激光辅助分析助力地下深层矿物开采.doc

激光辅助分析助力地下深层矿物开采 全球生产市场的持续发展，增加了对矿物质的需求。然而供求的不平衡，正在使对自然资源的有效利用成为比以往更加重要的考虑因素。当前的矿产开采技术不能始终保证对沉积物的最佳开采，这会导致开采成本和开采时间的增加。矿业公司希望能有一种快速、可靠的方法来分析潜在的矿藏。现在，德国弗朗荷费激光技术研究所（ILT）已经开发出一种适合于采矿的系统，其采用激光分析来实时地鉴定岩石。开采矿产最常见的方法是钻孔、爆破、切割 全球生产市场的持续发展，增加了对矿物质的需求。然而供求的不平衡，正在使对自然资源的有效利用成为比以往更加重要的考虑因素。当前的矿产开采技术不能始终保证对沉积物的最佳开采，这会导致开采成本和开采时间的增加。矿业公司希望能有一种快速、可靠的方法来分析潜在的矿藏。现在，德国弗朗荷费激光技术研究所（ILT）已经开发出一种适合于采矿的系统，其采用激光分析来实时地鉴定岩石。 开采矿产最常见的方法是钻孔、爆破、切割。为了决定哪些地方值得开采，矿山经营者必须能够准确地模拟出沉积物，显示出在哪里、在什么深度，以及何种浓度的所需矿石将被发现。这样就避免对没有价值的岩石的盲目开采，节省了矿山经营者开采资源的时间和资金。 目前，详细模拟一种沉积物所需要的信息是由岩心钻探收集的从地下开采出一个核心样品并送到实验室，然后利用X射线荧光（XRF）对样品的成分进行分析。矿山经营者不得不等上35天才能得到结果。但这已经是目前最先进的方法了。 由于岩心钻探的方法非常耗费时间，矿业公司都在渴望能有一种更快的分析方法，并且依然能提供足够详细的信息。在一项由德国经济技术联邦委员会（BMWi）资助的项目中，来自德国弗朗荷费激光技术研究所的研究人员，与亚琛工业大学矿业与冶金机械学院合作，已经开发出了一个用于矿物开采的带有联机分析模块的分析系统。该系统能在钻取矿物质的过程中直接对岩石进行分析使用安装在分析模块上的传统的钻机，在岩石上钻出一个直径10cm、深度为24m的孔。该分析系统能在钻孔的过程中测量岩石的化学成分，并且立刻就能得到评估数据。 “这个项目的挑战是重新设计激光传感器，以使它们能承受较为恶劣的工作环境。”研究人员说“我们正在研发能够应对极端温度、强烈振动、高湿度和多粉尘等恶劣环境的测量仪器。” 实时多元素分析 该分析系统所使用的分析方法是激光诱导击穿光谱（LIBS）测量岩粉通过一个软管被带到表面上，并用一个旋风除尘器分离成颗粒大小。粉尘和空气的混合物在软管中以高达每秒20米的速度通过，而实时分析（所有时间不超过20微秒）就是在这段旅程中完成的。 一个高能量的激光脉冲聚焦于通过的岩粉粒子。这些粒子首次被气化，然后被激光的热量变成等离子体。在一段短暂的时间内，等离子体以其包含的特定元素的频率产生辐射。光谱仪同时会检测到所有元素发出的辐射，然后这些数据被发送到计算机进行评估。在分析过程中，激光脉冲会接触到由不同元素构成的粒子，结果是很短时间内的平均值。这提供了岩石所包含的所有成分的有用信息，而数据序列的年代则显示了沉积物是如何分层的。 这种方法的决定性的优势是其能节省大量时间。由于数据的评估和提交能在几秒钟内完成，矿上经营者能够立即决定沉积物的质量，并依此来调整相应的开采过程。到目前为止，这种方法已经用来检测镁、钙、硅、铁、铝等材料。目前研究人员正在开发能快速检测铜和其他金属的光谱仪。 从长远来看，这种面向多元素分析的实时检测过程，使自动提取机械成为可能。研究人员已经提出一个概念该系统如何能安装到地下采煤机上。在地面上，该系统可以安装到用于提取矿藏的钻探设备上。联机分析能够实现对沉积物的连续的质量控制和不断滚动更新。一个旨在开发适合行业应用的分析系统的后续项目已经开始了。具有激光分析系统的钻机，将为该类产品带来新的卖点，也将为这些制造厂商开辟新的销售潜力。