فهرست مطالب

نشریه مهندسی منابع معدنی
سال نهم شماره 4 (زمستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/09/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مجتبی فرهمند، محمد فهیمی نیا، امید اصغری*، میرصالح میرمحمدی صفحات 1-15
    یکی از مراحل اولیه و مهم در اکتشاف مواد معدنی، تشخیص الگوها و ویژگی های زمین شناسی است. این ویژگی ها شامل، کانی شناسی، سنگ شناسی، آلتراسیون، بافت سنگ و نظایر آن است. این مرحله همواره با چالش های زیادی از جمله زمان بر و هزینه بر بودن، نیاز به تخصص بالا و همچنین نیروی انسانی برای تشخیص این الگوها و ویژگی ها همراه بوده است. یادگیری ماشین و یادگیری عمیق از جمله ابزاری هستند که در خدمت علوم زمین قرار گرفته اند. در این پژوهش با استفاده از معماری U-net به جدا کردن باطله و کانسنگ و شناسایی الگوی عیاری با استفاده از تصاویر گرفته شده از جعبه مغزه اقدام شد. ابتدا تصاویر استاندارد از جعبه مغزه ها تهیه و پیش پردازش های اولیه بر روی داده ها انجام شد، سپس با استفاده از بخش بندی باینری کانی های آهن جدا و برای بهینه سازی شبکه از روش های سعی و خطا استفاده گردید. در نهایت دقت مدل برای شناسایی کانسنگ آهن 91 درصد بود. در ادامه برای بررسی های بیشتر از روش IOU استفاده شد. این روش یک معیار مناسب برای ارزیابی نهایی مدل بخش بندی تصاویر است که برای شناسایی کانسنگ آهن دقت مدل 75 درصد به دست آمده است. در نهایت برای اعتبارسنجی نهایی مدل های به دست آمده، خروجی های به دست آمده از شبکه با مقادیر عیاری گزارش شده از آنالیز XRF یک مغزه بررسی و خطای شبکه 9 درصد ارزیابی شد که دقت خوب مدل به دست آمده با توجه به داده های واقعی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بخش بندی تصاویر، تصویر RGB جعبه مغزه، یادگیری عمیق، شبکه U-Net
  • حمید گرانیان* صفحات 17-38
    برگه 1:100.000 پرنگ در استان خراسان جنوبی به دلیل دارا بودن سنگ های ولکانیکی و پلوتونیکی حد واسط تا فوق بازیک و تنوع سنگ های رسوبی، مستعد کانی سازی های اسکارنی، ماسیوسولفیدی و رسوبی است. در این مقاله ضمن معرفی روش تحلیل مختصات اصلی (PCoA)، از این روش به همراه روش تحلیل مولفه های اصلی (PCA) و تحلیل تطبیقی (CA) برای شناسایی نوع کانی سازی محتمل در این برگه استفاده شده است. برای این منظور داده های زمین شناسی و معدنی به همراه نتایج تجزیه 25 عنصر بر روی 314 نمونه رسوبات آبراهه ای از منطقه مورد مطالعه به کار رفته است. نتایج تحلیل داده ها نشان می دهد که نقشه های مختصات نمونه ها در بعد D1، امتیاز نمونه ها در مولفه PC1 و موقعیت نمونه ها در خوشه اول با کانی سازی در سنگ های اولترابازیک، بازیک و لیستونیت ها به عنوان محتمل ترین پتانسیل ارتباط دارند. پس از آن نقشه های بعد D2 و D3، مولفه PC2 و PC5 و نمونه های خوشه پنجم مرتبط با سنگ های رسوبی بیشترین احتمال را به کانی سازی های رسوبی به ویژه از نوع Mn و Fe در منطقه نسبت می دهند. کمترین احتمال کانی سازی مرتبط با کانی سازی های اسکارنی و ماسیوسولفیدی است که نقشه های بعد D4، مولفه ی PC3 و نقشه موقعیت نمونه های خوشه های دوم، سوم و چهارم محدوده آنها را پیش بینی می کند. همچنین مقایسه نتایج تحلیل داده ها با روش های آمار چندمتغیره نشان می دهد که در کاهش یافتن بعد داده های اولیه، روش مولفه های اصلی نسبت به روش بعدهای اصلی تغییرپذیری بیشتری را پوشش می دهد. در حالی که ارتباط دادن نقشه های مختصات نمونه ها در بعدهای اصلی نسبت به نقشه های امتیاز نمونه ها در مولفه های اصلی و نمونه های هر خوشه با کانی سازی راحت تر و با اعتبار بالاتری صورت می گیرد، بنابراین پیشنهاد این مقاله استفاده همزمان از دو روش PCoA و PCA در کنار سایر روش های آمار چندمتغیره برای تحلیل داده های ژئوشیمیایی در یک منطقه است.
    کلیدواژگان: تحلیل مختصات اصلی، تحلیل مولفه های اصلی، پتانسیل یابی کانی سازی، تحلیل تطبیقی، برگه پرنگ
  • امیر فضلی الله آبادی، مجید عطایی پور* صفحات 39-59

    برای بررسی ارتباط میان اجزای نظارتی و اجرایی معدن و به منظور بهبود سطح ایمنی سیستم، این مقاله روش جدیدی را برای ارزیابی و مدیریت ایمنی سیستم معادن معرفی می کند. بدین منظور در این مقاله از کاربرد نظریه بازی ها برای حل مسایل ایمنی معادن استفاده شده است. نظریه بازی ها ابزار ساختاریافته ای است که تعاملات بین دو یا چند بازیکن را بررسی می کند تا اقدامات آن ها را در شرایط معین درک کند. در این مقاله از بازی تکاملی به دلیل بیان پویایی روابط میان بازیکنان، استفاده شده است. مدل معرفی شده تعاملات بین دولت، مدیران و معدنچیان را تحت شرایط مختلف شبیه سازی می کند و تاثیر عوامل نظارتی بر آن ها در سیستم ارزیابی می شود. نتایج نشان می دهد که تاثیر هر عامل بر ایمنی سیستم متفاوت است و بازیکنان، متناسب با هر عامل نظارتی بر ایمنی سیستم تاثیر می گذارند. از جمله این عوامل، تاثیرگذاری جریمه های اعمالی ناظر بازی بر رفتار مدیریت معدن و کارگران معدن در بیشترین میزان بود. به طوری که با افزایش جریمه ها، بازیکنان در زمان کوتاهی استراتژی های همسو با تولید ایمن را در پیش گرفتند. در ادامه تاثیر مشوق های دولتی نیز بررسی و مشخص شد که به ازای افزایش ضریب پاداش به مدیریت و کارگران معدن تغییر استراتژی و تولید ایمن در معدن برقرار خواهد شد.

    کلیدواژگان: نظریه بازی ها تکاملی، بازی سه جانبه، مدیریت معدن، مسایل ایمنی
  • عطاالله بهرامی*، مریم چوبانی گل سعید، حجت حسین زاده، فاطمه کاظمی، حسن مومیوند، جعفر عبداللهی شریف، سینا سلطانعلی نژاد، داوود تقی زاده صفحات 61-80

    با توجه به مصرف بیش از 25 درصد از انرژی کل یک کارخانه سیمان به وسیله آسیاهای مواد خام، ارایه طرح مناسب برای اختلاط زون های مختلف معدن راهکار موثری در کاهش مصرف انرژی این کارخانه ها است. هدف تحقیق حاضر ارایه طرحی بهینه برای اختلاط زون های معدن آهک (به عنوان عمده تشکیل دهنده خوراک آسیاهای مواد خام کارخانه های سیمان)، برای کاهش انرژی خردایش در آسیاهای گلوله ای و غلتکی مواد خام کارخانه سیمان ارومیه است. خواص ژئومکانیکی زون های مختلف معدن با انجام آزمایش های اندیس کار باند، آزمون بار افتان و مقاومت فشاری تک محوره، شناسایی و تعیین شده است. همچنین در راستای رعایت استانداردهای تولید سیمان، مدول های سیمان سازی (L.S.F, A.L.M, S.I.M) برای زون های مختلف معدن محاسبه شده است. برنامه استخراج از زون های معدن با اهداف دستیابی به کمینه انرژی خردایش و هزینه حمل و نقل، به روش برنامه ریزی آرمانی تدوین شده است. معادلات محدودیت طرح تنظیم مدول های سیمان سازی (L.S.F, A.L.M, S.I.M) در نظر گرفته شده است. در نهایت با استفاده از نرم افزار WinQsb محاسبات مربوطه انجام شده است. بر اساس نتایج، ترتیب استخراج و مقادیر اختلاط زون های مختلف به گونه ای تنظیم شده است که با رعایت مدول های سیمان و حداقل کردن هزینه های حمل و نقل، به کاهش مصرف انرژی در آسیاهای مواد خام منجر شود.

    کلیدواژگان: سیمان، آسیای مواد خام، آزمایش های قابلیت خردایش، مدول های سیمان، برنامه ریزی آرمانی
  • ابراهیم عارف مند، حسن بخشنده امنیه*، عباس مجدی، مهدی وحیدی صفحات 81-93
    در پدیده انفجار، مواد منفجره پس از انفجار مقادیر بسیار زیاد انرژی آزاد می کنند، که موجب تخریب و شکستگی توده سنگ برجا می شود. از جمله پارامترهای موثر در نتایج انفجار، نحوه خرج گذاری درون چال انفجاری است. در مطالعات پیشین، انفجار بالشتک هوایی به عنوان یک روش انفجاری برای کاهش یا حذف اضافه حفاری، بهینه سازی خردایش و کاهش نتایج نامطلوب معرفی شده است. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر روش انفجار بالشتک هوایی بر توزیع فشار چال و تخریب توده سنگ اطراف چال انفجاری نسبت به روش مرسوم است. در این راستا، شبیه سازی عددی تک چال انفجاری به روش های مرسوم و بالشتک هوایی با استفاده از نرم افزار LS-DYNA انجام شد. نتایج نشان داد که در روش بالشتک هوایی، در ناحیه ستون هوا فشار اولیه چال نسبت به انفجار مرسوم کاهش می یابد و فشارهای ثانویه تولید می شود که این امر به کاهش 45 درصدی طول بازشدگی چال در امتداد ستون هوا و افزایش چند مرحله ای تخریب منجر می شود. از طرف دیگر تولید فشارهای ثانویه در روش بالشتک هوایی باعث افزایش 30 و 48 درصدی طول تخریب توده سنگ در ناحیه کف چال نسبت به روش مرسوم می شود. در نتیجه، روش انفجاری بالشتک هوایی با استفاده از ماده منفجره کمتر، مقدار بازشدگی و تخریب را بهبود می بخشد که نشان دهنده استفاده بهینه از انرژی ماده منفجره است.
    کلیدواژگان: انفجار، بالشتک هوایی، فشار چال، تخریب، شبیه سازی عددی
  • اوین زندی، روجیار اکبری سنه*، فرهاد رحمانی صفحات 95-113
    در تحقیق حاضر، اثر وجود خمیره معدنی زئولیتی کلینوپتیلولیت به عنوان پایه فتوکاتالیست اتصال ناهمگون BiOI-CuO در فرآیند تجزیه نوری آلاینده رنگی متیل اورانژ مطالعه شد. بدین منظور فتوکاتالیست اتصال ناهمگون BiOI-CuO سنتز و مقادیر متفاوتی از آن ها بر روی پایه معدنی کلینوپتیلولیت تثبیت شدند. نتایج آنالیزهای شناسایی تاییدکننده سنتز موفق فتوکاتالیست های مورد ادعا بود. تصاویر FESEM نشان داد که در اثر بارگذاری ساختار اتصال ناهمگون روی پایه زئولیتی تعداد انباشتگی ها کاهش یافته است. در نتیجه تثبیت ساختار BiOI-CuO روی کلینوپتیلولیت، نه تنها مورفولوژی نیمه رساناها تغییر نمی کند، بلکه به تشکیل ساختاری همگن تر و یکنواخت تر نیز منجر می شود. نتایج عملکردی گویای بهبود کارآیی نیمه رسانای BiOI در فرآیند تجزیه نوری آلاینده متیل اورانژ در اثر تشکیل اتصال ناهمگون این ماده با نیمه رسانای CuO و تثبیت آن ها روی پایه کلینوپتیلولیت است. استفاده از %.wt 10 نیمه رسانای CuO در کنار %.wt 20 از نیمه رسانای BiOI و تثبیت بر روی پایه معدنی، بیشترین بازده را به جهت حذف آلاینده متیل اورانژ از خود نشان داد که این امر به سبب پراکندگی و توزیع مناسب نیمه رساناهای فاز فعال روی پایه زئولیتی، میزان بازترکیبی پایین تر حامل های بار و شکاف باند مناسب در این نمونه نسبت به سایر کامپوزیت ها است که به واسطه آنالیزهای شناسایی نیز به اثبات رسید. حداکثر میزان حذف آلاینده متیل اورانژ (85%) تحت شرایط زمان واکنش 2 ساعت، غلظت آلاینده ppm 20 و دوز فتوکاتالیست g/L 5/0 تحت تابش نور UV به دست آمد.
    کلیدواژگان: کلینوپتیلولیت، نیمه رسانا Cuo، نیمه رسانا Bioi، تجزیه نوری، آلاینده متیل اورانژ
  • سبحان عزیزی، محمود عبدالهی*، مهدی محسنی صفحات 115-132
    در این مقاله استحصال آلومینا از کائولن از طریق فرآیند لیچینگ اسیدی بررسی می شود. نمونه کائولن مورد استفاده در این مطالعه از معدن کائولن زنوز (شرکت صنایع خاک چینی ایران)، در اندازه ذرات کوچک تر از 150 میکرون تهیه شد. کلسیناسیون نمونه کائولن در دمای C° 700 به مدت 2 ساعت انجام شد. لیچینگ آلومینیم از کائولن کلسینه شده با محلول اسیدی H2SO4 انجام شد. دما و مدت زمان لیچینگ، غلظت اسید و نسبت مایع به جامد، به عنوان پارامترهای لیچینگ مورد بررسی قرار گرفتند. شرایط بهینه لیچینگ در دمای C° 90، مدت زمان 3 ساعت، غلظت اسید M 5/2، نسبت مایع به جامد ml/g 7 و سرعت همزنی rpm 600 تعیین شد و تحت این شرایط، بازیابی لیچینگ آلومینیم 87/94% به دست آمد. برای حذف ناخالصی آهن که در لیچینگ به محلول انتقال می یابد، محلول لیچینگ باردار تحت فرآیند تخلیص قرار گرفت. تخلیص با روش استخراج حلالی با فاز آلی تشکیل شده از دپا به عنوان استخراج کننده و نفت به عنوان رقیق کننده انجام و 71/88% آهن حذف شد. با ترسیب آلومینیم هیدروکسید از محلول آلومینیم سولفات به وسیله سدیم هیدروکسید و به دنبال آن با کلسیناسیون آلومینیم هیدروکسید تولید شده در دمای C° 1200 به مدت 2 ساعت، آلومینایی با خلوص 97% تولید شد. بازیابی کلی استحصال آلومینا از کائولن مورد مطالعه، در شرایط بهینه 46/89% به دست آمد که مطلوب است.
    کلیدواژگان: آلومینا، کائولن، کلسیناسیون، لیچینگ اسیدی، ترسیب
|
  • M. Farahmand, M. Fahiminia, O. Asghari *, M.S. Mirmohammadi Pages 1-15
    One of the most crucial steps in ore exploration is the recognition of geological patterns and features. These features contain mineralogy, lithology, alteration, rock texture, etc. This stage has always been associated with many challenges. Among the challenges of this stage, we can mention the time-consuming and costly nature of this stage and the need for high expertise and human resources to recognize these patterns and features. In recent years, deep learning and machine learning have been adopted in earth sciences. In this research, by using the architecture of U-net, ore and waste were separated, and the grade pattern was identified using the core box images. For this purpose, iron minerals were segmented using binary image segmentation, trial-and-error methods were used to optimize the network, and finally, the model's accuracy for identifying ore was 91%. The IoU metric was utilized for further evaluation; this metric is a suitable criterion for the final evaluation of the image segmentation model, which has reached 75% in recognition of iron ores. For the final evaluation of the obtained model, the grade outputs of the model and the XRF analysis results of one core were compared. The network error was evaluated at 9%, which shows the good accuracy of the obtained model according to the real data.
    Keywords: Core Box, Image Segmentation, RGB Image, Deep Learning, U-Net Network
  • H. Geranian * Pages 17-38
    The 1:100,000-scale Porang sheet in South Khorasan province is prone to skarn, massive sulfide, and sedimentary mineralization due to the presence of intermediate to ultrabasic volcanic and plutonic rocks and the variety of sedimentary rocks. This paper introduces the Principal Coordinate Analysis (PCoA) method. The PCoA method, along with the Principal Component Analysis (PCA) and Correspondence Analysis (CA) methods, has been used to identify the possible type of mineralization in the study area. Geological and mineralogical data and the analysis results of 25 elements from 314 stream sediment samples, taken from the study area, have been used for this purpose. The results of the data analysis show that the D1 coordinate, PC1 score, and location in the first cluster maps of the samples are most likely related to the mineralization in ultrabasic, basic, and listivinite rocks. After that, the D2 and D3 dimension maps, the PC2 and PC5 score maps, and the sample location map in the fifth cluster related to sedimentary rocks attribute the most probability to sedimentary mineralization, especially of Mn and Fe mineralization types, in the study area. Finally, there is the possibility of skarn and massive sulfide mineralization, whose locations can be predicted by the D4 dimension maps, the PC3 score map, and the sample location maps in second, third, and fourth clusters. Also, the comparison of data analysis results with two multivariate statistical methods shows that by choosing the number of dimensionality reductions, the principal components method can cover more variability than the principal dimensions method. While connecting the principal coordinate maps to the mineralization is easier and more reliable than the principal component score maps. Therefore, the proposal of this paper is the simultaneous use of PCoA and PCA methods to analyze geochemical data in an exploration region.
    Keywords: Principal Coordinate Analysis, Principal Component Analysis, Mineral Potential Mapping, Multivariate Statistics, Porang Sheet
  • A. Fazliallah Abadi, M. Ataee-Pour * Pages 39-59

    In order to investigate the relationship between the management and executive components of the mine and to improve the safety level of the system, this paper introduces a new method for evaluating and managing the safety of the mining system. For this purpose, game theory has been used to solve mining safety issues. Game theory is a structured tool that can examine interactions between two or more players to understand their actions in certain situations. In this  paper, evolutionary game is used because of expressing the dynamics of relationships between players. The introduced model simulates the interactions between the government, managers, and miners under different conditions; also,the influence of regulatory factors on them in the system is evaluated. The results show that the effect of each factor on system safety is different and players affect the system safety according to each regulatory factor. Among these factors, the influence of punishments applied by game supervisors on the behavior of the mine management and mine workers was the greatest. So that with the increase of fines, the players adopted strategies aligned with safe production in a short time. Subsequently, the impact of government incentives was also investigated and it was determined that in exchange for increasing the reward factor to the management and mine workers, a change in strategy and safe production will be established in the mine.

    Keywords: Evolutionary Game Theory, Triparitite Game, Mine Management, Safety Issues
  • A. Bahrami *, M. Chubani Golsaeed, H. Hosseinzadeh, F. Kazemi, H. Moomivand, J. Abdollahi Sharif, S. Soltan Alinezhad, D. Taghizadeh Pages 61-80

    Considering the consumption of more than 25% of energy by raw mill materials in cement plants, providing a suitable plan for blending different mining zones can be an effective approach in reducing the energy consumption. The purpose of this paper is optimizing the plan of blending limestone mining zones to reduce milling energy consumption raw mills (ball mill and HPGR). The geomechanical properties of different mine zones have been identified by performing the bond work index, drop weight, and uniaxial compressive strength (UCS) tests. Also, to comply with cement production standards, cementing modules including S.I.M, A.L.M, and L.S.F have been calculated for different mine zones. Mining production planning with the aim of achieving the minimum comminution energy and transportation costs has been developed by the Goal programming method. Planning constraint equations are also considered to regulate cement modules. Finally, utilizing windows Quantitative System for Business software, the necessary calculations have been carried out. Based on the results, the extraction order and blending values of different mine zones are adjusted regarding cement modules and minimizing transportation costs, leading to a reduction in energy consumption of raw mills.

    Keywords: Cement, Raw Mills Materials, Comminution Tests, Cement Modules, Goal Programming
  • E. Arefmand, H. Bakhshandeh Amnieh *, A. Majdi, M. Vahidi Pages 81-93
    In the blast phenomenon, the explosives release a lot of energy, which causes damage and fractures the rock mass. One of the influencing parameters in the blasting results is the way the blast hole is charged. Power Deck blasting has been introduced as a blasting method to reduce or eliminate sub-drilling, optimize crushing, and reduce undesirable results. The purpose of this research is to investigate the impact of the Power Deck blasting method on the borehole pressure and damage to the rock mass compared to the conventional method. In this regard, the numerical simulation of a single blast hole was carried out using conventional and Power Deck methods by using LS-DYNA software. The results showed that in the Power Deck method, in the area of the air deck, the initial pressure of the hole is reduced compared to conventional blasting, and secondary pressures are produced, which leads to a reduction in the expansion of the hole along the air deck by 45% and increases the destruction in multi-stage. On the other hand, the generation of secondary pressures in the Power Deck method causes a 30% and 48% increase in rock mass destruction in the area of the bottom of the hole compared to the conventional method. As a result, the Power Deck blasting method improves the amount of expansion and destruction by using less explosive, which indicates the optimal use of the explosive energy.
    Keywords: Blasting, Power Deck, Borehole Pressure, Damage, Numerical Simulation
  • A. Zandi, R. Akbari Sene *, F. Rahmani Pages 95-113
    In the present study, the impact of immobilizing a BiOI-CuO heterojunction on clinoptilolite zeolite as a support for photocatalytic degradation of the organic pollutant methyl orange (MO) was investigated. To this aim, BiOI-CuO heterojunction photocatalysts with varying weight ratios of BiOI:CuO (2, 3, and 4) were synthesized and embedded in clinoptilolite matrix. Characterization techniques confirmed the successful synthesis of the photocatalysts. FESEM analysis revealed that immobilization of the heterojunction structure on the zeolite support reduced the number of agglomerations. This immobilization not only preserved the morphology of the semiconductors but also led to the formation of a more homogeneous and uniform structure. The results demonstrated enhanced photocatalytic performance for MO degradation due to the formation of a heterojunction between BiOI and CuO semiconductors and their immobilization on clinoptilolite. The combination of 20 wt.% BiOI and 10 wt.% CuO immobilized on clinoptilolite exhibited the highest removal efficiency for MO. This superior performance was attributed to the favorable dispersion and distribution of the active-phase semiconductors on the zeolite support, lower charge carrier recombination and an appropriate bandgap, as confirmed by characterization analyses. Under 2 h of UV light irradiation with a MO concentration of 20 ppm and a photocatalyst dosage of 0.5 g/L, a maximum MO removal efficiency of 85% was achieved under UV light irradiation.
    Keywords: Clinoptilolite, Semiconductor Cuo, Semiconductor Bioi, Photodegradation, Methyl Orange Pollutant
  • S. Azizi, M. Abdollahy *, M. Mohseni Pages 115-132
    This paper studies the extraction of alumina from kaolin through an acidic leaching process. The kaolin sample used in this study was taken from the Zonuz kaolin mine (Iran Porcelain Industries Company) at particle sizes smaller than 150 microns. Calcination of the kaolin sample was conducted at 700 ºC for 2 hours. Aluminum was leached from calcined kaolin with an H2SO4 acid solution. Temperature and time of leaching, acid concentration, and liquid-to-solid ratio were investigated as leaching parameters. The optimal leaching conditions were considered at 90 °C, 3 hours duration, 2.5 M acid concentration, 7 ml/g liquid-to-solid ratio, and 600 rpm stirring speed, and under these conditions, aluminum leaching recovery was obtained at 94.87%. To remove the iron impurity that is transferred to the solution during leaching, the pregnant leaching solution was purified. Purification was done by solvent extraction with an organic phase containing D2EHPA as an extractant and oil as a diluent, iron removal was achieved at 88.71%. By precipitating the aluminum hydroxide from a solution of aluminum sulfate with sodium hydroxide followed by calcination of the produced aluminum hydroxide at a temperature of 1200 °C for 2 hours, alumina with a purity of 97% was produced. The total recovery of alumina obtained from the studied kaolin under optimal conditions was 89.46%, which is desirable.
    Keywords: Alumina, Kaolin, Calcination, Acidic Leaching, Precipitation