شبیه سازی فرآوری مواد معدنی

شبیه سازی و مدل سازی ابزار مناسبی برای طراحی ، تحلیل ، بهینه سازی و کنترل مدارها و واحدهای عملیاتی فرآوری مواد معدنی است که از حدود 40 سال گذشته مورد توجه قرار گرفته است. هدف اصلی همه روشهای شبیه سازی ، انتخاب بهترین روش و تجهیزات با بیشترین درجه اطمینان و کمترین هزینه است. مدلهای شبیه سازی در فرآوری مواد معدنی به طور کلی به سه نوع مدلهای تجربی ، پدیده شناختی و بنیادی تقسیم بندی می شوند.
کشورهای پیشرفته در زمینه معدن و فرآوری مواد معدنی از جمله کانادا، استرالیا، فرانسه و امریکا جزو پیشگامان در زمینه مدلسازی و شبیه سازی محسوب می شوند. در کانادا طرح شبیه سازی فناوری زغال و کانه (SPOC) در سال 1980 آغاز شد. این طرح که یکی از اولین فعالیت های مشترک بین صنعت ، دانشگاه و دولت بود که برای تهیه بسته نرم افزاری کاملی از برنامه های کامپیوتری مناسب و مفید صورت گرفت و شبیه سازی در عملیات صنعتی را آسان کرد. فعالیت های مشابهی در این خصوص درکشورهای دیگر نیز صورت گرفت. در سال 1984 در امریکا نرم افزار MODSIMارائه شد. این برنامه یک شبیه ساز حالت پایدار مدارهای فرآوری مواد معدنی بود که در سال 1985 به صورت تجاری درآمد. در استرالیا هم در سال 1986 اولین نسخه شبیه ساز با عنوان JKSimMet ارائه شد.
در همان سال فرانسه نیز اولین نسخه شبیه ساز خود را با عنوان USIMPAC به بازار معرفی کرد. امروزه شبیه سازی بر مبنای مدلهای دقت بالا که از نوع مدلهای بنیادی هستند رو به گسترش است. هرچند این مدلها دارای دقت بالایی هستند ولی به علت داشتن روابط پیچیده و صرف زمان زیاد اجرا در مقیاس صنعتی رایج نشده اند بنابر این در صنعت همچنان شبیه سازهای مبتنی بر مدلهای تجربی و پدیده شناختی به علت سادگی روابط و در عین حال دقت قابل قبول کاربرد دارند.
بطورکلی هدف اصلی همه روشهای شبیه سازی ، بهینه سازی و انتخاب بهترین روش و تجهیزات با بیشترین درجه اطمینان و کمترین هزینه است .به گفته دکتر مهدی ایران نژاد، عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر در شبیه ساز تولید شده در کشور که در چارچوب پایان نامه دانشجویی دوره کارشناسی ارشد در دانشکده مهندسی معدن ، متالورژی و نفت دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام شده است هم هدف برآورد و بهینه سازی عملکرد مدارهای متشکل از دستگاه های آسیا و هیدروسیکلون و پیش بینی رفتار تجهیزات در مدار بدون انجام عملیات فیزیکی است.
ایران نژاد درباره مدارهای آسیا می گوید: به منظور دستیابی به ماده معدنی با ارزش لازم است که کانی مورد نظر از بقیه کانیهای همراه جدا شود. لازمه این عمل خردایش کانسنگ و رساندن آن به یک اندازه مناسب است. در صنعت این عملیات در 2 مرحله سنگ شکنی و آسیا انجام می شود. در این عملیات یکی از نکات اساسی ، کنترل اندازه مواد خروجی از آسیاها برای ورود به مدار جدایش است تا ضمن تولید محصول مورد نظر از اتلاف انرژی برای خردایش ذرات ریز و تولید نرمه جلوگیری شود. این مرحله در اغلب موارد در صنعت از سوی هیدروسیکلونها انجام میشود. بنابراین یک یا چند آسیا و یک سیستم طبقه بندی کننده که در یک کارخانه برای دستیابی به ابعاد مورد نظر به کار می روند، مدار آسیا نامیده می شود.

هدف اصلی روشهای شبیه سازی انتخاب بهترین روش بابیشترین درجه اطمینان و کمترین هزینه است

ایران نژاد می افزاید: منظور از شبیه سازی حالت پایدار مدارهای آسیا در صفحه گسترده ها، برآورد رفتار ذرات جامد و آب در مدارهای پیوسته متشکل از آسیا و هیدروسیکلون پس از برقراری توازن جرمی جریان مواد جامد و آب در مدار با استفاده از امکانات و قابلیت های محیط صفحه گسترده ها که رایج ترین آنها اکسل (Excel) است ، می باشد.
در واقع در ارتباط با شبیه سازی مدارهای آسیا کنی نرم افزارهای متعددی توسعه یافته اند که هر یک دارای مزایا و معایبی هستند؛ شبیه سازی و با نگرش بر رفع معایب نرم افزارهای قبلی در صفحه گسترده محیط اکسل توسعه یافته است.

صرفه جویی در انرژی

مطالعه شبیه سازهای مشابه و آشنایی با نحوه طراحی و ارائه آنها، بررسی و مطالعه شبیه سازها بر مبنای مدلهای ریاضی تهیه و ارائه می شوند و در حقیقت مدلهای ریاضی به کار گرفته شده در شبیه سازها هستند که قابلیت و توانایی آنها را تعیین می کنند. امروزه اهمیت علم شبیه سازی بر هیچ کس پوشیده نیست. دلیل این ادعا گسترش بیش از پیش این رشته در همه علوم و به خصوص مهندسی است. بی شک علم مهندسی فرآوری مواد معدنی نیز به عنوان یکی از شاخه های مهم مهندسی و صنعت از این امر مستثنا نیست.
بنابراین همین مقدمه کوتاه برای توجیه علمی و اقتصادی مدل شبیه سازی در فرآوری مواد معدنی کفایت می کند. به گفته ایران نژاد گذشته از این ویژگی ، اهمیت این طرح زمانی نمایان تر می شود که بدانید بیش از 2 درصد کل انرژی مصرفی جهان صرف خردایش مواد می شود و از این رو بهینه سازی و کاهش مقداری از این انرژی بسیار مهم و اقتصادی خواهد بود. صرف نظر از موارد ذکر شده مهمترین توانایی این شبیه ساز، تغییر شرایط اولیه و به دنبال آن مشاهده تغییرات حاصل در نتیجه و محصول است که می تواند کاربر را در یافتن بهترین شرایط عملیاتی کمک کند و به طور کلی ، این شبیه ساز می تواند در مطالعات بهینه سازی مدارهای خردایش به کار گرفته شود در ضمن با توجه به محیط اکسل تغییر شرایط بسیار ساده و در دسترس است ، به خصوص در مقایسه با شبیه سازهایی که تحت محیط DOS اجرا می شوند این قابلیت بیشتر به چشم می خورد.
همچنین این شبیه ساز قادر است براحتی داده های ورودی و خروجی برنامه را به صورت تصویری نشان دهد که در مقایسه با برنامه های مشابه می تواند در تعبیر و تفسیر داده های ورودی و نتایج شبیه سازی کمک فراوانی را در اختیار کاربر قرار دهد. از مزایای دیگر این شبیه ساز استفاده همزمان 2 مدل است که در شبیه سازهای مشابه تنها از یکی استفاده شده است.
بررسی و مطالعه دقیق مدلهای ریاضی موجود برای آسیاها و هیدروسیکلونها، انتخاب مدلهای مناسب و تجزیه و تحلیل دقیق آنها برای نوشتن برنامه ، تهیه نرم افزار محیط اکسل با استفاده از امکانات موجود و افزودن ماکروهای گسترده با زبان VBA و تصدیق و ارزیابی شبیه ساز با استفاده از داده های صنعتی و نرم افزارهای مشابه از دیگر ویژگی های آن هستند.ایران نژاد در پایان با اشاره به ارائه 6 مقاله از نتایج این طرح درمجلات و کنفرانس های بین المللی و داخلی می افزاید: توجه به علم شبیه سازی در مهندسی فرآوری مواد معدنی در دانشگاه ها و مراکز علمی دیگر با اهتمام اساتید و دانشجویان مشتاق در کشور ما رو به گسترش است.
هر چند در مقایسه با کشورهای پیشرفته عقب هستیم ، ولی با کمی سرعت و توجه می توان این عقب افتادگی را جبران کرد. مهمترین مساله در حال حضور عدم اقبال صنعت فرآوری مواد معدنی کشور نسبت به استفاده شبیه سازی به طور اعم و استفاده از تولیدات داخلی به طور اخص است.
امید است با اهتمام بیشتر دولت و نهادهای تاثیرگذار مانند رسانه ها و اطلاع رسانی صحیح و گسترده در آینده شاهد پیشرفت روزافزون صنعت کشور و از جمله صنعت فرآوری مواد معدنی و رسیدن به جایگاه واقعی و در شان این کشور بزرگ معدنی دنیا باشیم.
گفتنی است این طرح با همکاری دکتر اکبر فرزانگان و مهندس سیدمحمد رضویان در دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام شده است.

بهاره صفوی