铜矿开采:提高效率,满足日益增长的清洁能源需求。

铜矿块

为了实现一个脱碳的世界,势必依赖于可再生能源和交通电气化,这是大量使用铜的战略。当前的铜矿开采活动将难以满足对铜日益增长的需求,因为新开发的铜储量不足,同时目前正在运营的矿山在不断减少。据估计,到2034年,铜矿开采的供应短缺可能达到约1500万吨。1

在运营限制和环境限制日益增加的背景下,为满足对铜和其他清洁能源矿物的需求,需要进行创新和采用清洁技术。采矿业的碳排放量占全球总排放量4%至7%,目前采矿业将2050年作为行业实现零碳排放年度。这意味着,为了在2050年实现全球温控1.5摄氏度的气候变化目标,采矿业需要将二氧化碳直接排放量降至零。 

在赛默飞世尔科技,我们的解决方案包括市场当先的元素分析仪器、材料属性能测试仪器、可靠且具代表性的浆液采样系统和分析系统。 长达十年来与铜矿业合作的经验,这项技术可帮助延长矿山开采寿命和优化工厂进料等级、产量、效率以及铜矿以及提高选矿厂的盈利能力。最重要的是,我们的技术有助于使清洁能源更加绿色。

脱碳不是全部。当前,采矿业正承受越来越大来自投资者的压力,社区运营许可证也越来越难办理。铜矿必须减轻其环境方面的影响,减少用水量及电力消耗。此外,经济上可行的矿床中铜含量或品位正在下降。 

1 O Da Silva新闻报道- “力拓铜业首席执行官:铜市场将在2020年出现赤字”,2018年4月10日。
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2 &全球普氏新闻报道- “零排放:随着对清洁能源原材料需求的增加,采矿业面临着实现零排放目标的压力
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在某些矿床中存在的高度非均质性,无论是在品位分布和/或成分上,都无法在台架水平上进行测量。(7)因此,许多选矿厂面临着高度可变的原料,有时是以小时为基础的。高于品位下限的矿料可能被当做废石送走。相反,进料仓很容易漂移到规定的品位下限以下。

散矿检测和分拣能够对选厂给矿进行预选,同时提高其一致性。它通过以下方式为所有实现更好绩效的后续运营奠定了基础:

  • 提高资源利用率
  • 在不扩建的情况下增加处理量
  • 降低每吨产品的耗水量
  • 减少每吨产品的能耗
  • 提高回收率

对于一个新的未开发矿山,有效的矿石分拣意味着需要较小的选矿流程及整体选厂布局,从而降低资本支出。这也意味着更有效地获取较低品位的分布式矿床。

散矿分拣依赖于分析技术,该分析技术可以快速区分达到或低于品位下限的矿料。分析仪的精度和准确度同样至关重要,否则废矿被接收或者好矿被废弃,都将带来很大损失。一旦接收了废矿,将会对矿石料仓或工厂给矿的平均品位产生负面影响。好矿被废弃,就会将可回收的铜送到废物堆,从而导致损失。优秀的在线分析解决方案将避免有价值原料被当做废石,从而最大限度地减少损失,同时仅将经济上可行的矿石送入选矿流程。

欲了解更多我们为铜工业提供的解决方案,请阅读我们的电子书

PGNAA 分析对料场给矿的优势

料场给矿成分波动范围较大,因为某些材料可能是非常理想的,而其他材料则低于可接受的等级。通过 PGNAA 在线分析,在将矿料传到轧机前可获得给矿数据。此信息可反馈给矿场或卡车派单,以便在必要时采取纠正措施。在矿场到轧机的核算中使用时,PGNAA 提供了一个调控依据,可以更容易地将矿山给矿品位与特定情况联系起来,而无需考虑磨矿浮选进料等级评估所带来的滞后时间或堆场稀释问题。它揭示了从矿山到破碎机的矿石品位变化情况,从而可以采取措施减少变化,从而确保为工厂提供更稳定的给料。PGNAA 分析引入了以下几个独特优势:

  • 使用 PGNAA 可提供比卡车或铲传感器更精细的分辨率
  • 对矿场的快速反馈有助于对路线错误或品位控制采样错误做出快速响应,从而优化运营
  • 生产效益上可以从潜在的错误处理的废物和矿石的数据中获得,这些废物和矿石可能会无意中进入库存——这些不受欢迎的材料要么可以被回收,要么至少不被送到工厂
  • PGNAA 可对低原子序数元素进行在线分析

通过了解矿石品位变化,并允许采取措施降低变化,PGNAA 分析可以优化工厂绩效。这种改良可改进选厂的性能,降低生产成本,延长矿山开采寿命。

PGNAA 分析对轧机进料的优势

虽然 PGNAA 对原矿石进行分析可以提供物料进入磨机前的波动情况,但一旦物料进入破碎机,PGNAA分析仪仍可以对其进行成分,提供实时成分数据帮助对材料进行分级。轧机内发生的磨削是矿物解放过程中的重要第一步,但目标粒度大小该是多少往往没有明确的答案。由于超过 50% 的能耗发生在粉碎和磨削阶段,超过了理想粒度的过度磨削会产生明确的经济影响。磨机进料上的在线粒度分析有助于确定良好粒径范围,从而帮助操作员设置过程控制策略,以实现良好的磨削尺寸并尽可能提高金属产量。

  • 粒度分析仪可为工厂提供轧机进料数据,以供工艺控制使用,从而在浮选进料前调整运行设定点
  • 通过轻元素分析来追踪煤矸石矿物,从而对煤矸石控制策略作出决定/采取行动
  • 对于尾矿和磨机调节,""与试图调节矿山和浮选给矿相比,对磨机给矿进行 PGNAA 分析提供了一个更可证明的问题点。(在前者情况下,问题往往很难确定,而且常常认为是""浮选进料取样器或称重仪的问题,需要花费时间和资源来证明或反驳这种推论)

利用数据找到粒径与回路吞吐量之间的平衡,从而限制磨机的消耗并大幅度地提高金属产量,这对于限制能源成本和优化工厂输出至关重要。磨机进料的 PGNAA 分析可提供这条具优势的信息。

为什么要将PGNAA / PFTNA技术应用于铜矿开采?

瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)或脉冲快热中子活化(PFTNA)等中子活化分析技术非常适合矿石分拣。用中子辐照物质会使元素发射次级瞬发伽马射线,产生一个识别“指纹”。PGNAA和PFTNA分析仪穿透整个矿石流,能确保整个矿料流都得到均等的和准确的分析。

了解更多关于 Thermo Scientific CB Omni Agile 在线元素分析仪的信息,该分析仪为高效矿石分拣提供了业内领先的性能。

破碎和磨机的能耗占铜矿现场能耗50%以上3,这使得它们成为降低成本的主要目标。 目的是把矿石磨到适合浮选作业的最优粒度。磨机不足会降低回收率,而过度磨矿会降低处理量且浪费能源。

浆料中的实时粒度分析是在泡沫浮选之前有效控制较细粒度的关键。它可以立即反馈磨机回路的运行状况,为手动控制或自动控制提供坚实的基础。在线粒度分析以最少的人工干预提供符合要求的实时测量,并使以下操作成为可能:

  • 优化每吨能耗和轧机处理量
  • 最大化铜的回收及解离
  • 即时检测磨矿回路中的工艺异常
  • 实施磨机自动的前置反馈高级控制
  • 减少磨矿介质消耗和衬板磨损
Grinding control chart
恰好的磨矿至关重要——过磨意味着较低的处理量、较高的能耗,磨矿不足则会影响回收率。

为什么要用超声波衰减?

超声波衰减是一种粒度测量技术,非常适合用于采矿业相关的选矿矿浆。粒度会造成超声波传输的迟滞或衰减,其程度与粒度相关。超声波检测器具有方向依赖性,从而消除了多次散射的问题,因此,即使是高百分比的固体浆料也可以在不稀释的情况下接受测量。了解更多关于Thermo Scientific PSM 500粒度分析仪的信息,该分析仪使用该技术来提供高作业率的、实时的、载流粒度和矿浆密度测量。

3 CEEC数据表 – 磨矿中的消耗

捕收剂、起泡剂和酸碱度调节剂等试剂在铜矿开采工艺中至关重要,可最大限度地提高浮选回路中的铜回收率。它们促进解离,稳定气泡,并增强分了解离选择。但是对这种复杂工艺和化学品所进行的优化通常是经验性的,操作者会过度依赖于经验。将成分分析与粒度数据相结合,则为更好地理解这一过工艺供了基础。根据矿石矿物学、给矿量、浆料密度和粒度等方面的变化,它能够有效调节工艺参数,比如气泡率和液位。浮选回路的优化控制可以:

  • 减少试剂消耗
  • 快速发现进料或工艺异常带来的变化
  • 确保精矿质量达标
  • 跟踪铜以及其他有价值的元素和有害的元素,以评估工艺性能,并大幅度地提高回收率。

XRF和PGNAA:测量更多相关元素的关键

X射线荧光(XRF)是一种用于铜和其他电池元素的有效分析技术,可有效测量元素周期表中从钠到铀的所有元素。我们的载流XRF分析仪: AnStat-330MSA-330具有比市场上任何其他系统都高的作业率。然而,XRF不能直接测量较轻的元素,如钠、镁、铝、硅,这些元素通常是基本金属中的元素。Thermo Scientific GS Omni轻元素PGNAA分析仪旨在实时测量铜浆中较轻的元素,如硫,检测直径最大为5毫米的颗粒。

PGNAA Detection Periodic Table

精矿质量决定了其市场价格和NSR(冶炼厂返还净值)。铜含量或品位至关重要,通常在25-35%之间。但是冶炼厂对砷等杂质元素实施处罚,因为它们对冶炼工艺有不良影响。

在线元素分析能提供实时产品质量控制,以及提供以下所需信息:

  • 管理产品质量/品位杂质水平
  • 仅出厂符合杂质规格的精矿
  • 保持提供一致的、优质的精矿产品
  • 实现最大产值或冶炼厂返还净值(NSR)
  • 维护和提高声誉
  • 通过使杂质回收最少,减少冶炼厂和精炼厂的排放和副产品。

了解更多关于XRF和PGNAA分析仪系列的信息:

产品

常见问答

能,我们的工厂设计工程师团队可以基于空间限制设计解决方案。与占地面积小、高差小的专用分析仪类似,在一个产品的占地面积内集成两种功能是实现这一目标的关键。

专用分析仪可以靠近取样点安装,从而最大限度地减少对额外管道的需求,也通常避免了使用泵。Thermo Scientific AnStat-330 取样分析站是一款专用分析仪,它集成了行业领先且具有统计代表性的取样站。与市场上所有其他分析仪相比,它具有最小的高差,这使得它能够被装于取样点的下游,从而使得样品可自流方式到分析仪。

Thermo Scientific GS Omni 轻元素PGNAA分析仪最多可测量8条浆流,其设计目的是测量XRF无法测量的轻元素。加上Thermo Scientific XRF分析仪,我们的在线元素分析仪系列产品让客户能够测量更大的元素范围,这也是市场任何别的竞争对手做不到的。

Thermo Scientific取样器和分析仪的高差是市场上最低的。这可以最大限度地减少对额外管道和泵的需求。我们的解决方案可以在料仓和工厂给矿前对废矿和矿石进行检测和分类,从而降低新工厂的成本。对低于品位下限的矿石和废矿进行分流使工厂占地面积更小。

是的,对于新建项目,开始阶段您会有一个稍纵即逝的机会,那就是将在线分析和定制化取样整合在一起。为了充分利用这个机会,在设计过程的早期就要考虑取样和分析,而不是在接近尾声时再考虑作为补充。我们的取样机具有一个显著优势 - 低好差(压头损失)。在一个平台上进行多级取样,可以降低工厂高度,且无需使用取样塔。这会对建筑成本产生重大影响。

有,而且可能问题很大。首先,让我们假设对所有的流道都按照预期进行了分析。每个流道的测量都需要时间,因此测量频率低于专用分析仪。每多一个流道意味着测量之间的间隔时间变得更长。对于某些应用,这不是问题,每15分钟测量一次可能就足够了。然而,为了实现更好的过程控制,且从实时连续测量中受益,Thermo Scientific AnStat-330取样分析站 将代表性取样和元素分析集成到一个产品中。

然而,第二个挑战是将多个流道引导到一个位置。在规模较大的工厂中,这通常涉及大量泵的使用,通过长距离管道输送矿浆,从而会造成管道堵塞或泵故障等风险。仅在运行几个月后,一台本来要测量20个流道的分析仪,因为管道堵塞等问题,测量流道可能减少到4或5个流道。矿浆的密度和粘度常常造成代表性取样及样品输送的困难。为了在成本、分析间隔和作业率之间实现良好的平衡,通常的做法是:在关键流道上使用专用分析仪,然后灵活地应用多流道分析仪来测量3到12个流道。

将两者整合成一个产品。将分析仪放在取样机内,则消除矿浆沉积的可能。这种方法能实现专门的实时测量,矿浆堵塞的风险最小。在资本支出方面,这种方法减少了管道系统设计时间及泵采购的费用。在持续运营的基础上,一体化产品将使维护和运营成本降至最低。现成的解决方案:Thermo Scientific AnStat-330采样和分析站采用了这种方法。作为一种具有低高差的系统,它具有市场领先的可作业率,非常适合需要高频次专门测量的关键流道。

为应对矿石品位下降,矿石分拣的好处毋容置疑。然而,矿石分拣项目可能需付出可观的资本支出。大部分成本都花在矿料处理中,包括矿石搬运、卡车运输、皮带输送和矿浆运输,因为一旦被检测到,矿石就被“分拣”了,这意味着被转移到废矿流中。然而,资本和运营成本的投资回报将取决于分析仪区分来料的能力。即使是细微性能差异产生的回报差异,也决定了是否采用此应用。

散料测量及矿石分拣不是一项新技术,它已经慢慢被采矿业采用。作为中子活化分析领域的先驱——瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)和脉冲快热中子活化(PFTNA)——我们清楚它的优势、局限以及最佳实施办法。并非所有的PGNAA/PFTNA技术都同样强大,有些还差强人意。在决定性能好坏方面,源强度、检测器质量和系统设计都发挥着作用,这些都值得好好了解。例如,测量整个来料矿石流的均一性至关重要,仅将一个探测器放在中间点的是不可行的。总之,选择好的矿石分拣分析仪至关重要,因此请仔细考虑这些选项,然后告诉我们您有什么建议。进行一下计算。考虑到项目盈亏线,分析仪性能值得仔细评估。欲了解这类计算的实例,请查看我们的电子书

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