ماهنامه کارخانه نوشت: صنعت معدن جهانی به سمت توسعه سبز و هوشمند در حال حرکت است و به همین منظور، تکنولوژی‌های استخراج فلزات دستخوش تحولات اساسی شده‌اند. روش‌های سنتی انفجار، به‌دلیل بهره‌وری پایین، آلودگی زیاد و خطرات ایمنی فراوان، به‌تدریج کنار گذاشته می‌شوند و جای خود را به هفت تکنولوژی نوآورانه داده‌اند. این تکنولوژی‌ها نه‌تنها مشکل استخراج در عمق را حل می‌کنند، بلکه بهره‌برداری از منابع را نیز به سطحی کاملاً جدید و پیشرفته ارتقا می‌دهند.

۱- تکنولوژی برش مکانیکی پیوسته: با استخراج فلزات از طریق انفجار خداحافظی کنید

اصول عملکرد: در این روش، با استفاده از تجهیزات برش (مانند سر برشی)، سنگ معدن مستقیماً و بدون نیاز به مواد منفجره خرد می‌شود. نتیجه، استخراجی دقیق شبیه به جراحی با چاقوی جراحی است.

مزایا: نرخ هدررفت منابع به کمتر از ۵ درصد کاهش می‌یابد (درحالی‌که در روش انفجار سنتی این رقم بین ۱۵ درصد تا ۳۰ درصد است). همچنین، عملکرد پیوسته در مراحل استخراج، بارگیری و حمل‌ونقل باعث افزایش بهره‌وری بیش از ۴۰ درصد شده است.

چالش‌ها: شکل پیچیده توده‌های معدنی باعث کاهش تطبیق‌پذیری تجهیزات می‌شود، مقاومت سایشی سر برش‌ها کافی نیست و هزینه این تکنولوژی نیز بالاست.

نمونه کاربردی: دستگاه برش «ویتگن» آلمان در معادن سنگ سخت مورد استفاده قرار گرفته و موفق به انجام همزمان خرد کردن و حمل سنگ معدن شده است.

۲- شکافتن سنگ با افشانه آبی پرفشار: قدرت «سخت و نفوذگر» آب

اصول عملکرد: در این روش، افشانه آبی با فشار بسیار بالا (بیش از ۳۰۰ مگاپاسکال) به سنگ برخورد می‌کند و با گسترش ترک‌های ریز، سنگ‌ها را خرد می‌کند. این تکنیک جایگزینی ایمن، کم‌صدا و دوستدار محیط‌زیست برای روش‌های سنتی انفجار است که آلودگی تولید می‌کنند و پرخطرند.

مزایا: سایش ابزارها به میزان ۶۰ تا ۸۰ درصد کاهش می‌یابد و میزان گردوغبار تا ۹۰ درصد کم می‌شود. در پروژه‌های حفاری عمیق، مانند چاه‌های یک کیلومتری، مدت زمان اجرای کار بین ۳۰ تا ۴۰ درصد کوتاه‌تر می‌شود.

چالش‌ها: پمپ‌ها و نازل‌های فشار بسیار قوی، عمر کوتاهی دارند و مصرف انرژی‌شان گاهی تا دو برابر روش‌های سنتی می‌رسد، که می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را افزایش دهد.

نمونه کاربردی: در پروژه انتقال آب «لونگیان» در استان فوجیان چین، استفاده از افشانه آبی با فشار ۲۷۰ مگاپاسکال موجب افزایش ۶۴ درصدی سرعت حفاری با دستگاه TBM شد.

۳- تکنولوژی لیزر برای شکافتن سنگ: شمشیر نوری فرا رسیده از آینده

اصول عملکرد: در این روش، پرتو لیزر با انرژی بسیار بالا (در سطح مگاوات) سنگ‌ها را به‌صورت موضعی حرارت می‌دهد که منجر به انفجار حرارتی یا تبخیر مستقیم سنگ می‌شود.

مزایا: بهره‌وری شکافتن سنگ بین ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از مته‌های الماسی است. همچنین، امکان کنترل دقیق شکل منافذ وجود دارد که این ویژگی آن را برای استخراج رگه‌های معدنی کمیاب مناسب می‌کند.

چالش‌ها: هزینه تجهیزات این تکنولوژی بسیار بالاست، مصرف انرژی زیادی دارد و فعلاً فقط در سطح آزمایشگاهی کاربرد دارد.

نمونه کاربردی: آزمایش‌های انجام‌شده در روسیه نشان داده‌اند که لیزر می‌تواند به سنگ‌های سخت با مقاومت ۱۴۰ تا ۳۵۰ مگاپاسکال نفوذ کند، اما این تکنولوژی هنوز به مرحله تجاری‌سازی نرسیده است.

۴- شکافتن سنگ با پلاسما: انفجار بی‌صدا با انرژی الکتریکی به‌جای مواد منفجره

اصول عملکرد: در این روش، الکترولیت به پلاسما تبدیل می‌شود و با انبساط آن، موج ضربه‌ای بسیار قدرتمندی تا فشار ۲ گیگاپاسکال تولید می‌شود که اثر انفجار را شبیه‌سازی می‌کند.

مزایا: روش کار آن بدون لرزش و بدون تولید گازهای سمی است و وضعیت محیط کار در معادن زیرزمینی را تا ۸۰ درصد بهبود می‌دهد. این روش برای استخراج رگه‌های باریک معدنی مناسب است و دقت انفجار آن تا سطح سانتی‌متر قابل کنترل است.

چالش‌ها: هزینه بالای الکترولیت و نیاز به ارتقای پایداری تجهیزات، از جمله مشکلات اصلی این تکنولوژی هستند.

نمونه کاربردی: در آزمایش‌های انجام‌شده در معدن «گَسپه» کانادا، این روش توانسته سنگ‌های سخت با مقاومت ۱۴۰ تا ۳۵۰ مگاپاسکال را با موفقیت شکافته و انفجار بی‌صدا را به‌صورت عملی پیاده‌سازی کند.

۵- تکنولوژی پرکننده: جادوی سبز تبدیل ضایعات به «میلگردهای مصنوعی»

اصول عملکرد: در این تکنولوژی، با ترکیب باطله‌های معدنی و سیمان، خمیری ساخته می‌شود که برای پر کردن فضاهای خالی در معادن زیرزمینی به کار می‌رود و نقش ستون‌های مصنوعی را ایفا می‌کند.

مزایا: مصرف سیمان تا ۵۰ درصد کاهش می‌یابد و مقاومت پرکننده تا ۳۰ درصد بالا می‌رود. دقت کنترل نشست سطح زمین به حد میلی‌متری می‌رسد و هزینه‌های بازسازی زیست‌محیطی تا ۷۰ درصد کاهش می‌یابد.

چالش‌ها: کنترل حرکت و جریان خمیر بسیار دشوار است و پمپ‌هایی که خمیر را به اعماق منتقل می‌کنند باید فشاری بیش از ۱۰ مگاپاسکال داشته باشند، که پیچیدگی و هزینه عملیات را بالا می‌برد.

۶- استخراج و فرآوری یکپارچه: «طلای مستقیم» از دل زمین

اصول عملکرد: در این روش، ضایعات معدنی پیش از انتقال، در زیر زمین جداسازی می‌شوند. سپس دوغاب معدنی از طریق لوله‌کشی به سطح زمین منتقل شده و سنگ‌های بی‌ارزش همان‌جا در محل استخراج برای پر کردن فضا باقی می‌مانند.

مزایا: حمل سنگ‌های بی‌ارزش تا سطح زمین، تا ۸۰ درصد کاهش می‌یابد و مصرف انرژی حدود ۴۰ درصد کمتر می‌شود. در یکی از معادن طلای آفریقای جنوبی، استفاده از این تکنولوژی هزینه فرآوری مواد معدنی را تا ۲۵ درصد کاهش داده است.

چالش‌ها: تجهیزات فرآوری زیرزمینی باید مقاومت بسیار بالایی در برابر رطوبت و خوردگی داشته باشند، که طراحی و نگهداری آنها را دشوار و پرهزینه می‌کند.

۷- استخراج بدون ضایعات: هدف نهایی بدون آلایندگی

اصول عملکرد: در این روش، منابع معدنی به‌طور کامل و در تمام مراحل استخراج مورد استفاده قرار می‌گیرند. ضایعات برای تولید مصالح ساختمانی به‌کار می‌روند و بیش از ۹۵ درصد از آب مصرفی دوباره بازیافت می‌شود.

مزایا: ذخیره‌سازی پسماند جامد معدنی به صفر می‌رسد و مدت زمان لازم برای احیای زمین پس از استخراج تا ۵۰ درصد کاهش پیدا می‌کند. پروژه آزمایشی طلای «شاندونگ» در چین موفق شده انتشار ضایعات سنگ معدنی را سالانه به میزان ۲ میلیون تن کاهش دهد.

چالش‌ها: همکاری بین صنایع مختلف در اجرای این مدل دشوار است و برای استفاده‌های ارزش‌آفرین از ضایعات، نیاز به پیشرفت‌های فناورانه جدی وجود دارد.

جهش سه‌گانه در بهره‌وری، هزینه و ایمنی

بهره‌وری: استفاده از تکنولوژی‌های برش مکانیکی پیوسته و افشانه پرفشار باعث شده یک دستگاه استخراج بتواند ماهانه بیش از ۵۰۰ متر حفاری کند؛ یعنی تا سه برابر بیشتر از روش‌های سنتی.

هزینه: تلفیق تکنولوژی‌های پرکننده و استخراج بدون ضایعات باعث کاهش ۱۵ تا ۲۰ درصدی هزینه فرآوری سنگ معدن به ازای هر تن شده است.

ایمنی: جایگزینی انفجار سنتی با تکنولوژی شکافتن سنگ توسط پلاسما، نرخ حوادث در معادن زیرزمینی را تا ۹۰ درصد کاهش داده است.

گلوگاه‌های فنی و اکوسیستم صنعتی

سازگاری با سنگ‌های فوق‌سخت: تکنولوژی‌های لیزر و پلاسما هنوز نتوانسته‌اند سنگ‌هایی با مقاومت بالای ۴۰۰ مگاپاسکال را به‌طور مؤثر بشکافند که مانعی جدی برای استخراج در اعماق سخت به‌شمار می‌رود.

بومی‌سازی تجهیزات: بخش‌های کلیدی مانند پمپ‌های قوی و لیزرهای مگاواتی هنوز به واردات وابسته‌اند، که وابستگی فناورانه و آسیب‌پذیری زنجیره تأمین را افزایش می‌دهد.

نبود استانداردهای جامع: هنوز ارزیابی یکپارچه‌ای برای معادن سبز و پروتکل‌های ارتباطی تجهیزات هوشمند تدوین نشده، که مانع از توسعه یک اکوسیستم هماهنگ در صنعت معدن هوشمند می‌شود.

با وجود این موانع، هفت تکنولوژی نوآورانه معرفی شده، صنعت استخراج فلزات را به‌سوی عصری تازه از «استخراج دقیق، بدون ضایعات و تماماً هوشمند» هموار کرده‌اند. چین تاکنون بیش از ۱۰ هزار ثبت اختراع در این حوزه انجام داده و شرکت‌های پیشرو مانند «شاندونگ گلد» و «ژی‌جین ماینینگ» در اجرای آزمایشی این تکنولوژی‌ها پیشگام بوده‌اند. در دهه آینده، موفقیت یا شکست این تکنولوژی‌ها می‌تواند سرنوشت رقابت جهانی در صنعت معدن را رقم بزند.

منبع: baichaometal.com