Table of Contents
وتؤدي أجهزة الاستشعار ذات الترددات المنخفضة دورا حيويا في صناعة التعدين بتوفير رصد دقيق لتدفقات السوائل الملوحة والسيارات الثقيلة، وتساعد هذه أجهزة الاستشعار على ضمان الكفاءة التشغيلية والسلامة والامتثال البيئي في عمليات التعدين، وفي صناعة تكون فيها معالجة المخلوطات البدائية والمضغوطة والكثافة العالية روتينية، لا يكون قياس التدفق الدقيق بمثابة رف بل ضرورة، ومن محطات تجهيز المعادن إلى تكييف نظم الإدارة السليمة،
أهمية رصد تدفق المياه في التعدين
ومن خلال عمليات التعدين، غالبا ما تنطوي على نقل وتجهيز خليط من المياه والجسيمات المعدنية والمواد الكيميائية، فإن رصد تدفق هذه السوائل الثقيلة أمر أساسي للحفاظ على ظروف التجهيز الأمثل، ومنع حدوث أضرار في المعدات، والحد من الأثر البيئي، ومن الصعب قياس نظم الصمامات بدقة بسبب عوامل مثل ارتفاع تركيز المواد الصلبة، واختلاف أحجام الجسيمات، ووجود فقاعات للتدفقات الجوية.
أنواع أجهزة الاستشعار المتدفقة المستخدمة في التعدين
وتتطلب بيئة التعدين أجهزة استشعار للتدفقات التي يمكن أن تصمد في ظروف متطرفة، وقد تم تكييف عدة تكنولوجيات لتطبيقات السوائل الملوحة والشديدة، وكل منها له نقاط قوة وحدود محددة.
جهاز استشعار كهربائي كهربائي
وتحتاج أجهزة الاستشعار المغناطيسية، المعروفة عادة بالمغنطس، إلى أكثر أجهزة الاستشعار استخداما في صناعة التعدين، وهي تعمل على أساس قانون فاراداي للتعقيم الكهرومغناطيسي: فالفولط يُستحث في سوائل متحركة حيث أنه يمر عبر حقل مغناطيسي، وتُعد البارامترات المثلى للتوترات الكهربائية، مثل تلك التي تحتوي على ضغط على المياه منخفض الدقة.
مشاهدات الموجات فوق الصوتية
"مستشعرات التدفق الفوق الصوتية" "تستخدم نوعين رئيسيين" "في "الساعة العابرة" و"دوبلر"
أجهزة الموجات المتحركة
وكثيرا ما تستخدم أجهزة قياس التدفق المغناطيسي بالأشعة الكهرومغناطيسية بالتبادل، ولكن بعض الصانعين يميزونها بالتصميم أو التطبيق، وفي سياق التعدين، تُصمم أجهزة التدفق المغناطيسية خصيصا لسوائل ثقيلة ومساحية، وهي عادة ما تُظهر أجساما قوية، وكهرباء تعمل في مجال إنتاج ثقيل، وأجهزة قابلة للاستبدال، ويمكن لهذه الأجهزة أن تعالج الفلور ذات الوزن الصلب.
Coriolis Mass Flow Meters
وتقيس أجهزة التدفق الجماعي في كوريوليس تدفقاً مباشراً بكشف قوة كوريوليس التي تُستحث في أنبوب مُهز، وهي توفر قياسات دقيقة للغاية (حتى 0.1 في المائة من المعدل) وكذلك كثافة الإنتاج ودرجة الحرارة، وفي التعدين، تستخدم أجهزة قياس الكورس في تطبيقات حرجة مثل الجرعات المُعادنة، ومراقبة التركيز في التدفقات السُمكية، ورصد التدفقات المتوسطة الكثيفة بدرجة أقل.
محطة تفرق الترددات
أما أجهزة تدفق التدفق التي تستخدمها إدارة عمليات حفظ السلام، بما في ذلك لوحات الأورام، وأنبوب التهوية، والأنابيب المتحركة، فهي أدوات تقليدية تقيس التدفق استنادا إلى انخفاض الضغط عبر قيود، ويمكن استخدامها في سلورات إذا ما تم اختيارها وصيانتها على النحو الصحيح، ولكنها عرضة لتآكل عنصر التقييد والتخثر، وكثيرا ما تستخدم أجهزة الإرسال في خطوط الإمداد بالمياه أو قياس تدفق الغازات في التعدين، ولكن بالنسبة للكهرباء الثقيلة.
فوائد استخدام أجهزة الاستشعار المتدفقة في التعدين
ويسفر نشر أجهزة استشعار التدفق في عمليات التعدين عن فوائد ملموسة متعددة تؤثر مباشرة على خط القاع والوضع التنظيمي.
تعزيز السلامة
فالرصد المستمر يساعد على اكتشاف التسربات أو الاختراقات التي يمكن أن تؤدي إلى ظروف خطرة، ويمكن أن تمزق خطوط السلوري تحت ضغط شديد إذا ما أعاق التدفق، مما قد يسبب ضرراً للأفراد والأضرار البيئية، وقد تؤدي أجهزة الاستشعار المتفجرة المدمجة مع نظم الإنذار إلى وقف التدفق أو تحويله فوراً، وفي خطوط الأنابيب، فإن رصد التدفق أمر حاسم لتجنب الانسكابات؛ وقد أبرزت عوامل الفشل المفجع في السنوات الأخيرة الحاجة إلى ذلك.
الكفاءة التشغيلية
فبيانات التدفق الدقيقة تتيح تحسين مراقبة العمليات وتخفض النفايات، ففي دائرة مطحنة، على سبيل المثال، يجب الإبقاء على تدفق البطاطا إلى الأعاصير المائية ثابتا لتحقيق توزيع ثابت لحجم الجسيمات، وباستعراضات التدفق في الوقت الحقيقي، يمكن للمشغلين أن يضبطوا سرعة الضخ، وإضافة المياه، وضغوط الأعاصير، مما يقلل من حمولات الاعادة الكريهة واستهلاك الطاقة إلى الحد الأمثل.
الامتثال البيئي
ويكفل الرصد بقاء تصريفات السوائل والزئبق في حدود قانونية، ويحدد العديد من تصاريح التعدين معدلات التدفق القصوى والتركيزات اللازمة لتركيب الخيوط أو تصريف المياه، وتوفر أجهزة استشعار المياه ذات المحللين بيانات ضرورية للإبلاغ عن الامتثال، وفي بعض الولايات القضائية، يكون رصد التدفق في الوقت الحقيقي إلزامياً لمرافق التوابع، كما يساعد القياس الدقيق في إدارة المياه، ويقلل من استهلاك المياه العذبة ويكفل كفاءة عملية التدوير.
طول مدة المعدات
فالكشف المبكر عن مخالفات التدفق يحول دون حدوث ارتداء أو تمزق مبكرين، ويمكن للخطوط السائلة أن تخفض من مضخات الضخ ومنازل الأنابيب في غضون أسابيع إذا كانت سرعة التدفق مرتفعة جدا، وعلى العكس من ذلك، فإن التدفق الذي هو منخفض جدا يمكن أن يتسبب في إيجاد مستوطنات صلبة، مما يؤدي إلى عرقلة المركبات وتفريغها بشكل مفرط، ومن خلال الحفاظ على معايير تصميم التدفق، يمكن لشركات التعدين أن تمدد حياة المعدات الرأسمالية وتخفض تكاليف الصيانة.
التحديات في قياس تدفق موجات الذروة
وفي حين أن أجهزة استشعار التدفق توفر فوائد كثيرة، فإن بيئات التعدين تشكل تحديات هائلة يمكن أن تضعف أداء المستشعرات وموثوقيتها.
الإبطار والتآكل
فالدورات التي تحتوي على جسيمات حادة وصعبة مثل الكورات أو السام أو ركاز النحاس يمكن أن تُشبّت أطراف الاستشعار والكهرباء والأجزاء المبللة، وهذا يغير بمرور الوقت الهندسة الداخلية للمجس، ويتسبب في انجراف في معايرة، وكثيرا ما تتسارع التدفقات العالية السرعة، وتشمل الحلول استخدام أجهزة التدقيق ذات الوجهات الخزفية، وأجهزة الكهرباء ذات الوجه الصلب،
الهجوم والتصويب الكيميائيان
وتستخدم العديد من عمليات التعدين مواد كيميائية عدوانية مثل حمض الكبريتيك لغسل الكبريت، أو السيانيد لاستخراج الذهب، أو أجهزة قوية لزراعة العجلات، ويمكن أن تتآكل مواد الاستشعار إذا لم يتم اختيارها على النحو المناسب، ويمكن أن تتعرض الكهروديس الصلبة للهجوم بواسطة الكلوريدات أو الأحماض، كما أن المصانع توفر خيارات مادية مختلفة، بما في ذلك الهاستيلو والتنتالوم واختيار الفولاني للكهرباء.
اللغـة والتجميع
ويمكن أن تتراكم مواد العصي أو الألياف، مثل الطين المحتوي على المعادن أو البوليمرات المستخدمة في التخثر، على سطح أجهزة الاستشعار، وفي الماكبرات، يمكن أن تُغصّل هذه المعاطف بالكهرباء وتتسبب في فقدان الإشارة، كما أن أجهزة الاستشعار الدوبلية الفوقية قد تعاني أيضا إذا امتصتصاص أجهزة التغليف، باستخدام أجهزة التنظيف الفلورية، أو أجهزة التنظيف الآلية (مثليات الميكانيكية).
Air Entrainment and Gas Bubbles
ويمكن أن تسبب الفقاعات في أجهزة الاستشعار الكهرومغناطيسية ضوضاء وقراءات غير منتظمة في أجهزة قياس التدفق المسببة للاضطرابات، وفي أجهزة القياس التي تستخدم في التقلبات الشديدة، تبعث الفقاعات على الإشارة وتمنع القياس تماما، وكثيرا ما يحدث التدريب الجوي عند مضخات الضخ أو عند نقاط التصريف أو أثناء الخلط.
الضغط العالي والتدرج
فبعض عمليات التعدين تعمل في ارتفاع الضغط ودرجات الحرارة (مثلاً، تذبذب الأوتوماتيكلاف، وضخ الرعوي) ولا يمكن تقدير أجهزة الاستشعار القياسية للتدفقات لهذه الظروف، وقد تتجاوز أجهزة قياس الضغط العالية الخاصة بالوصلات المشتعلة والخطوط العالية الحرارة (مثل PFA) تكلفة ارتفاعها.
معايرة التحقق
ومن الصعب التحقق من دقة أجهزة استشعار التدفق المركب في خطوط المطاط، ولا يمكن استخدام الأساليب التقليدية مثل الدلوات والمفاتيح الداخلية باهظة الثمن، إذ يعتمد العديد من المشغلين على عمليات فحص دورية ذات مصافير محمولة أو على حسابات التوازن الجماعي، ومع ذلك فإن نظم التغيُّر، مثل جداول الأحزمة على الناقلين الذين يغذيون الصمامات، يمكن أن توفر عملية تحقق مستقلة.
الاتجاهات المستقبلية في رصد تدفق التعدين
وتعتمد صناعة التعدين بسرعة عملية رقمية وتشغيل آلي، وقياس التدفق في صميم هذا التحول.
التكامل مع الاتصالات اللاسلكية واللاسلكية
ويمكن لمستشعرات التدفق اللاسلكية ذات القدرات البالية في بلوتوث أو لورواغن أن تسمح بالرصد عن بعد دون كابلات باهظة الثمن، وهذا مفيد بصفة خاصة لتعقب خطوط الأنابيب التي تمتد على عدة كيلومترات أو للمعدات المتنقلة مثل أجهزة الحفر والحمولات، وقد تشير المنصات إلى بيانات تجميعية من أجهزة الاستشعار المتعددة، مما يتيح إجراء تحليلي للتنبؤات، وتنبيهات آلية، على سبيل المثال، قد يدل الفشل المفاجئ في التدفق على وجود مضخات.
الصيانة الافتراضية والتوائم الرقمية
ويمكن للمشغلين، إذا اقترن بمحللين متينين، أن يُتوقعوا أن يُحتفظوا بمستشعر أو خط أنابيب، مثل فحص الإلكترود للغاز أو وجود الغازات، وعندما يقترن ذلك بمحللين مُحكمين، يمكن للمشغلين التنبؤ بمستشعر أو خط أنابيب، ويستخدمون نماذج رقمية من أجهزة الحفر بيانات التدفق لتحفيز السيناريوهات، وتصويب النقاط، وأجهزة الصيانة المُتة.
المواد المتقدمة وأجهزة الاستشعار الذاتية
ويجري حالياً إجراء بحوث في أجهزة الاستشعار التي تعمل بالدماغات، وملاءات الكربون المشابهة للماس، وتصميمات الكهروود التي تعمل بالتكليف الذاتي، وقد استحدث بعض الصانعين أجهزة استشعار يمكن أن تعكس تلقائياً كهرومغناطيسية أو تستخدم الموجات فوق الصوتية لإزالة التكديس، وتعود هذه الابتكارات بتقليل فترات الصيانة وتحسين الدقة في التطبيقات التي تُستخدم في الارتباك.
تحليل البيانات في الوقت الحقيقي والتعلم في مجال الآلات
ويمكن أن تُدرَج بيانات تدفق النفايات، إلى جانب متغيرات العمليات الأخرى (الكثافة، والضغوط، والضغط) في نماذج للتعلم الآلي التي تكشف عن وجود شذوذ أو تعظيم بارامترات العمليات، فعلى سبيل المثال، قد يتعلم نموذج أن نمط تدفق محدد يشير إلى بداية مسدود خط أنابيب مائل، وتعديل سرعة الضخ أو فتح صمام التجاوز قبل حدوث كتلة كاملة، وهذا النهج الاستباقي ينتقل من مرحلة التنفيذ التدريجي.
تطبيقات في عمليات التعدين المحددة
يتم نشر أجهزة استشعار للتدفقات عبر كل مرحلة تقريبا من مراحل تجهيز المعادن، وهنا بعض التطبيقات الرئيسية.
النقل السلوري والخطوط
وتنتقل خطوط الأنابيب الطويلة الأجل من مواقع المناجم إلى مصانع تجهيزها أو مرافق تخزينها، وتوفر أجهزة الاستشعار المتدفقة على طول خط الأنابيب بيانات آنية عن معدل التدفق والكثافة المخففة والضغط، وهذه البيانات حاسمة لمنع الإفراط في الضغط وكشف التسربات، أما قياسات التدفق المغناطيسي فهي الخيار المعياري نظرا لقدرتها على التعامل مع خطوط الأنابيب العالية التدفق وكم قوية.
التكرير والإيضاح
وفي السماكات، تكون المزلاجات الخفيفة شديدة التركيز، وكثيرا ما تتجاوز المحتوى الصلب 60 في المائة بالوزن، ومن الضروري قياس التدفق الدقيق لهذا الفرن الكثيف من أجل التحكم في ارتفاع السرير السميك والجرعة بشكل صحيح، وكثيرا ما تستخدم أجهزة قياس الذرة في هذا المكان لأنها تقيس الكثافة، وتوفر مقياسا مباشرا للثبات أو للثبات.
دوائر الطوابق
وتحتاج خلايا التذبذب إلى مراقبة دقيقة لتدفقات الطيور الغذائية، حيث أن التباين يؤثر على وقت الإقامة في الخلايا وعلى الانتعاش، وكثيرا ما تتوقف نقاط الإضافة المتعددة على قياس التدفق للحفاظ على الجرعات الكيميائية المناسبة، وتستخدم أجهزة الاستشعار فوق الصوتية في بعض الأحيان على خطوط غسيل الطوابق لأنها تستطيع معالجة جزء من الغاز المتغير (الجوازات المضافة للتآكل)، ولكن الأجهزة الكهرومغناطيسية تُفضَّل عندما تكون القدرة على التصريف كافية.
Hydrocyclone Feed and Overflow
وتستخدم الأعاصير الهيدروجينية للتصنيف والهبوط، ويعد قياس تدفق كل إعصار أو مجموعة من الأعاصير أمرا حيويا لضمان التشغيل المستقر، وقد يؤدي انخفاض تدفق الأطعمة إلى وجود جسيمات من الكاروسات لتبلغ عن التدفق المفرط، مما يقلل من الأداء في المجرى السفلي، كما أن قياسات التدفقات المغناطيسية عادة ما تكون على رأس المغذي، بالإضافة إلى أن قياس التدفق في مسارات التدفق التدفق الفوقة يساعد على تحقيق التوازن في عمليات التدفق.
إدارة التايل
وبالنسبة للترسيب في مرافق تخزين النفايات، تكفل أجهزة استشعار التدفق توزيعها بالتساوي وبالكثافة الصحيحة، وتحتاج بعض الأنظمة إلى تسجيل مستمر للتدفق من أجل الامتثال البيئي، كما أن أجهزة الاستشعار اللاسلكية والمزودة بالطاقة الشمسية تتيح الرصد في البركات ذات الصبغة النائية، كما أن استخدام أجهزة استشعار التدفق يتوسع لرصد استعادة المياه من ذيول المياه، وهو عامل حاسم في المناطق التي ترتدى المياه.
خاتمة
ومن أجل ضمان النقل الآمن للمزلاجات من أجل تحقيق أفضل عمليات التعافي، فإن البيانات التي توفرها هذه أجهزة الاستشعار تؤثر مباشرة على النجاح التشغيلي والإدارة البيئية، وفي حين أن التحديات مثل الابتزاز، والتجميع، والظروف القاسية، ستظل التقدم المستمر في المواد الحساسة، والتكنولوجيا اللاسلكية، وتحليل البيانات، تجعل رصد التدفق أكثر موثوقية وقابلية للتنفيذ، مع استمرار شركات التعدين في تعزيز التدفق الرقمي.