Dreidimensionaler Röntgenblick im Dienste des nachhaltigen Bergbaus
Die Europäische Union sieht sich mit der Herausforderung konfrontiert, stark von Rohstoffimporten abhängig zu sein. Damit im Zusammenhang stehen Sektoren mit einem Gesamtwert von über einer Billion Euro, die rund 30 Millionen Menschen Beschäftigung bieten. Es besteht ein Bedarf an besseren Explorationsmethoden, damit mineralische Bodenschätze innerhalb der EU entdeckt und die Erzgewinnung in den existierenden Bergbaubetrieben effizienter gestaltet werden können. Auf diese Weise könnte der Abbau kleinerer und komplexer Lagerstätten wirtschaftlich realisierbar und gleichzeitig der Zugang zu den europäischen Rohstoffvorkommen hin zu mehr Umweltfreundlichkeit verbessert werden. Das EU-finanzierte Projekt X-MINE verfolgte das Ziel, modernste Sensortechnologien unter Einsatz von Verfahren aus den Bereichen Röntgenfluoreszenz, Röntgentransmission und maschinelles Sehen in 3D zu demonstrieren. Das Team entwickelte den X-Analyser, einen Bohrkernscanner, sowie den X-AnalySorter, einen mobilen Sortierer. Die Demonstrationen fanden in Bergbaubetrieben in Schweden, Griechenland, Bulgarien und Zypern statt.
Neue Technologien in der Entwicklung
Die Projektpartner entwickelten mehrere Prototypen von 3D-Kameras, Röntgenkameras und Röntgenfluoreszenzspektrometern und erprobten diese in Pilotanlagen. Sie integrierten ihre mit maschinellem Sehen in 3D und Röntgensensorik arbeitenden Technologien in eine konventionelle Mineralsortiertechnik und einen Röntgenbohrkernscanner. „Hauptergebnis des Projekts ist die Online-Analyseplattform X-Mine, die den Bohrkernanalysator, das Mineralsortiersystem und die 3D-Erzlagerstättenmodellierung beinhaltet, die alle mit der Datenfusionsplattform kombiniert sind“, erklärt Projektkoordinator Janne Paaso. Das X-MINE-Forschungsteam entwickelte schnelle Einzelphotonenzählung, Multienergie-Röntgentransmissions-Kameraprototypen, ein neues Röntgenfluoreszenzspektrometer und eine neue 3D-Kameraplattform für Anwendungen in den Bereichen Mineralexploration und -gewinnung. Das Team konnte außerdem die bereits existierende tomografische 3D-Bohrkernscannertechnik Orexplore in vielerlei Hinsicht verbessern. Dazu zählten eine neuartige Sensortechnik, Element- und Mineralanalyse sowie eine verbesserte Analysesoftware. Die Bohrkernscannertechnologie wurden in Bergbaubetrieben in Griechenland und Schweden vorgeführt. „Die Integration der Bohrkernscannerdaten in die dreidimensionalen Geomodelle ist im Gange, und die ersten Ergebnisse sind wirklich interessant und vielversprechend“, berichtet Paaso.
Demonstration der X-AnalySorter
X-MINE entwickelte zwei containergestützte Mineralsortiersysteme, die sogenannten X-AnalySorter. Diese wurden auf der Grundlage konventioneller Röntgensensoren entwickelt, verfügen aber über verbesserte Sortieralgorithmen. Das Team installierte das erste AnalySorter-System im Bergbaubetrieb Lovisagruvan in Schweden und erprobte es anhand vieler verschiedener Einsatzszenarien. „Kommt dieses Sortiermodell bei sortierbaren Fraktionen zum Einsatz, werden etwa 25-27 % der Masse als taubes Gestein entfernt und ungefähr 95-98 % der Erzmineralien (Zink und Blei) zwecks weiterer Verarbeitung zurückgehalten. Somit können der Energieverbrauch und die Kohlendioxidemissionen erheblich gesenkt werden.“
Wie geht es weiter?
Die Projektmitglieder entwickelten ihre Online-Analyseplattform, die in Form von Produkten von Unternehmen wie zum Beispiel Orexplore, Comex, Antmicro und Advacam kommerzialisiert werden soll. „Die Projektpartner von akademischen Einrichtungen werden zukünftig die innovativen Ergebnisse des Projekts für die Forschungs- und Entwicklungszusammenarbeit mit Bergbauunternehmen und in anderen Endanwendungsfällen nutzen“, betont Paaso abschließend.
Schlüsselbegriffe
X-MINE, Bergbau, Röntgen, Bohrkernscanner, X-AnalySorter, 3D-Vision, maschinelles Sehen in 3D, Erzgewinnung, Röntgenfluoreszenz, Röntgentransmission
