能源成本占采矿和矿物工业业务支出的很大一部分,减少消费直接提高了利润率,同时降低了温室气体排放。 现代矿物加工厂面临着越来越大的压力,要从低级矿石矿床中产生更高级的浓缩物,这一趋势促使能源密度上升。 实施能源效率战略不再是可选的 — — 这是竞争的必要条件。

了解矿物加工中的能源消耗

矿物加工本身就需要大量能源。 开始——碾碎和磨碎——可占加工厂所用能源总量的50-70%。

  • 碾磨和磨碎: 50%-70%的植物能源
  • 泥浆运输和泵: 10-20%
  • 分离(浮力、重力、磁性): 5-15%
  • 脱水和干燥: 5-10%
  • 结缔和辅助系统: 5-10%

能源消耗量在每吨加工矿石中可能因矿石硬度、饲料大小和磨制产品规格而有很大差异。 了解能源使用地点 — — 以及能源浪费 — — 是有效改进的第一步。 详细的能源审计往往显示,许多工厂的运作远非其理论最佳,设备效率低、控制策略差以及设备利用不足等原因造成了损失。

提高能源效率的战略

1.优化装备运行.

许多加工厂运行设备时无论实际负载如何,都以固定速度运行,导致大量能量浪费. 可变频驱动器(VFD)[]允许发动机按过程要求的速度运行,在许多应用中将功率抽取减少20–40%. 在压载器输送器,磨坊马达,泵驱动器,通风风扇上安装VFD可以产生快速回报.

定期维护同样至关重要. 维护不良的设备消耗更多的能量:磨坊中磨损的衬线会增加磨损介质消耗,需要更高的动力输入;错位带和驱动器会产生摩擦损失;以及收集尘埃的脏过滤器会增加风扇的功率需求. 结构化的预防性维护方案,加上条件监测(振动分析,热力学,石油分析),确保设备运行效率达到峰值.

2. 实施高级流程控制

高级过程控制(APC)系统使用实时数据来持续调整操作参数,将过程保持在其最有效的操作点。 在磨磨电路中,APC可以通过控制气旋饲料密度和压力来优化磨磨速度、饲料率和分类。 在浮压中,它可以根据浆液化学来调整试剂剂量和燃烧率。 这些系统通常在增加吞吐量和回收量的同时将能量消耗降低5-15 % 。

现代APC杠杆 机器学习和模型预测控制[ , 以预测扰动发生前的扰动。 例如,预测模型可以检测即将到来的磨坊超载量,降低磨坊摊位前的供料率,避免重启整场磨坊所需的激增能量。 许多这样的系统现在都连成云层,可以远程优化多个地点。 美国能源部高级制造办公室 记录了在采矿业务中装甲运兵车每年节省数百万美元的案例研究。

3. 升级到能源有效设备

以现代、节能设计取代遗留设备可以大幅削减能源使用。 在搅拌中,高压磨卷[HPGR]消耗的能量比传统球磨坊减少20-50%,而还具有相同的还原率。 硬质的媒体磨坊,如Vertimill或IsaMill,在精细和超细磨坊应用中,节能程度也大大高于翻滚磨坊。

在泵管系统中,使用高效电动机(IE4或IE5级)和运行泵(BEP)在最佳电源点附近可以将能量消耗降低15—30 % 。 用现代强迫空气或詹姆斯森电池取代旧的浮电池可以改善空气散射和气泡大小,降低刺激所需的电量。 即使是简单的升级,比如在仓库和走道安装高效照明装置,并配备运动传感器,都有助于整体节省工厂成本。

4. 回收和再利用废物热量

干燥和钙化操作往往拒绝含有可回收热能的高温气体。 废热回收系统可以预热饲料、燃烧空气或清洁和家用水。 热交换器可以捕捉窑废气或干燥器的气体产生的热量,并转移到热转移液中,然后可用于预热矿石或为其他过程产生低级蒸汽。 这种方法可以将干燥的总能量在某些应用中减少20-40%。

在气候更冷的情况下,废热可用于加热建筑物、输送装置和水用于软软浮,从而减少化石燃料-燃热器的需求。 CSIRO[在澳大利亚矿物加工厂中证明了综合热回收系统,在不损害产品质量的情况下降低了整体能源需求。

5. 优化电线

由于磨炼消耗的能源份额最大,即使稍有改进,也节省了大量资金。

  • 替换带水环形管的屏幕,提供更尖锐的分类,减少过度加热.
  • 在总的减量阶段中,将饲料规模减少到初级磨坊——饲料规模减少20%可以将能量消耗减少10-15%.
  • 使用最优尺寸和材料的磨制介质[-粗磨可能需要更大的介质,而较小的介质则提高细磨效率;使用高硬度的铸造或铸造球可以降低磨制并保持一致的磨制电荷重量.
  • 通过持续监测磨坊功率抽图,使磨坊速度和充电量变平.

批量磨损测试和模拟软件(如JKSimMet,Bond Work Index analysis)帮助工程师设计出特定矿石最高效的电路配置. 执行一个 的固化和磨损能源管理系统[可以对每吨产品的特定能耗提供实时反馈,使运营商能够调整参数,以获得即时收益.

6. 提高分类和离职效率

分类和分离不完善迫使磨损电路消耗额外的能量来再加工本应被拒绝或送入下游的材料. 在浮流中,改善浮流稳定性和气泡大小分布可以增加恢复,同时减少浮流电池电动机的电源抽动量. Hydrofloat分离器[和智能气旋,实时调整切点可以减少错位材料和降低回转负载.

在重力分离中,多重力分离器和增强重力集中器通过每吨处理的能量输入降低,效率更高. 使用高强度稀土磁铁的磁分离消耗的功率很小,可以取代某些应用中的能量饥饿浮流阶段. 设计完善的分离电路,尽量减少误位直接减少以后阶段所需的能量.

7. 整合可再生能源

许多矿物加工厂,特别是偏远地区的矿产品,都依赖高碳强度的柴油发电机或电网供电。 整合太阳能光伏、风力涡轮机或混合系统可以抵消该厂很大一部分的电荷。 比如,智利一个偏远的铜集聚点的5兆瓦太阳能电池组提供了该厂日间电力需求的20%,减少了燃料消耗。

能源储存系统[(电池储存、泵水)可以平稳可再生能源的中断,同时提供负荷转移,利用使用时间的电价,在一些地区,政府奖励和设备成本较低,使现场可再生能源的偿还期不到五年,国际能源机构[ 公布了将可再生能源纳入采矿作业的资源,突出了技术和经济可行性。

其他考虑

光是技术无法实现完全的能源效率。 在雇员中营造一种能源意识文化至关重要。 训练方案 教导操作者如何识别能源废物、使用仪表板和调整效率流程,可以立即产生改进。 一些工厂举办“能源kaizen”活动,跨功能团队在具体领域识别和消除能源废物。

由认证的专业人士(例如ISO 50001认证审计员)进行的定期能源审计有助于发现隐性损失。 审计至少应每两年进行一次,并包括对压缩空气系统(通常是主要泄漏源),蒸汽系统和电力因素的分析。 电源因子校正电容器可以降低功率罚则,释放变压器容量。

以ISO 50001为基础的实施能源管理系统为设定能源性能指标(EnPIs),跟踪进展和不断改进提供了结构化框架。 许多矿业公司已经实现了ISO 50001认证,并报告在三年内能源强度降低了10—20%。

结论

提高矿物加工厂的能源效率是一项多方面的努力,它结合了设备优化、工艺自动化、废热回收、电路重新设计以及支持性的组织文化。 本条概述的战略提供了实际可行的、经过验证的路径,可以将能源消耗减少15—30%或更多,并带来相应的财政和环境效益。

随着矿石的产量持续下降和能源成本上升,如今投资能源效率的工厂明天将是最具复原力和盈利性的地方。 通过采取系统性的做法 — — 从能源审计开始,实施低成本的操作变革,然后向资本密集型升级和再生融合发展 — — 操作者可以实现实质性的、持久的改善。 实现能源效率的旅程不是一次性项目,而是持续地进行测量、分析和创新。