Енергийна ефективност в минната индустрия

Неефективното потребление на енергия, не само в минната индустрия, но и във всички останали промишлени сектори, е свързано с допълнителни разходи. Често обаче то може да е симптом за наличие на неефективни оперативни практики, които, от своя страна, засягат и производителността, поддръжката, безопасността и екологичните показатели на предприятието. Това налага предприемането на структурен подход към управлението на енергия.

През изминалото десетилетие фокусът върху енергийния мениджмънт в минната индустрия нараства. Тази тенденция се обуславя от покачващите се енергийни разходи за минните обекти, както и от натиска от властите и обществеността за редуциране на емисиите на парникови газове вследствие на употребата на изкопаеми горива.

Взривна дейност

Ефективната взривна дейност отдавна се смята за възможност за повишаване на енергийната ефективност и производителността в минната индустрия. Подобрения в ресурсните характеристики, в комбинация с интелигентно взривяване, сортиране на рудата и отстраняване на отпадъчния материал, могат да доведат до значително понижение на необходимото количество енергия за процеса на смилане, като същевременно се постига и увеличение на производителността.

Степента на вариране на концентрация на рудата и други характеристики оказват съществено въздействие върху минната дейност в нейната цялост, както и върху усилията за минимизиране на общото потребление на енергия. Като цяло прогнозите на геолозите по отношение на рудното тяло често се различават от реалността, пред която са изправени инженерите. Геометалургията позволява редуцирането на тази разлика чрез изпълнение на по-маломащабни (и по-евтини) изпитвания и използване на получените данни за създаване на 3D геометалургичен модел на рудното тяло. Този модел се използва за основа при предприемането на интелигентен подход на взривяване, насочен към участъците от рудното тяло с най-висока концентрация. Практиката показва, че този процес може да понижи енергопотреблението на тон метал с 10 до 50%. 3D геометалургичните модели на рудното тяло могат да допринесат и за оптимална конфигурация на веригите на стойността и интегриране на енергийна ефективност в измерването и отчитането на потреблението на енергия за единица произведен метал.

Технологията на селективно или интелигентно взривяване използва геометалургични данни за таргетиране на участъци от рудното тяло с по-високо съдържание на метал с по-голяма енергия на взрива. Това в значителна степен подобрява качеството на подаваната в трошачната инсталация руда, което от своя страна е свързано с намаляване на нетното количество консумирана енергия в етапите на трошене и смилане.

Сортирането и отстраняването на бедната руда със скални примеси може да подпомогне процеса на смилане. По този начин мелницата преработва материал с много по-висока концентрация на метал. Критериите за сортиране трябва да бъдат съобразени с плана на мината и технологията на взривяване, за да се гарантира, че към участъка за сортиране се подава само подходящия материал с необходимите размери. Отстраняването на бедната руда със скални примеси може да се осъществи чрез серия от процеси на преработка чрез сортиращи съоръжения, сита, сепаратори, разделящи материала въз основа на плътността, магнитни сепаратори и др. За целта могат да се използват и оптични, радиометрични, рентгенови и лазерни съоръжения за сортиране на рудата. Ефективността на това оборудване зависи от структурата на рудата, която се определя от свойства като минерален състав, гранулометричен състав и др.

Транспорт на материали

Транспортирането на откривка, руда и отпадъчен материал отговаря за съществен дял от енергопотреблението и оперативните разходи на един минен обект.

Консумацията на енергия зависи от решения, свързани с конфигурацията на мината, избора на активи и ежедневни работни практики.

Съществуват много стратегии за повишаване на горивната ефективност на тежкотоварните минни камиони чрез оптимизация и подобрения на автопарка. Налични са и варианти за алтернативен транспорт, допълващ придвижването на материал с камиони – мобилни трошачни инсталации, конвейерни системи, скрепери, електрически драглайн машини и др.

Минните камиони използват значителни количества дизелово гориво и са скъпи за закупуване и поддръжка. Оперативните процедури оказват влияние върху тяхната консумация на енергия и разходи за поддръжка. Скоростта на камионите, особено скоростта в завоите и моделите на спиране, както и характеристиките на пътната повърхност, са сред факторите, определящи износването на гумите и разходите за подмяната им.

Редица параметри могат да въздействат върху ефективността на минните тежкотоварни камиони – планът и конфигурацията на мината, скоростта, товароносимостта и продължителността на циклите, износването на гумите, възрастта и поддръжката на превозните средства, параметрите на двигателите и предавателните механизми.

Основните възможности за повишаване на енергийната ефективност на минните камиони включват оптимизиране на управлението на товароносимостта, въвеждане на усъвършенствани шофьорски практики, изготвяне на сравнителни анализи за автопарка и подобряване на конфигурацията на мината.

Преработка на рудата

Поне 40% от общото енергопотребление в минната дейност и преработката на руда се изразходват за процесите на трошене и смилане. Стратегиите за намаляване на пряката и косвената консумация на енергия в тази област обхващат максимално ефективно отделяне на бедната руда със скални примеси на по-ранен етап с цел редуциране на количеството материал, подлежащ на трошене и смилане, прилагане на най-енергийно ефективните технологии за трошене и смилане.

Проучвания показват, че в някои мини количеството енергия, използвано за процеса на смилане, може да бъда редуцирано с до 40% чрез прилагане на най-новото ефективно оборудване. Компютърни симулации, базирани на метода на дискретните елементи, демонстрират, че повечето скални късове с размери, надвишаващи диаметъра на отворите на пресевната инсталация, не се раздробяват при първия удар, а само се увреждат на множество места, което представлява неефективна употреба на енергия. Налична е широка гама оборудване за трошене и смилане, предназначено за разнообразие от материали и различни условия. Изборът на оборудване и конфигурацията на веригите оказват значително въздействие върху потреблението на енергия.

Целевата степен на смилане на рудата също влияе върху консумацията на енергия. Колкото по-фин става продуктът, толкова по-малко са вътрешните дефекти във всяка частица. Поради това частиците стават все по-трудни за раздробяване и необходимата за процеса на смилане енергия нараства.

Алтернативен подход за избора на целева степен на смилане на продукта при мултиминерални руди е стратегията за постепенно освобождаване, която включва отделяне на един минерал или една група от материали чрез прилагане на следните концепции: няколко ценни минерала се групират, като ефективната им концентрация се увеличава и позволява постигането на желаната степен на отделяне при по-грубо смилане; напълно освободените частици (100% ценен минерал) подлежат на извличане чрез флотация; частиците, съдържащи поне 15% ценен материал също подлежат на извличане чрез флотация при подходящи условия и реагенти. Ако се осъществи достатъчно отделяне на минералите, те могат да бъдат сепарирани от рудата преди последващото трошене и смилане. Тази стратегия е приложима и за отстраняване на бедната руда със скални примеси, което води до понижаване на необходимото количество енергия за смилане и по-висока ефективност при последващите етапи на сепариране. Подходът обаче изисква много добро разбиране на състава на частиците при различните степени на смилане.

Степента на смилане за всеки един процес на трошене влияе върху разпределението на размера на частиците и енергопотреблението в съответния етап. Консумацията на енергия е относително ниска, когато размерът на частиците е постоянен. По-фините частици, които имат по-малко на брой микропукнатини, са по-трудни за разтрошаване и водят до разсейване на енергията и образуване на шлам. За по-равномерно гранулометрично разпределение на частиците, което допринася и за по-ефективна флотация, се използват различни пресевни и филтриращи съоръжения.

Друга възможност за оптимизиране на енергопотреблението в етапа на преработка на рудата е подобряването на ефективността на процеса на сепарация. Пенната флотация е метод за разделяне, който се основава на различните химични свойства на минералите спрямо бедната руда със скални примеси. Оптимизирането на химичните условия във флотационните клетки намалява енергийната интензивност на процеса. Реализирането на енергийни спестявания е възможно чрез прилагане на по-усъвършенствани технологии за пенна флотация и прецизно управление на процесните параметри. Смесването и слепването на частиците например протичат по-бързо в по-малки в сравнение с традиционните клетки за пенна флотация.

Други възможности

Относително рентабилни енергийни спестявания могат да бъдат реализирани чрез подобрения в поддръжката на вентилационните системи. Например работните колела или перките на вентилаторите трябва да се почистват регулярно, за да се избегнат образуването на наслагвания и загубите на статично налягане.

Енергия може да се спести и чрез гарантиране, че капацитетът на вентилационната система отговаря на потребностите. При подземни рудници може да се сведе до минимум потреблението на енергия за задвижването на въздушните и водните потоци, както и да се редуцира площта на зоната, която трябва да се охлажда. Често загубите на енергия, генерирани от експлоатацията на вентилатори и помпи, са високи поради големите разстояния, на които трябва да бъдат пренасяни въздухът и охладената вода. Затова използването на локални системи със съвременно високоефективно оборудване предоставя възможност за реализиране на значителни по размер енергийни спестявания.

Понякога е възможно едновременно да се реализират и енергийни, и водни спестявания. Например употребата на добавки при оросяване може да намали честота на употреба на разпръскващите вода камиони. В други случаи обаче редуцирането на потреблението на вода и на енергия са конкуриращи се цели, което налага да се прибегне към компромис. Третирането на вода на площадката например може да доведе до понижаване на закупувания воден обем, но също така е причина за повишаване на енергопотреблението. Следователно всеки опит да се реши проблем с водата в мината, без да се вземат предвид въздействията върху консумацията на енергия просто ще доведе до изместване на проблема от едно направление в друго.