Ny geometallurgisk modell ger effektivare gruvor

En träffsäker modell som kan användas för att planera hur man bäst bryter och anrikar en malmkropp är enligt gruvbranschen ett måste för effektiv och hållbar gruvdrift. Forskare vid Luleå tekniska universitet har nu utvecklat en geometallurgisk modell för Garpenbergsgruvan som kan användas för att bättre visa fördelningen av metaller och mineral i malmkropparna och därmed optimera utvinningen. Modellen kan appliceras på andra gruvor och nu samarbetar forskarna med Boliden för att tillämpa och vidareutveckla modellen.

– Vi är väldigt glada över att vår forskning har fått så stort genomslag och att flera gruvbolag runt om i världen visar intresse för resultatet. Att utvinna flera värdefulla metaller ur en och samma malm ställer höga krav på integrerad malmkaraktärisering och processutveckling – och vi har lyckats hitta en framgångsrik modell som underlättar detta, säger Glacialle Tiu, forskare inom malmgeologi vid Luleå tekniska universitet som nyligen disputerat i ämnet.

Glacialle Tiu och hennes forskarkollegor har fokuserat på Garpenbergsgruvan utanför Hedemora, där Lappberget är en av de viktigaste malmkropparna för produktion av basmetaller i Europa. Forskningen har utförts i nära samarbete med Boliden som driver gruvan. Lappberget är en så kallad polymetallisk malmkropp, det vill säga en malm som innehåller flera olika bas- och ädelmetaller av värde, vilket gör optimering av anrikningsprocessen mer komplicerad.

Glacialle Tiu har utgått från de tredimensionella malmmodeller som gruvans geologer utvecklar idag. De utgör det viktigaste planeringsunderlaget för att uppskatta malmens värde och planera brytnings- och anrikningsprocesserna. En svaghet med de här modellerna är att de ofta endast innehåller information om halterna av olika metaller i malmen, men inte information om malmens mineralogiska och berggrundsgeologiska egenskaper. De senare kan ha stor betydelse för hur malmen beter sig under brytning och anrikning, vilket i sin tur kan leda till oförutsedda malmförluster eller att utvinningen blir svårare och därmed dyrare än väntat. Det finns därför en konsensus i gruvbranschen om att de klassiska malmmodellerna måste bli mer detaljrika för att optimera hela gruvvärdekedjan, från prospektering och gruvbrytning, till anrikning, smältning och miljöarbete.

En utmaning är just att bygga malmmodeller som länkar samman hela värdekedjan. Det är den utmaningen som är utgångspunkten för Glacialle Tiu när hon tar fram en mer detaljrik malmmodell. Hon har utvecklat en geometallurgisk modell som förbättrar återkoppling mellan gruva och anrikningsverk. Den innebär att vi får en bättre karaktärisering av malmen redan innan brytningen, vilket optimerar brytnings- och anrikningsprocessen. Hon har tagit fram den detaljrika malmmodellen genom att integrera en djupgående förståelse för den mineralogiska fördelningen av malmens beståndsdelar på olika skalor, via processtekniska försök. Försöken bekräftar att variation i malmens hårdhet, textur och mineralogi styr hur effektivt malmmineralen kan koncentreras till mineralkoncentrat i anrikningsverket. Genom detta arbete har Glacialle kunnat gruppera in malmen i nya domäner som var och en har ett specifikt förhållande mellan malmens egenskaper och dess anrikningstekniska prestandan.

Med hjälp av den nya modellen kan gruvbolagen bättre förutspå vad som händer när malmen bryts och på så sätt göra processen effektivare. Den komplexa malmen i den studerade Garpenbergsgruvan innehåller dessutom inte bara bas- och ädelmetaller utan även metaller som finns på EUs lista över kritiska råvaror. Det handlar om metaller som behövs för modern teknologi. Idag har EU ett mycket stort importbehov av dessa metaller eftersom det saknas inhemsk produktion, vilket medför en hög leveransrisk.

Med den nya modellen kan gruvbolagen också undersöka möjligheten att plocka ut dessa kritiska metaller ur malmen. Detta, tillsammans med effektiviseringen, leder till att mängden metaller som hamnar i gruvavfallet minskar, vilket förbättrar både miljö och ekonomi.

Nu ska Glacialle Tiu och hennes forskarkollegor vidareutveckla den framtagna modellen tillsammans med Boliden för att göra den än mer komplett men också automatisera delar av processen. Glacialles forskning ger Garpenbergsgruvan en bättre uppfattning om vilken typ av data som behöver samlas in för att effektivisera processen; en ”blue-print”. Framöver kommer fokus i forskningen vara att hitta sätt att bygga upp databaser som bättre integrerar information från olika delar av gruvverksamheten, med hjälp av smart sensorteknik som samlar in data i realtid. Maskininlärning och AI är viktiga delar i det fortsatta arbetet med syftet att skapa en så kallad digital tvilling av modellen och hela gruvprocessen.

Läs mer om forskningen bakom modellen i Glacialle Tius doktorsavhandling ”Geometallurgy of a complex ore: Lappberget Zn-Pb-Ag-(Cu-Au) deposit, Garpenberg mine, Sweden”.

Kontakt: Glacialle Tiu, forskare i malmgeologi vid Luleå tekniska universitet, glacialle.tiu@ltu,se, 070- 385 13 97, Christina Wanhainen, huvudhandledare och professor i malmgeologi vid Luleå tekniska universitet, christina.wanhainen@ltu.se, 072- 254 32 667, Nils Jansson, handledare och biträdande professor i malmgeologi vid Luleå tekniska universitet, nils.jansson@ltu.se 072-20 75 753