Seis tendencias importantes en la minería del futuro que no se pueden pasar por alto
Con el desarrollo de la industria, la demanda de recursos minerales continúa aumentando. Actualmente, tanto los países desarrollados como los países en desarrollo consideran la posesión y el desarrollo de recursos como medidas estratégicas. Como resultado, el desarrollo minero ha visto surgir numerosas tecnologías y métodos de minería eficientes, seguros y de bajo costo. Es fundamental mantenerse al día con las tecnologías avanzadas para desarrollar eficazmente los recursos.
(I) Inteligencia en Minas Subterráneas
Actualmente, las minas subterráneas de todo el mundo buscan la eficiencia y la seguridad, lo que se traduce en mejoras continuas en los niveles de mecanización y automatización. Tomemos como ejemplo la mina de hierro de Kiruna, en Suecia. Esta mina es reconocida por su producción de mineral de hierro de alta calidad (con un contenido de hierro superior al 70 %) y es una de las minas de hierro más grandes del mundo. Su extracción de mineral de hierro tiene una historia de más de 70 años, en transición de la minería a cielo abierto a la minería subterránea. La inteligencia de la mina se basa principalmente en el uso de equipos mecánicos de gran escala, sistemas inteligentes de control remoto y modernos sistemas de gestión. Los sistemas y equipos de minería altamente automatizados e inteligentes son clave para garantizar una extracción segura y eficiente.
Desarrollo. La mina de hierro de Kiruna utiliza un sistema combinado de desarrollo de pozos y rampas. La mina cuenta con tres pozos para ventilación, elevación de mineral y roca estéril. El personal, el equipo y los materiales se transportan principalmente mediante rampas mediante equipos sin rieles. El pozo de elevación principal se encuentra en el muro inferior del yacimiento mineral. Hasta la fecha, el frente de extracción y el sistema de transporte principal se han rebajado seis veces, situándose el nivel actual del transporte principal a 1045 m.
Perforación, carga y voladura. La perforación del túnel utiliza perforadoras jumbo equipadas con instrumentos de medición electrónica tridimensional para un posicionamiento preciso del pozo. La perforación de rebajes se realiza con la perforadora remota Simba W469, fabricada por la empresa sueca Atlas Copco, con un diámetro de pozo de 150 mm y una profundidad máxima de 55 m. Esta perforadora utiliza un sistema láser para un posicionamiento preciso, no requiere intervención humana y puede operar en ciclos continuos de 24 horas. El volumen anual de mineral volado puede alcanzar los 3 millones de toneladas.
Carga, transporte e izaje remotos de mineral. La perforación, la carga, el transporte y el izaje en los tajos de la mina de hierro de Kiruna se han automatizado, con equipos de perforación y cargadores que operan sin operador. La carga de mineral se realiza mediante el cargador remoto Toro 2500E, con una eficiencia de 500 t/h por unidad. El sistema de transporte subterráneo incluye cintas transportadoras y transporte ferroviario automatizado. El transporte ferroviario automatizado suele constar de 8 vagones de mineral, que son vagones de descarga inferior automatizados para la carga y descarga continuas. Las cintas transportadoras transportan automáticamente el mineral desde la estación de trituración hasta el dispositivo de medición, completando la carga y descarga con el tobogán de pozo, todo ello bajo control remoto.
Tecnología de proyección de hormigón a control remoto y tecnología de refuerzo de soporte. El soporte del túnel utiliza una combinación de hormigón proyectado, pernos de roca y malla. Esto se realiza mediante proyectores de hormigón a control remoto, con pernos de roca y malla de acero instalados mediante equipos de empernado.
(II) Aplicación cada vez más generalizada de la tecnología de lixiviación
Actualmente, la tecnología de lixiviación se utiliza ampliamente para recuperar minerales de cobre, oro y uranio de baja ley. Estas tecnologías incluyen la lixiviación in situ, la lixiviación en pilas y la lixiviación por voladura in situ. Países como Estados Unidos, Canadá y Australia suelen utilizar la lixiviación en pilas y la lixiviación por voladura in situ para recuperar entre el 0,15 % y el 0,45 % de minerales de cobre de baja ley, más del 2 % de minerales de óxido de cobre y entre el 0,02 % y el 0,1 % de minerales de uranio.
En Estados Unidos, por ejemplo, existen más de 20 minas que utilizan la lixiviación de cobre mediante voladuras in situ. Por ejemplo, la mina Mike de Nevada y la mina de cobre Zonia de Arizona producen cada una más de 2,2 toneladas de cobre al día. Las minas Butte y Copper Queen Branch de Montana producen entre 10,9 y 14,97 toneladas de cobre metálico al día. En Estados Unidos, la lixiviación de cobre representa más del 20 % de la producción total, el oro supera el 30 % y la gran mayoría de la producción de uranio proviene de la minería de lixiviación.
(III) Tecnología de minería de pozos profundos
A medida que los volúmenes de recursos siguen disminuyendo, las profundidades de extracción aumentan, superando con frecuencia los 1000 m. Esto conlleva numerosas dificultades y problemas que no se presentan en la minería superficial, como el aumento de la presión sobre el suelo, el aumento de la temperatura de la roca y mayores desafíos en la elevación, el drenaje, el soporte y la ventilación.
Problemas comunes en minas de pozos profundos:
Capacidad de elevación. A medida que aumenta la profundidad de la mina, el primer problema es la capacidad de elevación. Los equipos de elevación actuales pueden alcanzar una altura máxima de elevación individual superior a los 2000 m, como en una mina canadiense, con una elevación individual más profunda de 2172 m, y en una mina de oro sudafricana con una profundidad de pozo de 2310,4 m. La capacidad de los equipos de elevación satisface plenamente los requisitos de las grandes minas de pozo profundo.
Temperatura de la roca y enfriamiento por ventilación. A medida que aumenta la profundidad de la mina, la temperatura de la roca aumenta consecuentemente. Por ejemplo, en la mina de cobre y zinc Toyoha de Japón, a -600 m (a unos 1200 m de la superficie), la temperatura de la roca supera los 100 °C, pero muchos países estipulan que la temperatura subterránea no puede superar los 28 °C. Las minas de pozos profundos suelen aumentar el volumen de ventilación subterránea y enfriar el aire mediante métodos de refrigeración por aire y agua. Al seleccionar uno o ambos, además de reducir las temperaturas, también se debe prestar atención a la reducción de la disipación de calor de los equipos mecánicos subterráneos, los equipos diésel y los propios equipos de refrigeración.
Gestión de la Presión del Terreno y Métodos de Minería. Las minas de pozos profundos generalmente implementan un sistema completo de medición y monitoreo de la presión del terreno, lo cual afecta directamente la fluidez de la producción minera y el nivel de costos de producción. Los estallidos de rocas son un problema importante en la minería de pozos profundos. Para predecirlos, muchas minas instalan dispositivos de monitoreo microsísmico subterráneo, como la mina de plata US Sunshine, que instaló un sistema de monitoreo microsísmico a 2254 m para monitoreo las 24 horas.
Combustión y explosión espontáneas. La minería de pozos profundos también puede experimentar combustión espontánea de minerales sulfurados debido a las altas temperaturas del mineral y a la autoexplosión durante la carga explosiva, lo cual requiere atención especial.
En la actualidad, la profundidad de extracción de las minas no carboníferas en China generalmente no supera los 700–800 m, pero en los últimos años se están desarrollando algunos depósitos de mineral enterrados a profundidades de alrededor de 1000 m, incluida la mina de cobre Dongguashan de Tongling Nonferrous Metals Company y el área minera Jinchuan No. 2.
(IV) Trabajos de protección ambiental de la mina
En países extranjeros, especialmente en los desarrollados, se adoptan medidas integrales para la gestión ambiental minera. Se aplican estrictas normas técnicas a las aguas residuales, gases de escape, escorias, polvo, ruido, etc., vertidos de las minas. Muchas minas de baja calidad no pueden construirse ni ponerse en producción debido a los excesivos costos de tratamiento ambiental.
Actualmente, en el extranjero se hace hincapié en el establecimiento de minas limpias y sin residuos. La mina de carbón Walsum, en Alemania, en la zona industrial del Ruhr, es un ejemplo exitoso. Utiliza lodos de carbón de la planta de lavado de carbón, cenizas de la generación de energía a carbón y roca estéril subterránea triturada, mezclada con cemento, activada y removida, y luego bombeada bajo tierra con una bomba de PM para rellenar los huecos. La mina no descarga residuos sólidos al exterior.
(V) Tecnología de Minería de Relleno
Se utilizan diferentes materiales de relleno según las distintas condiciones:
Apoyo regional. Se requieren materiales de relleno rígidos de alta calidad para reducir el cierre elástico del volumen y el riesgo de estallidos de rocas.
Control de estratos rocosos. Los requisitos de calidad del material de relleno no son estrictos, pero se requiere un relleno a gran escala que no contraiga su tamaño tras su colocación.
Minería multiveta. Los materiales de relleno requieren rigidez en condiciones de baja tensión para minimizar la deformación y el desplazamiento de la roca.
Control ambiental. Para garantizar el sellado del muro colgante y evitar el flujo de aire a través del área minada, el material de relleno no debe encogerse, por lo que se requiere un relleno de gran superficie.
Reducción del izado de estériles. Preparación y trituración de estériles subterráneos para materiales de relleno, mejorando así la eficiencia.
Consideraciones actuales para el relleno:
Centrar esfuerzos en la creación de sistemas prácticos y fiables. Investigar y desarrollar tecnologías de llenado eficaces para integrar las operaciones de llenado con los ciclos mineros. Priorizar la gestión de los sistemas de llenado.
Tecnologías de investigación para optimizar los sistemas existentes, incluida la distribución del tamaño de partículas para materiales de relleno de alta calidad, procesos mejorados de preparación de material de relleno en hidrociclones y trituración, y tecnologías de transporte optimizadas como pérdida de presión, desgaste, corrosión y diseño general del sistema de llenado.
Fortalecer la comprensión cuantitativa de los procesos de preparación, transporte, colocación y deformación de carga del material de relleno para sentar las bases de una minería segura, estable y eficiente. Los procesos de relleno utilizados internacionalmente incluyen el relleno hidráulico con arena, el relleno seco, el relleno con alto contenido de agua y el relleno cementado. El relleno cementado se divide en: relleno hidráulico con relaves segmentados (transporte gravitacional de alta concentración), relleno hidráulico con otros materiales de relleno (transporte gravitacional de alta concentración), relleno gravitacional con pasta de relaves completa y relleno por bombeo de pasta de relaves completa. El método recomendado internacionalmente es el relleno por bombeo de pasta de relaves completa.
Actualmente, Canadá cuenta con 12 minas que utilizan relleno de pasta de alta concentración, y Sudáfrica y Australia también cuentan con nuevos sistemas de relleno de pasta en funcionamiento. Los nuevos procesos de relleno satisfarán mejor los requisitos de protección de recursos, protección ambiental, mejora de la eficiencia y desarrollo minero. La minería de relleno tendrá mayores perspectivas en la industria minera del siglo XXI.
(VI) Minería de nódulos polimetálicos oceánicos
Los nódulos polimetálicos se encuentran en el fondo marino a profundidades de entre 3000 y 5000 m. Para extraerlos, es fundamental contar con métodos de minería viables. Por ello, países de todo el mundo priorizan el desarrollo de métodos de minería fiables y han llevado a cabo una extensa investigación experimental; algunos incluso han realizado ensayos de minería a mediana escala en aguas profundas. Desde finales de la década de 1960 hasta la actualidad, los métodos de minería oceánica desarrollados y probados internacionalmente se dividen principalmente en tres categorías: minería con cangilones de línea continua (CLB), minería con vehículos teledirigidos en el fondo marino y minería con elevación de fluidos.
Método de Minería con Cangilones de Línea Continua (CLB). Este método fue propuesto por los japoneses en 1967. Es relativamente sencillo y consiste principalmente en un barco minero, un cable de remolque, cangilones y un barco remolcador. Los cangilones se fijan al cable de remolque a intervalos determinados y se bajan al lecho marino. El cable de remolque, impulsado por el barco remolcador, mueve los cangilones hacia abajo, hacia arriba y hacia abajo. Esta operación cíclica continua con cuerdas forma un circuito de recolección continuo. La principal característica del CLB es su capacidad de adaptarse a los cambios de profundidad y mantener operaciones normales. Sin embargo, la producción del CLB es de tan solo 100 t/d, muy por debajo de las necesidades de la minería industrial. Por lo tanto, el método de minería CLB se abandonó a finales de la década de 1970.
Método de Minería con Vehículo Teledirigido en el Fondo Marino. Este método fue propuesto principalmente por Francia. El vehículo teledirigido en el fondo marino es un vehículo minero sumergible no tripulado, compuesto principalmente por cuatro sistemas: recolección de mineral, autopropulsión, control de flotabilidad y lastre. Monitoreado desde el buque nodriza de superficie, el vehículo minero se sumerge en el fondo marino siguiendo órdenes para recolectar nódulos. Una vez lleno, emerge y descarga los nódulos en el depósito de recepción del buque nodriza. El buque nodriza de superficie suele poder controlar varios vehículos mineros simultáneamente. Este sistema de minería requiere una inversión considerable, y dado el bajo valor del producto y la ausencia de beneficios económicos durante décadas, la Asociación Francesa de Investigación y Desarrollo de Nódulos Oceánicos cesó sus investigaciones en 1983. Sin embargo, los principios de recolección y transporte de este vehículo minero se consideran prometedores.
Método de Minería por Elevación de Fluidos. Actualmente, el método reconocido internacionalmente con mayor potencial de aplicación industrial es la minería por elevación de fluidos. Cuando el buque minero llega a la zona de extracción, el colector y la tubería de elevación se conectan y se bajan gradualmente al mar. El colector recoge los nódulos de los sedimentos del fondo marino y realiza el procesamiento inicial. Mediante elevación hidráulica o neumática, el agua en la tubería asciende a la velocidad suficiente para transportar los nódulos al buque minero de superficie.
Con el desarrollo y la utilización de los océanos por parte de los seres humanos en el siglo XXI, la tecnología de minería oceánica cobra especial importancia. El desarrollo de la alta tecnología moderna ha allanado el camino para la explotación de los recursos oceánicos, y su formación y avance tendrán un impacto positivo y de gran alcance en la economía y la cultura oceánicas mundiales, así como en la concienciación humana sobre los océanos.
