6 importanti tendenze nel futuro dell'attività mineraria che non possono essere trascurate
Con lo sviluppo dell'industria, la domanda di risorse minerarie continua ad aumentare. Attualmente, sia i paesi sviluppati che quelli in via di sviluppo considerano il possesso e lo sviluppo delle risorse come misure strategiche. Di conseguenza, lo sviluppo minerario ha visto l'emergere di numerose tecnologie e metodi di estrazione efficienti, sicuri e a basso costo. È essenziale tenere il passo con le tecnologie avanzate per sviluppare efficacemente le risorse.
(I) Intelligence nelle miniere sotterranee
Attualmente, le miniere sotterranee di tutto il mondo stanno perseguendo l'efficienza e la sicurezza, portando a continui miglioramenti nei livelli di meccanizzazione e automazione. Prendiamo ad esempio la miniera di ferro di Kiruna in Svezia. La miniera di ferro di Kiruna è rinomata per la produzione di minerale di ferro di alta qualità (con un contenuto di ferro superiore al 70%) ed è una delle più grandi miniere di ferro al mondo. La sua estrazione di minerale di ferro ha una storia di oltre 70 anni, passando dall'estrazione a cielo aperto a quella sotterranea. L'intelligenza della miniera di ferro di Kiruna trae vantaggio principalmente dall'utilizzo di attrezzature meccaniche su larga scala, sistemi di controllo remoto intelligenti e moderni sistemi di gestione. Sistemi e attrezzature minerarie altamente automatizzati e intelligenti sono fondamentali per garantire un'estrazione sicura ed efficiente.
Sviluppo. La miniera di ferro di Kiruna utilizza un sistema combinato di sviluppo di pozzi e rampe. La miniera dispone di tre pozzi per la ventilazione, il sollevamento del minerale e della roccia di scarto. Personale, attrezzature e materiali vengono trasportati principalmente con mezzi senza cingoli tramite rampe. Il pozzo di sollevamento principale si trova sul muro di base del corpo minerario. Ad oggi, il fronte di estrazione e il sistema di trasporto principale sono stati abbassati sei volte, con l'attuale quota di trasporto principale a 1045 m.
Perforazione, caricamento e brillamento. Lo scavo di gallerie utilizza perforatrici jumbo dotate di strumenti di misura elettronici tridimensionali per un posizionamento preciso del foro. Per la perforazione a foro aperto viene utilizzata la perforatrice radiocomandata Simba W469, prodotta dalla svedese Atlas Copco, con un diametro del foro di 150 mm e una profondità massima di 55 m. Questa perforatrice utilizza un sistema laser per un posizionamento preciso, non è presidiata e può operare a ciclo continuo 24 ore su 24. Il volume annuo di minerale estratto può raggiungere i 3 milioni di tonnellate.
Caricamento, trasporto e sollevamento del minerale a distanza. Le operazioni di perforazione, caricamento, trasporto e sollevamento nelle miniere di ferro di Kiruna hanno raggiunto livelli di intelligenza e automazione, con impianti di perforazione e caricatori operanti senza operatore. Il caricamento del minerale viene effettuato tramite il caricatore telecomandato Toro 2500E, con un'efficienza di 500 t/h per singola unità. Il sistema di trasporto sotterraneo include il trasporto a nastro e il trasporto ferroviario automatizzato. Il trasporto ferroviario automatizzato è in genere costituito da 8 vagoni per il minerale, che sono vagoni automatici con scarico dal basso per il carico e lo scarico continui. I nastri trasportatori trasportano automaticamente il minerale dalla stazione di frantumazione al dispositivo di misurazione, completando il carico e lo scarico con la benna, il tutto sotto controllo remoto.
Tecnologia di spruzzatura del calcestruzzo a controllo remoto e tecnologia di rinforzo del supporto. Il supporto del tunnel utilizza una combinazione di calcestruzzo spruzzato, bulloni e rete metallica. Il tutto viene completato da spruzzatrici di calcestruzzo a controllo remoto, con bulloni e rete metallica installati tramite attrezzature di bullonatura.
(II) Applicazione sempre più diffusa della tecnologia di lisciviazione
Attualmente, la tecnologia di lisciviazione è ampiamente utilizzata per il recupero di minerali di rame, oro, uranio, ecc. a basso tenore. Le tecnologie di lisciviazione includono la lisciviazione in situ, la lisciviazione in cumulo e la lisciviazione tramite brillamento in situ. Paesi come Stati Uniti, Canada e Australia utilizzano generalmente la lisciviazione in cumulo e la lisciviazione tramite brillamento in situ per recuperare dallo 0,15% allo 0,45% di minerali di rame a basso tenore, oltre il 2% di minerali di ossido di rame e dallo 0,02% allo 0,1% di minerali di uranio.
Prendendo ad esempio gli Stati Uniti, ci sono oltre 20 miniere che utilizzano la lisciviazione in situ per il rame. Ad esempio, la miniera Mike in Nevada e la miniera di rame Zonia in Arizona producono ciascuna più di 2,2 tonnellate di rame al giorno. La miniera Butte in Montana e la miniera Copper Queen Branch in Montana producono tra le 10,9 e le 14,97 tonnellate di rame metallico al giorno. Negli Stati Uniti, la lisciviazione del rame rappresenta oltre il 20% della produzione totale, l'oro supera il 30% e la stragrande maggioranza della produzione di uranio proviene dall'estrazione tramite lisciviazione.
(III) Tecnologia di estrazione mineraria a pozzo profondo
Con la continua diminuzione dei volumi di risorse, le profondità di estrazione aumentano, spesso superando i 1000 metri. Ciò comporta numerose difficoltà e problemi non riscontrabili nell'estrazione superficiale, come l'aumento della pressione al suolo, l'aumento delle temperature della roccia e maggiori difficoltà di sollevamento, drenaggio, supporto e ventilazione.
Problemi comuni nelle miniere a pozzo profondo:
Capacità di sollevamento. Con l'aumentare della profondità di estrazione, il primo problema riscontrato è la capacità di sollevamento della miniera. Gli attuali paranchi possono raggiungere un'altezza massima di sollevamento singolo superiore a 2000 m, come ad esempio una miniera canadese con una profondità massima di sollevamento singolo di 2172 m e una miniera d'oro sudafricana con una profondità del pozzo di 2310,4 m. Le capacità delle attrezzature di sollevamento soddisfano pienamente i requisiti delle grandi miniere a pozzo profondo.
Raffreddamento tramite ventilazione e temperatura della roccia. All'aumentare della profondità di estrazione, le temperature della roccia aumentano di conseguenza. Ad esempio, nella miniera giapponese di rame e zinco Toyoha, a -600 m (circa 1200 m dalla superficie), le temperature della roccia superano i 100 °C, ma molti paesi stabiliscono che le temperature del sottosuolo non possano superare i 28 °C. Le miniere a pozzo profondo aumentano comunemente il volume di ventilazione sotterranea e raffreddano l'aria utilizzando metodi di raffreddamento ad aria e ad acqua. Nella scelta di uno o di entrambi, oltre ad abbassare le temperature, è necessario prestare attenzione anche alla riduzione della dissipazione di calore delle apparecchiature meccaniche sotterranee, delle apparecchiature diesel e delle stesse apparecchiature di refrigerazione.
Gestione della pressione al suolo e metodi di estrazione. Le miniere a pozzo profondo generalmente implementano un sistema completo di misurazione e monitoraggio della pressione al suolo, che influisce direttamente sulla regolarità della produzione mineraria e sul livello dei costi di produzione. Le fratture di roccia rappresentano un problema importante nell'estrazione a pozzo profondo. Per prevedere le fratture di roccia, molte miniere installano dispositivi di monitoraggio microsismico nel sottosuolo, come la miniera d'argento statunitense Sunshine Silver, che ha installato un sistema di monitoraggio microsismico a quota 2254 m per un monitoraggio 24 ore su 24.
Combustione spontanea ed esplosione. Anche l'estrazione mineraria profonda può presentare fenomeni di combustione spontanea dei minerali di solfuro a causa delle elevate temperature del minerale e dell'autoesplosione durante la carica esplosiva, che richiedono la dovuta attenzione.
Attualmente, la profondità di estrazione delle miniere non di carbone in Cina generalmente non supera i 700-800 m, ma negli ultimi anni sono stati sviluppati alcuni giacimenti di minerale sepolti a profondità di circa 1000 m, tra cui la miniera di rame Dongguashan della Tongling Nonferrous Metals Company e l'area mineraria Jinchuan n. 2.
(IV) Lavori di protezione ambientale mineraria
Nei paesi stranieri, soprattutto in quelli sviluppati, vengono adottate misure complete per la gestione ambientale delle miniere. Rigorosi standard tecnici si applicano alle acque reflue, ai gas di scarico, alle scorie, alle polveri, al rumore, ecc. scaricati dalle miniere. Molte miniere di bassa qualità non possono essere costruite o avviate alla produzione a causa degli eccessivi costi di trattamento ambientale.
Attualmente, all'estero si sta ponendo l'accento sulla creazione di miniere pulite e prive di rifiuti. La miniera di carbone tedesca di Walsum, nella zona industriale della Ruhr, ne è un esempio di successo. Utilizza fanghi di carbone provenienti dall'impianto di lavaggio del carbone, ceneri provenienti dalla produzione di energia elettrica a carbone e detriti sotterranei frantumati, mescolati con cemento, attivati e mescolati, quindi pompati nel sottosuolo con una pompa PM per riempire i vuoti. La miniera non scarica rifiuti solidi all'esterno.
(V) Tecnologia di estrazione mineraria di riempimento
A seconda delle diverse condizioni vengono utilizzati materiali di riempimento diversi:
Supporto regionale. Sono necessari materiali di riempimento rigidi di alta qualità per ridurre la chiusura elastica del volume e il rischio di rottura delle rocce.
Controllo degli strati rocciosi. I requisiti qualitativi del materiale di riempimento non sono rigorosi, ma è necessario un riempimento su larga scala e il materiale di riempimento non deve ritirarsi dopo la posa.
Estrazione mineraria multi-vene. I materiali di riempimento richiedono rigidità in condizioni di basso stress per ridurre al minimo la deformazione e lo spostamento della roccia.
Controllo ambientale. Per garantire che la parete sospesa sia sigillata e impedisca il flusso d'aria attraverso l'area scavata, il materiale di riempimento non deve restringersi ed è necessario un riempimento su un'ampia superficie.
Riduzione del sollevamento di materiale di scarto. Preparazione e frantumazione di materiale di scarto nel sottosuolo per materiali di riempimento, migliorando così l'efficienza.
Considerazioni attuali per il riempimento:
Concentrare gli sforzi sulla creazione di sistemi pratici e affidabili. Ricercare e sviluppare tecnologie di riempimento efficaci per integrare le operazioni di riempimento con i cicli di estrazione. Enfatizzare la gestione dei sistemi di riempimento.
Tecnologie di ricerca per ottimizzare i sistemi esistenti, tra cui la distribuzione delle dimensioni delle particelle per materiali di riempimento di alta qualità, processi di preparazione migliorati dei materiali di riempimento negli idrocicloni e nella frantumazione e tecnologie di trasporto ottimizzate quali perdita di pressione, usura, corrosione e progettazione complessiva del sistema di riempimento.
Rafforzare la comprensione quantitativa dei processi di preparazione, trasporto, posizionamento e deformazione del materiale di riempimento per gettare le basi per un'attività estrattiva sicura, stabile ed efficiente. I processi di riempimento utilizzati a livello internazionale includono il riempimento idraulico con sabbia, il riempimento a secco, il riempimento solido ad alto contenuto d'acqua e il riempimento cementato. Il riempimento cementato si suddivide ulteriormente in: riempimento idraulico di fanghi di risulta segmentati (trasporto a gravità ad alta concentrazione), riempimento idraulico di altri materiali di riempimento (trasporto a gravità ad alta concentrazione), riempimento a gravità con pasta di fanghi di risulta completa e riempimento con pompaggio di pasta di fanghi di risulta completa. Il metodo raccomandato a livello internazionale è il riempimento con pompaggio di pasta di fanghi di risulta completa.
Attualmente, in Canada sono presenti 12 miniere che utilizzano sistemi di riempimento ad alta concentrazione di pasta, e anche in Sudafrica e Australia sono in funzione nuovi sistemi di riempimento. I nuovi processi di riempimento soddisferanno meglio i requisiti di protezione delle risorse, tutela ambientale, miglioramento dell'efficienza e sviluppo minerario. L'estrazione di riempimento avrà prospettive più ampie nell'industria mineraria del XXI secolo.
(VI) Estrazione di noduli polimetallici oceanici
I noduli polimetallici si trovano sui fondali marini a profondità di circa 3000-5000 metri. Per estrarli, è essenziale disporre di metodi di estrazione fattibili. Pertanto, i paesi di tutto il mondo danno priorità allo sviluppo di metodi di estrazione affidabili e hanno condotto ampie ricerche sperimentali, alcune delle quali hanno persino condotto prove di estrazione in acque profonde su scala media. Dalla fine degli anni '60 a oggi, i metodi di estrazione oceanica sviluppati e testati a livello internazionale rientrano principalmente in tre categorie: estrazione con benna a linea continua (CLB), estrazione con veicoli telecomandati sui fondali marini e estrazione con sollevamento di fluidi.
Metodo di estrazione con benna a linea continua (CLB). Questo metodo fu proposto dai giapponesi nel 1967. È relativamente semplice e consiste principalmente in una nave mineraria, un cavo di traino, delle benne e una nave rimorchiatrice. Le benne vengono agganciate al cavo di traino a intervalli specifici e calate sul fondale marino. Il cavo di traino, azionato dalla nave rimorchiatrice, muove le benne verso il basso, le estrae e le solleva. Questo funzionamento ciclico continuo a fune forma un circuito di raccolta continuo. La caratteristica principale del CLB è la sua capacità di adattarsi alle variazioni di profondità e di mantenere le normali operazioni. Tuttavia, la produzione del CLB è limitata a 100 t/giorno, ben al di sotto dei requisiti minerari industriali. Pertanto, il metodo di estrazione CLB fu abbandonato alla fine degli anni '70.
Metodo di estrazione mineraria con veicolo telecomandato dai fondali marini. Questo metodo è stato proposto principalmente dai francesi. Il veicolo telecomandato dai fondali marini è un veicolo minerario sommergibile senza pilota, composto principalmente da quattro sistemi: raccolta del minerale, autopropulsione, controllo dell'assetto e zavorra. Sotto il monitoraggio della nave madre di superficie, il veicolo minerario si immerge sul fondale marino in base ai comandi per raccogliere i noduli. Una volta pieno, riemerge e scarica i noduli nel contenitore di raccolta della nave madre. La nave madre di superficie può in genere controllare più veicoli minerari contemporaneamente. Questo sistema di estrazione richiede investimenti significativi e, dato il basso valore del prodotto e l'assenza di benefici economici per decenni, l'Associazione francese per la ricerca e lo sviluppo dei noduli oceanici ha cessato la ricerca nel 1983. Tuttavia, i principi di raccolta e trasporto di questo veicolo minerario sono considerati promettenti.
Metodo di estrazione a sollevamento di fluidi. Attualmente, il metodo riconosciuto a livello internazionale con il maggiore potenziale di applicazione industriale è l'estrazione a sollevamento di fluidi. Quando la nave mineraria arriva nell'area di estrazione, il collettore e il tubo di sollevamento vengono collegati e gradualmente calati in mare. Il collettore raccoglie i noduli dai sedimenti del fondale marino ed esegue la lavorazione iniziale. Utilizzando un sollevamento idraulico o pneumatico, l'acqua nel tubo si muove verso l'alto a una velocità sufficiente a trasportare i noduli alla nave mineraria di superficie.
Con l'avvento dello sviluppo e dell'utilizzo degli oceani da parte dell'uomo nel XXI secolo, la tecnologia di estrazione mineraria oceanica è particolarmente importante. Lo sviluppo di tecnologie avanzate moderne ha aperto la strada allo sfruttamento delle risorse oceaniche, e la sua creazione e il suo sviluppo avranno un impatto positivo e di vasta portata sull'economia oceanica mondiale, sulla cultura e sulla consapevolezza umana riguardo all'oceano.
