استراتيجيات تحسين كفاءة الطاقة في محطات تجهيز المعادن
Table of Contents
وتمثل تكاليف الطاقة جزءا كبيرا من النفقات التشغيلية في صناعة التعدين والمعادن، ويحسن الاستهلاك بصورة مباشرة الربحية بينما يخفض انبعاثات غازات الدفيئة، وتواجه محطات التجهيز الحديثة للمعادن ضغوطا متزايدة لإنتاج مراكز أعلى درجة من رواسب الخامات المنخفضة الجودة، وهو اتجاه يدفع كثافة الطاقة، فتنفيذ استراتيجيات كفاءة الطاقة لم يعد ضروريا تنافسيا.
فهم استهلاك الطاقة في عمليات التعدين
إن التجهيز المنجمي كثيف الطاقة في جوهره، إذ يمكن أن يشكل التكسير والتمجيد نسبة ٥٠-٧٠ في المائة من مجموع الطاقة المستخدمة في مصنع تجهيزات، كما أن التوزيع النموذجي لاستهلاك الطاقة عبر مراحل العمليات الرئيسية هو كما يلي:
- الكروش والطحن: ] 50-70٪ من الطاقة النباتية
- Slurry transport and pumping:] 10-20%
- Separation (flotation, gravity, magnetic): ] 5-15%
- Dewatering and drying:] 5-10%
- Conveying and ancillary systems:] 5-10%
ويمكن أن تختلف الطاقة المستهلكة لكل طن من الخامات المعالجة اختلافاً كبيراً تبعاً لصعوبة الركاز وحجم التغذية ومواصفات المنتجات الطحنية، فهماً لمجال استخدام الطاقة وإهدارها، هو الخطوة الأولى نحو التحسين الفعال، وكثيراً ما تكشف عمليات مراجعة حسابات الطاقة التفصيلية عن أن العديد من النباتات تعمل بعيداً عن المستوى الأمثل النظري، مع فقدان كفاءة المعدات، وضعف استراتيجيات الرقابة، وعدم استخدام المعدات.
استراتيجيات لتحسين كفاءة الطاقة
1 - عملية المعدات على الوجه الأمثل
ويدير العديد من محطات التجهيز معدات بسرعة ثابتة بغض النظر عن الحمولة الفعلية، مما يؤدي إلى نفايات كبيرة من الطاقة.
كما أن الصيانة المنتظمة تتسم بنفس القدر من الأهمية، إذ أن المعدات التي صُنفت بصيانتها تستهلك طاقة أكبر: فالأجهزة ذات الطين في المطاحن تزيد من استهلاك وسائط الإعلام المبتسمة وتحتاج إلى مدخلات أعلى من الطاقة؛ وتنتج أحزمة وقواها المضللة خسائر في الاحتكاك؛ وتزيد المرشقات القذرة في جامعي الغبار من الطلب على الطاقة؛ ويضمن برنامج صيانة وقائية منظم، مقترن برصد الأوضاع (تحا للتد، وتحليل الحرارة، وتحليل الحرارة، وتحليل النفط)، كفاءة المعدات.
2 - تنفيذ عملية متقدمة لمراقبة العمليات
وتستخدم نظم مراقبة العمليات المتقدمة بيانات آنية لتعديل بارامترات التشغيل باستمرار، وإبقاء العمليات في أكثر مراكز التشغيل كفاءة، وفي دوائر الرعي، يمكن للتحالف أن يحقق أقصى سرعة للمطاحن، ومعدل التغذية، والتصنيف عن طريق التحكم في كثافة وضغط الأعاصير، وفي مجال التبخير، يمكن أن يعدل الجرعات المسببة للارتفاع ومعدلات الارتفاع استنادا إلى الكيمياء المخففة)١٥(.
(و) إن نموذجاً متطوراً من الاضطرابات قبل حدوثها يمكن أن يكشف عن زيادة في حجم المطاحن ويخفض معدل التغذية قبل توقف المطاحن، ويتجنب الطاقة الطفرة المطلوبة لإعادة إنتاج مطحن كامل، وكثير من هذه النظم الآن متصلة بالسحاب، مما يتيح استخدام الكمائن من بعد في المواقع المتعددة.
3 - تحسين المعدات ذات الكفاءة في استخدام الطاقة
ويمكن أن تؤدي إعادة استخدام المعدات القديمة ذات التصميمات الحديثة والفعالة من حيث الطاقة إلى خفض كبير في استخدام الطاقة، وفي المبادلات، ]] لفائف الطحن العالية الضغط تستهلك 20 إلى 50 في المائة من الطاقة أقل من المطاحن التقليدية للراتب لنفس نسبة التخفيض.
وفي نظم الضخ، يمكن لاستخدام محركات عالية الكفاءة (الدرجة الرابعة من فئة E5) ومضخات التشغيل بالقرب من أفضل نقطة من حيث الكفاءة أن تقلل استهلاك الطاقة بنسبة 15 إلى 30 في المائة، كما أن إصلاح خلايا النبات القديمة التي بها خلايا حديثة تعمل بالجو أو خلايا جيمسون يمكن أن يؤدي إلى تحسين التشت في الهواء وحجم الفقاعات، مما يقلل من الطاقة اللازمة للحركة الهضمية.
4 - استعادة النفايات وإعادة استخدامها
وكثيرا ما ترفض عمليات التنظيف والحساب الغازات ذات الحرارة العالية التي تحتوي على طاقة حرارية قابلة للاسترداد، ويمكن لنظم استعادة الحرارة في النفايات أن تكون مواد تغذية قبل التسخين أو هواء الاحتراق أو الماء للتنظيف والاستخدام المنزلي. ويمكن لمبادلات الحرارة هذه أن تلتقط الحرارة من العادم الكين أو الجاف أو نقلها إلى سائل لنقل الحرارة يمكن استخدامها بعد ذلك.
وفي ظل مناخات أبرد، يمكن استخدام حرارة النفايات في تدفئة المباني، وأجهزة الكشف عن المورد، والمياه من أجل طلاء الفرسان، مما يقلل من الحاجة إلى سخانات الوقود الأحفوري - المدفأة.() وقد أظهرت CSIRO ] نظما متكاملة لاستعادة الحرارة في محطات التجهيز المعدنية الأسترالية التي تقل الطلب العام على الطاقة دون المساس بنوعية المنتجات.
5 - تحسين دائرة المظلات على الوجه الأمثل
وبما أن الطحن يستهلك أكبر حصة من الطاقة، فإن التحسينات الطفيفة تحقق وفورات كبيرة.
- Replacing screens with hydrocyclones] that provide sharper classification and reduce overgrinding.
- Installing size reduction stages] to reduce the feed size to the primary mill-a 20% reduction in feed size can cut energy consumption by 10–15%.
- ][ ]الجبهة: صفر[[ ]استخدام وسائل الإعلام المبتسمة ذات الحجم الأمثل والمواد ]FLT:1][ - قد يلزم توفير وسائل إعلامية أكثر طاقا لطحن الفرس، بينما تعمل وسائط الإعلام الأصغر على تحسين كفاءة الطحن؛ واستخدام كرات عالية المآوى أو خصيات الخصيتين يمكن أن يقلل من اللبس ويحافظ على وزن ثابت من الطاحونة.
- ]Optimizing mill speed and charge volume] via continuous monitoring of mill power draw.
(ج) مساعدة المهندسين في تصميم أكثر أشكال الدوائر كفاءة من حيث الطاقة بالنسبة لخام معين. (]]) يمكن أن يوفر نظام إدارة الطاقة وطحنها تغذية مرتدة آنية بشأن بارامترات محددة لاستهلاك الطاقة في كل طن من المنتجات، مما يمكّن المشغلين من التكيف الفوري.
6 - تحسين كفاءة التصنيف والفصل
Poor classification and separation force the grinding circuit to consume extra energy to re-process material that should have been rejected or sent downstream. In flotation, improving froth stability and bubble size distribution can increase recovery while reducing power draw on the flotation cell motors. Hydrofloat separators and [FartLT:2]
وفي الفصل بين الجاذبية، فإن المفرقعات المتعددة الجاذبية ومركّبات الجاذبية المعززة تتيح كفاءة أفضل مع انخفاض مدخلات الطاقة لكل طن مجهز، ويستهلك الفصل بين المغنطيسيين باستخدام مغناطيسات ذات مستوى عال من الحساسية النادرة طاقة ضئيلة جدا ويمكن أن يحل محل مراحل توليد الطاقة في بعض التطبيقات، كما أن وجود دائرة انفصال مصممة جيدا تقلل من سوء الاستخدام يقلل بصورة مباشرة من الطاقة المطلوبة في المراحل اللاحقة.
7- تكامل مصادر الطاقة المتجددة
ويتوقف العديد من محطات تجهيز المعادن، ولا سيما في المواقع النائية، على مولدات الديزل أو الكهرباء بالشبكة التي تتسم بكثافة عالية من الكربون، إذ يمكن إدماج التوربينات الضوئية الشمسية أو الريحية أو النظم الهجينة أن يقابل جزءا كبيرا من الحمولة الكهربائية للمصنع، فعلى سبيل المثال، يوفر عدد من المركبات الشمسية يبلغ ٥ ميغاواط في مركب النحاس في شيلي ما يصل إلى ٢٠ في المائة من الطلب على الطاقة النهارية في المصنع، مما يقلل من استهلاك الوقود.
Energy storage systems] (battery storage, pumped hydro) can smooth the intermittency of renewables while also providing load shifting to take advantage of time-of-use electricity pricing. In some regions, government incentives and lower equipment costs have made the payback period for on on on-site renewables less than five years. The
اعتبارات إضافية
فالتكنولوجيا وحدها لا يمكن أن تحقق الكفاءة الكاملة في استخدام الطاقة، إذ إن إيجاد ثقافة للتوعية بالطاقة بين الموظفين أمر أساسي. برامج التدريب ] التي تعلم المشغلين كيفية تحديد نفايات الطاقة، واستخدام لوحات الطراز، وتعديل عمليات الكفاءة يمكن أن يؤدي إلى تحسينات فورية، وتقيم بعض النباتات أحداث " كنز الطاقة " حيث تحدد الأفرقة المتعددة الوظائف نفايات الطاقة وتزيلها في مناطق محددة.
(أ) إجراء مراجعات منتظمة [(FLT:0]] للطاقة بواسطة مهنيين معتمدين (مثلاً، مراجعي حسابات معتمدين من طراز ISO 50001) يساعد على كشف الخسائر الخفية، وينبغي إجراء مراجعة الحسابات كل سنتين على الأقل، وتشمل تحليل نظم الهواء المضغوطة (التي غالباً ما تكون مصدراً رئيسياً للتسرب)، ونظم البخار، وعامل الطاقة الكهربائية، ويمكن أن تقلل أجهزة تحديد عوامل المرافق من عقوبات المرافق العامة وتحرر القدرة التحويلية.
(أ) تطبيق نظام ] لإدارة الطاقة (EnMS) ] يقوم على المعيار ISO 50001 ويوفر إطاراً منظماً لوضع مؤشرات أداء الطاقة (EnPIs)، وتتبع التقدم المحرز، والتحسين المستمر، وقد حقق العديد من شركات التعدين شهادة ISO 50001، وأبلغ عن انخفاض في كثافة الطاقة بنسبة تتراوح بين 10 و20 في المائة في غضون ثلاث سنوات.
خاتمة
إن تحسين كفاءة الطاقة في محطات تجهيز المعادن هو مسعى متعدد الأوجه يجمع بين الاستخدام الأمثل للمعدات، والتشغيل الآلي للعمليات، واستعادة حرارة النفايات، وإعادة تصميم الدوائر، وثقافة تنظيمية داعمة، وتتيح الاستراتيجيات المبينة في هذه المادة مسارات عملية ومثبتة لخفض استهلاك الطاقة بنسبة ١٥-٣٠ في المائة أو أكثر، مع ما يقابلها من فوائد مالية وبيئية.
ومع استمرار انخفاض درجات الخام وارتفاع تكاليف الطاقة، ستكون النباتات التي تستثمر في كفاءة الطاقة اليوم أكثر المرونة والمربحة غدا، ومن خلال اتباع نهج منتظم - مع مراجعة لحسابات الطاقة، وتنفيذ تغييرات تشغيلية منخفضة التكلفة، ثم التقدم نحو رفع مستوى الكفاءة الرأسمالية، وعمال التكامل المتجددة - يمكن أن يحقق تحسينات كبيرة ودائمة، والرحلة نحو كفاءة الطاقة ليست مشروعا لمرة واحدة بل عملية مستمرة للقياس والتحليل.