Giữa hàng trăm cục đá tưởng như giống hệt nhau, hệ thống tuyển quặng bằng tia X có thể phát hiện cục quặng chứa vàng và tự động đưa ra quyết định phân loại chỉ trong vài phần nghìn giây. (Ảnh minh họa do AI tạo)

Khi tia X trở thành "con mắt" của ngành khai khoáng

Trong nhiều thế kỷ, tuyển quặng luôn là một trong những công đoạn tốn kém nhất của ngành khai khoáng. Để thu được vài gram vàng hay bạc, các doanh nghiệp thường phải khai thác, nghiền và xử lý hàng tấn đá. Khi các mỏ có hàm lượng quặng cao dần cạn kiệt, lượng đá phải xử lý ngày càng lớn, kéo theo chi phí năng lượng, nước và hóa chất không ngừng gia tăng.

Trong bối cảnh đó, ngành khai khoáng đang chứng kiến sự phát triển mạnh của các công nghệ tuyển quặng bằng cảm biến (Sensor-Based Ore Sorting), trong đó nổi bật là công nghệ phân loại bằng tia X (X-ray Transmission - XRT). Thay vì nghiền toàn bộ lượng đá khai thác, hệ thống có thể "nhìn xuyên" từng cục quặng để nhận diện đâu là đá chứa khoáng hóa có giá trị và đâu là đá thải. Nhờ đó, một phần đáng kể vật liệu không có giá trị được loại bỏ ngay từ đầu dây chuyền, giúp giảm chi phí và nâng cao hiệu quả khai thác.

Tia X vốn được biết đến rộng rãi trong lĩnh vực y tế nhờ khả năng nhìn xuyên cơ thể để hỗ trợ chẩn đoán bệnh. Trong ngành khai khoáng, nguyên lý này được ứng dụng theo một cách khác: "nhìn xuyên" từng cục quặng để nhận biết đâu là đá chứa khoáng hóa có giá trị và đâu là đá thải.

Khi quặng nguyên khai đi qua buồng quét, tia X xuyên qua từng cục đá và được hệ thống cảm biến ghi nhận. Do mỗi loại khoáng vật có mật độ và khả năng hấp thụ tia X khác nhau, phần mềm sẽ phân tích dữ liệu theo thời gian thực để nhận diện các cục quặng chứa khoáng hóa mục tiêu. Nếu đáp ứng tiêu chí đã được cài đặt, quặng sẽ tiếp tục đi vào dây chuyền chế biến; ngược lại, các vòi khí nén sẽ lập tức thổi đá thải ra khỏi băng tải. Toàn bộ quá trình diễn ra chỉ trong vài phần nghìn giây và gần như hoàn toàn tự động.

Khác với các phương pháp tuyển khoáng truyền thống chỉ thực hiện sau khi nghiền, công nghệ X-ray Transmission (XRT) hoạt động ngay trên quặng nguyên khai có kích thước lớn, nhờ đó giảm đáng kể lượng vật liệu phải đưa vào các công đoạn chế biến tiếp theo.

Công nghệ tuyển quặng bằng cảm biến hiện đã được nhiều doanh nghiệp khai khoáng lớn trên thế giới ứng dụng. Theo các tài liệu kỹ thuật do TOMRA Mining công bố - một trong những nhà cung cấp thiết bị phân loại quặng hàng đầu thế giới - công nghệ tuyển quặng ngày càng trở nên quan trọng khi hàm lượng quặng suy giảm và các doanh nghiệp phải khai thác những thân quặng nghèo hơn để duy trì sản lượng. Nhiều hệ thống XRT hiện được triển khai tại các mỏ vàng, kim cương, đồng và quặng sắt nhằm loại bỏ đá thải ngay từ đầu dây chuyền chế biến, qua đó nâng cao hiệu quả khai thác và giảm chi phí vận hành.

Đối với các mỏ vàng và bạc, XRT chủ yếu được sử dụng ở giai đoạn tiền tuyển (pre-concentration). Đây không phải là công nghệ thay thế các quy trình tuyển luyện truyền thống, mà đóng vai trò "lọc thô" trước khi quặng đi vào các công đoạn chế biến sâu. Hiệu quả của bước tiền tuyển ngày càng trở nên quan trọng khi hàm lượng quặng tại nhiều mỏ vàng trên thế giới liên tục suy giảm. Nếu trước đây chỉ cần xử lý một lượng quặng tương đối nhỏ để thu được cùng một lượng vàng, thì hiện nay nhiều doanh nghiệp phải khai thác và chế biến khối lượng đá lớn hơn đáng kể.

Hiệu quả của phương pháp này không chỉ dừng ở lý thuyết. Một ví dụ tiêu biểu là mỏ thiếc Renison Bell tại bang Tasmania (Australia), nơi công nghệ tuyển quặng bằng cảm biến của TOMRA Mining được ứng dụng để loại bỏ đá nghèo trước khi quặng được đưa vào nhà máy tuyển. Theo các tài liệu kỹ thuật của TOMRA Mining, bước tiền tuyển giúp giảm đáng kể khối lượng vật liệu phải nghiền và xử lý, qua đó nâng cao hiệu quả vận hành của toàn bộ dây chuyền. Mặc dù Renison Bell là mỏ thiếc, mô hình này đang được nhiều doanh nghiệp khai khoáng nghiên cứu và mở rộng đối với các mỏ vàng, bạc có hàm lượng quặng thấp.

Không chỉ được ứng dụng trong khai thác vàng và bạc, công nghệ XRT còn được sử dụng để tuyển chọn nhiều loại khoáng sản khác như kim cương, đồng, chì - kẽm, thiếc, antimon và một số khoáng sản công nghiệp, phản ánh xu hướng ngày càng phổ biến của các hệ thống phân loại quặng bằng cảm biến trong ngành khai khoáng hiện đại.

Mỗi cục quặng đi qua buồng quét đều được tia X "nhìn xuyên", sau đó hệ thống điều khiển khí nén sẽ tách riêng quặng có giá trị và đá thải chỉ trong vài phần nghìn giây.

Từ "khai thác nhiều hơn" sang "khai thác thông minh hơn"

Trong nhiều thập niên, tăng sản lượng khai khoáng thường đồng nghĩa với việc mở rộng quy mô khai thác, đào sâu hơn và xử lý nhiều quặng hơn. Tuy nhiên, khi các mỏ giàu dần cạn kiệt, chi phí sản xuất leo thang và yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, ngành khai khoáng đang chuyển sang một tư duy mới: không chỉ khai thác nhiều hơn mà phải khai thác thông minh hơn.

Trong ngành khai khoáng, giới kỹ thuật thường nhắc tới quan điểm “The grade is king” - hàm lượng quặng là yếu tố quyết định hiệu quả kinh tế của một mỏ. Trong khai khoáng, chỉ cần hàm lượng quặng tăng thêm một tỷ lệ rất nhỏ cũng có thể làm thay đổi đáng kể hiệu quả kinh tế của cả một dự án. Khi hàm lượng quặng suy giảm, các công nghệ như XRT càng trở nên quan trọng vì giúp doanh nghiệp giữ lại phần quặng có giá trị và loại bỏ đá thải ngay từ đầu dây chuyền.

Xu hướng mới là sử dụng dữ liệu để quyết định ngay từ đầu cục quặng nào đáng đầu tư chi phí chế biến. Trí tuệ nhân tạo (AI), thị giác máy tính, cảm biến đa phổ, tia X và tự động hóa đang kết hợp với nhau để hình thành thế hệ công nghệ tuyển quặng mới, giúp quá trình phân loại ngày càng chính xác, nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Nhờ đó, nhiều thân quặng hàm lượng thấp vốn khó khai thác kinh tế nay có thêm cơ hội được đưa vào sản xuất. Đồng thời, việc cắt giảm khối lượng đá đưa vào chế biến cũng giúp tiết kiệm điện năng, nước, hóa chất và giảm phát thải khí nhà kính - những tiêu chí ngày càng được coi trọng trong phát triển khai khoáng bền vững.

Ở một góc độ rộng hơn, cuộc cạnh tranh trong ngành khai khoáng đang dần chuyển từ ai khai thác nhiều hơn sang ai khai thác hiệu quả hơn. Trong tương lai, lợi thế của các doanh nghiệp vàng, bạc sẽ không chỉ phụ thuộc vào quy mô trữ lượng, mà còn nằm ở khả năng ứng dụng công nghệ để khai thác hiệu quả ngay cả những mỏ có hàm lượng quặng ngày càng thấp.

Hệ thống COM XRT 2.0 của TOMRA Mining sử dụng tia X để phân tích mật độ từng cục quặng và tự động loại bỏ đá thải ngay từ đầu dây chuyền, giúp giảm đáng kể khối lượng vật liệu phải nghiền và tuyển.

Thị trường công nghệ vẫn còn nhiều dư địa tăng trưởng

Nhu cầu nâng cao hiệu quả khai thác đang thúc đẩy thị trường thiết bị phân loại quặng bằng cảm biến tăng trưởng nhanh trên toàn cầu. Theo các báo cáo nghiên cứu thị trường, quy mô thị trường máy phân loại quặng bằng tia X đạt khoảng 558 triệu USD năm 2025 và được dự báo có thể tăng lên gần 882 triệu USD vào năm 2032, tương ứng tốc độ tăng trưởng bình quân (CAGR) khoảng 6,6% mỗi năm.

Động lực của xu hướng này không chỉ đến từ ngành vàng và bạc mà còn từ nhu cầu khai thác đồng, lithium, đất hiếm cùng nhiều khoáng sản chiến lược phục vụ quá trình chuyển đổi năng lượng. Khi các quốc gia ngày càng coi trọng an ninh tài nguyên và các doanh nghiệp phải đáp ứng những tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt hơn, các công nghệ giúp nâng cao tỷ lệ thu hồi khoáng sản, giảm chi phí sản xuất và hạn chế phát sinh chất thải sẽ tiếp tục được ưu tiên đầu tư.

Ở góc độ dài hạn, lợi thế cạnh tranh của một doanh nghiệp khai khoáng có thể sẽ không còn chỉ được quyết định bởi quy mô trữ lượng hay công suất thiết bị. Khả năng khai thác hiệu quả các mỏ có hàm lượng thấp, tối ưu hóa từng tấn quặng và giảm chi phí trên mỗi ounce vàng hay bạc thu hồi mới là yếu tố tạo nên khác biệt.

Nếu trong thế kỷ XX, ngành khai khoáng chủ yếu cạnh tranh bằng những cỗ máy lớn hơn và công suất cao hơn, thì bước sang thế kỷ XXI, cuộc cạnh tranh đang dần chuyển sang dữ liệu, cảm biến và thuật toán. Giá trị của một mỏ vàng hay bạc không chỉ nằm ở lượng kim loại dưới lòng đất, mà còn ở khả năng nhận diện chính xác phần quặng có giá trị trước khi đưa vào chế biến.

Nhìn từ góc độ đó, công nghệ tuyển quặng bằng tia X không đơn thuần là một thiết bị mới trên dây chuyền sản xuất. Nó phản ánh sự chuyển dịch của toàn ngành khai khoáng - từ khai thác dựa vào quy mô sang khai thác dựa vào tri thức và công nghệ. Trong bối cảnh tài nguyên ngày càng khó tiếp cận, chi phí khai thác gia tăng và yêu cầu phát triển bền vững trở thành tiêu chuẩn mới, những "đôi mắt tia X" có thể sẽ trở thành một trong những công cụ quan trọng giúp ngành vàng, bạc duy trì hiệu quả khai thác trong nhiều thập niên tới.

Giới khai khoáng quốc tế có một quan điểm khá phổ biến: "Cục quặng tốt nhất là cục quặng không cần phải nghiền”. Cách nói này phản ánh xu hướng tối ưu hóa ngày càng rõ của ngành mỏ hiện đại. Khi tài nguyên dần cạn kiệt và yêu cầu phát triển bền vững ngày càng cao, mục tiêu không còn là xử lý nhiều quặng hơn, mà là xử lý đúng phần quặng có giá trị. Công nghệ tuyển quặng bằng tia X vì thế không chỉ giúp tiết kiệm chi phí, mà còn góp phần thay đổi tư duy khai thác - từ khai thác dựa vào khối lượng sang khai thác dựa vào dữ liệu và độ chính xác.

Trong lịch sử khai khoáng, mỗi bước tiến về công nghệ đều giúp con người khai thác được những nguồn tài nguyên từng bị coi là không có giá trị kinh tế. Nếu máy hơi nước giúp đào sâu hơn, máy xúc giúp khai thác nhanh hơn thì các hệ thống tuyển quặng bằng tia X đang giúp ngành khai khoáng khai thác chính xác hơn. Đó cũng có thể là chìa khóa để duy trì nguồn cung vàng, bạc trong bối cảnh các mỏ giàu trữ lượng ngày càng hiếm.

Thiên Hương