Ekologiczne kruszenie

Branża górnicza coraz skuteczniej zmniejsza emisję szkodliwych substancji do atmosfery. Wzrost populacji świata i postępująca urbanizacja  sprawiają, że popyt na surowce nieustannie rośnie. Tymczasem dostęp do tych surowców staje się coraz trudniejszy, a ich wydobycie w sposób zrównoważony to coraz ważniejsza sprawa.

Zrównoważona gospodarka i rozwój społeczny stają się koniecznością nie tylko dla nas, chodzi także o zapewnienie przyszłości następnym pokoleniom.  Utrzymanie naszego obecnego stylu życia oznacza wydobycie i przerób coraz większej ilości surowców, zużywanie coraz więcej energii i wody oraz produkowanie coraz większej ilości odpadów. W miarę jak sięgamy coraz głębiej. po coraz bardziej niskoprocentowe materiały, problemy rosną. Dlatego jedną z głównych kwestii ekologicznych staje się zapotrzebowanie na surowce i konieczności zmniejszenia zużycia energii i wody. Koncepcja zrównoważonego rozwoju jest więc dla branży górniczej pewnym paradoksem. Jednakże, jeśli chodzi o maszyny i stosowane technologie, możliwe są ulepszenia, które temu służą. Rzecz dotyczy głównie bardzo energochłonnych procesów rozdrabniania.

Rozdrabnianie – będące procesem redukcji wielkości skały – jest konieczne, aby uzyskać  wartościowe minerały i polepszyć jakość  rud. Zaczyna się  od robót strzałowych, po których następuje kruszenie oraz mielenie wydobytej skały. Górnictwo jest branżą energochłonną, która zużywa blisko siedem procent energii pierwotnej wygenerowanej na świecie. Prawie połowa z tego przypada na rozdrabnianie. Zmniejszenie zużycia energii w przez te dość nieefektywne procesy wymaga innowacyjności.

Firma Sandvik, jako jeden z najważniejszych partnerów technologicznych firm działających w tej branży, firma Sandvik ma do odegrania w tym procesie istotną rolę. Doktor Hamid-Reza Manouchehri pracuje od 2011 r. w firmie Sandvik nad zwiększeniem produktywności i ekologiczności procesów rozdrabniania, zwłaszcza w aspekcie zużycia energii i wody. Uważa on, że należy przyjrzeć się łańcuchowi procesów, i to przed wierceniem. – Roboty strzałowe to tylko dwa procent zużycia energii, lecz aż 15 procent całości kosztów operacyjnych. Jest to więc najdroższy etap procesu rozdrabniania – mówi Manouchehri. – Powinniśmy dokonywać ulepszeń każdego ogniwa całego łańcucha. Dobrze wykonany strzał daje dobrą fragmentację, co skutkuje mniejszymi kosztami transportu i bardziej wydajnym kruszeniem – podkreśla  Manouchehri.

Firma Sandvik Mining and Rock Technology wprowadziła nowy adapter, aby podnieść poziom precyzji wiercenia, czego rezultaty są obiecujące. Bardziej precyzyjne wiercenie pozwala oszczędzać energię i obniżać koszty, a także uzyskać lepszą fragmentację. Wiercenie nawet pod minimalnie nieprawidłowym kątem zwiększa wolumen prac wiertniczych. Badania wykazały, że podczas ośmiu lat eksploatacji kopalni nowy adapter umożliwił zmniejszenie prac wiertniczych o osiem kilometrów otworów i ulepszenie robót strzałowych. Równocześnie obniżyły się koszty transportu, a następnie zużycie energii w procesie kruszenia.

inny obszar ulepszeń jest możliwy dzięki otrzymywaniu danych z wiertła będącego w kontakcie ze skałą. Firma Sandvik opracowuje technologię pomiarów podczas wiercenia MWD (measurement-while-drilling)  aby uzyskiwać informacje na temat składu chemicznego skały, co ułatwia planowanie prac wiertniczych. – Projektowanie modelu wiercenia opartego na chemicznym i fizycznym charakterze skał oznacza, że można otrzymać mniejsze fragmenty wysokoprocentowej rudy w postaci resztek po strzale – mówi Manouchehri. – Inteligentne przesiewanie umożliwia usunięcie większych cząstek, w skutek czego zmniejsza się ilości materiału przeznaczonego do kruszenia, mielenia i przerabiania. Obniża to zużycie energii na dalszych etapach przeróbki, co powoduje wzrost produktywności i obniża koszty. 

W porównaniu z kruszeniem mielenie jest drogie i energochłonne. Wydajność energetyczna w trakcie mielenia nie przekracza pięciu procent, podczas gdy kruszenie jest blisko 10 razy wydajniejsze. Z perspektywy zrównoważonego rozwoju i kosztów należy więc wykonywać jak największą część procesu rozdrabniania podczas robót strzałowych i kruszenia. To właśnie tutaj firma Sandvik Mining and Rock Technology stara się znaleźć nowe rozwiązania.

Testowano również wydajne schematy technologiczne za pomocą stosowania dodatkowych technologii, takich jak napromieniowanie mikrofalowe, puls elektryczny o wysokim napięciu, ultradźwięki, a także technologii plazmowej w celu wstępnego zmiękczenia skał. – Technologia mikrofal lub pulsu elektrycznego o wysokim napięciu wywołuje w skale mikropęknięcia, co zmniejsza zużycie energii w procesach kruszenia i mielenia – mówi Manouchehri. – Myślę, że wkrótce będziemy świadkami rozwoju zastosowania technologii mikrofalowej w górnictwie.

W procesach rozdrabniania zużywa się duże ilości wody. Wiele kopalni stosuje do tego wodę z oczyszczalni ścieków, lecz jeszcze lepszym pomysłem jest zmniejszenie jej zużycia. – W ciągu ostatnich 70 lat ilość dostępnej wody w przeliczeniu na jednego mieszkańca zmalała z 4000 do 1000 metrów sześciennych – mówi Manouchehri. – Tymczasem górnictwo zużywa każdego roku sześć do ośmiu miliardów metrów sześciennych wody. Znaczna jej część jest zużywana podczas mielenia. Jednak kurczące się zasoby wody i możliwość jej zanieczyszczenia podczas mielenia sprawiają, że branża chce się przestawić na rozdrabnianie na sucho. 

Firma Sandvik Mining and Rock Technology pracuje razem ze swoimi europejskimi partnerami nad rozwojem suchego ekologicznego procesu rozdrabniania. – Sądzę, że taki proces znajdzie swoją niszę na rynku – uważa Manouchehri. – Aby osiągnąć w pełni zrównoważone metody rozdrabniania, każdy etap tego procesu, od robót strzałowych po mielenie, musi zostać zintegrowany. 

W sytuacji kurczących się i coraz trudniej dostępnych zasobów rozwiązania kwestii związanych ze zrównoważonym rozwojem trzeba się spodziewać od technologii. Postęp, jaki się dokonał w branży naftowo-gazowej oraz w dziedzinach takich jak farmy wiatrowe na morzu, otwiera być może możliwości wydobycia surowców spod dna morskiego. Może już niedługo będzie możliwa eksploatacja asteroid. Wszystkie te modele będą wymagały badań multidyscyplinarnych.

Oczywiście potrzebne są też rozwiązania na krótsza metę. – Musimy być bardziej innowacyjni, jeśli chodzi o badania – podkreśla Manouchehri. – A w ogóle branża górnicza powinna pracować zespołowo i w sposób multidyscyplinarny.