Измельчать правильно

Во всех областях горнодобывающей отрасли удалось добиться значительных успехов, позволивших сократить выбросы. Но из-за резкого роста населения мира и продолжающейся урбанизации спрос на сырье продолжает повышаться. Добывать сырье становится все сложнее, поэтому все весомее становятся принципы сбалансированного развития.

Экономическое, экологическое и социальное развитие на основе принципов сбалансированного развития имеют жизненно важное значение: мы должны удовлетворять сегодняшние нужды так, чтобы не навредить будущим поколениям. Для сохранения нынешнего образа жизни нужно добывать и обрабатывать огромное количество сырья. При этом потребляется все больше энергии и воды и производится все больше отходов. При добыче низкосортных материалов на большей глубине проблема усугубляется. Одна из главных задач сбалансированного развития — найти баланс между потребностью в материалах и необходимостью снижения энергопотребления и сохранения водных ресурсов. Хотя сама по себе концепция сбалансированного развития в отрасли, которая занимается добычей сырья, может выглядеть парадоксальной, вполне возможно разработать дополнительные меры по защите окружающей среды при ведении горных работ и производстве щебня. И начать можно с измельчения, ведь при этом процессе расходуется огромное количество энергии.

Измельчение — уменьшение размеров породы — осуществляется для извлечения ценных полезных ископаемых с целью последующей переработки и для повышения качества руды, используемой в промышленности. Сначала выполняются взрывные работы, за которыми следуют дробление и размалывание горной массы. Горное дело — весьма энергоемкая отрасль. Она потребляет около 7% энергии, вырабатываемой во всем мире. И почти половина этой энергии уходит на измельчение. Чтобы снизить энергопотребление нынешнего неэффективного процесса измельчения, нужны инновации.

Компания Sandvik, ключевой технологический партнер для отрасли, играет роль первопроходца, задающего новые тенденции в области сбалансированного развития. С 2011 года доктор Хамид-Реза Манучехри работает в Sandvik над повышением экологической эффективности и производительности в аспекте потребления энергии и воды при измельчении. Он верит, что для улучшения процесса измельчения необходимо подвергнуть анализу всю цепочку создания добавленной стоимости, которая начинается еще до начала бурения. «На взрывные работы приходится 2% энергопотребления и 15% общих эксплуатационных расходов. Это самый энергосберегающий этап измельчения, — говорит Манучехри. — Но и здесь мы можем добиться улучшений, которые благоприятно скажутся на последующих процессах. Качественный взрыв обеспечивает хорошую фрагментацию, а это значит, что можно снизить расходы на транспортировку и сделать дробление эффективнее и производительнее».

Sandvik Mining and Rock Technology внедрила новый переходник для повышения точности бурения. Пока результаты выглядят многообещающе. Прямолинейное бурение экономит энергию и снижает расходы, при этом ощутимо улучшается качество фрагментации. При бурении даже с небольшим уклоном для сохранения нужного направления придется больше бурить и дольше работать. Подробное исследование показало, что за восемь лет работы на руднике переходник может уменьшить объем необходимого бурения на восемь километров и повысить качество взрывных работ. Вместе с тем снижаются стоимость транспортных перевозок и энергопотребление при последующих процессах измельчения.

Получение данных от реакции буровой коронки на породу открывает дополнительные возможности для улучшений. Sandvik занимается разработкой технологии измерений забойных параметров в процессе бурения (MWD). Она помогает собирать информацию о химическом составе породы, чтобы дополнить описание характеристик породы и оптимизировать процесс планирования. Такие данные делают возможными «умные» взрывные работы. «В результате планирования схемы взрывных скважин на основе химических и физических характеристик породы мы получаем более мелкие обломки высокосортной руды, а отходы от взрыва будут заметно крупнее, — поясняет Манучехри. — Умная сортировка помогает удалить крупные частицы, уменьшив количество материала, подвергающегося дроблению, размалыванию и переработке. Таким образом, уменьшается потребление энергии и повышается коэффициент извлечения при последующих процессах, что положительно сказывается на производительности и затратах».

Размалывание — процесс дорогостоящий и к тому же энергозатратный, в особенности по сравнению с дроблением. Энергосбережение при размалывании не превышает 5%, тогда как дробление как минимум в 10 раз эффективнее и дешевле. В интересах сбалансированного развития и финансовой эффективности было бы логично задействовать в ходе процесса измельчения главным образом взрывные работы и дробление. Это открывает перед Sandvik Mining and Rock Technology широкие возможности, в первую очередь, в области инноваций.

Кроме того, компания стремится разработать эффективные технологические схемы, опирающиеся на различные вспомогательные технологии. К примеру, был испытан метод предварительного ослабления породы с помощью таких технологий, как микроволновое облучение, высокоэнергетические электрические импульсы, ультразвуковая обработка и даже плазменная технология. «Микроволновые или высоковольтные электрические импульсы создают в породе микротрещины, тем самым ослабляя ее и делая процессы дробления и размалывания менее энергозатратными — рассказывает Манучехри. — Думаю, в ближайшие годы мы станем свидетелями быстрого развития микроволновой технологии в горнодобывающей отрасли».

Снижение энергопотребления — ключевая, но не единственная проблема, связанная со сбалансированным развитием. Измельчение также требует большого количества воды. Многие рудники используют системы очистки сточных вод, но сокращение водопотребления было бы предпочтительнее. «В течение последних 70 лет средний доступный годовой объем воды упал с 4000 кубометров на человека до 1000 кубометров, — говорит Манучехри. — А горнодобывающая отрасль потребляет от шести до восьми миллиардов кубометров воды ежегодно. Значительная ее часть используется как вспомогательное средство при измельчении из-за ее эффективности и простоты в обращении. Однако нехватка воды и возможность загрязнения сточных вод подталкивают отрасль к переходу на сухое измельчение».

Sandvik Mining and Rock Technology вместе со своими европейскими партнерами работает над продвижением своей концепции экологически эффективного сухого измельчения. «Я уверен, что эта технология выйдет на рынок и найдет свое место в отрасли, — утверждает Манучехри. — Однако для того, чтобы добиться полной экологической эффективности измельчения, все процессы от взрывных работ до тонкого измельчения следует объединить и рассматривать как неразрывную цепочку».

Доступ к ресурсам, имеющимся на нашей планете, становится все более сложным и дорогостоящим. Это заставляет некоторых профессионалов отрасли пристально всматриваться в отдаленное будущее в поисках ответа на сегодняшние вопросы, связанные с со сбалансированным развитием. Прогресс в нефтегазовой отрасли и смежных областях, в частности, применение берегового ветра, уже в ближайшем будущем мог бы сделать подводную добычу полезных ископаемых экономически выгодной. В перспективе добыча полезных ископаемых на астероидах могла бы переместиться со страниц научно-фантастических романов в область реальных возможностей. Для того чтобы стать жизнеспособной, любой модели требуются комплексные междисциплинарные исследования и разработки.

Разумеется, без краткосрочных решений не обойтись, но даже здесь не все ответы могут быть получены в рамках текущих исследований. «Нам нужен более новаторский подход и сотрудничество, выходящее за пределы нынешней научно-исследовательской инфраструктуры в области горного дела, — говорит Манучехри. — Глобальный характер отрасли позволяет заложить основу для слаженного междисциплинарного взаимодействия ради успешных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и внедрения инноваций».