Методи за сондиране и добив на промишлени минерали
Индустриалните минерали са група минерали, използвани предимно заради техните физични и химични свойства, а не заради съдържанието им на метал. Примери за това са варовик, доломит, гипс, каолин, кварцов пясък, фелдшпат, бентонит, зеолит, фосфат, талк и сол. Тези минерали формират гръбнака на много индустрии: цимент и строителство, стъкло и керамика, торове, хартия, бои, фармацевтични продукти и дори пълнители в пластмаси и каучук. Тъй като характеристиките на индустриалните минерални находища варират значително – от находища близо до повърхността до такива на значителна дълбочина – избраните методи за сондиране и добив трябва да бъдат съобразени с геологията, качеството на минерала, дебелината на слоя, хидрогеоложките условия и размера и чистотата на целевия продукт.
Ролята на сондирането в промишления добив на минерали
Сондирането в контекста на индустриалните минерали има две основни цели: (1) проучване за определяне на формата, дебелината, разпределението, качеството/чистотата и вариациите в качеството на находищата; и (2) производство, а именно сондиране за взривни работи или за вземане на проби за контрол на качеството по време на добив. При индустриалните минерали, аспектите на качеството често са по-чувствителни от „качеството“, както е при металите. Например, съдържанието на SiO₂ в кварцов пясък, съдържанието на CaCO₃ във варовик, нивото на белота в каолин или съдържанието на примеси Fe₂O₃, които могат да намалят качеството на продукта.
Общи методи за проучвателно сондиране
1. Шнеково пробиване (резбова бормашина)
Този метод е ефективен за плитки находища като глина, пясък, латерит или каолин близо до повърхността. Предимствата му са относително ниска цена и бързина, но дълбочината е ограничена и качеството на пробата може да бъде компрометирано, ако материалът е много рохкав или наситен с вода.
2. Ротационно пробиване
Ротационното сондиране се използва широко за седиментни образувания и по-малко твърди скали. В някои случаи ротационното сондиране може да бъде оборудвано със система за циркулация на въздух или кал за повдигане на резници. Този метод е бърз, но пробите от резници са по-малко представителни за подробен анализ на качеството, отколкото сондажните проби.
3. Диамантено пробиване
Това е стандартът за получаване на проби от непокътнати скални керни, което е от съществено значение за висококачествен варовик, доломит, гипс или други индустриални скали, които изискват характеризиране на структурата, фрактурите, дебелината на слоя и литоложките вариации. По-скъпо е, но получените данни са по-пълни и точни.
4. Сондиране с обратна циркулация (RC)
Ротационната циркулация (RC) произвежда по-чисти и относително по-представителни проби от шисти в сравнение с конвенционалната ротационна циркулация, тъй като обратната циркулация спомага за намаляване на междуслойното замърсяване. Този метод е подходящ за бързо и качествено картографиране на хетерогенни находища.
Проектиране на програми за сондиране и контрол на качеството
В промишлените минерали разстоянието между сондажните коронки често се определя от това колко бързо се променя качеството странично и вертикално. Хомогенните находища могат да използват по-широки разстояния, докато слоести или богати на примеси находища изискват по-близко сондиране. Данните от сондажите обикновено се допълват от лабораторни тестове: XRF/XRD за минерален състав, анализ на размера на зърната, тестване на белота/блясък, тестване на съдържание на влага и тестване на физични свойства (напр. абразивност на силициев пясък). Резултатите се използват за създаване на геоложки и качествени модели, които формират основата за планиране и смесване на добивни материали.
Методи за добив на промишлени минерали
Като цяло, методите за промишлен добив на минерали се разделят на повърхностен добив, подземен добив и специализирани методи, като драгиране или добив с разтвор. Изборът на метод се определя от дълбочината на находището, дебелината на слоя, коефициента на отстраняване, условията на околната среда и целевите производствени мощности.
1) Открит добив (кариера)
Откритият добив е най-разпространеният метод за добив на промишлени минерали, тъй като много находища са разположени близо до повърхността. За скали като варовик, доломит, андезит, гранит или гипс често се използва терминът „кариера“.
Общи етапи на открития добив
– Разчистване на терени и премахване на откривка с помощта на багери, булдозери и самосвали.
– Оформяне на пейки за стабилност и безопасност на склона.
– Разрушаване на скали с взривяване или без взривяване (механично рязане/разкъсване), в зависимост от твърдостта на скалата.
– Товарене и транспортиране до трошачката или складовото помещение.
– Първоначална обработка, като например раздробяване, пресяване, измиване и смесване.
Сондиране и взривяване в кариера
В твърди скали, пробиването на взривни сондажи се извършва с помощта на перфоратор или сондажна машина за пробиване надолу по сондажа (DTH). Проектирането на взривните работи (тежест, разстояние, забивка и заряд) трябва да вземе предвид:
– Желано фрагментиране, което да отговаря на капацитета на трошачката и да намалява разходите за раздробяване.
– Контролирайте вибрациите, особено когато сте близо до жилищни райони.
– Минимизирайте прекомерното изкопаване, за да поддържате качеството и стабилността на нивата.
За някои промишлени минерали, взривяването може да бъде ограничено, тъй като може да причини замърсяване, да произведе излишни фини частици или да намали качеството (например, размерен камък или някои видове варовик, които изискват специфични размери). В такива ситуации се използва разкъсване с големи булдозери или повърхностни мини.
Алтернативно оборудване: Повърхностен миньор
Повърхностните миньори механично режат скала, произвеждайки материал с по-равномерен размер без взривяване. Предимства:
– висока селективност (лесно разграничаване на качествените слоеве),
– по-ниски вибрации,
– намалена нужда от пробивно-взривни работи.
Разходите за оборудване и поддръжка обаче могат да бъдат по-високи и да са по-малко ефективни при скали с определена якост.
2) Подземен добив
Подземният добив е за предпочитане, когато находищата са разположени дълбоко под повърхността, покривката е твърде дебела или повърхностната площ е чувствителна (напр. жилищни райони, защитени зони или продуктивна земя, която е трудна за откриване). При промишлените минерали подземният добив е често срещан за каменна сол, някои гипсови находища, поташ или висококачествен варовик.
Често срещани методи за подземен добив
1. Стая и стълб
Широко използвани за относително плоски седиментни отлагания като сол, гипс и варовик, колоните се оставят да поддържат покрива. Този метод е ефикасен, но геотехническото планиране е от решаващо значение, за да се гарантира, че колоните са достатъчно здрави, за да предотвратят срутване.
2. Изрежете и запълнете
Подходящ за неравномерни или висококачествени находища, които изискват селективност. След извличане на рудата, камерата се запълва обратно, за да се поддържа стабилност.
3. Спиране на подземно ниво (при определени условия)
По-често срещан в метални руди, но може да се прилага там, където геометрията на находището е благоприятна и изискванията за производство са високи.
Сондиране в подземни мини
Пробиването обикновено включва използването на джъмбо сонда за създаване на взривни отвори или отвори за скални болтове. За промишлени минерали, които са чувствителни към замърсяване, контролът на праха, вентилацията и процедурите за почистване са от решаващо значение.
3) Драгиране и промишлен добив на разсипни руди
За находища на пясък и чакъл (инертни материали), кварцов пясък или някои тежки минерали, открити в древни реки, плажове или езера, могат да се използват методи за драгиране. Има два основни вида:
– Драга за засмукване с фреза: реже материал и засмуква течен шлам.
– Драга с кофа/верига: използва кофа с верига.
Предимствата на драгирането включват ефективност при наситени с вода находища и намаляване на операциите по отстраняване на отпадъци. Предизвикателствата включват управление на мътността, стабилността на бреговете и необходимостта от места за съхранение на хвостохранилища.
4) Добив на сол и някои разтворими минерали чрез разтвор
Добивът чрез разтвор включва инжектиране на вода за разтваряне на минерали (напр. халит/сол), след което разтворът се изпомпва на повърхността за изпаряване или обработка. Този метод минимизира физическия изкоп, но изисква строг контрол върху:
– посока и обем на разтваряне (контрол на каверната),
– риск от свличане (срутване),
– управление на водите и отпадъците.
Определящи фактори за избор на метод
1. Геометрия и дълбочина на находищата
Плитките находища обикновено се добиват икономически ефективно по открит начин; дълбоките находища са по-подходящи за подземен или разтворен добив.
2. Качество и хетерогенност
Индустриалните минерали често изискват висока селективност и смесване. Методите, които позволяват разделяне на слоевете (селективен добив), често са по-печеливши.
3. Физични свойства на скалите
Твърдостта, абразивността, раздробяването и степента на атмосферни влияния определят дали е необходимо бластиране, разкъсване или рязане.
4. Хидрогеоложки условия
Високите нива на подпочвените води изискват обезводняване или избор на метод, съвместим с влажните условия (напр. драгиране).
5. Околна среда и социални аспекти
Прахът, шумът, вибрациите от взривяване, потреблението на вода и рекултивацията на земя са критични съображения.
Затваряне
Методите за сондиране и добив на индустриални минерали не са универсални, тъй като основната цел не е просто да се „вземе колкото е възможно повече“, а по-скоро да се произведе материал с постоянни спецификации за качество и икономическа ефективност. Сондирането играе важна роля - от проучването до контрола на производството, като помага за картографиране на вариациите в качеството за оптимално планиране на добива и смесването. Междувременно, откритият добив на кариери остава доминиращият избор за много индустриални минерали, следван от подземните, драгиращите и методите за добив с разтвор, в зависимост от характеристиките на находището. С правилния избор на метод, практики за безопасност и добро управление на околната среда, индустриалните минерали могат да бъдат добивани устойчиво, за да поддържат нуждите на съвременната инфраструктура и индустрия.
