور از شناسایی ماده معدنی، اندازه‌گیری تمامی خصیصه‌های آن است که بر نتیجه مراحل بیان شده، از اکتشاف تا پایش فرایند تاثیر می‌گذارد. این خصیصه‌ها می‌توانند شامل مشخصات مکانیکی، ترکیب شیمیایی، ترکیب کانیایی، چگالی، دانه‌بندی، نحوه درهم آمیختگی کانی‌ها یا به عبارتی ساخت و بافت آن‌ها و یا سایر مشخصات باشند.

آنچه این مجموعه  را از سایرین متمایز می‌سازد، انجام آزمایشات و مطالعات شناسایی مواد معدنی به صورت پروژه محور است. به طوری که برای هر پروژه خاص در ابتدا با توجه به نوع ماده معدنی و هدف از انجام  پروژه، ابزارشناسی انجام می‌شود تا ابزارهای مناسب جهت اندازه‌گیری مشخصات ذکر شده تعیین شود. به عنوان مثال، در نگاه سنتی در بسیاری از پروژه‌ها وقتی صحبت از آنالیز شیمیایی ماده معدنی می‌شود تمامی توجه‌ها به سمت آنالیزهای مرسوم مانند XRF و ICP-MS می‌رود در حالی که در برخی موارد می‌توان با استفاده از ابزارهای بهتر، جدیدتر و حتی ارزان‌تر، متناسب با نوع ماده معدنی در جهت بالا بردن دقت نتایج و همچنین کاهش زمان و هزینه انجام پروژه ها اقدام کرد.

بنابراین در این شرکت، متناسب با ویژگی‌ها و اهداف پروژه، ابتدا ابزارشناسی مورد نیاز انجام می‌شود و پس از طراحی آزمایش‌ها با استفاده از روش‌های مختلف، آزمایش‌ها انجام و نتایج آن مورد تحلیل قرار می‌گیرند. استفاده از ابزارهای مرسوم و مدرن جهت تحلیل نتایج شناسایی مانند آمار، داده‌کاوی و هوش مصنوعی و همچنین تبدیل عددی عنصر به کانی می‌تواند کمک زیادی در جهت افزایش کیفیت و دقت نتایج و همچنین کاهش هزینه و زمان مورد نیاز برای انجام آزمایش‌های شناسایی کند. این مجموعه با در اختیار داشتن ابزارهای مختلف جهت انجام آزمایش‌های شناسایی و هچنین وجود متخصصین در حوزه‌های آمار، داده‌کاوی و هوش مصنوعی آماده ارایه خدمات شناسایی مواد معدنی و کانی‌شناسی فرایند به مشتریان خود است. در ادامه مختصری درباره ابزارشناسی، طراحی آزمایش‌ها و تحلیل نتایج آزمایش‌های شناسایی که در این مجموعه انجام می‌شود، ارایه شده است.

الف- ابزارشناسی

ابزارشناسی اولین قدم در حوزه شناسایی مواد معدنی است که در این مجموعه انجام ‌می‌شود. ابزارشناسی به معنی شناسایی روش‌ها و ابزارهای لازم برای اندازه‌گیری مشخصات ماده معدنی با توجه به هدف، حجم، دقت، زمان و هزینه مورد انتظار است. ابزارهای شناساییِ یک خصیصه، ممکن است برای مواد معدنی مختلف و یا اهداف مختلف، متفاوت باشند. به عنوان مثال، برای اندازه‌گیری میزان طلا و عناصر مهم (مانند آرسنیک و آهن) در کانسارهای پلاسری طلا که در فرایند استحصال طلا تاثیر می‌گذارند از روش‌های Fire Assay و Diagnostic Leaching می‌توان استفاده کرد، در حالی که برای اندازه‌گیری میزان طلا در فاز سولفیدی به صورت مستقیم از ابزارهایی مانند آنالیز خطی SEM-EDS یا TEM و برای اندازه‌گیری غیرمستقیم آن پس از آزادسازی طلا با استفاده از روش‌های چون کلرزنی، تشویه و … از روش Fire Assay استفاده می‌شود.

به عنوان مثالی دیگر، زمانی که اندازه‌گیری اندیس آسیاکنی باند برای یک نمونه معدنی و برای تعداد نمونه زیاد مورد نظر باشد، این مجموعه قادر است به جای روش مرسوم آن که نیاز به حدود ۲۰ کیلوگرم نمونه و حدود یک روز کار آزمایشگاهی دارد، از روش‌های دیگر که در آزمایشگاه این شرکت موجود است نتایج مورد نظر را در زمانی در حدود ۳ تا ۴ ساعت و با مقدار نمونه حدود ۲۵۰ گرم به دست آورد. بنابراین، ابزارشناسی و استفاده از روش‌های به روز و بهینه تاثیر زیادی بر دقت، هزینه و زمان انجام آزمایش‌ها دارد که در این شرکت توجه ویژه‌ای به آن می‌شود.

ب- طراحی آزمایش‌ها

طراحی آزمایش‌های شناسایی با هدف کاهش هزینه و زمان مورد نیاز برای شناسایی ماده معدنی و همچنین استخراج حداکثر داده مورد نیاز از آن‌ها انجام می‌شود. طراحی آزمایش‌های شناسایی، تعداد، نحوه انجام آن و نحوه تلفیق نتایج آن‌ها با یکدیگر جهت استخراج پارامترهای جدید با استفاده از دانش کانی‌شناسی فرایند (Process Mineralogy) در این مرحله انجام می‌شود. در برخی شرایط می‌توان پارامترهایی را که اندازه‌گیری نشده‌‌اند از روی سایر پارامترهای اندازه‌گیری شده به دست آورد. بنابراین می‌توان آزمایش‌ها را طوری طراحی کرد که حداکثر خروجی مستقیم و غیر مستقیم را به دست دهند.

به عنوان مثال، زمانی که انجام دو آنالیز شیمیایی ده اکسیدی به روش ذوب قلیایی و چند عنصری به روش ICP-MS برای تعداد ۱۰۰۰ نمونه مد نظر باشد، می‌توان ذوب قلیایی را برای همه و ICP-MS را برای بخشی از آن‌ها انجام داده و باقی آن را با استفاده از ابزارهایی مانند آموزش به ماشین و هوش مصنوعی با دقت بسیار بالایی تخمین زد و دقت و صحت نتایج آن را با روش‌های مختلف به اثبات رساند.

ج-بررسی و تحلیل نتایج آزمایش‌های شناسایی

بررسی و تحلیل نتایج آزمایش‌های شناسایی با اهداف مختلفی انجام می‌شود. اولین و مهم‌ترین هدف، صحت‌سنجیِ نتایج اندازه‌گیری‌ها و بررسی کیفیت و دقت آزمایش‌های شناسایی است. این کار با استفاده از روش‌های مختلف آماری و داده‌کاوی و آزمون نمونه معرف انجام می‌شود. هدف دیگر از تحلیل نتایج شناسایی، استخراج حداکثر اطلاعات و داده‌هایی است که می‌توان به طور غیرمستقیم از میان داده‌های اندازه‌گیری شده استخراج کرد. به عنوان مثال، زمانی که محاسبه درصد عیاری کانی‌ها در یک نمونه معدنی مورد نیاز باشد، می‌توان با استفاده از تلفیق نتایج اندازه‌گیری‌های عنصری و مطالعات میکروسکوپ نوری و با استفاده از محاسبات ریاضیاتی تبدیل عددی عنصر به کانی، مقدار عددی عیار کانی‌ها را با دقت مناسبی محاسبه کرد. هدف نهایی و اصلی در تحلیل نتایج آزمایش‌های شناسایی، انتخاب روش‌های فراوری و فرایندی مناسب و بهینه است.

اگرچه آنچه اغلب اتفاق می‌افتد انتخاب روش‌های فراوری با توجه به تجربیات مرسوم و سنتی است اما در بسیاری موارد فارغ از آن که هر ماده معدنی به طور مرسوم با چه روشی فراوری و یا پردازش می‌شود، می‌توان با استفاده مناسب از نتایج آزمایش‌های شناسایی، روش‌های فراوری مرسوم و یا امکان‌پذیر دیگر را برای انجام مطالعات و آزمایش‌های مورد نیاز انتخاب و شرایط انجام آن‌ها را نیز براورد کرد.