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优化破碎作业

如何让开采地球资源的行业变得更具可持续性?为实现意义深远的变革,如今采矿行业应当为岩石破碎这种高能耗作业寻找节能解决方案。

采矿行业在减排方面已取得了长足进步。但随着世界人口的激增和全球城市化进程的持续推进,原料需求不断上升。获取这些原料正变得越来越困难,因此采取可持续的做法变得日益重要。

为了在不损害子孙后代利益的前提下满足现代人的需要,可持续的经济、环境和社会发展至关重要。要维持现在的生活方式,我们需要获取和加工更多的原料,消耗更多的能源和水,进而产生更多的废物。当采矿作业越来越深入地下,而原料的品位不断下降时,问题就严重了。一方面我们需要满足人们对原料的需求,另一方面还要减少能耗、节约用水,平衡这两方面是可持续发展领域的一项主要挑战。虽然原材料开采行业与可持续发展的概念可能有些矛盾,但采矿和集料行业仍然可以为环境改善做出贡献。针对岩石破碎这种高能耗作业,寻求节能解决方案对于这些行业而言就是一个很好的切入点。

破碎作业就是减小岩石尺寸的过程。从矿石中提取出高价值矿物进行后续加工,矿石还可以应用于工业领域,这都离不开破碎工艺。破碎过程首先是爆破,然后是碎石、研磨或磨粉。采矿业是能源密集型产业,使用世界上约7%的能源。其中近一半的能源用于破碎工艺。为降低目前效率低下的破碎工艺的能耗,采矿业必须做出创新之举。

将破碎后的岩料颗粒尺寸从12毫米减小到6毫米,便有可能将磨粉作业的能耗降低20%。

作为采矿业重要的技术合作伙伴,山特维克在引领变革方面发挥着重要作用。自2011年以来,山特维克的Hamid-Reza Manouchehri博士一直致力于提高破碎过程中的能源和水的利用率及生态效率。他认为要实现更高效的破碎,必须研究整个价值链,这项工作在钻机启动前就要开始。Manouchehri指出:“爆破是破碎工艺中最节能的环节,能耗占2%,不过爆破成本占总运营成本的15%。但是我们仍然可以做出改进,让价值链下游的环节获益。高质量的爆破可以获得理想的碎裂效果,从而降低运输成本,提高破碎效率和生产效率。”

山特维克矿山和岩石技术推出了一款新型适配器,以提高钻孔的水平精度,目前已取得理想的效果。更直的钻孔可以节省能源、降低成本,同时获得更高的破裂度。钻孔即使只是稍微倾斜,也要浪费更多时间和精力作业,设法回到正确的路线。一项详细的研究表明,在8年开采寿命的矿山作业中,该适配器可以减少多达8千米的钻孔长度,同时提高爆破质量,降低随后破碎过程中的运输成本和能耗。

<p>山特维克矿山和岩石技术开发出采用智能自动化系统的破碎技术,可自动调整破碎机来处理硬岩,将生产效率提高多达4%。</p>

山特维克矿山和岩石技术开发出采用智能自动化系统的破碎技术,可自动调整破碎机来处理硬岩,将生产效率提高多达4%。

另一个需要改进的方面是收集钻头在岩石钻孔作业中的数据。山特维克开发出了随钻测量技术,可揭示岩石的化学成分,完成特性描述并改进钻孔规划。这些数据让智能爆破成为可能。Manouchehri表示:“根据岩石的化学和物理特征设计爆破方案,有助于获得颗粒更小的高品位矿石,其余的岩料则颗粒更粗。智能筛分或批量分拣可去除较大颗粒,减少将要压碎、磨粉和加工的原料数量。这样做可以降低能耗,提高下游工艺的回收率,提高生产率并降低成本。”

研磨和磨粉作业的成本高且不节能,尤其是与破碎环节相比。磨粉的能源效率不超过5%,而破碎的能源效率和成本效益至少是前者的10倍。从可持续发展和成本的角度来看,在技术可行的情况下,应该在破碎过程中更多使用爆破和破碎工艺。这为山特维克矿山和岩石技术在这些领域开发解决方案提供了良机。

山特维克设计了开创性的破碎技术和智能自动化系统,以提高精细压碎作业的生产率和效率。通过自动化系统可自动调整破碎机来处理硬岩,将生产率提高4%。山特维克CH860i和山特维克CH865i等功能强大的新型破碎机可以传输更高的压力(比同类破碎机高30%),破碎硬岩和次强岩。如果是对更小颗粒的岩料进行磨粉作业,可以节省相当多的能源。如果将破碎后的岩料颗粒尺寸从12毫米减小到6毫米,便有可能将磨粉作业的能耗降低20%。这样做也有助于减少设备磨损,降低运营成本。

科研创造可持续未来

山特维克目前正在与大学和矿业公司合作,牵头或参与国际研究项目,努力提高岩石加工的可持续性。评估和测试预裂弱化微波技术就是其中之一,这种技术可以降低破碎和磨粉加工的能耗,此外还正在开发干法生态高效破碎工艺的概念验证。

山特维克还尝试了采用不同的辅助技术开发高效的工艺。微波辐射、高能电脉冲、超声波处理、甚至包括等离子体技术等岩石预裂弱化技术已经完成测试。Manouchehri说道:“微波或高压电脉冲技术可以在岩石中产生微裂缝,弱化岩石强度,从而降低破碎和磨粉能耗。我认为在未来的几年里,微波技术在采矿业会得到迅速发展。”

虽然减少能源使用至关重要,但这并不是唯一需要考虑的可持续发展问题。破碎工艺还需要大量的水。虽然许多矿山利用废水处理设施,但更好的方案是从一开始就减少对水的需求。Manouchehri指出:“在过去的70年中,人均年可供水量已经从4,000立方米左右降至仅1,000立方米。与此同时,采矿业每年的用水量达到了60亿至80亿立方米。由于水资源的效力和易操作性,其中大部分都用作磨粉阶段中的主要助磨剂。然而,由于水资源的匮乏和磨粉加工过程中的潜在废水污染,使得干法破碎成为一种显而易见的行业趋势。”

山特维克矿山和岩石技术目前正与欧洲合作伙伴开展研究,设法证明干法生态高效破碎工艺的可行性。Manouchehri说道:“我认为这种干法工艺将进入市场,并在行业中占得一席之地。然而,为了实现充分的生态高效破碎,从爆破到细磨的整个破碎过程中,所有环节都必须整合为一条加工链。”

随着地球上可利用资源开采难度和成本的上升,一些业内人士正将目光投向更遥远的未来,希望能够应对当今的可持续发展问题。油气工业及海上风电等相关领域的进展,让海底采矿可能在不久的将来变得经济可行。从长远来看,小行星资源开采可能会从科幻小说变为现实。要使这两种设想变成现实,少不了复杂的多学科研发项目。

当然,我们还需要短期的解决方案,但即使是短期方案,目前的采矿研究可能也无法给出。Manouchehri表示:“我们需要加大创新,建立更广泛的合作创新联盟。采矿业的全球化性质可以提供一个通过多学科团队进行研发和创新的框架。”

使用OptiMine随钻测量

山特维克OptiMine Drill Plan Visualizer可视化工具,以3D格式显示现有钻孔方案和实际的钻孔结果,包括可用的随钻测量数据。此外还提供二维图形的随钻测量数据,以便对钻孔结果进行更详细的分析。可以方便、快速地对新钻孔方案进行修改。