Development of an online analyser for ore grade monitoring in gypsum mining

Korei, Hessam GND

Die effiziente Nutzung von mineralischen Lagerstätten erfordert neben einer detaillierten Erkundung auch eine permanente Kontrolle des Rohstoffgehalts während des Abbaus. Manuelle Probenahme und Analyse sind zeitaufwendig und kostenintensiv. Aus diesem Grund werden teilweise im Bergbau Online-Analysatoren zur Qualitätskontrolle eingesetzt. Die Hauptnachteile dieser Analysatoren sind ihre Empfindlichkeit gegen Staub, Vibrationen und atmosphärische Einflüsse. Die Entwicklung eines Online-Analysators ohne diese Nachteile ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Basierend auf dem Stand der Technik wurde eine Hypothese für die Entwicklung aufgestellt. Die Hypothese geht davon aus, dass in einem Massenstrom von Körnern der Rohstoffgehalt durch passive akustische Messung bestimmt werden kann. Das Ziel der Entwicklung war die Implementierung eines solchen Analysators in Sprengbohrgeräten zur Messung des Rohstoffgehalts des Bohrkleins. Die Hypothese wurde in mehreren Stufen getestet. Basierend auf Voruntersuchungen wurde ein Online-Analysator für Laborversuche konzipiert. Für die Auswertung wurden zwei Algorithmen entwickelt. Die Laborversuche wurden für Gips, Anhydrit und deren Mischungen durchgeführt. Dabei wurde der Einfluss der Partikelgröße, Korngrößenverteilung der Stoffe sowie die Einflüsse der Geschwindigkeit und der Konzentration des Massenstroms und des Feuchtegehalts untersucht. Diese Versuchsreihen bestätigen die Forschungshypothese. In der zweiten Phase der Forschung wurden Untersuchungen zur Bestimmung des Gipsgehaltes durchgeführt. Die Untersuchungen zeigten, dass die Ergebnisse der Online-Analyse von den Ergebnissen der chemischen Analyse zwischen 0,07 % bis 11,52 % abweichen. Basierend auf Untersuchungen im Labor wurde ein Online-Analysator für den Test im Feld entwickelt und in einer Bohrmaschine eingebaut. Während des Feldtests wurde das Bohrklein kontinuierlich Online analysiert. Für die Validierung wurden Teilproben aus der Entstaubungsanlage der Bohrmaschine entnommen und im Labor analysiert. Der Vergleich der Ergebnisse zeigt, dass die Online-Messung zwischen 2,25 % und 8,99 % von den Ergebnissen der chemischen Analyse abweicht. Insgesamt hat sich die Forschungshypothese bestätigt. Der Analysator wird seit der Implementierung in einem Bergwerk genutzt. Die bisherigen Erfahrungen weisen Potenziale zur Erhöhung der Genauigkeit des Online Analysators auf.

The efficient use of mineral deposits requires not only a detailed exploration but also permanent control of the ore grade during the exploitation. Manual sampling and analysis are time consuming and costly. For this reason, online analysers for ore grade control are used partly. The main disadvantages of these analysers are their sensitivity to dust, vibrations and atmospheric influences. The development of an online analyser without these disadvantages is the subject of the thesis. Based on the state of the art, a hypothesis for the development was established. The hypothesis assumes that in a mass flow of grains the ore content can be determined by passive acoustic measurement, assuming that the ore and the waste have different densities. The aim of the development was to implement such an analyser into the drilling rig to measure the ore content of cuttings from blast drillings. The hypothesis was tested in several stages. Based on preliminary investigations, an online analyser was designed for laboratory use. For the evaluation two algorithms were developed. The laboratory tests were carried out for gypsum, anhydrite and their mixtures. In this context, the influence of the particle size and distribution, velocity and concentration of the mass flow as well as the moisture content were investigated. These test series confirm the hypothesis. In the second phase of the research, investigations were carried out to determine the ore grade. The investigations showed that the results of online analysis and chemical analysis of the samples vary from 0.07 % to 11.52 %. Based on laboratory results, an online analyser was designed for field tests and installed in the dust collector of a drilling rig. During the field test cuttings were continuously analysed online and subsamples were taken from the dust collector and analysed in the laboratory for validation. The comparison of the results shows that the online measurement deviates between 2.25 % to 8.99 % from the laboratory results. Overall, the hypothesis has been confirmed. The analyser is currently used to detect the ore grade in a gypsum mine. Further potential to increase the accuracy of the online analyser was identified in the course of the field test.

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Korei, Hessam: Development of an online analyser for ore grade monitoring in gypsum mining. Clausthal-Zellerfeld 2021. TU Clausthal.

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