Высокотехнологичные материалы, используемые в смартфонах, современных автомобилях, экологически чистых фотоэлектрических устройствах и во многих других отраслях промышленности, стали неотъемлемой частью повседневной жизни. Хотя переработка может частично покрыть спрос на сырье, большая часть по-прежнему поступает из горнодобывающей промышленности.
Воздействие на окружающую среду хорошо известно: землепользование, создание дополнительной транспортной инфраструктуры и индустриализация зачастую удаленных территорий. Горнодобывающая промышленность также требует большого количества воды и соответственно производит большие объемы сточных вод. Работая в партнерстве с коллегами из Финляндии, группа исследователей HIF во главе с инженером-технологом Бруно Мишо разработала метод более рационального использования воды при переработке минерального сырья. На примере минерального флюорита они показали, как можно значительно снизить потребление воды с помощью моделирования процесса.
Флюорит, также известный в минералогии как плавиковый шпат и под химическим названием фторид кальция, является важным сырьем для промышленности. Он используется, например, при выплавке чугуна, при добыче алюминия и в химической промышленности в качестве сырья для производства фтора и плавиковой кислоты. Вероятно, наиболее известным продуктом химии фтора является ПТФЭ, фторполимер, который продается в мембранной форме под торговыми названиями Teflon и Gore-Tex.
Обогащение руды как пожиратель воды
«Добыча флюорита требует большого количества воды», – объясняет Бруно Мишо. «В зависимости от местного климата, но тем более от конструкции обогатительной фабрики, она может составлять до 4000 литров на тонну руды."Очевидно, что исследователи HIF ничего не могут сделать с погодой, но они, безусловно, могут внести свой вклад в оптимизацию самой обработки. На этом этапе процесса пустая порода отделяется от добытой руды, чтобы поднять содержание флюорита с менее 50 процентов до примерно 98 процентов.
Для этого инженеры применяют процесс флотации. Проще говоря, это работает так: руда измельчается и смешивается с большим количеством воды; затем в смесь добавляются различные химические вещества, чтобы сделать поверхность флюорита водоотталкивающей (гидрофобной).
Затем в указанную смесь закачивают воздух, создавая маленькие пузырьки, которые переносят гидрофобные частицы на поверхность. Таким образом, флюорит накапливается в образовавшейся пене, а пустая порода остается. Прежде чем последний может быть размещен на плотине для отходов или возвращен под землю в качестве заполняющего материала, необходим этап обезвоживания. Для достижения желаемой концентрации флюорита флотацию повторяют несколько раз, что, следовательно, требует большого количества воды.
«Горнодобывающие компании пытаются сократить потребление воды, используя ее многократно», – говорит Мишо. "Однако использованная вода содержит вещества, которые могут влиять на производительность процесса, и этого следует избегать.«Примерами таких веществ могут быть ионы кальция и магния, которые препятствуют гидрофобизации поверхности флюорита. Сила этого эффекта зависит от концентрации ионов.
Новый метод теперь учитывает влияние химического состава воды на флотацию. В результате обширных лабораторных экспериментов с флюоритовой рудой исследователи получили данные, отражающие сложное взаимодействие растворенных веществ, и интегрировали их в программу моделирования HSC Sim.
HSC Sim уже используется в горнодобывающей промышленности для составления карты перерабатывающего завода и управления процессом обогащения полезных ископаемых.
Цифровой мониторинг потребления воды и энергии
«Благодаря разработанным нами дополнительным функциям программное обеспечение теперь может учитывать состав технологической воды», – объясняет Мишо. "Это дает возможность рециркулировать воду без ущерба для эффективности процесса.«Моделирование также позволяет операторам оптимизировать использование различных водоемов в непосредственной близости от рудника, таких как озера, реки, водоносные горизонты или море. Дальнейшие технологические этапы, такие как измельчение и обезвоживание руды, должны быть интегрированы в будущем.
В идеальном случае потребление воды может упасть ниже 1000 литров на тонну руды.
Исследовательская группа надеется очень скоро подвергнуть новый метод практическому тестированию в реальных условиях добычи полезных ископаемых. «Поскольку для этого требуется полностью оцифрованный процесс обработки, в котором датчики непрерывно измеряют и сообщают о свойствах потоков для управления технологическим процессом, только крупные рудники рискнут вложить такие средства на этом раннем этапе», – добавляет Мишо. «Однако потенциал оцифровки огромен: мониторинг в реальном времени и действительно интеллектуальное моделирование процессов позволяют извлекать больше сырья, используя меньше энергии и меньше природных ресурсов.«Это относится ко всем рудам, а не только к рециркуляции воды при переработке флюорита, для которой командой HIF был разработан метод моделирования.