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Analizzatori XRF e carbone: Esplorazione mineraria, controllo della qualità, miscelazione e trattamento

Gli analizzatori a fluorescenza a raggi X portatili (pXRF) Olympus forniscono in modo altamente efficiente dei dati geochimici in tempo reale per una veloce caratterizzazione multielementare di suolo, rocce e minerali. I progressi nella tecnologia pXRF hanno permesso di migliorare i limiti di rilevabilità e il numero di elementi misurati, riducendo i tempi di analisi. Nell'industria carboniera questi progressi rendono possibile una veloce stima del contenuto di ceneri e di altri costituenti direttamente in loco.

Introduzione:
l'uso di pXRF nelle applicazioni carboniere

La capacità della tecnologia pXRF di misurare i principali elementi leggeri (zolfo (S), silicio (Si) e alluminio (Al)) ha reso questo strumento fondamentale per le prese di decisione quotidiane. Le decisioni sono basate sulla misura diretta dello zolfo e sulla capacità di stimare sia il contenuto di ceneri che i poteri calorifici, basati sulla somma delle parti di elementi principali leggeri e inorganici come magnesio (Mg), silicio (Si), alluminio (Al), potassio (K), calcio (Ca) e ferro (Fe). Le opportunità e le applicazioni degli analizzatori pXRF esistono per le operazioni e i trattamenti sia del carbone da coke che termico.

Inoltre, gli analizzatori pXRF misurano istantaneamente oltre 30 elementi, permettendo: la caratterizzazione del contenuto degli elementi in tracce; l'uso della litogeochimica per la correlazione stratigrafica; l'identificazione di orizzonti indicatori in singoli filoni di carbone e nella formazione geologica circostante. L'uso di analizzatori pXRF può risultare vantaggioso lungo l'intera filiera mineraria: dai sondaggi esplorativi alla consegna dei prodotti finali, passando dalle operazioni di routine di controllo della qualità nelle miniere esistenti e dai processi di trattamento dei minerali.

Analizzatore XRF portatile Vanta Olympus.

I vantaggi dell'analizzatore pXRF

I dati in tempo reale permettono un'immediata presa di decisione, incrementando la produttività e riducendo i costi attraverso un migliore impiego di apparecchiature e personale. Numerose attività minerarie di routine hanno beneficiato dell'integrazione di un programma pXRF:

Assistenza nelle fasi iniziali dell'attività esplorativa, fin dal primo accesso all'area di interesse
Ottimizzazione delle attività di sondaggio: ampliano o completando i fori in modo più efficiente e risparmiando sui costi supplementari di sondaggio e mobilitazione
Migliore caratterizzazione di minerali e residui durante le attività di individuazione dei minerali e ottimizzazione della gestione delle attività della miniera attraverso i controlli relativi alle miscelazioni e ai depositi
Assistenza nella mappatura e definizione visiva dei depositi minerali
Sviluppo e ottimizzazione della gestione del trattamento dei minerali e delle decisioni-ricerche in ambito metallurgico
Veloce analisi dei prodotti finali in loco in qualunque punto del processo
Caratterizzazione dei residui, inclusa la determinazione del drenaggio acido della miniera (AMD - acid mine drainage) e la gestione dei materiali

Prestazioni analitiche e applicazioni

Gli analizzatori pXRF di ultima generazione Olympus integrano numerose tecnologie avanzate che permettono di produrre dei risultati eccellenti praticamente in tempo reale. Queste tecnologie includono: tubi a raggi X con anodo all'Rh controllato digitalmente: ruote portafiltri multiposizione automatiche; rilevatori SDD (silicon drift detector) a ampia area associati all'Axon Technology™ proprietaria a alta velocità di conteggio. Queste tecnologie permettono di ottenere: risultati precisi e accurati; minori tempi di analisi; minori limiti di rivelabilità; migliori prestazioni sugli elementi più leggeri (Mg, Al, Si, P e S), i quali sono importanti per il settore carboniero.

In questo modo i geologi specializzati nel settore del carbone di utilizzare una serie di diversi strumenti geochimici come:

Geochimica praticamente completa delle rocce, determinando la maggior parte degli elementi principali e in tracce usati per la litogeochimica e la definizione delle rocce
Analisi diretta dello zolfo, riducendo l'esigenza di tecniche lente e costose con l'ausilio di forno
Capacità di usare proxy di elementi leggeri per stimare il contenuto di ceneri (tenore in ceneri) e, spesso, per calcolare indirettamente il potere calorifico (CV - calorific value).

La Figura 1 e 2 illustrano le prestazioni ottenute su un'ampia serie di campioni di riferimento di carbone (campioni di riferimento certificati). La Figura 1 mostra come un proxy di elementi leggeri combinati, oppure solamente il silicio, possa essere usato in modo efficace per la stima del contenuto di ceneri (tenore in ceneri).

Analizzatore XRD portatile TERRA Olympus.

Figura 1. Eccellente correlazione tra i risultati ottenuti mediante gli analizzatori XRF portatili Olympus e i campioni di riferimento certificati permettono una stima attendibile del contenuto di ceneri mediante un proxy di elementi leggeri combinati (Mg+Al+Si+P+S+Ti+K+Ca+Fe) o solamente il silicio. I migliori risultati sono ottenuti usando una serie più completa di elementi.

Vista panoramica dell'enorme miniera a cielo aperto di carbone termale di Sebuku nel Kalimantan Meridionale (Indonesia. Questa rappresenta una delle diverse miniere gestite nell'area dalla Sakari Resources, nella quale è evidente l'ampia estensione e la complicata interazione tra i macchinari di grandi dimensioni e la geologia caratterizzata dalla presenza di diversi filoni. Gli analizzatori pXRF Olympus facilitano una veloce presa di decisioni nell'ambito della distribuzione, miscelazione e consegna del materiale attraverso le chiatte, in grado di trasportare il carbone nelle centrali energetiche regionali.

Materiale di riferimento certificato	Mg (%)		Al (%)		Si (%)		P (%)		S (%)		K (%)		Ca (%)		Ti (%)		Fe (%)		Elementi combinati	% ceneri Lab
Materiale di riferimento certificato	Lab	pXRF	Lab	pXRF	Lab	pXRF	Lab	pXRF	Lab	pXRF	Lab	pXRF	Lab	pXRF	Lab	pXRF	Lab	pXRF	Elementi combinati	% ceneri Lab
SARM-18	0,08		1,22	1,48	2,61	3,25	0,003	0,007	0,50	0,76	0,11	0,18	0,12	0,22	0,06	0,06	0,18	0,17	6,13
L/95966	0,07		1,21	1,23	2,04	1,86	0,018	0,022	0,36	0,44	0,15	0,21	0,18	0,28	0,07	0,07	0,50	0,64	4,76	9,35
L/95967	0,09		2,44	2,55	3,10	2,99	0,082	0,079	0,34	0,31	0,05	0,03	0,74	0,92	0,12	0,14	0,50	0,57	7,59	15,94
L/95968	0,12	0,11	1,11	1,11	1,90	1,64	0,027	0,028	0,31	0,34	0,19	0,29	0,11	0,17	0,06	0,05	1,06	1,43	5,18	9,33
L/95969	0,01		1,06	0,93	5,89	7,11	0,003	0,007	0,53	0,71	0,06	0,05	0,01		0,05	0,04	0,18	0,11	8,96	16,65
L/95970	0,01		1,04	1,00	3,19	3,37	0,009	0,017	0,54	0,75	0,05	0,08	0,01	0,01	0,05	0,06	0,41	0,49	5,77	10,76
L/95971	0,08		2,00	2,09	3,50	3,62	0,009	0,011	0,28	0,37	0,11	0,12	0,12	0,15	0,10	0,11	0,34	0,40	6,87	13,90
L/95972	0,05		0,95	0,89	3,98	4,66	0,027	0,030	0,40	0,57	0,13	0,18	0,04	0,05	0,05	0,04	0,24	0,20	6,63	12,42
L/96047	0,03		1,34	1,36	1,95	1,57	0,009	0,021	0,23	0,23	0,02	0,04	0,04	0,09	0,07	0,07	0,10	0,03	3,41	8,05
Ciuden	0,15	0,12	1,88	1,95	2,83	2,73	0,100	0,094	0,59	0,62	0,05	0,05	0,92	1,39	0,13	0,15	0,29	0,26	7,35	14,55
El Cerrejon	0,14	0,10	1,45	1,51	2,46	2,29	0,055	0,056	0,57	0,64	0,10	0,13	0,41	0,66	0,09	0,10	0,40	0,45	5,93	11,53
Sebuku	0,13		1,48	1,71	2,38	2,21	0,027	0,042	0,40	0,54	0,09	0,13	0,29	0,53	0,14	0,17	0,38	0,46	5,80	10,94
Socnica	0,23	0,11	1,06	1,10	1,69	1,29	0,027	0,032	0,43	0,47	0,15	0,22	0,36	0,60	0,05	0,06	0,46	0,54	4,42	8,73
Grosvenor33	0,16	0,11	1,48	1,54	3,46	3,95	0,002		0,43	0,54	0,05	0,05	0,02	0,00	0,04		0,48	0,58	6,78	12,62
Grosvenor35	0,21	0,19	1,68	1,80	4,86	5,78	0,009		0,35	0,37	0,10	0,11	0,09	0,04	0,09	0,09	1,73	1,87	10,24	18,97
Grosvenor38	0,12	0,20	2,79	2,78	14,41	15,50	0,004		0,28	0,26	0,22	0,12	0,04		0,09	0,08	0,14	0,05	18,99	41,22
Grosvenor42	0,07		0,33	0,08	2,60	2,68	0,001		0,49	0,75	0,01	0,02	0,13	0,18	0,02		0,11	0,04	3,75	7,60
GrosvenorSeg8	0,62	0,41	6,97	6,64	17,24	18,76	0,013			-0.02	1,09	1,08	0,47	0,14	0,35	0,34	1,23	1,18	28,53	62,86
GrosvenorSeg10	0,66	0,56	8,00	8,00	28,46	27,54			0,00		1,69	1,74	0,28		0,47	0,45	1,03	1,01	39,31
GrosvenorSeg11		1,03	6,81	7,96	10,40	12,61	0,020		0,00		1,28	1,27	7,57	8,85	0,24	0,26	9,52	9,63	41,62
GrosvenorSeg12	1,67		6,14	5,93	20,95	18,75		0,045	0,00		1,00	0,94	4,43	5,56	0,35	0,34	5,71	5,97	37,54
A1_0092A 003	0,25	0,38	9,62	9,27	18,94	20,10		0,030	3,96		1,77	1,77	0,15		0,48	0,51	3,62	3,16	35,22	75,72
A1_0092A 004	0,38	0,44	9,02	8,35	19,92	19,99			2,97		2,14	2,17	0,11		0,54	0,51	2,90	2,57	34,03	76,36
A1_0092A 010	0,31	0,38	8,89	8,65	19,68	19,87			0,22	0,02	1,63	1,59	0,20		0,56	0,55	0,67	0,61	31,68	71,80
A1_0092A 012	0,13	0,26	2,20	2,75	5,68	6,37	0,182	0,182	0,76	1,00	0,35	0,43	0,45	0,59	0,17	0,19	0,79	0,93	12,70	21,78
A1_0092A 015	0,14	0,16	0,62	0,83	0,69	0,44		0,094			0,02	0,03	0,26	0,54	0,02		1,21	1,63	3,72	6,45
A1_0092A 073	0,15		11,48	11,85	22,07	19,50		0,077	0,09	-0.16	0,69		0,25		0,75	0,75	0,46	0,38	32,39	80,76
A1_0092A 126			0,68	0,56	1,03	0,57	0,052	0,041	0,41	0,42	0,05	0,01	8,70	10,46	0,05	0,04	4,77	4,70	16,81	32,91
ALD	0,06	0,13	0,70	0,58	1,53	1,07	0,002		2,20		0,08	0,09	0,05	0,05	0,04		0,62	0,73	2,65	6,81
ATK	0,07		1,23	0,96	2,92	2,08	0,004		3,59		0,19	0,14	0,03		0,06	0,04	1,61	1,80	5,02	12,76
Bird R003	0,05		0,53	0,38	1,31	0,74	0,003	0,009	3,81	3,55	0,03	0,00	0,15	0,24	0,03	0,05	3,12	2,72	7,68	9,70
UFRGS-1	0,22		8,32	8,35	16,64	17,35	0,011		2,00		0,80	0,61	1,19	0,98	0,38	0,42	2,01	1,83	29,53	66,00
UFRGS-2	0,21		8,17	7,38	14,41	14,22	0,008		3,71		0,75		0,55		0,35	0,33	3,31	3,10	25,02	65,11
UFRGS-3	0,40	0,42	3,84	4,88	10,87	9,00	0,016	0,020			1,01	0,93	0,41	0,10	0,25		3,80		15,34	44,62
UFRGS-4	0,18		4,38	3,27	8,44	8,64	0,018	0,013	3,75	3,66	0,79	0,88	0,30	0,18	0,32		8,17		16,66	44,98
SARM-19			3,86	4,01	6,38	6,19	0,010	0,018	1,36	1,18	0,18	0,08	0,90	1,18	0,18	0,18	1,11	1,05	13,87
SARM-20			5,42	5,65	7,52	7,61	0,050	0,039	0,46	0,20	0,11		1,22	1,52	0,35	0,34	0,75	0,65	16,02

Figura 2. Eccellente correlazione tra un analizzatore XRF portatile Olympus e numerosi tipi di campioni di riferimento certificati (CRM). I seguenti grafici mostrano un'eccellente correlazione tra i valori certificati da laboratorio e i valori ottenuti mediante gli analizzatori pXRF per i più importanti elementi (Mg, Al, Si, P, S, K, Ca, Ti e Fe) sia in termini di accuratezza che precisione. La tabella contiene i valori ottenuti in laboratorio e mediante gli analizzatori pXRF con cui sono stati creati questi grafici. (Dati per gentile concessione della Facoltà di biologia e scienze della terra dell'University of New South Wales - Progetti ACARP).

Studi di orientamento nelle miniere di Sebuku e Jembayan

Studi di orientamento nelle miniere di Sebuku e Jembayan

Le miniere di carbone termale di Sebuku e Jembayan di rilevanza internazionale sono situate a Kalimantan (Indonesia). A causa della loro posizione remota e della necessità di eseguire operazioni su grande scala, sussisteva l'esigenza di testare nuovi metodi per determinare più velocemente la classificazione del carbone, praticamente in tempo reale. Gli studi di orientamento degli analizzatori pXRF sono stati eseguiti sulle pareti della miniera e sui depositi di materiale, in modo da sviluppare un metodo per la stima diretta del contenuto di zolfo e del tenore di ceneri nell'ambito della gestione delle attività di routine della miniera (ROM - run of mine). Il carbone idoneo viene quindi miscelato e lavato in loco per ottenere la qualità auspicata, prima di caricarlo su chiatte per essere trasportato in grandi centrali energetiche regionali a carbone termale. La Figura 3 mostra alcuni dei dati relativi allo studio di orientamento che sono stati prodotti all'inizio di questo progetto e illustra una buona correlazione tra i dati degli analizzatori pXRF, dello zolfo, del contenuto di ceneri e del potere calorifico prodotti dai geologi impegnati nelle miniere di Sebuku e Jembayan.

Dati usati per valutare l'utilità degli analizzatori pXRF nella miniera di Sebuku.

Figura 3 Dati usati per valutare l'utilità degli analizzatori pXRF nella miniera di Sebuku. Il grafico in alto mostra il confronto tra i dati degli analizzatori pXRF e i dati di laboratorio; il grafico al centro mostra il confronto tra il contenuto di ceneri rilevato in laboratorio e il contenuto di Si + Al rilevato in laboratorio; il grafico in basso mostra la tendenza tra il contenuto di ceneri rilevato in laboratorio e il potere calorifico (CV).