Автоматизация лабораторного процесса
Автоматизация аналитических лабораторий, в первую очередь цеха пробоподготовки, сегодня не является предметом престижа или доказательством «особой продвинутости» предприятия.
Сегодня это насущная необходимость по основным производственным параметрам. Это, в первую очередь, качество анализа и снижение затрат на лабораторные работы.
Наша компания начала промышленное внедрение автоматической пробоподготовки в 1989 году. Первая автоматическая линия была смонтирована на руднике «Карлин» компании Newmont в Неваде. С тех пор мы ежегодно монтируем несколько автоматических цехов пробоподготовки по индивидуальному проекту производительностью от 200 до 1000 и даже 3000 проб в день, а также поставляем заказчикам стандартные автоматические модули различной производительности и предназничения, на которых подробнее остановимся ниже.
Как влияет механизация и автоматизация на качество аналитических работ?
В первую очередь, это обеспечение максимально возможного уровня представительности пробы. Также важна минимизация влияния человеческого фактора на аналитический результат.
Любая сколь угодно сложная автоматическая линия компании Rocklabs базируется на двух элементарных модулях — дробилка/сократитель и истиратель/сократитель.
Впрочем, эти модули поставляются как отдельно стоящее стандартное оборудование и успешно эксплуатируются в сотнях лабораторий по всему миру.
Автоматизированная система — Automated System AP 300
Главная особенность дробилки Бойд состоит в том, что за один проход она обеспечивает фракцию 90 % –2 мм. Даже при наличии крупного золота в пробе при такой крупности (–2 мм) навеска в 3,6– 4,0 кг будет вполне представительной для последующей переработки.
Причём если в стандартном модуле дробилка/сократитель мы используем конусный сократитель, стандартные девиации которого 0,125 %, то в автоматических комплексах мы используем линейный сократитель, где стандартные девиации составляют 0,9 %, что близко к значению случайных вариаций. Разница между конусным и линейным сократителем в том, что в конусном навеска отсекается от потока под углом 45 %, где возможна сегрегация материала. Линейный сократитель делит вертикальный поток, что наиболее оптимально.
По исследованиям Аллена и Хана (Брэдфорд, 1968) стандартные девиации по способам сокращения распределяются следующим образом: квартование — 6,81 %; совковый отбор малыми порциями — 5,14 %; разделочный стол — 2,09 %; риффл — 1,01 %; вращающийся конус — 0,125 %; случайные вариации — 0,76 %.
Позднее Доминик Бургарсон (Калифорния) добавил в этот список линейный сократитель с вертикальным потоком — 0,9 %.
Автоматизированная порционная мельница — Automated Batch Mill AB 3000
Другие щековые дробилки просто напросто непригодны как компонент автоматической линии, поскольку они реально дают на выходе крупность четверть дюйма, что обеспечивает представительную навеску не в 3–4 кг, а в 20–25 кг. Отправлять такую массу на последующее истирание просто не реально.
Второй важный элемент любой автоматической системы — это модуль проточная мельница/сократитель. Как правило, в автоматических системах применяется две стадии истирания и сокращения. Первая стадия грубого измельчения до 0,2–0,3 мм и сокращение в этой фракции, скажем, до 1 кг. Вторая стадия — это истирание до –200 меш с сокращением на одну или несколько навесок для анализа. Остаток на каждой стадии сокращения может быть сохранён или отправлен в отходы. Это по усмотрению оператора.
Прохождение каждой пробы через Систему отражается в бортовом компьютере. Руководитель работ может в любой момент сделать распечатку и проконтролировать сделанную работу. Поскольку влияние человеческого фактора сведено к минимуму, то не надо гадать, хорошо ли, плохо ли перемешана была проба, достаточно ли времени проводилось истирание и доведена ли лабораторная навеска до нужной кондиции.
В настоящее время Rocklabs работает над проектом автоматической пробирной лаборатории, включающей пробоподготовку и пробирную плавку. Несколько лет назад у нас уже был опыт подобной работы. Мы делали пробирную лабораторию совместно с компанией Duke. Пробоподготовочная часть делалась нашей компанией, а роботизированную пробирную часть делала Duke. Лаборатория была рассчитана на производительность 1000 проб в день. Оператор при взвешивании исходной пробы на глазок оценивал сульфидность всего по трём позициям: высокая, средняя, низкая. Эта оценка вводилась в бортовой компьютер вместе с исходным весом. Готовая пробирная навеска на выходе из пробоподготовки проходила через портативный Х-Рэй анализатор для определения в грубом приближении вещественного состава пробы. Данные визуальной оценки и инструментального анализа использовались компьютером для настройки дозатора и смесителя для приготовления шихты. Состав шихты изменялся соответственно данным о составе пробы.
Механизированная система — Mechanised System AP 200
Максимально высокую производительность 3000 проб в день показала система, построенная для компании Alcoa в Австралии на разведке бокситов. Подобная система может быть успешно применена при подготовке геохимических проб к спектральному анализу. Чтобы не запутаться в таком объёме проб, пластиковый контейнер с готовой пробой на выходе маркируется штрих-кодом, в котором содержится вся необходимая информация (номер скважины, глубина, дата отбора и т.д.).
Немаловажный фактор, обуславливающий высокое качество автоматизированной пробоподготовки, — это возможность без дополнительных затрат труда перерабатывать исходные пробы большой массы. Подготовка пробы массой, скажем, 25 кг потребует лишь немногим больше времени, нежели пробы в 5 кг.
Снижение затрат на пробоподготовку
Простейшие модули дробилка/ сократитель и истиратель/сократитель отлично вписываются в интерьер мобильной пробоподготовочной лаборатории, смонтированной в двух морских контейнерах. Если такую лабораторию поставить на участок буровых или горнопроходческих работ, то отпадёт необходимость вывоза на базу многих десятков, а то и сотен тонн проб. Помимо существенной экономии на транспорте, скорость движения проб непременно увеличится. Период от отбора до лабораторного результата сократится до считанных дней. Компания «Анакон» (Санкт-Петербург), представляющая Roklabs в России, успешно строит подобные мобильные лаборатории.
Даже самая простая автоматизация процесса пробоподготовки снижает трудозатраты. Например, модуль дробилка/сократитель может быть «умным». Мы его так и называем, Смарт. Такой модуль в процессе дробления даёт на выходе навеску заданной массы и остаток, независимо от исходной массы пробы. Исходная масса, номер пробы, дата автоматически заносится в бортовой компьютер. Распечатка электронной ведомости для контроля может быть сделана в любое время. Такой модуль имеет несколько модификаций. Может быть для двух заданных навесок и остатка. Сократитель может быть конусного типа или же линейного.
Автоматизированная линейная система — Automated Linear System — Rocklabs Auckland Tropicana Project 2012
Крайне высокую производительность для одного оператора обеспечивает автоматическая порционная мельница. Оператор только заряжает кассету из 30 проб весом до 1,5 кг каждая, затем в течение 90–100 минут процесс идёт полностью автоматически, включая межпробную зачистку, электронный каталог и т.д. Таким образом, один оператор может обслуживать несколько подобных мельниц. В компании SGS разработан норматив, по которому один оператор обслуживает одновременно 4 автоматические порционные мельницы, достигая производительности 60–80 проб в час на одного человека.
Высокая производительность особенно ценна, если лаборатория расположена в вахтовом посёлке в непосредственной близости от участка работ. В Австралии содержание одного человека на вахте в среднем обходится компании 200–250 тыс. долл. в год. Причём зарплата составляет лишь малую часть этой суммы. Главные затраты — это транспорт и поддержание инфраструктуры. Думаю, в России эти затраты примерно такие же. То есть замена 4–5 низкоквалифицированных рабочих одним высококвалифицированным оператором оправдает внедрение любой автоматизации уже в течение первого года. Да и престиж профессии немаловажен, где бы то ни было — в Австралии, Бразилии или России.
1. I. Devereux, K. Faust. Cost of operating two Rocklabs Systems at the Carlin Gold Mine, Nevada. 1998.
2. Richard Beane. Sampling and Analytical quality Assurance — Quality control. Antamina Mine, Peru. 2003.
3. Ian Devereux. Preparing for automated sample preparation. 1991.
4. T.Allen, A.Khan. Critical evaluation of Powder sampling procedures. Bradford. 1970.
Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 2 (28)/июнь 2015 г.
