Автор: Кит Кэмпбелл (Keith Campbell)
(miningweekly.com) – Трехмерная (3D) система MinPET для обнаружения алмазов в породе, разработанная Школой машиностроения и промышленного проектирования Йоханнесбургского университета (University of Johannesburg (UJ) School of Mechanical and Industrial Engineering) сейчас почти готова для ее применения в промышленных масштабах. Эта система регистрирует алмазы, находящиеся в кимберлитовых руде, после проведения горной добычи и во время обогащения.
«Мы по существу завершили разработку технологии, - объяснил профессор Саймон Коннелл (Simon Connell), физик, участвовавший в проекте, и член преподавательского состава школы. – Это было подтверждено в масштабе лабораторного испытания. Мы провели масштабное компьютерное моделирование, и оно дает очень обнадеживающие результаты. Моделирование показывает, что выход на промышленные масштабы не составит труда. На самом деле некоторые аспекты этого процесса могут стать легче при выходе на промышленные масштабы». Моделирование проводилось, исходя из пропускной способности 500 т/час руды, что обычно является пропускной способностью в существующих процессах.
«Сейчас нам нужно создать полностью пригодную для эксплуатации систему на руднике, - утверждает он. – Это будет как пилотным проектом, так и первой полномасштабной промышленной установкой – промышленной пилотной установкой, собственно говоря». Группа проекта близка к подписанию партнерского соглашения с венчурной компанией, в которой последний станет со-разработчиком. Интеллектуальная собственность, разработанная этой школой в ходе этого проекта, будет принадлежать Йоханнесбургскому университету.
В настоящее время для получения алмазов из кимберлитов необходимо провести дробление значительного количества породы, которое может разрушить алмазы (например, вызывая их разрушение вдоль плоскостей кливажа), значительно снижая их стоимость. «Рудники неохотно показывают это, но стоимость, потерянная от разрушения алмазов при дроблении, значительная», - отмечает он. Для уменьшения этих потерь на многих рудниках сейчас применяются системы, основанные на рентгеновском излучении, применяемом для обнаружения алмазов, содержащихся в руде, и эти системы стали все более сложными. «Но они по-прежнему обладают ограниченной способностью обнаружения алмазов в руде. Есть надежда, что они выделятся – освободятся из окружающей породы – в ходе дробления. Даже при этом около 30% содержащихся в руде алмазов не высвобождается. Геологи могут сказать, раздроблен ли алмаз в результате горной добычи или дробления, что называется свежим дроблением, или это произошло в результате естественных процессов в прошлом, что называется старым дроблением. Алмазодобывающие компании убеждены, что небольшое дробление вызывается взрывами во время горной добычи и что бόльшая часть обусловлена дроблением».
Именно снижение стоимости алмазов, вызванное свежим дроблением, является основанием для установки систем MinPET на рудниках. В системах MinPET используется технология позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ, РЕТ) (отсюда и название), практически такая же система, как используется в ПЭТ и сканирующих устройствах ПЭТ/компьютерной томографии. Физические законы, на которых основана работа систем MinPET, в принципе, совершенно простая: природный углерод (а алмазы, конечно, являются невероятно устойчивой формой углерода), который в основном содержит углерод-12, преобразуется в углерод-11 с помощью фотонного вторичного луча, поступающего из электронного усилителя, за счет удаления одного электрона из ядра углерода. Углерод-11 является неустойчивым (радиоактивным) и затухает из-за выделения позитронов (частиц антиматерии), которые затем уничтожаются с помощью электронов в ходе процесса, при котором создаются специфические пары «сдвоенных» фотонов, которые затем регистрируются противоположными детекторами. Углерод-11 на самом деле имеет короткий период полураспада, всего 20 минут, поэтому порода является радиоактивной в течение недолгого времени и нет угрозы здоровью рабочих.
«Идея заключается в том, что радиоактивные эмиссии из углерода-11 показывают, что внутри породы содержится углерод и это позволяет также создать 3D-карту концентрации углерода в породе», - говорит Коннелл. В случае с кимберлитовыми породами концентрация углерода в породе, вполне вероятно, может указывать на наличие алмаза. Производственный процесс включает крупное дробление руды, что сводит к минимуму опасность какого-то повреждения алмазов внутри породы. раздробленная руда затем проходит стадию «активации», образуя углерод-11. Активированный материал затем проходит между ПЭТ-детекторами (которые практически такие же, как и медицинские ПЭТ-детекторы, но модифицированные для применения в условиях горнодобывающего предприятия). Эта система затем показывает, какие куски породы содержат алмазы. Фактическое удаление кусков породы, содержащих алмазы, может затем производиться с помощью любой из числа имеющихся в настоящее время технологий и процессов.
«3D-картографирование создает большую разницу в поиске алмазов, - подчеркивает д-р Мартин Кук (Martin Cook), ответственный за промышленное внедрение системы MinPET. – Оно дает намного больше информации об алмазе и окружающей его породе.
Для демонстрации нашей технологии породы активировали на ускорителе частиц ASTRID2 в Орхусе, Дания, и мы использовали портативные детекторы, привезенные нами из ЮАР, - добавляет он. – это потому, что в ЮАР нет электронных ускорителей достаточной мощности для активации породы. для промышленного применения в будущем нам, в идеальном случае, потребуются электронные ускорители более высокой энергии, чем те, что применяются в медицине, но меньшей энергии, чем те, что предназначены для специальных научных исследований».
Эти испытания начались с применения алмаза весом 12,5 карата в качестве исследуемого объекта. Затем размер этого исследуемого алмаза был значительно уменьшен, до 2,9 карата. «Все работало так же хорошо, - сообщает Кук. – Затем мы провели испытание эффективности системы с применением кальцита, содержащего много фоновых ПЭТ-излучателей. Но мы обнаружили, что по-прежнему можем получать довольно хорошее изображение алмаза, находящегося в кальците».
