دور الدراسات التعدينية في تأليف تصميم الألغام لمختلف الأهوار

مؤسسة السمسرة

وتوفر الدراسات المتعلقة بالألغام البيانات الأساسية التي تدفع كل قرار رئيسي في تصميم الألغام وتشغيلها، وخلافاً للرأي الجيوكيميائي الذي يُذكر فقط التركيزات الأساسية، يكشف التحليل المعدني عن المعادن التي تستضيف العناصر المستهدفة، وأحجامها، وخصائص التحرير، والعلاقات النسيجية، وتحدد هذه المعلومات مباشرة كيف ستستجيب الركاز لعمليات السحق والطحن والفصل والارتطام.

وتدمج تدفقات العمل المعدنية الحديثة تقنيات تحليلية متعددة لبناء صورة كاملة لجسد الركاز، وتدمج نظم التزود الآلي بالمعادن مثل نظام QEMSCAN و MLA (محلل تحرير المعادن) بين مسح الميكروسكوبيلات الكهربائية ومسح المضاربة الأشعة السينية المتناثرية للطاقة لإنتاج خرائط معدنية مفصلة على نطاق الجسيمات، وتنتج هذه النظم بيانات كمية عن المقاييس الضوئية للمعادن، ومراحل التحريرية

وبالإضافة إلى التحليل المختبري، فإن التقدم المحرز مؤخرا في الأدوات القابلة للتنقل في الميدان يتيح إجراء تقييم معدني في الوقت الحقيقي أثناء الاستكشاف والتعدين، وتوفر محلليات نموذجية محمولة من هذا النوع فحصا أوليا سريعا، في حين يمكن لنظم التصوير الفائق المدى الميدانية أن ترسم خرائط لتوزيع المعادن عبر الوجوه والمخزونات من المقاعد، ويتيح إدماج هذه الأدوات مع برامجيات نموذجية جيولوجية لمهندسي التعدين بناء نماذج دينامية للموارد تتضمن تقلبات المعادن، مما يؤدي إلى زيادة التكيف والاستجابة.

التقنيات التحليلية المتقدمة

ويعتمد اختيار الأساليب التحليلية المناسبة على نوع الركاز والأسئلة المحددة التي يجري تناولها، وبالنسبة للخامات المتعددة الفلزات المعقدة، توفر النظم الآلية للتعدينات المعدنية الحل المكاني اللازم لتحديد الازدحامات الدقيقة التي تؤثر على كفاءة الفصل، وبالنسبة للودائع الأوكسيدية والودائع الأفقية، حيث تكون المعدات المتجانسة أكثر في كثير من الأحيان، وقد تكون هذه المبيدات، إلى جانب تحليل الأشعة الحرارية، كافية لتحديد خصائص جميع المراحل الرئيسية.

ويجب أن تكون تكلفة التحليل المعدني وفترة دورانه متوازنة مع قيمة المعلومات التي يتم الحصول عليها، وقد تعتمد مشاريع المرحلة المبكرة على مزيج من الأشعة السينية والنسخة الدقيقة البصرية لإنشاء نظام أساسي للتعدين، في حين تستفيد المشاريع المتقدمة التي تضم هيئات محددة من الإحصاءات المفصلة التي توفرها التلقائية، والمفتاح هو مطابقة كثافة التحليل لمرحلة تطوير المشاريع وتعقيدها.

ما بعد تكوين المجموعة

وتتجاوز الدراسات اللغائية مجرد إدراج المعادن الموجودة، إذ إن نص الركاز - حجم الحبوب المعدنية وشكلها وترتيبها المكاني - يحدد كيف ستتصرف الخام أثناء التجهيز، كما أن الخامات المكبوتة ذات الحدود المعدنية البسيطة يسهل تحريرها والتركيز عليها، في حين أن الخامات المحورة ذات الصبغة المعقدة تتطلب مزيدا من الحزم والبرمجيات المتطورة.

ترجمة البيانات المعدنية إلى قرارات تصميم الألغام

وتستلزم ترجمة البيانات المتعلقة بالتعدين إلى بارامترات عملية تصميمية نهجا منهجيا ينظر في سلسلة التعدين والتجهيز بأكملها، وتتأثر كل عملية من عمليات الوحدات من الانفجار عن طريق الاسترداد النهائي للمنتجات بالخصائص المعدنية، والهدف هو وضع تصميم لغم مصمم خصيصا للممتلكات الفريدة من نوعها في جسم الركاز، بدلا من تطبيق حلول عامة قد تكون دون المستوى أو حتى غير فعالة.

تصميم وتجزئت

ويرتبط سلوك التجزؤ في الركاز أثناء الانفجار ارتباطا مباشرا بتكوينه المعدني، حيث إن الأورام التي تحتوي على معادن كثيرة من قبيل الهروط تميل إلى كسر أكثر سهولة من تلك التي تهيمن عليها المعادن النحيلية مثل الشاليب أو المجرات، ويمكن أن يؤدي وجود المعادن الطينية إلى تغيير كبير في أنماط التجزؤ، مما يؤدي إلى تجاوز أو تكسير البيانات حسب نوع التجزؤ ومسح المسح الأمثل.

وفي الهيئات المعقدة التي تختلف فيها المعادن اختلافا كبيرا عبر الودائع، يجب تكييف خطط التفجير مع مناطق مختلفة، مثلا، فإن هيئة ركاز تنتقل من منطقة شديدة التخدير إلى منطقة غنية بالعجلات تتطلب معايير مختلفة للإنفجار في كل مجال، ويمكن أن تؤدي نماذج الإنفجار المتقدمة التي تتضمن متغيرات المدخلات المعدنية إلى التفكك الأمثل مع التقليل إلى أدنى حد من التفكك والأضرار التي تلحق بالصخرة المحيطة.

اتحاد الدائرة الاستيعابية

إن تصميم دوائر السحق والطحن هو أساس محركها الخصائص المعدنية، وقد تتأثر الصعاب، التي تقاس من خلال مختلف اختبارات مؤشرات العمل، بالتراكم والمنسوجات المعدنية، حيث أن الأهوار التي تحتوي على حجارة وفرة أو فولدز أو غير ذلك من المعادن الصلبة، تتطلب قدرا أكبر من الطاقة لخفض الحجم وقد تتطلب مراحل متعددة من السحق والطحن.

وتُبلغ بيانات التحرير المعادن مباشرة حجم الطحن المستهدف للدائرة، ويجب أن يكون حجم الطحن كافياً لتحرير المعادن القيمة من الغوغاء ولكن الكاربة بما يكفي لتجنب الاستهلاك المفرط للطاقة وتوليد الجسيمات الدقيقة التي يصعب استردادها، وتسمح بيانات التألق المعادن الآلية عن التحرير بكسر الحجم لمهندسي العمليات بتحديد الحجم الأمثل للطحن الذي يوازن بين هذه العوامل المتنافسة.

عملية اختيار المستفيدين

ويحدّد اختيار عمليات التكثيف - الجلد، وفصل الجاذبية، والفصل المغناطيسي، والغسل، أو تركيبات المعادن - الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعادن الموجودة، وتصمم دوائر التفريغ على أساس الكيمياء السطحية للمعادن المستهدفة، التي تتأثر بهيكلها البلوري ووجود كسور سطحية، بالنسبة لشركات جمع المعادن، واختيار المجمّعات.

إن الفصل الجاذبية هو أكثر فعالية للمعادن ذات المقارنات العالية الخطورة، مثل الذهب، والمقعد، والهيمات، وتتأثر كفاءة دوائر الجاذبية بحجم الجسيمات وشكلها وخصائص التحرير، التي تحددها الخواص المعدنية، ويعتمد الفصل المغناطيسي على قابلية المعادن المغناطيسية للتأثر، التي تختلف اختلافا واسعا بين الأنواع المعدنية المختلفة.

إن عمليات الفرز، سواء كانت مضبوطة للذهب أو القفز بالنحاس لأكسيد النحاس، تعتمد اعتمادا كبيرا على التكوين المعدني، ففي خام الذهب، يمكن أن يحدد وجود المعادن الكهرمائية مثل الطقوس أو النسيج الجسيمات الذهبية ويمنع الاتصال بحل الغسل، كما أن عمليات إعادة التأشيرة أو التكسيد للضغط أو الاختراق البيولوجي قد تتطلبها.

الضوابط المتعلقة بالمعالجة

وتخضع سلوك تجهيز أنواع مختلفة من الخامات لضوابط متمايزة من حيث علم المعادن، ويتيح فهم هذه الضوابط لمصممي الألغام توقع ومعالجة التحديات المحتملة في مجال التجهيز قبل ظهورها، مما يقلل من التأخيرات وتجاوز التكاليف خلال العملية.

Sulfide Ore Systems

إن خامات الكبريت، التي هي المصادر الرئيسية للنحاس والرصاص والزنك والنيكل والعديد من المعادن الثمينة، تمثل تحديات معدنية محددة في التجهيز، إذ أن وجود معادن متعددة من الكبريتات ذات استجابات مماثلة للزراعة يمكن أن يعقّد دوائر انتقائية للزراعة، مثلاً في أوعية النحاس المعقدة، يتطلب فصل الكيميائيات عن الهجائية مراقبة دقيقة

(ب) إنَّ تصريف المناجم الحمضية [(FLT:1]) هو مصدر قلق بيئي هام يرتبط بخامات الكبريتيدات، فالطقوس والمعادن الرطبة والمعادن العشبية المشتركة في العديد من رواسب الكبريتيدات، وتأكسد عند التعرض للهواء والمياه، وتوليد حمض السلفوريك، وتعبئة المعادن الثقيلة.

وقد أظهر العمل الذي تم مؤخرا بشأن الضوابط التعدينية على أداء النبات أن حجم الحبوب وصعوبة السطح، سواء من خلال التزود الآلي بالمعادن، يؤثران تأثيرا كبيرا على كفاءة الضبط المحتوي على الجسيمات، ويجري تطبيق هذه المعرفة على تصميم خلايا النبات والدوائر التي تُستخدم على الوجه الأمثل للخصائص المعدنية المحددة للخام الجاري تجهيزها، وتحسين معدلات التعافي، والحد من استهلاك المواد الرجعية.

الإيداعات السطحية والوديعة اللاحقة

وتختلف السميد والودائع الأفقية، التي تشكل مصادر هامة للكميات والألومنيوم والنيكل والكوبالت، اختلافا جوهريا في الخصائص المعدنية عن خامات الكبريت، وتتكون هذه الرواسب من عمليات طقس تنتج تركيبا معقدا من الأوكسيدات والهيدروكسيدات والمعادن الطينية، وتختلف السمات المعدنية للودائع الأفقية اختلافا شديدا في المناطق العمودية والأفقية.

وفي مواقع النيكل الأنهارية، يتطلب الانتقال من المناطق الليمونية التي يهيمن عليها الغييتي إلى المناطق المشبع بالبراميل التي يهيمن عليها الرذاذ والتل النهوج المختلفة لمعالجة كل منطقة، وتتم معالجة الخامات الليمونية عن طريق التلويث الأحماض العالية الضغط، في حين أن الصبغة المزروعة تناسب بشكل أفضل الطرق المميتة للجراحة مثل الصهر الخصبي.

أما الودائع البوكسية، وهي المصدر الرئيسي للألومنيوم، فهي تتمثل أساسا في الطهي، والبهيميت، والديسوبور، التي يتطلب كل منها ظروفا مختلفة للحفر في عملية بايير، ويقرر وفرة هذه المعادن درجة الحرارة والضغط اللازمين لاستخراج الألمني بكفاءة، ولذلك فإن التحليل الافتراضي للموارد البوكسية ضروري لتصميم الدائرة الكهرمائية وتقدير وجود الطاقة.

Refractory Gold Ores

وتحتاج خامات الذهب التي تعد من مخلفات السيانيد التقليدي إلى اهتمام خاص أثناء تصميم المناجم، ويمكن أن تنشأ إعادة التقلب من عدة عوامل معدنية: الجسيمات الذهبية المكدسة في الفلفيد أو المصل، والذهب المرتبط بالمواد الكربونية التي يفصلها الأدب عن الحل، أو وجود معادن تستهلك السيانيد أو الأكسجين أثناء عملية الغسل.

وتركز الدراسات اللغائية لخامات الذهب الخبيثة على تحديد المعادن المضيفة للذهب وتحديد حجم الحبوب وتوزيع الجسيمات الذهبية، وتستخدم هذه المعلومات لاختيار طريقة مناسبة قبل المعالجة - تأكسد الكبريتيدات عن طريق التبريد أو أكسيد الضغط، أو تدمير المادة الكربونية عن طريق الوسائل الكيميائية أو الحرارية، وتعتمد بيانات التصريف الافتراضي على مراحل التكوين الكميائي للمعادن.

وفي السنوات الأخيرة، أتاح تطوير تكنولوجيات فرز الركاز فرصا جديدة لمعالجة خامات الذهب المكسور، ويمكن أن ترفض نظم الفرز القائمة على الاستشعار التي تحدد الخصائص المعدنية في الوقت الحقيقي المواد ذات الكبريت العالية أو التي تثير إشكالية قبل دخولها دائرة التجهيز، وهذا النهج يقلل من حجم المواد التي تتطلب المعالجة المسبقة ويحسن الاقتصاد الكلي للعملية.

Environmental Risk Mitigation through Mineralogy

ولا تقتصر الدراسات المتعلقة بالألغام على أهمية تحقيق الاستخدام الأمثل للاستخلاص والتجهيز فحسب، بل أيضاً لتقييم المخاطر البيئية المرتبطة بعمليات التعدين والتخفيف من حدتها، كما يمكن استخدام نفس البيانات المتعلقة بالمعادن التي تسترشد بها عملية تصميم العمليات للتنبؤ بالسلوك البيئي للنفايات ولتصميم استراتيجيات للإدارة تقلل من الآثار إلى أدنى حد.

ويتمثل الخطر البيئي الأكثر أهمية في العديد من عمليات التعدين في توليد النفايات الناتجة عن إزالة الأحماض من النفايات التي تولد الكبريتيدات، وتُحدَّد الإمكانات المولدة للحمض في صخور النفايات وأجهزة التلّب من خلال وفرة المعادن الكبريتية وتفاعلها، ولا سيما الطقوس، غير أن وجود معادن مستهلكة للحمض مثل الكربون يمكن أن يُولِّد توليد الأحماض ويمنع تطوير الظروف المحاسبية.

وفيما عدا إدارة التنمية الزراعية، فإن استئصال العناصر المتأصلة من نفايات التعدين تخضع للسيطرة الأشكال المعدنية التي تحدث فيها تلك العناصر، ومن المرجح أن تُطلق العناصر التي تستضيفها مراحل معدنية مستقرة أقل من تلك التي تستضيفها مراحل تفاعلية، ومن ذلك مثلا أن الزرنيخ الموجود في أرسنوبيتر يُطلق بسهولة تحت ظروف تأكسس من الزرنيخ المدمج في بنية الطقوس، مما يتيح فهم هذه الضوابط التنظيمية المعدنية إطلاق النفايات البيئية إلى أدنى حد.

(ب) Tailings storage facility design] is another area where mineralogical input is critical. The physical properties of tailings - theirarticle size distribution, permeability, and consolidation behavior - are determined by the mineralogy of the processed ore. Both-richings may have low permeability and poor consolidation characteristics, requiring larger storage volumes and more sophisticated management systems.

وتبين دراسة من مجلة " ميرينالز " الهندسية () كيف استخدمت نُهج متكاملة في مجال علم المعادن والجيوفيمائية للتنبؤ بقدرات إدارة المواد الكيميائية في رواسب الكبريت المتعددة الفلزات، مما يوفر إطارا لتصميم خطط لإدارة النفايات تقلل من المسؤولية البيئية.

تحقيق الاستخدام الأمثل للموارد

والهدف النهائي المتمثل في إدماج الدراسات المتعلقة بالتعدين في تصميم المناجم هو تحقيق الاستخدام الأمثل اقتصاديا، إذ يمكن لعمليات التعدين، من خلال تكييف التصميم مع الخصائص المحددة لهيئة الركاز، أن تحقق مستويات أعلى من الاسترداد، وتدني تكاليف التشغيل، وانخفاض الإنفاق الرأسمالي، وعادة ما تكون عائدات الاستثمار في السمة المعدنية عالية جدا، حيث أن البيانات التي توفرها يمكن أن تؤدي إلى تحسينات كبيرة في أداء العمليات.

ومن بين أكثر الفوائد الاقتصادية المباشرة للدراسات التعدينية القدرة على تحقيق الحد الأمثل من درجات القطع وتعريف الركاز مقابل النفايات، وقد تفوت حسابات درجات الاختزال التقليدية التي تستند فقط إلى أسعار المعادن وتكاليف استخراج المعادن عوامل معدنية هامة تؤثر على سلوك التجهيز، مثلا، قد تكون هناك تكلفة أكبر من تكلفة تصميم نموذجي ذي قيمة دنيا من حيث التكوين، مع وجود تسلسل خامي في المعادن عالية الجودة.

كما تدعم الدراسات المتعلقة بالأوبئة استرداد المنتجات الثانوية القيمة التي قد تضيع لولا ذلك، ويتضمن العديد من رواسب الركاز عناصر قيمة متعددة يمكن استردادها إذا توافرت المعلومات التعدينية المناسبة، فعلى سبيل المثال، كثيرا ما تتضمن رواسب الخلايا النحاسية كميات كبيرة من المغليبدينوم والذهب والفضة، يمكن استردادها من خلال دوائر التجهيز المستهدفة.

وقد نشرت ]Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review] عدة دراسات إفرادية تبين كيف استخدمت السمة المعدنية لتحسين الانتعاش في خامات متعددة الفلزات المعقدة، مع أمثلة من العمليات في جميع أنحاء العالم.

وبالإضافة إلى تحسين الانتعاش، يمكن أن تقلل البيانات المتعلقة بالتكوين المعدني من تكاليف التشغيل عن طريق الاستخدام الأمثل لاستهلاك المواد المانعة، واستخدام الطاقة، والجداول اللصيانة، وبالنسبة لدوائر توليد الطاقة، فإن أنواع وكميات المواد الميكانيكية المطلوبة تتوقف على السطح المعدني الموجود في الركاز، كما أن البيانات التفصيلية المتعلقة بالحوادث المعدنية يمكن أن تصمم وفقاً لمقاييس الاستهلاك المحددة التي يجري تجهيزها، وتقليل النفايات وتحسين القدرة على الانتقاء.

(ب) الصيانة الاصطناعية لمعدات التجهيز هي مجال آخر توفر فيه البيانات المعدنية قيمة، ويمكن أن تؤدي سرعة استخدام الركاز، التي تحدد معدلات الارتداء على الكسح والمطاحن والمضخات، إلى توسيع نطاق صلاحية وشكل الجسيمات المعدنية التي يجري تجهيزها، وتضع الأنهار التي تحتوي على كمية كبيرة من الزراعة المعدنية أو غير ذلك من المعادن الصلبة إلى حد أسرع.

وفي المستقبل، فإن إدماج أجهزة الاستشعار المعدنية في الوقت الحقيقي مع نظم مراقبة العمليات يتيح إمكانية القيام بعمليات تعدين مكيفة تماما، ويمكن أن تغذي محللي المعادن على الإنترنت الذي يقدم بيانات مستمرة عن تركيبة ركاز في نظم الرقابة الآلية التي تعدل معايير العمليات في الوقت الحقيقي، وهذا النهج، الذي يسمى أحياناً التعدين الذكي أو التعدين الرقمي، ويعود بتحسين الانتعاش، وتخفيض التكاليف، وتعزيز السلامة عن طريق الاستجابة الدينامية للتغييرات في الوقت الراهن.

إدماج التعدين في تدفق الأعمال المتعلقة بتخطيط الألغام

وبالنسبة للدراسات المتعلقة بالتدريس التعديني التي تسترشد بها بفعالية في تصميم الألغام، يجب إدماجها في تدفق العمل المتعلق بتخطيط الألغام من المراحل الأولى من وضع المشاريع، وينبغي أن يبدأ جمع البيانات المتعلقة بالتربة المعدنية خلال مرحلة الاستكشاف وأن يستمر من خلال دراسات الجدوى والتصميم التفصيلي وفي العمليات، وتتطلب كل مرحلة من مراحل المشروع أنواعا ومستويات مختلفة من المعلومات المتعلقة بالمعادن.

وخلال الاستكشاف وتعريف الموارد، ينصب التركيز على فهم الخصائص الملاحية العامة للودائع - وهي التجمعات المعدنية الرئيسية، وتوزيع المعادن الخام والعصابات، والعلاقة بين التعدين والدرجة، وهذه المعلومات تسترشد باختيار طرق التجهيز وتوفر بيانات أولية للتقييم الاقتصادي.

وأثناء دراسات الجدوى، يلزم تحديد عينات نموذجية مفصلة حسب علم المعادن لتصميم العمليات واختيار المعدات، ويشمل ذلك بيانات كمية عن وفرة المعادن، وخصائص التحرير، وحجم الحبوب، والعلاقات النسيجية، ويجب أن تكون العينات المختارة للاختبار ممثلة للمجموعة الكاملة من أنواع الخام التي ستواجه أثناء العمليات، بما في ذلك المناطق العالية المستوى والمناطق المنخفضة الجودة، وأي مناطق انتقالية أو مناطق انكماشية.

وخلال العمليات، يعد الرصد المستمر في مجال علم المعادن أمرا أساسيا للحفاظ على أداء العمليات والتكيف مع التغيرات في خصائص ركاز الخام، ويتيح الجمع والتحليل المنهجيين للبيانات المتعلقة بالمعادن المستمدة من العينات التشغيلية لمهندسي العمليات تحديد الاتجاهات وتعديل معايير التشغيل قبل تطور المشاكل، ويقلل هذا النهج الاستباقي من وقت العمل ويحافظ على معدلات التعافي على مدى حياة المنجم.

ونشرت مجلة " ميرينال " () بحوثاً تبين أفضل الممارسات لإدماج البيانات المتعلقة بالتعدين في النماذج الجيولوجية المميتة، وهو إطار يربط الخصائص المعدنية بتجهيز الأداء بطريقة تنبئ بالتنبؤ.

خاتمة

وتشكل الدراسات المتعلقة بالألغام عنصرا أساسيا في التصميم الحديث للألغام، حيث توفر المعلومات المفصلة اللازمة لتصميم كل جانب من جوانب عملية التعدين على الخصائص المحددة لجسد الركاز، ومن تصميم الانفجارات وتشكيل دوائر المواصلات إلى اختيار عملية التثبيت وإدارة المخاطر البيئية، فإن القرارات التي تحدد نجاح مشروع التعدين تتأثر بشكل أساسي بالتنقيب عن المعادن.

وقد أتاح التطور المتزايد للتقنيات التحليلية، بدءا بالنظم الآلية للتزود بالمعادن إلى أجهزة الاستشعار المتحركة في الميدان، وصف التهاب المعادن الخام بتفصيل وسرعة غير مسبوقين، وهذه البيانات، عندما تدمج بفعالية في تخطيط الألغام وتصميم العمليات، تطوير عمليات تحقق مستويات أعلى من الاسترداد، وانخفاض التكاليف، وتقليل الآثار البيئية.

ونظرا لأن صناعة التعدين لا تزال تواجه تحديات تتعلق بخفض درجات الخام، وزيادة تعقيد ركاز الخام، وتزايد القيود البيئية، فإن دور الدراسات المتعلقة بالتعدين في تحقيق التصميم الأمثل للألغام لن يصبح أكثر أهمية، فالعمليات التي تستثمر في السمة الشاملة للتعدين وتدمج تلك البيانات في تصميمها وقراراتها التنفيذية ستكون في وضع أفضل يمكّنها من النجاح في هذه البيئة التي تزداد الطلب.

ويكمن الطريق إلى الأمام في وضع نُهج متكاملة للجيودارة الأرضية تربط البيانات المعدنية بنماذج العمليات التنبؤية، مما يتيح تصميمات لغم التكيف التي تستجيب للتغير في خصائص الخام، ومن خلال تجسيد التعقيد الذي تكشفه البيانات المتعلقة بالتعدين، يمكن لصناعة التعدين أن تبني عمليات لا تكون أكثر كفاءة وربحية فحسب، بل تكون أكثر استدامة ومسؤولية أيضا.