碳排放減少無疑是21世紀(jì)的一大挑戰(zhàn)。2015年，全球各國政府承諾了具有約束力的目標(biāo)，旨在將全球升溫限制在2°C以下。實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)將大量依賴于電力化的廣泛推廣，而這將有助于我們逐步用可再生能源替代碳基燃料。
同時，礦業(yè)公司對于應(yīng)對這些挑戰(zhàn)具有關(guān)鍵性影響，特別是銅礦生產(chǎn)者，其在這個過程中起著重要的角色。預(yù)計到2031年，電力化將把全年銅需求量提升到3660萬噸。盡管現(xiàn)有的供應(yīng)預(yù)測為3010萬噸，但我們?nèi)孕枰獙ふ以霎a(chǎn)650萬噸的途徑，這相當(dāng)于增加了20%的產(chǎn)能。然而，采用新興技術(shù)，如粗?；厥?、硫化物浸出和機(jī)器學(xué)習(xí)過程優(yōu)化，有可能填補(bǔ)這個產(chǎn)能差距的大部分。
銅礦石品位下降的趨勢已經(jīng)相當(dāng)明顯，并且不太可能逆轉(zhuǎn)。此外，氧化礦體，這種礦體可以通過成本相對較低的途徑處理，其儲量也正在快速減少。面對這些挑戰(zhàn)，礦業(yè)行業(yè)正在通過處理日益增加的硫化礦石來作出反應(yīng)。實(shí)際上，在過去十年里，送至濃縮器的礦石量已經(jīng)增加了11億噸，增長了44%。然而，為了滿足能源轉(zhuǎn)型所需的銅的供應(yīng)，到2031年我們將不得不再次增加44%的礦石處理量。這將需要額外的16億噸礦石，其中6億噸可以由近期宣布的新礦山或擴(kuò)建項目提供。然而，我們每年還有一億噸的缺口。我們需要從正在開采的礦石中提取出更多的金屬。
有三種正在得到行業(yè)認(rèn)可的技術(shù)發(fā)展可能有助于彌補(bǔ)供應(yīng)缺口，它們分別是粗?；厥?、硫化物浸出，以及機(jī)器學(xué)習(xí)的過程優(yōu)化。
粗粒回收技術(shù)
粗?；厥占夹g(shù)是非常有前景的一種。傳統(tǒng)的硫化物浮選回路在回收含金屬顆粒時，當(dāng)這些顆粒的大小在50至150微米之間時，效果最好。顆粒過大或過小，回收率就會顯著下降，粗粒的回收率下降最為明顯。
目前有一些新技術(shù)旨在擴(kuò)大可以回收的粗粒和細(xì)粒的范圍。近期的一些發(fā)展著眼于粗粒部分。從20世紀(jì)初首次商業(yè)化應(yīng)用浮選分離技術(shù)以來，礦物粒子的回收一直是冶煉工程師的追求。大多數(shù)的努力都集中在改善磨礦過程的控制，以確保更多的可回收金屬進(jìn)入關(guān)鍵尺寸范圍。然而，這種方法已接近其自然界限，并常常需要以降低吞吐量或增加建設(shè)復(fù)雜再磨系統(tǒng)的成本為代價。
兩個新的發(fā)展方向可能會幫助我們突破這個瓶頸：磨礦回路粗選和粗?；厥?。
磨礦回路粗選，如CiDRA P29系統(tǒng)，通過直接從磨礦回路中回收顆粒來應(yīng)對這個挑戰(zhàn)。這種系統(tǒng)基于一種創(chuàng)新的新材料，該材料充當(dāng)所謂的銅海綿，利用疏水性質(zhì)吸引并固定礦化顆粒。與下游處理系統(tǒng)相比，磨礦回路粗選能夠直接降低球磨機(jī)的回流負(fù)荷，從而在保持恒定的磨礦粒度的同時，提高球磨機(jī)的吞吐量高達(dá)20%。
操作者需要權(quán)衡如何利用提高球磨機(jī)效率的好處，這既可以視為提高吞吐量的機(jī)會，也可以視為在恒定吞吐量下降低磨礦粒度，從而提高回收率的機(jī)會。最佳的選擇將取決于礦體的性質(zhì)和處理工廠的現(xiàn)有配置。然而，即使考慮到通過P29系統(tǒng)提取的精礦需要進(jìn)一步清洗，以及其他常見的系統(tǒng)瓶頸，磨礦回路粗選到2032年也可能增加120萬至460萬噸的年銅產(chǎn)量。這還能顯著減少每噸金屬的能源消耗，帶來環(huán)境效益。
另一方面，粗?；厥占夹g(shù)專注于通過在處理環(huán)路的末端添加設(shè)備，以擴(kuò)大浮選過程中接受的顆粒大小范圍。Eriez的HydroFloat系統(tǒng)就是一個典型的例子，它將密度分離和浮選這兩種傳統(tǒng)分離技術(shù)的原理結(jié)合在一起。在傳統(tǒng)的浮選過程中，會引入空氣泡沫到礦石漿液中，此時的泡沫會附著在含礦顆粒上，把它們提升到罐頂，形成富含金屬的泡沫層，從而得以抽出。然而，如果礦石顆粒過大，它們就會擺脫空氣泡沫，并在被抽出之前沉入漿液底部。HydroFloat系統(tǒng)通過在設(shè)備內(nèi)部添加一層結(jié)構(gòu)來解決這個問題，防止較大的顆粒沉降，從而提高了他們的回收率。
關(guān)于這項技術(shù)的影響，它在處理工廠的最后階段像清掃器一樣運(yùn)作，在保持恒定的磨礦粒度并考慮特定現(xiàn)場因素的同時，可能提高了2%到6%的回收率。如果在整個行業(yè)中廣泛應(yīng)用，改良的粗粒浮選技術(shù)可以使得2032年的銅產(chǎn)量增加50萬到150萬公噸。如果將此技術(shù)應(yīng)用于所有在硫化礦床中發(fā)現(xiàn)的金屬，這項技術(shù)每年可能創(chuàng)造價值90億至260億美元。
磨礦回路粗選和粗粒浮選的優(yōu)勢遠(yuǎn)超過它們在提高選礦廠運(yùn)營效率和處理能力的主要作用。首先，這些技術(shù)處理更粗礦粒的能力意味著我們可以在實(shí)現(xiàn)相同的生產(chǎn)目標(biāo)的同時減少水和能源的消耗。其次，磨礦回路粗選和粗粒浮選還為我們提供了重新處理舊尾礦設(shè)施和對接近生命周期結(jié)束的采礦操作進(jìn)行其他擴(kuò)展的可能性，這種擴(kuò)展在低資本和環(huán)境成本下進(jìn)行，也減少了監(jiān)管不確定性。最后，這些技術(shù)為我們重新思考綠色礦山設(shè)計提供了機(jī)會，可以減少磨礦回路的需求，從而節(jié)省在資本投入和水能使用上的成本。
硫化物浸出
傳統(tǒng)上，浸出技術(shù)被應(yīng)用于氧化礦或次級硫化礦體。然而，最近的進(jìn)展可能幫助我們將這個處理路徑擴(kuò)展到一級硫化礦體。
一級硫化物通常在使用浮選系統(tǒng)的工廠進(jìn)行處理。對于銅含量大于0.25%的礦石，浮選通常是經(jīng)濟(jì)有效的，可以從中回收85%到90%的礦石。低于這個等級的礦石通常被視為廢物處理。然而，一級硫化物浸出技術(shù)提供了一種從目前被視為廢物的磨礦頭等級以下的物料中回收銅的途徑。
一些突出的技術(shù)正在探索一級硫化物浸出領(lǐng)域。有些技術(shù)關(guān)注基于氯化物的解決方案，而其他一些，如力拓的Nuton系統(tǒng)，專注于生物浸出。在Kennecott等地進(jìn)行的試驗顯示出樂觀的技術(shù)結(jié)果，而力拓的Nuton系統(tǒng)在其商業(yè)模式中的創(chuàng)新性也令人矚目。力拓利用了環(huán)境優(yōu)勢和硫化物浮選的礦山開發(fā)相比較低的資本要求，與McEwen Mining和Arizona Sonoran等初創(chuàng)公司達(dá)成協(xié)議，采用Nuton技術(shù)進(jìn)行綠地礦山的開發(fā)。
然而，除了大型礦業(yè)公司的內(nèi)部發(fā)展外，獨(dú)立服務(wù)提供商Jetti Resources正在與礦山所有者合作，采用基于催化劑的系統(tǒng)在其網(wǎng)站上浸出一級硫化物。Jetti在2022年12月報告了23個正在進(jìn)行的項目，與一系列主要的礦業(yè)公司展開合作。在2022年10月，Jetti通過D輪融資籌集了1億美元，公司估值達(dá)到了25億美元，吸引了主要的礦商和制造商的參與。
盡管建設(shè)和運(yùn)行堆浸墊的實(shí)際限制可能最初將這項技術(shù)的應(yīng)用限制在開采礦物化廢物上，而不是尾礦或現(xiàn)有礦物化廢物儲存堆。但是，如果我們能夠在本十年末克服當(dāng)前的挑戰(zhàn)，到2032年，每年可能會有額外240萬公噸的精煉銅產(chǎn)量，相較于基于浮選的生產(chǎn)路徑，其水使用和尾礦風(fēng)險將會大大減少。這可能代表了每年450億美元的機(jī)會，覆蓋所有的硫化物礦產(chǎn)金屬。
使用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行流程優(yōu)化
礦物處理的一大關(guān)鍵難題在于每個礦體的性質(zhì)都在一定程度上存在變化。礦石每天、甚至每小時進(jìn)入加工廠時，其特性可能會發(fā)生變化，對工藝設(shè)定的響應(yīng)也會隨之改變。因此，如何保持最佳的工廠設(shè)定，以最大化金屬的回收，同時確保產(chǎn)生的精礦達(dá)到所需的純度，一直是個巨大的挑戰(zhàn)。
在過去，調(diào)整工廠配置的任務(wù)主要由工廠的冶金科學(xué)家負(fù)責(zé)，他們依賴學(xué)術(shù)研究、專業(yè)經(jīng)驗和對特定礦體的深入了解來完成這項任務(wù)。然而，如同任何人力驅(qū)動的流程，人的因素對結(jié)果產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，這既可能帶來杰出的成果，也可能因為不佳的決策導(dǎo)致產(chǎn)量的損失。
在過去的五年中，機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展以及其在礦物處理控制中的應(yīng)用，帶來了更多的精確性和一致性。最優(yōu)秀的應(yīng)用程序往往能夠維持經(jīng)驗豐富的工廠操作員在工作中的核心地位，同時為他們提供有用的提示和數(shù)據(jù)支持。這樣做，既保持了人類在決策過程中的重要角色，關(guān)注更大的全局視角，又能充分利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能在速度和一致性上的優(yōu)勢。
通過機(jī)器學(xué)習(xí)來保證處理工廠始終在其能力上限范圍內(nèi)運(yùn)作，可以將金屬的回收率提高2%到4%，生產(chǎn)能力提高5%到15%。這樣的改進(jìn)將使得全球現(xiàn)有和計劃中的礦山的生產(chǎn)量在2032年增加50萬至100萬噸，創(chuàng)造90億至180億美元的價值。
面向未來的行動
各利益相關(guān)方可以進(jìn)行一些策略性行動，充分利用這些新興的機(jī)遇。
對于礦業(yè)運(yùn)營商，大型礦業(yè)公司特別需要注意的新技術(shù)包括粗糙環(huán)路技術(shù)、硫化物浸出和機(jī)器學(xué)習(xí)流程優(yōu)化等。這些技術(shù)凸顯出內(nèi)部創(chuàng)新團(tuán)隊的重要性和其潛在的貢獻(xiàn)。他們的作用可以超越逐步改進(jìn)——在最佳情況下，他們能和勘探以及資本項目齊頭并進(jìn)，成為未來增長的驅(qū)動力——并可能成為將這些技術(shù)從有前途的試點(diǎn)項目轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)實(shí)踐的關(guān)鍵因素。大型礦業(yè)公司還可以積極尋求與初創(chuàng)公司或服務(wù)提供商靈活且迅速的合作方式，以確保他們能從整個行業(yè)中獲取最佳的想法。
此外，這些新技術(shù)再次強(qiáng)調(diào)了棕地開發(fā)的重要性。在此領(lǐng)域最大化利益的潛力——具有較低的環(huán)境影響并為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)提供持久的生計——始終具有吸引力。隨著商品價格的上漲和技術(shù)的進(jìn)步，使得更多可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，即使是那些完全停產(chǎn)的地方也有可能再次產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價值。
對于開發(fā)者來說，初創(chuàng)公司、服務(wù)提供商和研究機(jī)構(gòu)有理由對大型礦業(yè)公司尋求合作伙伴而感到興奮。這樣一來，大型公司可以提供大規(guī)模項目的接入權(quán)限，并支持礦業(yè)技術(shù)獨(dú)角獸的成長。
這些新技術(shù)也為綠地項目提供了新的選擇。例如，基于粗糙環(huán)路技術(shù)，未來的礦山可能需要更低的球磨機(jī)容量以達(dá)到同樣的產(chǎn)出，這樣就可以降低資本需求，減少水的使用和二氧化碳的排放。同樣，硫化物浸出為低品位銅礦床提供了一種增量式、低資本支出的開發(fā)方式，這之前需要建設(shè)資本密集型濃縮器。這種方法可以使增量開發(fā)模型類似于金礦石的常用模型——尤其是在資本風(fēng)險和回收期是投資關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)的高風(fēng)險地區(qū)。對于那些接受一定采礦活動但不確定是否愿意承諾進(jìn)行大項目的當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)來說，增量礦山開發(fā)的選擇可能具有很大的吸引力。
總的來說，我們正處在一個礦業(yè)技術(shù)變革的重要時期，這種變革可能會根本性地改變礦山運(yùn)營的方式。無論是大型礦業(yè)公司還是初創(chuàng)公司、服務(wù)提供商和研究機(jī)構(gòu)，都應(yīng)積極探索這些新技術(shù)，提高運(yùn)營效率，減小環(huán)境影響，以適應(yīng)未來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
金屬買家
對于金屬購買者來說，面對能源轉(zhuǎn)型所需的金屬供應(yīng)可能顯得令人望而生畏，但新的礦物處理技術(shù)提醒我們，創(chuàng)新思維和市場機(jī)制通常能找到提供所需的途徑。然而，這并不意味著我們可以坐等好事發(fā)生：購買者可以在自己的能力范圍內(nèi)支持和推動技術(shù)突破以及供應(yīng)鏈合作。這需要細(xì)致的分析以及緊跟行業(yè)動態(tài)。
隨著全球向電氣化的推進(jìn)，對銅的需求可能會超過供應(yīng)。但借助創(chuàng)新的礦山開發(fā)和加工技術(shù)，這個問題有望得到解決。從礦山運(yùn)營商到開發(fā)商，再到金屬購買者，行業(yè)內(nèi)的每一位參與者都可以立即行動起來，支持這些新技術(shù)的落地實(shí)施，并進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)新。只有這樣，我們才能確保為未來提供所需的關(guān)鍵資源。
