Основные направления применения инноваций в горной и металлургической отрасли

В современном горно-металлургическом комплексе все чаще возникает потребность в применении новых технологий, которые позволяют развивать добычу и переработку продукции с учетом требований экологичности и экономичности производства. Потому что качественных месторождений, которые позволяли бы недропользователям легко и с высокой маржинальностью добывать и перерабатывать продукцию, все меньше и меньше.

Помимо ухудшения качества доступной ресурсной базы отмечается и рост требований потребителей к качеству получаемой продукции: если в начале 2000-х обогащение затрагивало не более 30% добываемого угля (и то в основном идущего на нужды коксования), то сегодня доля необогащенного угля не превышает 30%, притом что с того времени объем добычи существенно вырос. Например, на латиноамериканских медных месторождениях только за последние десять лет содержание меди в руде снизилось на 25%, а потребность в энергии на добычу и переработку тонны руды возросла на 30%. С аналогичными проблемами сталкивается и золотодобывающая промышленность. Еще в 1960-е годы на некоторых рудниках руда с содержанием золота 7 г/т использовалась для отсыпки технологических дорог, а сегодня разработчики радуются рудам с содержанием 3–4 г/т. Очевидно, что эти изменения требуют существенной трансформации процесса добычи и переработки сырьевых ресурсов. Перечислить все основные направления внедрения новых технологий в горной и металлургической отрасли, наверное, невозможно, тем не менее стоит отметить наиболее широко применяемые инновации, чтобы обозначить тренды.

Множество инноваций ожидает в ближайшие годы и саму металлургию — отрасль, которая существует уже более 2 тыс. лет, до последнего времени развивалась путем случайного подбора параметров плавки/ковки и комбинации разных элементов. Конечно, за последние 350 лет эти знания были консолидированы и систематизированы, и тем не менее даже в конце XX века создание сложных легированных сталей требовало высокой квалификации. Современные технологии открывают перед металлургами невероятные перспективы.

На горных предприятиях неквалифицированный персонал представляет опасность не только для себя, но и для всего предприятия. Автор лично сталкивался с последствиями допуска к работе не подготовленного должным образом персонала: когда самосвалы не соблюдали скоростной режим и срывались в карьер, когда экскаватор обваливал на себя часть кровли, когда бурильный станок, перемещаясь по промплощадке, не свернул штангу и задел оголенный провод. Нередко подобные ошибки оканчиваются трагически, кроме того, они приводят к существенным потерям дорогой горнодобывающей техники. Сегодня многие крупные компании при приеме на работу новых сотрудников отправляют их в виртуальные классы, где на тренажерах они могут в деталях освоить управление сложной техникой и отработать возможные нештатные ситуации.

Появление лазерных дальномеров существенно улучшило условия работы маркшейдеров. Если раньше замеры проводились с большим количеством упрощений и примерных оценок, то сегодня можно достаточно четко выверить расстояния и объемы отработанной горной массы. Появление беспилотников сделает эту работу еще более точной, что позволит более качественно отслеживать этапы выполняемых работ и оперативно управлять процессами подготовки запасов к выемке. Наличие точной привязки техники к спутниковой карте позволяет не только повысить производительность, но и предупредить несчастные случаи, такие как наезды, нахождение в санитарно-защитной зоне взрыва.

Во-первых, это интерпретация полученных результатов геологоразведки. В процессе работы геологи отбирают наиболее представительные пробы керна для подготовки оценки запасов, менее ценные данные, как правило, не проходят должной обработки. Штатные геологи, занятые на основных проектах компании, не имеют времени, достаточного для анализа неперспективной геологической информации, но можно передать данные на аутсорсинг. Во-вторых, предприятие ежедневно производит эксплуатационную разведку, которая позволяет оценить характеристики рудного тела на ближайшие пару суток добычи, и эта информация порой помогает внести значимые корректировки в план работ и представление о залегании рудного тела. Раньше пересмотр модели разработки месторождения занимал несколько месяцев и проводился раз в год, а то и реже. Сегодня возросшие возможности информационных систем, а также анализ проб эксплуатационной разведки могут вносить изменения в разработку модели месторождения фактически еженедельно.

Затраты на подготовку персонала, особенно в случае подземной добычи, составляют значимую часть расходов предприятия. Именно поэтому появление беспилотных горных машин стало новым трендом в развитии горного дела. Особенно важно применение беспилотной техники на опасных участках работы. К сожалению, горно-геологические условия большинства российских угольных шахт не предполагают использования подземных машин из-за малой ширины пласта, тем не менее миниатюризация робототехники в перспективе обещает появление решений и для таких специфических условий.

Все большее распространение получают технологии рудосепарации. Если раньше они работали в основном для радиоактивных элементов, то сегодня, объединяя разные методики анализа, можно практически для любого полезного ископаемого определить специфические характеристики, позволяющие отделить богатую руду от бедной. Применение этих технологий существенно снижает стоимость переработки руды, что приводит к значительной экономии и продлению срока жизни оборудования.

По части расхода топлива крупные горные машины сопоставимы с армейской техникой, а то и превосходят ее прожорливостью. Затраты горного предприятия на топливо фактически составляют основную статью его расходов. Эту проблему пытались решать давно, одно из интересных решений — использование самосвалов с электродвигателями, которые питались от контактной сети, как троллейбус или трамвай. Сегодня основной тренд в повышении экологичности — перевод горной техники на газ. С учетом низкой стоимости природного газа в нашей стране это направление выглядит довольно многообещающим. Интересно, что применение сжиженного газа (СПГ) решает еще одну проблему горной отрасли России — воровство ГСМ. Нужно иметь очень дорогостоящее оборудование, чтобы слить СПГ, при этом датчики тут же сообщат владельцу техники о несанкционированном доступе в систему.

Биодобыча — это процесс использования микроорганизмов для извлечения металлов из горных пород или рудников. Переработка упорных (для золота), латеритных (для никеля) руд либо руд с примесями вредных элементов (мышьяк) ранее представляла большую сложность в связи с низким выходом полезных компонентов либо крайне вредными выбросами. Применение бактерий, способных перерабатывать те или иные элементы, позволяет решить эту проблему — например, бактерии позволяют существенно повысить степень извлечения металлов из горных пород при относительно низких затратах труда, энергии и основного капитала. Это делает экономически рентабельной переработку бедных руд и техногенных отходов, позволяет добывать металлы из руд глубокого залегания без ущерба для ландшафта. Окисляя сульфидные руды, микробы растворяют металлы (медь, железо и др.) и облегчают процесс их добычи (биовыщелачивание). Другие металлы (например, золото) непосредственно не растворяются, но становятся более доступными для традиционных методов добычи, поскольку микробы удаляют окружающие их минералы (биоокисление). Начиная с 1960-х годов «зеленые» биотехнологии широко используются в промышленной добыче меди, урана и золота. С открытием новых микроорганизмов становится возможным их применение в разработке низкосортных комплексных руд, извлечении ценных металлов из электронного мусора (e-waste).

Если раньше анализ входящего сырья представлял собой значительные трудности, то сегодня металлодетекторы позволяют быстро и качественно отделить цветные металлы от черных и использовать только качественный лом для плавки.

Точный контроль параметров кристаллизации проката сегодня позволяет контролировать каждый миллиметр производимой продукции, что резко снижает количество брака и некондиционного продукта.

Хотя порошковая металлургия — технология давно известная, сегодня свойства кристаллизаторов, которые управляются компьютером, позволяют производить продукцию с существенно более высокими потребительскими свойствами.

На подходе полноценная 3D-печать металлических изделий, что раньше было просто невозможно из-за неравномерного остывания металла при печати.

С каждым годом повышается экологичность производства, улучшаются фильтры, разрабатываются технологии удаления дыма и очистки используемых вод как за счет использования новейших достижений химической промышленности, так и за счет достижений биологической науки, которая сегодня готова вырастить бактерии, способные потреблять и обезвреживать практически любые отходы.

Не обошла стороной цифровизация и сферу маркетинга: сегодня сталь можно купить в обычном интернет-магазине, после чего отслеживать покупку и грамотно управлять складскими запасами, ориентируясь на ожидаемые поставки.

Кастомизация продукции металлургии становится новым трендом, и, возможно, в будущем металлурги будут готовы предоставить любому потребителю продукцию, подготовленную под его специфические нужды.

Развитие носимой электроники подарило новое назначение литию и кобальту, которые стали незаменимыми элементами быстро перезаряжаемых аккумуляторов. Но дороговизна этих металлов вынуждает производителей аккумуляторов искать новые применения давно известным металлам. Уже появились проекты, обещающие широкое применение алюминия в аккумуляторах будущего.

Вышеназванными технологиями перечень перспективных новинок в горной и металлургической отраслях не исчерпывается. Индустрия добычи и производства металлов стоит на пороге перемен, сопоставимых с технологическим скачком в производстве алюминия, когда электролиз превратил дорогой и недоступный ранее металл в широко используемый материал. Эти изменения неизбежны, а рост эффективности в горной добыче и металлургии хотя и пугает возможным сокращением неквалифицированного персонала, обещает большое количество новых рабочих мест в сфере интеллектуального труда.

-------------------------------------------------------------------

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.