Директор Инженерной школы апатитского филиала Мурманского арктического университета, кандидат геолого-минералогических наук Андрей Калашников принял участие в разработке инновационного метода анализа структуры горной породы в составе коллектива исследователей из Сколковского института науки и технологий, Физического факультета МГУ, Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева и Геологического института Кольского научного центра РАН.
Метод
Метод основывается на рентгеновской 3D-томографии и последующей обработке её результатов средствами алгебраической топологии.
Ученые предложили последовательно объединять разные фазы и, подсчитывая изменение в них количества минеральных агрегатов, каналов и пор с помощью чисел Бетти — инвариантов топологического пространства, делать выводы о взаимоотношениях минералов.
Тестирование
Практическое тестирование метода проводилось на образце редкой горной породы — меймечита — из Контозерского вулкано-плутонического комплекса на Кольском полуострове.
В рамках «слепого» эксперимента, ничего не зная об образце, физики из СколТеха провели сканирование образца с помощью рентгеновского 3D-томографа, физики из МГУ визуализировали полученный массив данных и разделили его на рентгеноплотностные фазы - группы минералов и сделали выводы о взаимоотношении минералов и даже о происхождении породы.
Ученые из МГУ, Кольского научного центра и МАУ совместно приложили разработанные ими методы алгебраической топологии к полученной трехмерной модели и на их основе сделали выводы о взаимоотношении «минералов» в образце.
Сравнив выводы с тем, что уже известно о генезисе меймечитов, исследователи обнаружили, что выводы коллег верны. Тот факт, что чистая математика дала те же выводы, что и опытные геологи, обнадеживает и позволяет предположить, что разработанный подход перспективен.
Прикладные задачи
Помимо теоретических исследований этот подход может использоваться и для решения прикладных задач, в которых важна структура породы. Например, микроструктура руды — это один из ключевых факторов, влияющих на ее обогащение — на вскрытие извлекаемых минералов, то есть на полное разделение полезных и «пустых» минералов, на чистоту концентрата и отсутствие целевого минерала в хвостах.
Андрей Калашников: "Успешное извлечение полезных минералов из руды с помощью процессов обогащения зависит от нескольких факторов: размера зерен полезного минерала, его взаимоотношений с «пустыми» минералами (включения пустых минералов в целевом и наборот, их взаимопроникающие срастания и т.п.), наличие минералов, которые могут влиять на процессы обогащения, а также изменчивость химического состава целевого минерала. Анализ микроструктуры руды с помощью 3D-томографии в перспективе может помочь спрогнозировать поведение руды в процессе обогащения. Этот прогноз, в свою очередь, позволяет принять решения об управлении рудопотоком и технологическими режимами обогатительно фабрики, выбрав оптимальные способы переработки руд, что уменьшит потери полезного компонента".
Научная статья опубликована в журнале "Scientific Reports (Nature.com).
Источники фотографий: Андрей Калашников; "Quantitative description of internal 3D structure of a geological sample using algebraic topology methods" (Scientific Reports, Nature.com).
_______________________________
Исследование проводилось в целях реализации стратегического проекта Мурманского арктического университета «Инновационные технологии в горном деле и переработке полезных ископаемых» в рамках программы «Приоритет-2030».