DE10008106A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätsermittlung bei der Gewinnung und Verarbeitung von mineralischen Rohstoffen durch optische online Analyse des Bohrkleins an der Bohrstelle - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätsermittlung bei der Gewinnung und Verarbeitung von mineralischen Rohstoffen durch optische online Analyse des Bohrkleins an der BohrstelleInfo
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Description
Entstehungsbedingt weisen die in der Erdkruste vorkommenden Lagerstätten Wech
sellagerungen, Diskontinuitäten im Schichtverlauf, tektonische Störungen sowie
Inhomogenitäten hinsichtlich der Gesteinsqualitäten auf.
Voraussetzung eines technisch und wirtschaftlich sinnvollen Abbaus von
mineralischen Rohstoffen der Erdkruste ist die Kenntnis über den Aufbau des Gebir
ges und Qualitätsverteilung des Wertminerals. Aus diesem Grund stellt die Erkun
dung der Lagerstätte eine der wichtigsten Voraussetzungen bei der Projektierung
eines Rohstoffgewinnungsbetriebes dar. Es wird angestrebt, ein genaues Bild der
Lagerstätte, ihrer räumlichen Lage und Ausbildung und Qualitätsverteilung zu gewin
nen.
Hierzu dienen verschiedene Methoden der direkten und indirekten Erkundung, wobei
Bohrungen, insbesondere Kernbohrungen in der Kombination mit geophysikalischen
Bohrlochmeßverfahren unverzichtbare Erkundungsmaßnahmen darstellen.
Bohrungen, vor allem Kernbohrungen, sind mit hohen Kosten verbunden, sie liefern
Aussagen über den geologischen Aufbau des Untergrundes. Für die Bestimmung
der Qualitätsverteilung können sie jedoch nur in Kombination mit Laboruntersuchun
gen genutzt werden. Das Bohrprodukt (Bohrkern bzw. Bohrklein) muß gesammelt
und dem jeweiligen Bohransatzpunkt zugeordnet und katalogisiert werden. In einem
anschließenden Vorgang wird das Bohrprodukt im Laboratorium vorbereitet und
analysiert. Die Analysedaten werden dann manuell oder DV-gestützt dem
Bohransatzpunkt wieder zugeordnet, um Aussagen über die räumliche Quali
tätsverteilung des Rohstoffes zu treffen.
Geophysikalische Meßverfahren wie die Geoelektrik, Geomagnetik, Seismik etc, er
möglichen relativ wirtschaftliche, schnelle und zerstörungsfreie Erkundungen des
Untergrundes. Sie liefern jedoch in Kombination mit Bohrungen nur Aussagen über
den geologischen Schichtaufbau, über die Qualitätsverteilung des Rohstoffes kann
mit diesem Verfahren keine Angaben gemacht werden.
Der Umfang der Erkundung einer Lagerstätte bildet stets ein Zielkonflikt zwischen
der Wirtschaftlichkeit und der Investitionssicherheit. Je mehr Erkundungsbohrungen
abgeteuft werden umso kostenträchtiger wird ein Abbauvorhaben, andererseits er
höht eine unzureichende Erkundung das Investitionsrisiko.
Bei vielen Lagerstätten schwanken die Wertmineralqualitäten nicht nur großräumig,
sondern von Abbaustelle zu Abbaustelle und sogar im Meterbereich. Die Erfassung
solcher Qualitätsschwankungen mittels Erkundungsarbeiten ist wegen hoher Kosten
unwirtschaftlich.
Eine Möglichkeit zur Qualitätssteuerung ist aus der Kalk- und Zementindustrie be
kannt. Zur zielgerichteten Herstellung eines qualitativ gleichmäßigen Rohmaterials
wird das Rohmaterial nach den Verfahrensgängen Lösen, Laden, Transportieren und
Vorzerkleinern online analysiert.
Bei der im allgemeinen auf sogenannte PGNAA-Technik, d. h. Subatomaren Reak
tion zwischen einem Neutron und einem Atomkern basierende Verfahren und Vor
richtungen wird der Rohstoff, der über kontinuierlich arbeitende Transportbänder
bewegt wird, online analysiert. Anhand der Analysedaten werden die Betriebsabläufe
der Rohstoffgewinnung und Aufbereitung koordiniert.
Die so gewonnenen Erkenntnisse stehen verfahrensbedingt erst nach Ablauf der
technologischen Hauptprozesse der Rohstoffgewinnung nämlich: Bohrern, Sprengen,
Laden und Transportieren sowie Zerkleinern zur Verfügung. Diese Art der Datener
fassung ist für eine Abbausteuerung zu spät, da das Material bereits die oben be
schriebenen Prozesse durchlaufen hat. Die Qualitätsverteilung sollte bereits vor der
Sprengung weitgehend bekannt sein, nur so kann ein gezieltes und kostengünstiges
Qualitätsmanagement erfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist es, durch ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung
eine frühzeitige Qualitätsermittlung und -steuerung zu ermöglichen. Die Aufgabe wird
dadurch gelöst, daß die Qualitätsverteilung des Gebirges schon während der
Bohrphase durch eine online-Analyse ermittelt wird. Hierzu wird das bei dem
Bohrprozeß zwangsläufig entstandene Bohrklein am Ort der Entstehung optisch
online analysiert.
Konventionelle Analysenmethoden zur Bestimmung der Zusammensetzung minera
lischer Stoffe wie Röntgenfluoreszenz oder PGNAA benötigen prinzipbedingt relativ
große Bauvolumina, einen vibrationsarmen Aufbau und längere Meßzeiten. Sie
eignen sich daher nicht für eine online-Analyse des Bohrkleins direkt nach der
Entstehung. Mit Hilfe optischer Nachweismethoden fassen sich diese Nachteile ver
meiden.
Es ergeben sich folgende Vorteile:
- - Es reicht bereits eine kleine Materialmenge zur Analyse aus.
- - Die Analyse kann auch an frei fallendem Material durchgeführt werden.
- - Die Analyse wird schnell durchgeführt und kann leicht der jeweiligen Bohrtiefe zugeordnet werden.
- - Die Elementzusammensetzung des untersuchten Materials kann ermittelt wer den.
- - Das Gerät kann kompakt, robust und transportabel aufgebaut werden.
- - Erfassung der Qualitätsverteilung des Gesteins in der Lagerstätte ist möglich, so daß eine Qualitätssteuerung im Vorfeld der technologischen Hauptprozesse er möglicht wird.
- - Nutzung sämtlicher Bohrungen als Erkundungsbohrung ist möglich. Zur Nutz barmachung der festen Rohstoffe werden in einem engen Raster (z. B. 5 m) Sprengbohrungen niedergebracht. Die Analyse und Auswertung des Bohrkleins online ermöglicht die Schaffung eines Qualitätsmodells im entsprechenden Raster und somit eine scharfe Qualitätstrennung im Voraus.
- - Eine teufenabhängige Analyse des Bohrkleins liefert zusätzliche Aussagen über die vertikale Qualitätsverteilung des Gebirges.
- - Reduzierung von Kernbohrungen
- - Reduzierung der Vorarbeiten und Laborarbeiten zur Materialanalyse.
- - Unproduktive Massen werden soweit abbautechnisch möglich, von der Gewin nung ausgespart. Falls sie jedoch trotzdem abgebaut werden, so können die Kosten für den Transport bis zur Vorzerkleinerung und die Zerkleinerung einge spart werden.
- - Das gezielte Abbauen reduziert das notwendige Aufhalden verschiedener Quali täten. Es werden Platz und Kosten gespart.
- - Eine Reduzierung des Aufhaldens führt zur Verbesserung der Gesamtqualität, da Witterungseinflüsse in der Regel die Qualität des aufgehaldeten Materials negativ beeinflussen.
- - Eine Reduzierung der Zwischenlagerungen führt zur Vermeidung von zweifachen Massenaufnahmen und somit auch zur Verringerung der Kosten.
- - Durch Speichern der Daten vor Ort oder sogar durch Fernübertragung der Daten, wird die Wirtschaftlichkeit erhöht. Die Daten können direkt in einem DV-gestütz ten Lagerstättenmodell eingearbeitet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in folgenden Zeichnungen dargestellt:
Fig. 1 Bohrgerät in der Kombination mit Analysegerät als eine Einheit
Bohrgerät in der Kombination mit Analysegerät als getrennte Vorrichtung
Fig. 2 Funktionsprinzip der Meßanordnung
Ein Laser 1 erzeugt einen Strahl 7 hoher Energie, der von einer Linse 2 oder einem
Hohlspiegel stark fokussiert wird. Durch den Fokusbereich fällt das Bohrklein 3.
Dieses wird aufgrund der hohen Energiedichte verdampft und ein Plasma erzeugt.
Das entstehende Rekombinationsleuchten 8 wird von einer Detektoroptik 4
aufgefangen und auf ein Spektrometer 5 gelenkt. Der Einsatz von Detektorzeilen 6
erlaubt es, ein Spektrum sehr schnell auszuwerten und eine online-Analyse
durchzuführen.
In der Physik ist schon lange bekannt, daß die entstehenden Spektrallinien typisch
sind für die Zusammensetzung des zu untersuchenden Materials. Die Position der
Spektrallinien stellte einen "Fingerabdruck" der enthaltenen Elemente dar. Die rela
tive Intensität verschiedener Spektrallinien ist ein Maß für das Massenverhältnis der
im Material vorhandenen Elemente.
Eine solche Anordnung kann z. B. unter Verwendung von Halbleiterlasern - ggf. mit
nachgeschalteten Frequenzkonvertern - sehr kompakt aufgebaut werden.
Claims (15)
1. Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätsermittlung bei der Gewinnung und Ver
arbeitung von mineralischen Rohstoffen dadurch gekennzeichnet, daß durch den
Bohrprozeß entstehendes Bohrklein vor Ort optisch online in Abhängigkeit des
Bohrfortschrittes zur Bestimmung seiner Zusammensetzung analysiert wird.
2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Bohrklein durch einen Laserstrahl verdampft und zum Leuchten angeregt wird.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Leuchten spektral analysiert wird.
4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das der Laser ein Halbleiterlaser ist.
5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das der Laser ein Gaslaser ist.
6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das der Laser ein Festkörperlaser ist.
7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bohrklein aus dem Bohrloch entnommen wird.
8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bohrklein außerhalb des Bohrloches entnommen wird.
9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bohrklein kontinuierlich entnommen wird.
10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bohrklein diskontinuierlich entnommen wird.
11. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bohrklein vor der Analyse in einer Zerkleinerungseinrichtung und Klassie
rungseinrichtung auf die gewünschte Korngröße gebracht wird.
12. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Analysegerät Teil des Bohrgerätes ist.
13. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bohrgerät und das Analysegerät voneinander unabhängig sind.
14. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohr- und Analysedaten fern übertragen werden.
15. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohr- und Analysedaten vor Ort gespeichert werden.
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Cited By (4)
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| DE102011050669A1 (de) * | 2011-05-27 | 2012-11-29 | Hossein Tudeshki | Verfahren zur Auswahl einer Charge eines Natursteins |
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2000
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| WO2011154169A1 (de) * | 2010-06-07 | 2011-12-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und vorrichtung zur erhöhung einer ausbeute einer lagerstätte |
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