مقدمة

وتشهد صناعة التعدين تحولا عميقا مدفوعا بتكنولوجيات الفرز القائمة على الاستشعار، حيث تبرز النظم القائمة على الليزر باعتبارها عاملا حاسما في الدق والكفاءة والاستدامة، وتنتج عن ذلك زيادة في فرز المعادن التي تركز على الأشعة الضوئية لتحلل فرادى الجسيمات في الوقت الحقيقي، مما يتيح للمشغلين فصل الركاز القيم عن النفايات قبل أن يدخلوا في مراحل التجهيز الكثيفة الطاقة.

وهذا المبدأ بسيط بشكل واضح: فكل نوع من أنواع المعادن يتفاعل مع الضوء الليزري بطريقة فريدة، وينتج بصمة وصفية، ويمكن للفرز الحديث أن يتخذ قرارات متفرقة بشأن ما إذا كان ينبغي قبول أو رفض مادة ما، وقد أدى التقدم الأخير في مصادر الليزر والآلات والآلات الحاسوبية والتعلم الآلي إلى تحسين الدقة بشكل كبير من خلال تطبيقات التعدين في المستقبل، وفحص مبادئ التفكك.

الخلفية التاريخية للمعادن

وبالنسبة لمعظم تاريخ التعدين، يعتمد فرز الركاز على مصانع اليد العاملة التي حددت بصيرة قطعا قيمة على أحزمة النقل، وكانت هذه الطريقة بطيئة ومتضاربة وخطيرة، لا سيما عند التعامل مع المواد الغرامية أو الترابية، وبدأت عملية الفرز الآلية القائمة على الاستشعار في أواخر القرن العشرين لتغيير المشهد، واستخدمت النظم الأولية نقل المعادن بواسطة أجهزة التصوير المحتوية على أشعة سينية، وأجهزة الكشف عن المواد المشعة.

وقد دخلت النُهج القائمة على الليزر موقعها في التسعينات وأوائل العقد الأول، وركزت في البداية على تطبيقات متخصصة مثل استعادة الماس، وقد يكتشف الفلور بفعل لاسر الفلور وجود الماس تحت الضوء فوق البنفسجي، مما يتيح التقاطه آليا بموثوقية غير مسبوقة، وعلى مدى العقدين التاليين، قام الباحثون ومصنعو المعدات بتوسيع نطاق التكنولوجيا لتشمل مجموعات معدنية أخرى عن طريق استغلال التفاعلات التي تتراوح بين ليزر وجهاز التصويري:

مبادئ لاسر - باسيد سورتنغ

التفاعلات بين أجهزة لاسر - ماتر

وتستغل نظم الفرز القائمة على الليزر ثلاثة ظواهر مادية رئيسية: LIBS، وRman scattering، وفلوريسات بفعل الليزر، وفي LIBS، يُحدث تحليل ناو ثاني عالي الطاقة من طيف المواد من سطح الجسيمات، ويُحدث البلازما، ويُلتقط الضوء في سمات موجة من العناصر المكونة للسيارات، والكاشف،

ويستخدم جهاز تصوير الرامان ليزراً متواصلاً أو محمراً إلى إهتزازات جزيئية، ويحتوي الضوء المبعثر على ترددات تكشف عن معلومات عن هياكل البطاقات المعدنية وتعدد المقاييس، على سبيل المثال، يميز السعرات الحرارية عن الارتباك أو الرابط من الثقب المعدني.

اقتناء البيانات وسجل اتخاذ القرارات

وفي فرز صناعي نموذجي، تقدم الجسيمات على حزام مرتفع السرعة أو في منطقة الكشف، وتُلقي مجموعة من البقع الليزرية أو الشعاعات المسدودة الضوء على مجرى الجسيمات، وتُعطي أجهزة الكشف عن المواد المحتوية على إشارات عالية، أو أجهزة التحلل المحتوية على مواد مصغرة، أو أجهزة التليف المحتوية على أجهزة التليفزيون المحتوية على إشارات مصغرة، وفي كثير من الأحيان، تُرسلات ذات قيمة مصغرة.

ومن الأمور الحاسمة بالنسبة للأداء مواءمة الموجات الليزرية، والطاقة النبضية، ومعدل التكرار، وتوقيت الكشف، ويمكن للنظم الحديثة أن تعمل بمعدلات التكرار التي تتجاوز ٥٠ كيلوهرتز، مما يتيح تحليل كل جزيئات على حدة بسرعة حزامية من عدة أمتار في الثانية، ويمك ِّن الجمع بين قرار الطيف العالي والفصل الزمني العالي من التمييز بين الشعائر المعدنية التي تكاد تكون متطابقة في الشكل التقريبي.

التطورات التكنولوجية الأخيرة

تعزيز نظامي القرار الشامل والشبكات المتعددة الأطفاء

ومن أهم عمليات الانجاز التي تحققت نشر مصادر متعددة الترددات وأجهزة لازر ذات النطاق العريض، وبدلا من الاعتماد على موجة واحدة ثابتة، يمكن للفرز الحديث أن يتحول بسرعة بين عدة خطوط ليزرية، و 266 ميلاً مربعاً، و 355 نانو متراً، و 532 نانو متراً، و 1064 نانو متراً من أجل الحصول على معلومات تكميلية، وزادت نسبة الاختراق الأشعة الليبري من ارتفاع الأشعة الليبري.

التحليلات العالية السرعة والمعالجة في الوقت الحقيقي

وقد كانت أوجه التقدم في المعدات الحاسوبية ذات تحول مماثل، وقد أتاح الانتقال من التجهيز القائم على أساس وحدة المنافسة النباتية إلى هيكلي FPGA و GPU تصنيف عشرات الآلاف من الجسيمات في الوقت الحقيقي في الثانية، كما أن المعجلات المتطورة في مجال المعالجة بالغازات المعدنية، مثل وحدات التجهيز العصبي - التي تدير الآن شبكات جديدة متطورة للثورة يمكن أن تحدد النسيج المعدني، والتحرير، وخصائزات التي تستخدم فيها صناعة العت التقليدية.

التلقائية والتكامل والصيانة الافتراضية

وقد أصبحت فرز السائلات متكاملة تماما في إطار محطات التجهيز الحديثة، وهي تتصل بنظم الرقابة الإشرافية واقتناء البيانات، وتعدل المعايير تلقائيا على أساس تقلب أشعة الخام، وتورد تقارير عن مقاييس الدرجات والانتعاش في الوقت الحقيقي، وترصد شبكة المعلومات عن أجهزة الاستشعار التي تستخدم الليزر الانجراف، وتنظيف النوافذ، وحساسية أجهزة الكشف، وتحفز دورات التنظيف أو التصحيح قبل تدهور الأداء.

المنافع البيئية والاقتصادية

فالمزايا البيئية لفرز الليزر كبيرة، إذ إن رفض النفايات الناقصة في وقت مبكر من العملية، يقل حجم المواد التي تدخل المطاحن بنسبة تتراوح بين 20 و60 في المائة، مما يؤدي إلى خفض استهلاك الكهرباء واستخدام المياه بصورة مباشرة، كما أن المواد الكيميائية مثل تلك المستخدمة في الطفرة - هي عوامل ضرورية بكميات أصغر، وتتقلص أحجام المصانع التي تُستخدم في إنتاج البلاستيك في جنوب أفريقيا، مما يدل على أن فرز الكربون يقل استهلاك المياه بنسبة 40 في المائة وأقل.

تطبيقات في صناعة التعدين

Diamond Sorting

ولا يزال استرداد الماس واحدا من أكثر التطبيقات نضجاً في فرز الليزر، إذ يؤدي الفلور بفعل الفلور إلى انبعاثات زرقاء مشرقة من معظم الماس الطبيعي، وهو ما يكتشف بحساسية عالية، ويميز بين الماس وجميع المعادن الأخرى، بما في ذلك معدن مؤشر الكيبرليت والمنشطات الاصطناعية، ويعالج صانعو المواد الكيمائية مائتي طن من كل ساعة في روسيا.

المواد الأساسية والمعادن البشعة

وفي عمليات النحاس والذهب والفضة، يقدم الفرز القائم على نظام الليبس تحليلاً أولياً يتيح رفض المواد المنخفضة الرتبة أو الخام، وبالنسبة لأكسيد النحاس والكبريتات، يمكن للنظم أن تفرق بين الكيماويات والكلاكوبيت والولديت والطقوس، مما يتيح استعادة المواد ذات الفلفل الحارة بصورة انتقائية، وقد استخدمت في التعدين الذهبي، زيادة في أسعار الليزر.

المعادن الصناعية

ويطبق فرز الليزر على نطاق واسع في إنتاج الليثيوم والغرافيت والعناصر الأرضية النادرة والمعادن الصناعية مثل الحجر الجيري والحجر والفلزات، ويمكن فصل الأوعية من الفلفل الحارة والكموز باستخدام مطياف الزجاجي أو الليزب في خطوط انبعاث الليثيوم عند ٦٧٠,٨ ميلاً في شكل موجات الكترونية من الزعانف.

إعادة تدوير النفايات والتعدين الحضري

وعلى الرغم من عدم استخدام تكنولوجيا فرز الليزر على نحو صارم في إعادة تدوير النفايات الإلكترونية وخردة المعادن، فإن ماسحات الليبريين الليبريين تُحدد المعادن القيمة مثل النحاس والذهب والبالاديوم والتنتالوم في لوحات الدوائر الممزقة والمحولات التحفيزية، ويتقاسم هذا تطبيق الاقتصاد الدائري نفس التكنولوجيا الأساسية ويقود مزيدا من التقدم في أجهزة تحليل الليزر المنخفضة التكلفة والمدمجة.

الاتجاهات والتحديات المستقبلية

دال - مدى الاستدامة والاعتماد في بيئات هرش

ومن التحديات الرئيسية التي تواجه فرز الليزر الحفاظ على الأداء البصري في ظل ظروف الغبار والرطب والاحترار المرتفع، كما يمكن أن تلوث نوافذ اللازر وأجهزة الكشف الضوئي بسرعة، نوعية الإشارة المهينة، كما أن نظم التنظيف المضغوطة بالسكاكين الهوائية، وتصميمات المطياف الأقل حساسية لتشويه النوافذ هي مناطق بحثية.

معالجة الجسيمات الجميلة والأشعة المعقدة

أما الفرز الليزري الحالي فهو أكثر فعالية بالنسبة للجسيمات التي تزيد عن 2 ملم، وبدون هذا الحجم، تغطي البقعة الليزرية جزءاً كبيراً من الجسيمات، وقد يكون جهاز التراكم قابلاً للمقارنة في الحجم، مما يؤدي إلى ضعف الإشارات أو الاختلاس الكامل، كما أن البحث في أجهزة الليزر المزودة بموجات قصيرة (منخفضة إلى 193 نانو متراً) وقد يؤدي تركيزها إلى تفصيل موثوق من الجسيمات المصغرة إلى 500 مركب.

التكلفة والقابلية للتسويق

ولا تزال التكلفة الرأسمالية لفرز الليزر المجهز تجهيزا كاملا مرتفعة، حيث تبلغ عادة ١-٣ مليون دولار للوحدة، غير أن فترة الانتكاس تقل في كثير من الأحيان عن سنتين للعمليات التي تحقق تخفيضا بنسبة ٢٠ في المائة أو أكثر في تكاليف التجهيز في المراحل النهائية، وقد يتطلب توسيع نطاق التكنولوجيا بحيث تصل إلى مستويات عالية جدا )أكثر من ٠٠٠ ١ طن في الساعة( وحدات متوازية متعددة يمكن أن تصبح كثيفة الاستخدام للفضاء وللكهرباء.

التكامل مع الاستشعار المتعدد الوسائط

ومن المرجح أن تجمع محطات الفرز في المستقبل بين التحليلات القائمة على الليزر وبين أنواع أخرى من أجهزة الاستشعار - الأشعة السينية، وقرب الفراولة، والموجات الدقيقة، والتدخيل الكهرومغناطيسي - في تدفق واحد، كما أن خوارزميات دمج البيانات التي تدمج القياسات التكميلية يمكن أن تحقق درجة أعلى من أي طريقة واحدة، مثل الجمع بين الكثافة الشعاعية الشعاعية الاكسية وبين الكيمياء الفوقية.

السلف في تكنولوجيا لاسر

ويمكن لمصادر الجيل التالي من الليزر، مثل الليزر الليزر الألياف والليزر الكمي، أن توفر استقراراً محسناً في نبضات القلب، وانخفاض استهلاك الطاقة، وقابلية التوحيد الموجي، ويمكن للليزر في نطاق يتراوح بين 2 و5 ميكروغرامات متوسطة الحجم أن تصل إلى الظواهر الجزيئية الأساسية مباشرة، ويمكن أن تحل محل الرامان بقياسات مباشرة بسيطة.

خاتمة

وقد تقدمت عملية الفرز المكثف للمعادن التي ترتكز على اللازر من أداة لاسترجاع الماس إلى منصة متعددة الأطراف ذات أداء رفيع تنطبق على كامل سلسلة قيم التعدين، وقد أدت التحسينات الأخيرة في مجال تسوية الطيف وسرعة التجهيز والتشغيل الآلي والأداء البيئي إلى جعلها تكنولوجيا لا غنى عنها لعمليات التجهيز المعدني الحديثة، حيث أصبحت الهيئات المنشأة بموجب مواد كيميائية أكثر تعقيدا وتشديد القيود البيئية، ولن تزداد أهمية توفير البحوث المتعلقة بالبضائع في وقت مبكر وبدقة.

External References]