Отходы горнодобывающей промышленности: многомерный подход

Горнодобывающий сектор по своей природе характеризуется многогранной и сложной структурой, требующей глубоких знаний и междисциплинарного подхода. Успех инвестиционного решения не может быть сведен к одной переменной; поэтому крайне важно, чтобы геологические, геофизические и экологические факторы оценивались в комплексе при разработке технико-экономических обоснований. Хотя структура и химический состав руды, а также геофизические свойства горных пород являются ключевыми факторами, внешние факторы, такие как местоположение горнодобывающего участка, суровые климатические условия и социально-экономическая структура региона, также играют решающую роль в определении направления инвестиций. Этот комплексный анализ закладывает основу для разработки процессов извлечения полезных ископаемых, способных решить эти структурные проблемы.

Хотя основной целью разработки технологических процессов является достижение максимальной экономической эффективности и производительности, особое внимание уделяется также экологическим стандартам и использованию наименее токсичных химических веществ. Как и в случае с другими процессами химической промышленности, достижение цели «ноль отходов» в горнодобывающей промышленности по своей природе нецелесообразно. Тем не менее, минимизация воздействия на окружающую среду является важнейшей задачей отрасли. Более того, крайне важно признать, что образование отходов горнодобывающей промышленности может быть значительно сокращено или даже предотвращено путем оптимизации процессов добычи и переработки полезных ископаемых. Этот процесс оптимизации подразумевает разработку новых знаний и технологий с целью повышения эффективности переработки отходов и восстановления ресурсов, с особым акцентом на перерабатываемую руду.

График, показывающий динамику количества действующих рудников по добыче металлов в США с 1983 по 2023 год, свидетельствует о значительной консолидации в секторе.

За этот период количество действующих шахт сократилось с 900 до менее 300, что представляет собой сокращение примерно на две трети. Это резкое снижение привело к закрытию сотен небольших и неэффективных шахт, и сектор сосредоточился на меньшем количестве, но более крупных, эффективных и технологически передовых предприятий. Однако это сокращение числа шахт не означает полного сокращения сектора. Напротив, отходы, оставленные этими закрытыми подземными и открытыми шахтами, создали огромный вторичный источник ценных металлов, которые ранее были заброшены из-за их экономической или технологической недоступности. Сегодня, благодаря растущему мировому спросу на металлы и передовым технологиям извлечения (таким как передовое выщелачивание и биометаллургия), эти старые отвалы рассматриваются как новые, ценные и экономически выгодные месторождения полезных ископаемых. Таким образом, нисходящая тенденция на графике представляет собой не конец эпохи, а скорее начало потенциального перехода сектора к экономике замкнутого цикла посредством переработки отходов горнодобывающей промышленности. Такое преобразование не только обеспечивает извлечение критически важного сырья, но и вносит значительный вклад в снижение экологических рисков (таких как сток кислотных вод) на заброшенных объектах.

Оценка отходов горнодобывающей промышленности как нового ресурса

Процесс производства металла состоит из трёх основных стадий: обогащение руды (отделение минералов от пустой породы), извлечение металлов (пирометаллургия, электрометаллургия, гидрометаллургия) и очистка. Эти промышленные процессы и горнодобывающая деятельность производят значительные объёмы отходов добычи, которые группируются в две основные категории: пустая порода и хвосты. Утилизация отходов обычно осуществляется путём захоронения на полигонах (хвостохранилища), подземной засыпки, глубокого сброса в воду или методов переработки. В прошлом из-за технологических ограничений и наличия более богатых рудных месторождений минералы с низкой концентрацией оставлялись в больших отвалах. Однако сегодня общее снижение качества руды на новых рудниках, устойчивый рост цен на металлы и растущая потребность в ресурсах сделали эти старые отвалы экономически привлекательными источниками сырья. Из этих отходов извлекают важнейшее сырье, такое как металлы для аккумуляторов (кобальт, литий, никель) и редкоземельные элементы (РЗЭ), а также традиционные металлы, такие как медь, золото и цинк, с целью увеличения разнообразия источников за пределами первичного производства (действующих рудников).

Спрос на эти элементы значительно вырос за последнее десятилетие в связи с их потребностью в высокотехнологичном оборудовании, таком как низкоуглеродное энергетическое оборудование, автомобильные катализаторы и цифровые технологии. Переработка отвалов отходов не только обеспечивает экономическую рентабельность, но и выполняет важнейшую экологическую задачу. Этот процесс значительно помогает снизить воздействие на окружающую среду и риски, связанные со старыми горнодобывающими предприятиями, особенно в решении таких долгосрочных проблем, как дренаж кислых шахтных вод (AMD), за счет удаления или стабилизации токсичных элементов (мышьяка, ртути, серы), содержащихся в отходах.

Ключ к инвестициям: детальная характеристика и масштабируемая проверка

Ключ к достижению высокой эффективности и экономической рентабельности при извлечении ценных металлов из горнодобывающих отходов заключается в отказе от универсального подхода и тщательной адаптации технологических процессов к уникальным характеристикам отходов. Этот критически важный процесс включает детальную характеристику отходов, индивидуальный выбор систем предварительной обработки и выщелачивания, а также интеграцию технологий извлечения, подходящих для целевой смеси металлов. В этом контексте важнейшим соображением для горнодобывающих компаний и инвесторов, рассматривающих инвестиции в эту область, является следующее: успех процесса определяется не за столом, а в лабораторных условиях и на пилотной установке. Любой проект по извлечению, обещающий высокий выход и низкие эксплуатационные расходы, требует комплексного процесса исследований и разработок (НИОКР). Детальная характеристика отходов требует определения не только содержания ценных металлов, но и того, с какими минералами эти металлы связаны, размера частиц и наличия любых ингибирующих примесей (карбонатов, глин и т. д.), которые будут поглощать выщелачивающие реагенты или снижать выход.

Этот комплексный анализ предоставляет план действий для выбора механической предварительной обработки (измельчения), химической предварительной обработки (биоокисления и т.д.) и системы выщелачивания (реагента, продолжительности, температуры). Крайне важно, чтобы этот теоретический подход был тщательно проверен в лабораторных условиях. На этом этапе определяются наиболее эффективные и наименее вредные для окружающей среды условия выщелачивания (например, селективные системы извлечения из выщелачивающего раствора), обеспечивающие максимальное растворение металла и минимальный расход реагента. Наконец, создание подходящей пилотной установки крайне важно для точного определения экономической целесообразности и эксплуатационных рисков. Пилотная установка демонстрирует, насколько хорошо оптимальные условия, определенные в лаборатории, работают в реальных промышленных масштабах, минимизирует риски масштабирования и обеспечивает долгосрочную рентабельность. Превращение горнодобывающих отходов из простого бремени для окружающей среды в реальный актив, продлевающий срок службы компаний, генерирующий дополнительную прибыль и поддерживающий устойчивое развитие, возможно только благодаря этому тщательному четырехэтапному процессу адаптации. Поэтому инвестиционные решения в этой области зависят от новаторских инвестиций в комплексные НИОКР, детальное изучение характеристик и валидацию пилотной установки. Только так можно гарантировать не только эффективность, но и долгосрочную экономическую рентабельность.

Источник: https://wasteadvantagemag.com/mining-waste-a-multi-dimensional-approach/