Енергийни изисквания в процеса на преработка на минерали
Преработката на минерали е поредица от процеси, използвани за отделяне на ценни минерали от примеси (пуста скала), повишаване на тяхното качество и производство на продукти, които отговарят на промишлените спецификации. Зад тези цели често се обръща внимание на един определящ фактор: енергията. Енергийните изисквания при преработката на минерали не само влияят върху оперативните разходи, но и върху въглеродния отпечатък, дизайна на инсталациите, надеждността на производството и устойчивостта на мините. Тази статия разглежда къде се използва енергия, факторите, които влияят върху нейните нужди, и стратегиите за подобряване на енергийната ефективност.
1. Защо енергията е основен проблем при преработката на минерали?
Повечето операции по преработка на минерали работят с големи количества материал, често с ниско съдържание на ценни минерали. Това означава, че големи количества скала трябва да бъдат раздробени, смелени, изпомпвани, смесени и разделени, за да се получи малко количество концентрат. Всяка стъпка изисква механична, електрическа, топлинна и химическа енергия. В много инсталации разходите за енергия могат да бъдат един от най-големите компоненти на оперативните разходи, дори надминавайки разходите за химикали или труд, особено когато цените на електроенергията и горивата се покачват.
От екологична гледна точка, енергията от електроцентрали на базата на изкопаеми горива ще увеличи емисиите на парникови газове. Следователно, енергията не е само въпрос на „колко киловатчаса са използвани“, но и на стратегии за декарбонизация на минната индустрия.
2. Форми и източници на енергия при преработката на минерали
Енергията в преработката на минерали може да бъде групирана в няколко основни форми:
1. Електрическа енергия: използва се за двигатели на трошачки, мелници, конвейери, помпи за шлам, флотационни бъркалки, въздушни компресори и контролни инструменти.
2. Механична енергия: на практика тя идва от електричество/дизел, което се преобразува в механична работа, например за намаляване на размера.
3. Термична енергия (топлина): използва се за сушене, калциниране, нагряване на разтвори или процеси, които изискват определена температура.
4. Химична енергия: идва от гориво (дизел, газ, въглища), а също и от някои реагенти в хидрометалургичните процеси.
Често срещани енергийни източници включват електрическата мрежа на PLN, дизелови генератори, природен газ, въглища и все по-често възобновяема енергия, като слънчева, вятърна или оползотворяване на отпадна топлина в определени съоръжения.
3. Етапи на процеса и точки с най-голяма консумация на енергия
а. Раздробяване: раздробяване и смилане
Раздробяването – намаляването на размера на рудата – обикновено е най-големият консуматор на енергия в много инсталации за преработка на минерали. Раздробяването обикновено раздробява големи скали от мината до размер, който може да се обработва от мелница. След това смилането рафинира материала, докато ценните минерали се освободят от пустата маса.
Защо раздробяването е енергоемко? Защото раздробяването на скала изисква много работа и не цялата енергия се преобразува в „енергия за образуване на фрактури“; голяма част се губи като топлина, звук и вибрации. Изборът на тип трошачка (челюстна, въртяща се, конусна) и мелница (SAG, топкова мелница, HPGR) ще определи значително ефективността.
б. Класификация и транспортиране на течен тор
След смилане, материалът обикновено се смесва с вода, за да се образува суспензия, и се класифицира с помощта на хидроциклон или сито. Този етап изисква енергия за:
– помпа за течен шлам с голям капацитет,
– система за контрол на плътността,
– циркулация на технологична вода.
Въпреки че енергията на единица операция може да е по-малка от тази при смилане, общото енергийно изискване може да бъде значително поради непрекъснатата работа и високите дебити.
в. Концентрация: флотация, гравитация, магнитна
Методите за разделяне (концентриране) на минерали имат различни енергийни профили:
– Флотацията изисква енергия за разбъркване, аериране (вентилатор/компресор) и циркулационни помпи. Консумацията на енергия се влияе и от pH условията, използването на реагенти и времето на престой.
– Гравитационното разделяне (спирала, разклащаща маса, джиг) е по-енергийно ефективно, но зависи от разликите в размера и плътността.
– Магнитното разделяне изисква енергия за генериране на магнитно поле (особено при магнитни сепаратори с висок интензитет).
г. Обезводняване: сгъстяване, филтриране, сушене
Намаляването на водното съдържание в концентрата и хвоста изисква енергия под формата на:
– енергия на помпата и смесителя в сгъстителя,
– вакуумна енергия или налягане върху филтър-пресата,
– топлинна енергия за сушене (ако е необходимо).
Обезводняването става все по-важно поради изискванията за по-строго управление на водите и хвостохранилищата, например прилагането на сухо складиране на хвостохранилища, което изисква интензивна филтрация.
д. Хидрометалургия и пирометалургия (ако са интегрирани)
При някои стоки, преработката на минерали е свързана с добива на метали:
– Хидрометалургията (излугване, екстракция с разтворител, електролитно добиване) изисква енергия за нагряване на разтвора, разбъркване, аериране/окисление и големи количества електроенергия за електролитно добиване.
– Пирометалургията (топене, печене) е процес с висока топлинна енергийна интензивност, обикновено базиран на гориво или електричество (електрическа пещ).
Ако съоръжението за преработка на минерали е в същата верига като топилнята, общото енергийно потребление ще се увеличи драстично и ще изисква по-сложно планиране на енергоснабдяването.
4. Фактори, които влияят върху енергийните нужди
Енергийните изисквания не са „фиксирани“ за всяка фабрика. Някои ключови фактори са:
1. Характеристики на рудата
Твърдостта, абразивността, минералното съдържание, текстурата и размерът на зърната определят колко трудно е рудата да се раздроби и освободи. По-твърдите руди ще изискват по-висока енергия за смилане.
2. Размер на целта (размер на продукта) и степен на освобождаване
Колкото по-фин е целевият размер, толкова по-висока е енергията на смилане. Мелниците, които се стремят към висококачествена флотация за сложна флотация, често са изправени пред компромис между добив и разходи за енергия.
3. Степен на фуража и коефициент на обогатяване
Рудата с по-ниско качество принуждава мелниците да преработват по-големи тонове, за да произведат същото количество продукт – общото потребление на енергия се увеличава.
4. Ефективност на оборудването и оперативна стратегия
Състоянието на облицовката на мелницата, проектирането на веригата, контролът на плътността на шлама и поддръжката на двигателя/помпата влияят върху енергийната ефективност.
5. Проектиране на наличност на вода и циркулация на водата
Ограничената вода може да увеличи енергийните нужди за по-сложно изпомпване, пречистване на вода или рециркулация.
5. Стратегии за повишаване на енергийната ефективност
Енергийната ефективност обикновено се постига чрез комбинация от технологични подобрения, оперативна оптимизация и управление на енергията.
1. Оптимизация на раздробяванията
– Използването на HPGR (валци за шлифоване с високо налягане) в определени вериги може да намали консумацията на енергия в сравнение с конвенционалното шлифоване.
– Предварителното концентриране (напр. сортиране на базата на сензори) може да премахне пудрата отпадналост по-рано, така че тонажът към мелницата да се намали.
– Правилни настройки на размера на подавания материал и веригата за класификация за намаляване на прекомерното смилане.
2. Контрол на процесите, базиран на данни
Усъвършенстваните системи за управление на процесите могат да стабилизират операциите в мелницата и флотацията: поддържайки плътност, размер на частиците, въздушен поток и дозировка на реагенти, за да се сведе до минимум консумацията на енергия.
3. Ремонт и поддръжка на оборудване
– Използване на високоефективни двигатели, задвижвания с променлива скорост (VSD) за помпи и вентилатори.
– Програма за поддръжка за предотвратяване на намалена ефективност поради износване.
4. Управление и циркулация на водите
Минимизирането на загубите на вода намалява изискванията за изпомпване. Оптимално работещите сгъстители спомагат за рециклирането на технологичната вода и намаляване на разходите за енергия в системата за пречистване на вода.
5. Интегриране на възобновяема енергия и енергийно оползотворяване
Приложението на PLTS/PLTB за определени товари, както и оползотворяването на отпадната топлина (ако има топлинен агрегат), може да намали зависимостта от изкопаеми горива.
6. Икономическо въздействие и устойчивост
Икономиите на енергия обикновено имат пряко финансово въздействие чрез намаляване на разходите за тон преработена руда. Освен това, енергийната ефективност повишава оперативната устойчивост на колебанията в цените на електроенергията/горивата. От гледна точка на устойчивостта, намаляването на потреблението на енергия – или преминаването към нисковъглеродни източници – помага на компаниите да постигнат целите си за намаляване на емисиите, да увеличат социалния си лиценз и да спазват ESG стандартите.
Заключение
Енергийните нужди при преработката на минерали са ключов елемент, влияещ върху разходите, производствените показатели и въздействието върху околната среда. Етапът на раздробяване често е най-големият консуматор на енергия, следван от транспортирането на шлам, концентрирането и обезводняването. Степента на енергийните нужди е силно повлияна от характеристиките на рудата, размера на целевия продукт, ефективността на оборудването и оперативните стратегии. С оптимизиране на раздробяването, добър контрол на процеса, поддръжка на оборудването, управление на водите и интегриране на възобновяема енергия, минерално-преработвателната промишленост може да намали потреблението на енергия, без да жертва извличането на ценни минерали. В крайна сметка, интелигентното управление на енергията е не само икономически изгодно, но и критична основа за по-устойчива преработка на минерали.
Ако желаете, мога да адаптирам тази статия, за да бъде по-техническа (например, добавяйки примери за изчисления на kWh/тон, индекси на облигации или казуси на специфични стоки като никел, злато или мед).
