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国外铜矿技术发展的五大趋势

    

导读: 据统计,2019年度,我国进口铜精矿549.7万吨,铜的对外依存度高达78%,铜精矿进口量占全球铜精矿产量的26.74%,是全球铜精矿需求第一大国。中国对铜资源的需求增加,加快了各地对铜矿资源的开发速度。

近年来,我国铜矿资源对外依存度持续增高。据统计,2019年度,我国进口铜精矿549.7万吨,铜的对外依存度高达78%,铜精矿进口量占全球铜精矿产量的26.74%,是全球铜精矿需求第一大国。中国对铜资源的需求增加,加快了各地对铜矿资源的开发速度。

根据snl数据,2019年度全球铜矿产量达到30万吨以上的有15家,达到50万吨以上的企业有9家。全球产量达到30万吨以上的15家铜矿企业累计生产铜矿1092万吨,占全球铜矿产量的55%;达到50万吨以上的9家铜矿企业累计生产铜矿871万吨,占全球铜矿产量的41.86%。中国的五矿集团和紫金矿业进入全球前15铜矿企业排名,2019年度产量合计为61.3万吨,占全球铜矿产量的2.9%。智利国家铜业公司、嘉能可、必和必拓、自由港4家公司年产铜矿均超过100万吨,牢牢占据着全球铜业第一梯队。

卡莫阿铜矿

铜矿开采涵盖了露采、地采、露采转地采等形式,铜矿的加工提取工艺以硫化矿破碎、磨矿、浮选和氧化矿破碎、堆浸、萃取工艺为主。多种采矿方式共存、巨大的矿石开采量和选矿处理量,使得铜矿的开采和选矿技术在很大程度上代表着全球矿业技术的发展水平和发展方向。

从前十大铜矿公司的创新发展策略来看,铜矿技术发展主要围绕着矿山数字化、智能化、自动化、安全和环境、新技术新装备五个方面进行。

在数字化方面,通常将矿山全部生产要素,并通过光纤、卫星等无线通信网络传送到矿山控制中心储存和加工处理

Corporación Nacional del Cobre公司 于2019年10月启动了将数据从公司网站的服务器迁移到云服务器的项目,以降低各部门数据中心的复杂性,最大限度地利用云平台,保障系统数据安全。该公司通过数据分析,优化了Chuquicamata铜矿磨矿和浮选工艺,提高了生产效率,降低了生产成本。另外,该公司正在建设地理信息数字系统,帮助分析解译在勘探过程中获得的数据。

BHP Group公司使用大数据和人工智能建立了先进的地球物理模型,重新分析已有的钻探数据。基于大数据研究,该公司2018年11月在南澳大利亚的奥林匹克大坝铜铀矿床附近新发现了橡树坝铜矿。

在智能化方面,对传输和储存在控制中心的海量矿山数据,开发人工智能软件,优化各生产环节调度与管理,实现矿山安全、高效生产

Freeport-McMoRan Inc.公司2018年与麦肯锡的数据科学家合作,分析Bagdad铜矿采场和选厂的数千个传感器3年的数据,成功地利用大数据、机器学习和数字孪生技术完善了人工智能系统。该系统通过矿山的实时数据分析,可以预测和融合最有效的采选工序操作设置,并可以向调度发送命令,以调整采矿和选矿工序按最佳性能执行操作。通过采用新工艺,Bagdad的矿产量增加了10%~15%,铜的回收率增加了1%,生产成本降低了10%~15%。目前,该公司正计划在其所有的北美和南美洲铜矿推广此项技术。

Rio Tinto Group公司基于智能化程度较高的Koodaideri铁矿石项目,推动数字化和自动化建设。该公司研发了完全集成的矿山操作和模拟系统,使用数字孪生技术,将工厂实际的数据与历史信息结合起来,提高勘探、采矿、运输和制造矿产品等环节的生产效率和安全性。

在自动化方面,自动化的潮流正在铜矿产业兴起,铜矿企业开始大量使用无人机、机器人、无人自动钻机等设备,提高生产效率,减少人员伤亡等安全事故

Rio Tinto Group公司2019年使用机器学习和人工智能技术优化了位于犹他州的Kennecott铜矿选矿厂的工艺控制,使其适应不同类型的矿石,提高了矿物的回收率,并提高了生产效率。2019年,Kennecott铜矿开始大量使用远程操作遥控地形车和无人机进行勘探及危险工作,进行实时3D绘图和设施检查,检查矿山斜坡、顶部和岩壁是否存在裂缝和岩石运动迹象等安全风险,同时使用装有热诊断能力的无人机从空中识别设备是否需要检修。

在蒙古Oyu Tolgoi铜金矿使用无人机进行爆破清除检查,提高了工作效率,并确保了人员团队的安全。该公司的自动驾驶火车运输系统AutoHaul通过列车和铁路网、地形等信息智能控制,提高了安全性和生产效率,消除了运送司机往返火车的需要,提高了生产力。

在美国Bingham 铜矿,该公司制造的低成本机器人爬虫Mark II可以深入铜矿峡谷的各种地形,检测气体,收集岩石、土壤和水样,既保护了安全,又节省了资金。该公司建立了RTVis™-力拓可视化系统,操作员通过一个3D引擎可以看到矿山所有的现场过程。该系统软件汇集了地质、岩土、钻井和爆破、生产和规划的数据,并可视化了地表和地下的矿床特征。与此同时,该公司还开发了矿山自动化系统MAS,通过人工智能分析,可以自动生成矿体模型,帮助组织设备调度,优化工艺、预测和控制矿山爆破。

在安全和环境方面,多数企业使用可再生能源和节能设备,有些企业甚至自建光伏电站发电,使用淡化海水来进行采矿选矿

Corporación Nacional del Cobre公司为应对气候变化和可持续发展,致力于推广电动化。2019年,该公司在Chuquicamata和elTeniente部门开始测试部署电动公共汽车,同时还在elTeniente铜矿运行了第一个混合动力铲运机(LHD)设备,大幅减少了柴油消耗。

BHP Group公司设定了2020年~2030的中期目标为温室气体排放减少30%以上。该公司将使用太阳能装置、矿井内粉碎和电动输送机以及电动车取代柴油运输车的解决方案。2020年,该公司的Escondida和Spence铜矿用水实现了40%的淡化海水用量,并计划于2030年矿业开发用水全部使用淡化海水。

KGHM Polska Miedz SA公司研究开发了“操作人员防撞系统”,消除最常见的安全危害。该公司计划在其拥有的200公顷土地上建设光伏发电厂,并收购附近的风力发电站,使用更多的清洁能源,实现环保目标。

Grupo Mexico公司将在秘鲁Tia Maria铜矿浸出-萃取项目中全部使用淡化海水,保护当地的地下水资源和环境。

在新技术新装备方面,有利于节能、环保的新技术、新装备也在进一步得到发展,一批新技术正在得到推广和应用

Corporación Nacional del Cobre公司研发了一种使用伸缩臂和专利粘合剂处理和放置炸药的设备“block caver”,已成功应用于100多个矿巷,提高了爆破的安全性。该公司研发了一种不可碎裂材料的探测器,能够检测和排除可能危及破碎工序运行连续性的原料(如采矿遗留的挖掘机金属齿)。自2014年以来,该公司在智利的RadomiroTomic铜矿成功地利用微生物辅助堆浸含黄铜矿矿物的硫化铜矿。该公司的其他矿山也开始试点微生物辅助的硫化铜物堆浸,提高了回收率。为应对ElTeniente铜矿和Chuquicamata铜矿深部采矿的地质力学挑战,该公司相关技术人员和世界各地专家合作,提出了应用水力压裂技术破碎岩石进行采矿的建议。

Glencore Xstrata Plc公司在巴拿马 Cobre 铜矿和智利Collahuasi铜矿采用Jameson 浮选槽取代了老式浮选槽,提高了铜的选矿回收率和铜精矿品位,Jameson 浮选槽还在 Newcrest Mining公司澳大利亚 Cadia铜金矿、 Barrick公司赞比亚 Lumwana铜矿等铜矿得到广泛应用。该公司在秘鲁的Antapaccay铜矿采用IsaMill细磨工艺,提高了铜的回收率和铜精矿品位,并实现了节能。

(作者单位:中国地质调查局国际矿业研究中心、中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所)


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