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2020国际矿业科技十大进展

2021-2-2 14:21| 发布者: 巨车网| 查看: 301| 评论: 0|来自: 智能矿业

摘要: 无人驾驶、5G、AI、区块链……
  2020年,全球矿业行业在新冠肺炎疫情的影响下坎坷前行,很多矿山和工厂一度暂停运营。但随着矿山企业采取积极的防疫措施,引入自动化等新兴科技手段,众多矿业企业在下半年陆续复工,其中矿业科技的研发和应用功不可没。众多矿业企业在疫情期间持续投入资金,维持科技研发,增强竞争力,希望在后疫情时代获得更大的科技优势。

  2020年,国际矿业行业在无人驾驶运输系统、5G网络、区块链、脱碳、氢能技术、稀土供应链、人工智能勘探、无人机、粗颗粒回收技术、开展行业挑战赛这10个领域取得的科技成果尤为引人瞩目。

  一、露天矿无人驾驶运输系统(AHS)迅速发展

  自2008年Rio Tinto发起“未来矿山”计划至今,采矿自动化稳步发展。2020年,在科技的研发应用和新冠肺炎疫情等影响下,以AHS为代表的采矿自动化技术迅速发展并在全球范围内得到广泛应用。

  2020年2月,Epiroc与Roy Hill签订合同,为后者运营的运输卡车提供无人驾驶解决方案。3月,ASI Mining(Epiroc持有其34%股份)为Roy Hill提供技术和系统,将77辆混合品牌运输卡车改装为AHS,并将其集成至车队及矿山管理系统中。9月,ASI宣布美国陆军作战能力发展指挥地面车辆系统中心(原TARDEC)向其追加投资,用于研发在GPS受限或无GPS的环境中,基于传感器融合的深度学习架构,支持AHS在恶劣的天气或环境中运营。

  2020年4月,Caterpillar宣布全球使用Cat® MineStar™ Command AHS的运输量达到了20亿吨。7月,Komatsu宣布其FrontRunner AHS在全球的运输量超过30亿吨。

  全球第四大铁矿石生产商Fortescue Metal自2012年引入AHS,到2020年6月,已经在Solomong和Chichester铁矿生产中心对168辆运输卡车进行了无人驾驶改装,宣称引入AHS,将其产能提升了约30%。Rio Tinto在其即将开始运营的首个“智能矿山”(澳大利亚Koodaideri矿)中,斥资35亿澳元引入了20辆无人驾驶运输卡车和自动爆破钻机。Newmont在澳大利亚Boddington金矿中斥资1.5亿美元部署AHS车队,将成为全球首个运行AHS车队的露天金矿。

  二、海外矿山纷纷部署5G NR网络

  2019年被称为“5G商用元年”。2020年,无论是信息与通讯技术解决方案供应商还是矿业企业,纷纷开始探索5G NR网络在矿业行业中的工业应用场景。

  2020年3月,Nokia宣布推出5G端到端切片网络服务。同年4月,华为宣布开发了国内首家无人采矿5G应用技术成果。6月,俄罗斯首次在SUEK的露天煤矿部署了华为5G网络,用于测试5G网络在Zyfra开发的无人驾驶和远程作业系统中的应用。7月,由香港洪桥集团所有的Sul Americana de Metais与华为签署了谅解备忘录,在巴西Block 8项目中部署5G技术,希望通过5G网络的高速、高带宽和低时延打破矿山自动化的瓶颈。7月,Sandvik与Nokia签署协议,将Nokia开发的5G专用无线网络部署在芬兰的一个试点矿山中,用于采矿自动化、远程作业等领域。11月,Polymetal International PLC与俄罗斯电信企业MTS签署协议,为其Nezhdaninskoye金矿部署Ericsson商用5G专用网络,用于移动设备、矿山调度系统、远程作业、自动化设备控制、自动灭火系统和视频监控。

  三、区块链逐渐融入矿业工业场景

  区块链概念自2008年提出以来,已被广泛应用于金融、物联网、物流等领域。2020年,多国政府、机构及企业开始在矿业行业尝试研发并应用区块链技术。

  2020年2月,欧洲航天局资助英国初创企业Hypervine研发矿业行业应用的区块链分类账,将矿业集团及其子公司的数据记录在不可变更的分类账中,从而提高勘查和规划工作的准确性。5月,瑞典矿山、矿物和金属生产商协会启动了一项使用区块链技术追踪钢铁价值链中金属的研究计划,该计划是目前惟一涉及全价值链的区块链计划,瑞典矿业企业LKAB和Boliden、汽车制造商Volvo集团和Scania、制造商Elektrokoppar和SSAB以及科技企业ABB都将参与其中。12月,世界经济论坛矿业和金属区块链倡议发布了碳追踪平台COT的概念证明,COT使用分布式分类账技术跟踪温室气体排放,追溯整个复杂供应链中的碳排放。

  2020年,区块链首次被应用到矿产品的交易环节。1月,经由加拿大皇家铸币局确认,矿业企业Agnico Eagle与蒙特利尔银行通过Tradewind ORIGINS平台,首次应用区块链技术完成了贵金属交易。其后,BHP和中国宝武集团、Vale与南京钢铁集团国际贸易有限公司分别在区块链平台上完成了其首次铁矿石交易。

  四、企业纷纷设立碳中和目标并采取具体措施

  气候问题得到越来越多人的关注,《巴黎气候变化协定》提出,要把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内,并为把升温控制在1.5摄氏度之内而努力。矿业行业作为密集型产业,面临温室气体减排的巨大压力,众多矿业企业提出脱碳的发展战略及相关措施。

  BHP在其《2020年气候变化报告》中提出,希望在2050年之前实现全球净零排放。9月,BHP招标了全球首艘LNG燃料动力的货运船,该船在澳大利亚与中国间每次航行的碳排放将减少30%以上。10月,BHP与宝武集团成立低碳冶金创新中心并提供3500万美元,在利用低碳燃料如高炉氢气喷吹以及其他低碳技术领域开展合作,并以宝武集团的生产基地为依托,针对钢铁行业应用碳捕集、利用和封存技术开展研究。

  Rio Tinto承诺到2030年前,将碳排放强度和绝对排放量分别进一步降低30%和15%,还将投资10亿美元用于开展应对气候变化的相关项目。2020年12月,Rio Tinto与宝武集团承诺,未来两年内向低碳炼钢项目及研究投资1000万美元,这笔资金将被用于支持Rio Tinto与宝武集团共同建立的低碳原料制备研发中心,初期研发重点将聚焦于低碳矿石制备工艺,包括建设小规模的生物质加工应用试验装置和微波干燥块矿试验装置。

  除上述企业外,Anglo American、Codelco、De Beers、Fortescue Metal Group、Glencore等矿业企业也作出承诺,采取矿山和工厂电气化转型、氢动力机器、可再生能源技术研发等手段,积极拓展脱碳之路。

  五、氢能引发各国政府、机构及企业的关注

  氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,也是脱碳的有效途径之一,当今多国聚焦氢能产业链及相关技术。

  2020年3月,澳大利亚政府提供2500万美元用于成立FEnEx CRC,其任务包括通过技术研发开发氢能等新的出口产品。4月,澳大利亚可再生能源局启动了可再生氢能部署资金,助力澳大利亚的绿色氢能发展。7月,加拿大氢能与燃料电池协会和澳大利亚氢能理事会签署了备忘录,加强两国在零排放氢能和燃料电池技术商业化方面的合作。同月,智利生产促进局为CSIRO Chile、ENGIE和Mining3的能源项目提供2.52亿智利比索(约合36万美元),以期利用先进的电池和氢燃料电池替代传统的柴油动力模块。12月,加拿大公布了其氢能战略,表示需要50亿至70亿加元的投资发展氢能产业,但除了已宣布用于包括氢能在内的低碳燃料的15亿加元的投资基金外,暂未承诺投入新的联邦资金。

  矿业企业也十分重视氢能的开发与应用。2020年3月,Anglo American、BHP、Fortescue Metals和Hatch组建了“绿氢联盟”,研究在全球范围内使用氢能加速脱碳的方法。6月,Fortescue Metals与ATCO签署协议,探讨在西澳大利亚州部署氢动力汽车基础设施的潜力。8月,Fortescue Metals已经在Pilbara地区Christmas Creek矿的车队中部署了10辆氢动力大巴,这是澳大利亚矿业行业的首个绿氢项目。同月,Fortescue Metals、Hyundai Motor和澳大利亚联邦科学和工业研究组织(CSIRO)签署了备忘录,将在氢能技术方面开展合作,其中涉及CSIRO金属膜技术的开发和商业化,该技术能够将氨作为氢存储和运输的载体材料,使氢能的运输过程经济可行。11月,Fortescue Metals考虑在澳大利亚Tasmania的Bell Bay建立产能为250兆瓦的氢能工厂。12月,Fortescue Metals与日本Kawasaki Heavy Industries和Iwatani Corporation签署备忘录,将建立全球联盟,合作实现大规模的液态氢生产和供应能力,开发向日本供应液态氢的商业模式。

  ENGIE、ABB、Hydrogen Optimized、RIX Industries、Australian等氢能产业链相关企业也纷纷开始行动,研发氢能解决方案。ACWA Power、CWP Renewables、Envision、Iberdrola、Ørsted、Snam和Yara七家氢能企业于2020年12月成立了全球联盟,目标是在未来6年内将氢能的规模和生产效率提升50倍。到2026年,部署250亿瓦的可再生能源制氢,将目前的制氢成本降低一半。

  六、美、加、澳及欧洲各国大力研发稀土分离、提取和回收技术

  稀土元素矿物对国防、电信和可再生能源行业来说必不可少,美国、加拿大、澳大利亚等国在2020年纷纷研发稀土的分离、提取和回收技术,并推进其商业化。

  美国政府全力支持本土稀土行业的发展。2020年1月,美加两国针对稀土、铀等矿物签订了“加拿大-美国关键矿物合作联合行动计划”。7月,美国国防部确认将给予澳大利亚稀土企业Lynas和美国稀土企业MP Materials资金支持,用于其在美国建立的稀土分离设施。8月,美国能源部宣布,为保障稀土元素持续供应的基础研究提供2000万美元资金,并在9月继续宣布将提供1.22亿美元的联邦资金用于“碳基矿石、稀土和关键矿物倡议”。美国众议院还在9月提出了一项两党法案,推出税收激励政策,旨在推动国内稀土供应链的建设。10月,特朗普签署行政命令,宣布全国矿业紧急状态,要求加快国内矿山开发,降低美国对于中国稀土的依赖。特朗普还在12月签署了一项关于新冠肺炎疫情的援助和支出计划,其中有8亿美元用于资助稀土和关键矿产研究。除美国外,俄罗斯于8月宣布,计划投资15亿美元用于为稀土投资者减少采矿税并提供低利率贷款,希望提高俄罗斯的稀土产量。同月,加拿大萨斯喀彻温省政府宣布提供3100万加元的资金,用于建设稀土加工设施,并将于2022年底前正式运营。

  在稀土分离和提取技术方面,美国企业USA Rare Earth已于2020年5月完成了稀土分离提取试点工厂的第一阶段测试工作,在存在高浓度非稀土元素的情况下能够分离并浓缩稀土元素。加拿大企业Ucore Rare Metals收购了Innovation Metal并获得了基于RapidSX™加速溶剂萃取的稀土分离技术,将该技术用于阿拉斯加州的Blkan-Dotson Ridge重稀土项目。此外,Pensana Rare Earth与Wood Group开始合作研究,以期在英国建立综合稀土加工设施,建立可持续的磁体金属供应链。

  在稀土回收技术方面,Geomega Resources在加拿大国家研究委员会工业研究援助计划的资助下,准备在加拿大魁北克建设亚洲之外的首个稀土磁体回收设施。5月,Purdue University的研究人员开发出了使用配体辅助色谱法提取稀土的工艺并申请专利,能够安全、高效、无污染地从煤灰、再生磁铁和原矿中提取并提纯稀土金属。8月,Penn State University的研究人员开发出了酸性矿山废水的处理工艺,能够使用更少的化学物质回收更高浓度的稀土元素。9月,Texas Mineral Resources、Penn State、Jeddo Coal Company以及H22OS组成的联盟将在Jeddo煤矿建立一个模块化的试点工厂,从无烟煤的副产品中回收稀土氧化物。

  七、人工智能(AI)在勘探领域取得显著成果

  随着地质数据量的大幅增加,只有AI技术能够快速准确地处理大量数据,并且能够提高勘探效率,增加成功率,大幅缩减成本。据统计,截至2020年9月,全球已有88家初创企业将AI技术应用于矿产勘探。

  2020年2月,金矿勘探企业GoldSpot与New Found Gold公司合作,在其Queensway项目中发现了新的金矿靶区,并在首个使用AI技术定位的钻孔岩芯中发现了金含量92.86 克/吨的区域,其中有6米金含量高达285.2 克/吨。根据钻孔角度换算,该截距的实际宽度约为4米。8月到12月期间,GoldSpot先后与AEX Gold、Margaux Resources、Tembo Gold、Exploits Discovery、Sterling等企业合作,在丹麦、加拿大、坦桑尼亚等地应用AI技术圈定成矿靶区。

  Minerva、Windfall Geotek、Earth AI等应用AI技术的勘探企业也与矿业企业签订了矿产勘探合同。此外,DataRock、IOS Services
 Géoscientifiques等企业应用AI技术进行岩芯及显微图像的自动识别。2020年,IOS Services Géoscientifiques的ART系列显微图像自动矿物识别产品被用于探测智利斑岩铜矿中的指示矿物,表征巴西矿床中的金分布,评估澳大利亚、美国和南非的工业矿物,研究Nunavut非常规金矿等项目。

  八、无人机在矿业的应用更为广泛

  随着无人机平台及传感器技术的快速发展,无人机在矿业行业覆盖了勘探、测绘、监测等领域。

  在勘探领域,矿产勘探企业Windfall Geotek于2020年3月推出了基于无人机的AI矿产勘探解决方案。6月,矿产勘探企业Beowulf Mining与Vardar Minerals计划在科索沃北部进行无人机磁测,绘制蚀变带并识别潜在的矿化构造控制。7月,香港大学的研究人员开发了自动化“猎人无人机”,能在夜间基于激光和荧光技术进行矿物勘探。

  由于网络通讯及传感器的发展,无人机在露天及地下矿测绘方面应用广泛。3月,Exyn Technologies和Rupert Resources合作为芬兰北部的一座地下金矿进行了高精度3D建模,而传统CMS工具或手动驾驶无人机在此前无法进入该区域。6月,在经历了3.3级地震后,LKAB使用AMKVO AB无人机调查瑞典Kiruna铁矿的情况,进行检查作业的员工不会面临任何风险。8月,Emesent首次将DJI M300无人机平台自动飞行至地下矿,Emesent还首次尝试在加拿大进行11000公里外的远程操作无人机飞行。12月,Newmont与Esri合作,为矿山无人机提供了基于云的标准化平台,并在墨西哥的Peñasquito矿测试了该技术。

  此外,无人机也被应用于矿山库存检查。2020年3月,路透社发表评论,称在新冠肺炎疫情影响下无人机可能是检查矿山库存的惟一手段。4月,Beumer Group结合无人机和先进建模技术实时评估矿山生产状况,帮助Knight Hawk Coal在美国的Prairie Eagle煤矿实现了最佳库存设计。12月,美国能源企业Westmoreland Mining LLC.表示,通过在Estevan矿使用WingtraOne无人机技术,提高了矿山运营效率。
九、众多企业和机构纷纷关注粗颗粒回收技术

  随着人们对铜等贱金属的需求持续增长,矿业企业不得不开采之前被视为“不可行”的矿床以满足需求,因此研发更先进的采矿和矿物分离技术至关重要。通过浮选工艺处理粗颗粒的技术,就被认为是最重要的改进方法之一。

  2020年10月,Anglo American、Aeris Resources、Eriez Flotation、Glencore、Hudbay Minerals、Newcrest Mining和Newmont等矿业企业与昆士兰大学可持续矿产研究院(SMI)签署了合作协议,成立“粗颗粒回收联盟”。该联盟将在SMI的主持下,从2021年开始为期5年的研究,解决粗颗粒处理的诸多科学问题(例如浮选、粉碎、分类、设备设计及过程化学)。此前,Anglo American在智利的EI Soldado铜矿建设试点工厂,使用Eriez Flotation的HydroFloatTM粗颗粒回收技术处理该矿山100%的产能,预计在2021年第一季度正式运营。同时,Anglo American表示其“快速实施技术”(FIT)已经在处理硫化物的粗颗粒回收技术研发中起到了重要作用。如果在EI Soldado的试点工厂能证实其商业可行性,Anglo American将成为全球首家部署粗颗粒回收技术的企业。

  十、国外开展众多挑战赛,寻求解决方案

  2020年,面对新冠肺炎疫情、勘探、尾矿等难题,国际矿业企业纷纷组织各种形式的“挑战赛”,公开向社会各界征集解决方案,并对优选方案进行投资,从而解决一些难题。

  2020年3月初,鉴于根据地球物理数据集及已有模型无法确定Gawler地区深部是否存在矿床,南澳大利亚州政府发起“Gawler挑战赛”,提供地球科学数据库,向社会各界征求解决方案,希望识别或预测Gawler地区潜在的矿化区域(金、铜、稀土、锂等)。截至8月,Gawler挑战赛征集了59个解决方案,评出9个获奖方案,发放了共计250000澳元的奖金,9个获奖方案均使用了AI技术。夺冠方案根据地壳中不同的矿物成分,将勘探数据分为100个可映射标准,并将这些映射标准输入至机器学习算法,最终圈定成矿靶区。

  2020年5月,科罗拉多清洁技术工业协会举办了“第四届年度矿业清洁技术挑战赛”,来自美国、加拿大、澳大利亚和英国的13家企业参与了该挑战赛。最终,Rail-Veyor Technologies(RVTG)荣获冠军并赢得了5000美元的奖金。RVTG提出了一种无人驾驶轨道运输系统的本地电力解决方案(Rail-Veyor®TrulyAutonomous™),适用于露天矿和地下矿,在节能减排的同时显著降低了运营成本。

  BHP为了在铜矿尾矿的回收方面取得进展,于2020年6月发起了“尾矿挑战赛”,面向全球的企业、联盟、研究机构和大学征集解决方案。该挑战赛共收到了来自19个国家的153份参赛方案,目前仍处于方案评估阶段。在评估结束后,将为选定团队提供5万美元用于概念验证;之后进入现场测试阶段的方案将获得30万美元的捐助;最终将于2023年6月评选出最佳方案,在一个或多个团队之间分配共计860万美元的奖金。

  2020年9月,Vale与NORCAT联合发起了“NORCAT开放式创新挑战赛”,向全球各地的初创企业或中小型企业征集解决方案,试图解决地下矿中水管理及物料排放过程中的堵塞问题;员工在酸性装载设施作业中的健康及安全问题;地下作业人员的警觉性及疲劳管理问题。该挑战赛已于10月结束提交方案,对于成功进行概念验证的产品,将于2021年3月在Vale旗下的矿山进行现场产品测试,最终可能被Vale采用。


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