矿业科技动态 2021年第02期

2021.02.26 中国地质调查局国际矿业研究中心   

2021年第02期    2021年1月29日

本期要目

为什么矿物供应可能成为电动交通发展的主要障碍

美国能源部发布确保关键矿物稳定供应的征求意见书

智利通过《能源效率法》,目标是到2030年将消费量减少10%

欧洲的钴资源量及新发现矿床的潜力

Enaex在MassMin会议上展望地下和露天爆破技术的前景

MineSense将大力提高其基于传感器的矿石检测和分选解决方案的商业化地位

美国国家能源技术实验室支持的稀土元素提取研究工作取得重大进展

Armadale发现适合作为电池负极的石墨材料

中国地质调查局地学文献中心

中国地质调查局国际矿业研究中心矿业科技研究组

目  录

深度关注

为什么矿物供应可能成为电动交通发展的主要障碍 1

矿业科技发展

美国能源部发布确保关键矿物稳定供应的征求意见书 5

智利通过《能源效率法》,目标是到2030年将消费量减少10% 6

Weir Minerals的全面资产管理计划为Tronox位于澳大利亚的矿山提供量身定制化服务 7

矿产资源勘查

欧洲的钴资源量及新发现矿床的潜力 8

IAMGOLD利用自主钻探延长其Essakane矿的使用寿命 9

日立XRF分析仪帮助坦桑尼亚矿业委员会进行矿物验证 9

矿山开采运营

Enaex在MassMin会议上展望地下和露天爆破技术的前景 10

澳瑞凯利用随钻测量数据和人工智能创建新的爆破荷载设计基准 13

安百拓和Combitech继续在矿山自动化领域开创新局面 14

安百拓和山特维克助力LKAB基律纳铁矿进一步实现自动化运营 16

金田公司在Tarkwa金矿部署防碰撞安全解决方案 17

山特维克Artisan A4电池动力地下铲运机在Sibanye-Stillwater位于美国蒙大纳州的矿山内的试验取得成功 17

MineSense将大力提高其基于传感器的矿石检测和分选解决方案的商业化地位 18

北重集团首台NTE240电动轮矿用车正式交付塞尔维亚紫金铜业 19

选冶综合利用

美国国家能源技术实验室支持的稀土元素提取研究工作取得重大进展 20

Frontier Lithium开始Falconbridge试点工厂建设和运营 21

CiDRA帮助Koch Project Solutions规模化其新的硫化物矿物分离技术 21

澳大利亚科廷大学使用高锰酸盐药剂提高甘氨酸的金浸出率 22

Newlox通过测试证实了OAR金浸出技术的潜力 23

钴矿石的地质冶金学综述 25

矿物创新应用

光伏产品将进入室内为无线智能设备供电 25

Armadale发现适合作为电池负极的石墨材料 27

致读者:中国地质调查局国际矿业研究中心矿业科技研究组组建一年来,围绕“精准服务中国矿业转型发展”这一中心任务,探索性地开展了矿业领域科技发展态势和先进技术的跟踪与分析研究。通过一年的实践和调研,调整了现有的工作思路,形成的《矿业科技动态》服务产品将对国际矿业科技发展进行及时跟踪、仔细遴选和精准报道。希望广大读者对科技组的相关工作批评指正、不吝赐教,使我们的服务产品真正发挥促进我国矿业科技高质量发展的初心使命。

深度关注

为什么矿物供应可能成为电动交通发展的主要障碍

——汽车制造商和装备制造商必须立即采取行动,以确保对电动汽车生产至关重要的矿产资源的安全供应

到2033年,中国、欧洲和美国的电池电动汽车(BEV)和插电式混合动力汽车(PHEV)的销售量将超过内燃机(ICE)和混合动力汽车的销售量。2020年第三季度,欧盟的可充电汽车的注册量增长了两倍以上(+211.6%),达到273809辆,占据了9.9%的市场份额,其中135461辆是电池电动汽车。

但是,如果汽车制造商和装备制造商无法保障用于制造电动汽车、电池、充电基础设施、数字接口和可再生能源的关键矿物的安全供应,则汽车和运输业的发展可能会遇到阻碍。到2030年,预计锂和钴的需求将分别增长637%和183%;为了达到目标,仅特斯拉每年就可能需要多达115万吨镍,几乎占当前全球供应量的50%;每年将需要额外增加200万吨铜,以生产约3000万辆电动汽车。一辆电动汽车所含的铜约是内燃机汽车的5倍。充电端口和基础设施将需要更多。即使电池技术不断发展、绿色氢能的应用成为现实或回收率提高,我们仍将需要大幅增加矿物供应量以满足需求预测。

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图1  矿产品需求上升

三大障碍威胁矿物供应

(1)地缘政治的不确定性可能会破坏矿物生产并限制进入

从储量来看,许多关键矿物并不匮乏,问题是对资源的获取。大部分关键矿物的生产在地理上是集中的,并受到复杂因素的制约,包括地质和采收上的技术难题、政治、法律、环境法规、土地限制、经济和基础设施。中国国有企业通过购买或资助矿山来保障下游加工的需求,因此中国控制着锂、钴和石墨下游加工的很大一部分。

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图2  所选取矿物2019年总产量占比前三的国家

《安永2021年矿业和金属行业十大商业风险和机遇报告》强调指出,地缘政治不确定性对矿业和金属企业构成了越来越大的风险。法规变化和贸易保护主义措施正在威胁某些矿物的生产和贸易。这促使各国考虑通过在中国境外建立加工设施来发展国内能力或使供应多样化。美国政府正在对关键矿产进行投资,欧盟正在集中精力发展电动汽车供应链,澳大利亚就电池矿物加工设施的投资进行讨论。

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图3  中国对锂供应链的控制

(2)资本投资受到价格波动的挑战

建立用于满足不断增长的需求的新项目将需要大量资金。加拿大投资银行加通贝祥(Canaccord Genuity)估计,仅锂的绿地项目就需要超过200亿美元的资本投资才能满足2030年的需求预测。但是,即使需求前景乐观,矿业行业获得资金支持仍然充满挑战。价格波动、项目交付周期长、需要越来越多地评估环境、社会和治理因素以及某些电池矿物的市场规模较小,使得投资者望而却步。

行业的波动性和周期性会导致价格的剧烈波动,即使需求前景乐观,也会影响项目的经济基础。例如,近年来,锂矿企业为新项目投入了大量资金,以增加供应和满足对电动汽车电池的需求。然而,由于2019年底电动汽车生产放缓和2020年的新冠疫情,供应受到冲击,需求动荡,碳酸锂价格从2017年11月的全球平均价格16031美元/t跌至2020年10月的6387美元/t,导致一些采矿企业暂停了资本支出。天齐锂业推迟了对Kwinana工厂的投资决定,而法国埃赫曼公司(Eramet)搁置了其阿根廷锂矿。应对价格波动意味着股东必须准备好进行长期投资。采矿项目开始运营可能需要三到五年,有时甚至更长。卤水锂项目开始生产则可能需要七年以上的时间。

相比于具有较小市场份额的矿产品,具有较大市场份额的矿产品(例如铜和铝)更容易吸引资金。即使需求增长,到2025年,锂和钴的年贸易额预计仍将不到铜的十分之一。但是,大型矿业企业开始对电池矿物进行投资。必和必拓在加拿大组建了一个镍矿联盟,而力拓在塞尔维亚投资了一个锂矿项目,在位于美国的Boron矿作为矿产品生产锂。

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图4  相比于其他矿产品的贸易额,钴和锂的年贸易额

(3)生产企业必须适应不断增长的环境、社会和治理压力

由于面临来自政府、投资者和最终消费者的压力,矿物生产方式及生产过程中产生的碳排放受到了越来越多的审查。生产企业正在通过更清洁的工艺和创新性新产品来应对,例如Hydro利用可回收消费后废料或来自水电冶炼厂的初级金属制成的低碳铝产品(例如CIRCAL 75R)。

某些金属(例如钴)的来源引起人们对生产方法的担忧,并突出了对更透明供应链的需求。电池生产企业正试图减少电池中钴的使用量,并成功添加了更多的镍作为稳定剂。但是,这带来了其他供应和环境挑战。最近发现的大多数镍来自红土镍矿,通常用于不锈钢行业生产镍生铁和镍铁。可以将它们加工成高纯度电池级镍,印度尼西亚的相关企业正在实施相关计划,但是该过程可能会导致酸液溢出。

汽车制造商和设备制造商如何建立矿物供应链?

矿物供应风险是汽车企业和汽车制造商现在需要考虑的风险之一。无法获得资源可能会严重影响未来的增长和产品开发。

一些汽车制造商利用收购来主动确保供应,如长城汽车收购了Pilbara Minerals公司3.5%的股份,而大众汽车收购了中国电池制造商国轩高科20%的股份。但是,在大多数情况下,这是一个没有快速解决方案的问题。通常,开发资源需要花费很多年,必须确定项目、保障资金、获得监管部门批准、以及随后漫长的矿山和基础设施建设。即使将所有这些因素都考虑在内,商品价格的突然下降也可能会破坏一个项目。

这种复杂性意味着企业应考虑多元化策略来帮助确保供应安全:

(1)交易功能:汽车制造商和设备制造商可以考虑建立矿物交易功能,类似于炼油企业从英国石油等公司转换到沙特阿美等公司之后的交易方式。

(2)承购协议或获得直接利益:例如特斯拉已与Piedmont Lithium公司达成协议,后者将在最初五年里提供其锂辉石精矿计划产量(16万吨/年)的约三分之一。

(3)投入资金:对矿业企业提供间接收益并不能直接确保企业的供应,但确实有助于确保矿业项目的总体资金。

(4)建立联合体指导政府决策:与“生态系统”中的其他参与者组成联合体,有助于影响政府收购矿山并建立电动汽车的国内供应链。

(5)积极合作以解决环境、社会和治理问题:与矿业企业合作,可以帮助汽车制造商和设备制造商更加有效地减少价值链上的排放,减轻其对环境的影响并保护了矿工的人权。

(6)使用区块链确认负责任采购:IBM、福特和大众都推出了负责任采购区块链网络。

(7)探索回收和再利用:重复使用电动汽车电池可节省资源。

矿业科技发展

美国能源部发布确保关键矿物稳定供应的征求意见书

2020年12月22日,美国能源部(DOE)化石能源办公室发布征求意见书,旨在开发确保关键矿物和稀土元素国内稳定供应的技术。

关键矿物和稀土元素被广泛用于手机、LED屏幕、太阳能电池板、能源基础设施、国防技术等高科技领域,美国已将其稳定供应列为首要任务。美国将通过重建曾经领先的供应链提高供应能力。

自2014年以来,美国能源部化石能源办公室同美国国家能源技术实验室合作开展研究,重点是从煤基材料中提取、分离、回收和纯化关键矿物和稀土元素。此次发布的征求意见书扩展了研究范围,具体包括四个领域:

(1)资源表征及技术开发,分别涉及关键矿物和稀土元素矿床的表征,以及关键矿物表征技术的开发和应用;

(2)可持续开采和选矿技术开发,分别涉及可持续开采新技术的开发,以及可持续选矿方法的验证;

(3)萃取冶金、还原及合金炼制技术开发;

(4)建立国际合作、制定标准、发展供应链。

智利通过《能源效率法》,目标是到2030年将消费量减少10%

2021年1月7日,智利通过了一部与全国能源效率相关的新法律。智利能源与矿业部长Juan Carlos Jobet表示,“今天,智利历史上第一次有了《能源效率法》,该法律要求我们合理有效地利用我们的资源,几乎涵盖了我国的所有能源消耗,包括运输、工业和矿业、以及住宅、公共和商业部门。毫无疑问,这是一个非常好的消息,因为它使我们能够在可持续发展的道路上前进,改善人们的生活质量,为更清洁的环境做出贡献,并提高我国企业的生产能力。”

他还强调,“能源效率法是我们行业快速变化的一部分。10年前,没有人会想到44%的电力将来自可再生能源。新法律主体带来了多重好处,其涵盖了代表我国几乎所有能源消耗的3个部门,即运输(37%)、工业和采矿业(40%)、以及住宅、公共和商业部门(23%)。

关于中期收益,Jobet部长表示,“如果到2030年正确实施法律规定的措施,我们的能源强度将减少10%,累计节省152亿美元,减排2860万吨的二氧化碳。这相当于避免了每年1580万辆轻型汽车的行驶或每年180万公顷原始森林的二氧化碳吸收量。”

能源与矿业部将每五年制定一次国家能源效率计划,并确定第一个计划必须考虑到2030年与2019年相比将能源强度降低至少10%的目标。该计划还包括消费者能源管理能力的目标,在计划实施期间将其能源强度平均降低至少4%。

像矿业企业这样的大型能源消费者,占全国能源消费量的三分之一以上,必须积极管理能源消耗。为此,能源与矿业部将确定具有能源管理能力的消费者,这些消费者必须实施能源管理系统(SGE)。此外,他们必须每年报告能源消耗量和其他指标,该部将每年与之一起编写公开报告。智利电力与燃料监督委员会(SEC)将负责监督和制裁。

Weir Minerals的全面资产管理计划为Tronox位于澳大利亚的矿山提供量身定制化服务

伟尔矿业公司(Weir Minerals)表示,在签署针对维护、资产管理和矿山关键资产优化的独家所有权后,进一步加强了与特诺(Tronox)的合作伙伴关系。

Weir Minerals的全面资产管理计划是一项独特且创新的服务合同,正在革新采矿运营,从而提高性能并减少计划外的维护时间。

这项计划已在西澳大利亚州Cooljarloo的Tronox矿成功实施,Weir Minerals管理着20项资产,包括工厂的泥浆泵、两台浮选挖泥机(floating dredge)和一台浮选机,该选矿机每小时可处理3000 t以上的重精矿。

Tronox表示,通过在Cooljarloo的疏浚作业和干法开采技术,每年可生产超过770000 t的重精矿。疏浚作业利用一系列重力螺旋从沙和粘土中回收重矿物,而干式开采技术使用土方工程设备开采位于地下水位上方的矿石,然后将其输送至陆上选厂,使用料斗和输送机系统进行分离。

Weir Minerals总监Daniel Fleckhammer表示,“Weir Minerals的团队与Tronox密切合作,以确定他们的目标和愿景。该团队制定了量身定制的全面资产管理计划,旨在监管客户的资产,延长其磨损寿命并保持矿山正常运转。”

Weir Minerals成功帮助Tronox将其维护成本降低了10%,并将计划外维护减少了30%。目前,Tronox具备了从6个月的停机周期过渡到8个月的停机周期的能力,这将为其每年节省超过100万澳元的维护成本。Weir Minerals估计,通过提高可靠性所产生的额外生产能力每年可带来超过100万澳元的价值。

矿产资源勘查

欧洲的钴资源量及新发现矿床的潜力

根据已发布的信息以及国家矿产资源机构的调查,在欧洲的25个国家发现了509个含钴矿床。据估计,根据联合国框架分类法(UNFC)分类的钴资源量来自12个有数据的国家中的151个矿床。计算得到的总资源量为1342649 t,其中114638 t来自目前正在开采钴的商业项目,370409 t来自潜在的商业项目,111107 t为符合现代报告要求的历史评估值,746495 t为不合规的历史评估值。对这些数据的分析表明,钴资源在欧洲分布广泛,分布在几种不同类型的矿床中。

钴的全球矿山生产以层状沉积物为主的铜矿床、岩浆镍铜矿床和镍红土矿床为主,但其他矿床类型中也可能大量富集钴。在欧洲,目前的钴产量来自芬兰的3个矿山:Kevitsa的岩浆硫化物矿床、火山成因块状硫化物(VMS)的Kylylahti矿床、Sotkamo(Talvivaara)的黑色页岩矿床。

该研究确定了欧洲目前正在勘探的104个钴矿床,其中79个位于芬兰、挪威和瑞典。在这些国家中,Fennoscandian地盾和Caledonian褶皱带是各种含钴矿床(尤其是岩浆镍-铜-钴矿床)的高度优先勘探地带。Fennoscandia的Svecofennian、Sveconorwegian和Caledonian造山运动也导致了其他几种富钴矿床的形成。这些主要包括变质沉积和超火山沉积的Co-Cu-Au、VMS、矽卡岩和多金属脉状矿床。

在几个欧洲国家中,小的多金属钴矿脉矿床一直是历史上钴的生产目标。现今,大多数这类矿床都不具有经济价值,但是新技术以及实现本地原材料供应的推动下,可能使这类矿床成为未来钴的可靠来源。该研究的分析表明,欧洲的地质可用性不是问题。但是,要使勘探项目实现商业化,就必须克服许多经济、技术、环境和社会挑战。

IAMGOLD利用自主钻探延长其Essakane矿的使用寿命

亚姆黄金公司(IAMGOLD)在加拿大安大略省Côté黄金项目中的自动化之路可以追溯到其在布基纳法索拥有90%股份的Essakane矿的远程和自动钻探开发。

2020年2月,IAMGOLD在安百拓(Epiroc)的协助下,启用了西非第一台自动钻机。在此之前,该公司的Epiroc PV235爆破孔钻机机队执行了一系列自动化步骤,从2016年的“操作人员协助”'阶段开始。

目前,Essakane矿拥有7台PV235爆破孔钻机及5台Sandvik D45KS爆破孔钻机。这些钻机可在100~250 Mpa岩石的中-硬度材料中工作,可在10 m工作台上钻229 mm和152 mm直径的爆破孔。在潜孔钻探模式下,它们的最大钻深为12.2 m。

在现场采用自动化的业务案例始于2010年,2013年扩展至达到每年5500万吨的采矿能力。围绕资本支出而非运营支出动态,该公司是购买新钻机以使性能提高15%,还是在其现有7台PV235钻机基础上提高对自动化的使用。

除此之外,该公司还希望其最佳的司钻能够同时操作多台钻机,增强作业安全性,支持持续的可持续发展,以及提高性能和生产能力。

日立XRF分析仪帮助坦桑尼亚矿业委员会进行矿物验证

日立分析仪器公司(Hitachi High-Tech Analytical Science)将其24台手持式X射线荧光(XRF)X-MET8000 Geo Expert分析仪销售给坦桑尼亚矿业委员会,以帮助其确保对矿物的正确分析,以便在出口前确定矿物价值。

Hitachi表示,X-MET8000 Geo Expert分析仪的优势在于其坚固性、可靠性、云存储功能以及灵活的功能包选项。功能包包含稀土元素和贵金属的测量方法。可以分析的稀土元素包括Y、Sc、La、Ce、Pr和Nd,还可以分析矿山和土壤中的其他常见元素。

矿山开采运营

Enaex在MassMin会议上展望地下和露天爆破技术的前景

智利矿用炸药爆破技术巨头Enaex通过与Sasol新成立的炸药合资企业Enaex Africa,以及最近收购的澳大利亚爆破服务商Downer,正日益成为该行业具有全球竞争力的企业。在2020年12月9日的MassMin 2020线上会议开幕日上,Enaex地下采矿经理Danko Morales谈论了大规模采矿爆破技术的过去、现在和未来。

Enaex在地下开采中需应对一个显著变化,即铵油炸药(ANFO)的手动充填(这是智利矿山多年来的标准操作)正快速被可泵送乳化剂的机械化操作所替代。由于装药的机械化泵送需要专门的设备,因此已成为一个重要的发展领域。在2000年至2015年期间,Enaex推出了三种减少装药时间的关键设备:用于为UBT和UBS卡车提供乳化炸药的接驳卡车;给水平和向下爆破孔注入乳化炸药的UBT卡车,给向上爆破孔注入乳化炸药的UBS卡车。

UBT卡车从2018年开始在El Teniente铜矿中使用,从2013年开始在Chuquicamata UG地下铜矿中使用。就El Teniente铜矿而言,如今有8辆UBT卡车用于装载乳化炸药,取代了一个多世纪以来铵油炸药的使用。在Chuquicamata UG铜矿的地下作业中,自第一批隧道开拓爆破以来,这些设备就已投入使用,UBT卡车配备有独立的电源和储罐,可以连续工作12个小时或更长时间,并允许炸药进行现场气化。

Chuquicamata UG铜矿也配有UBS卡车。在2018年,进行了测试以评估挖掘单相放矿漏斗的可行性。通过这些测试,采用了有关粒子峰速度、粉末系数和炸药选择的理论假设。将Duoblast-V®用作炸药,UBS卡车用作装药单元。Duoblast-V®功能包括高强度、良好的附着力和高爆速,而UBS卡车功能包括完整的机械化和伸缩式动臂以填充、装载和安装阀杆,以及用于部件运输和独立电源的独立储罐,例如UBT卡车。目前,单相爆破试验已成功进行。

在2018年推出了UbexOne®卡车,以统一装药过程(在任何方向的炮孔内注入乳化液)。UbexOne®卡车是带有特殊车身的地下卡车,用于固定乳化液成分及现场炸药生产。UbexOne®卡车的优点是仅需两名操作人员即可进行远程控制乳化炸药的制备和装载,与传统方法相比,可将充填时间减少多达40%。

自2019年3月以来,UbexOne®卡车一直在Chuquicamata地下矿工作,2019年5月15日进行了第一次掏槽爆破,每月爆破面积至少为6000 m2。截至2020年初,每月爆破9000 m2以上的空间和21个放矿漏斗。

Enaex还为炸药动态减弱提供了预处理方案。例如,从所产生的碎裂的角度来看,该技术具有优于水力压裂的多个优点。2017年,Enaex推出了用于预处理的产品系列,其中包括称为Preblast®的乳化液及用于制造和装载的特殊装置Preblast®卡车。Preblast®的爆炸速度为5500 m/s。该产品具有防水能力,其较高的抗水压性能使钻孔的最大填充深度达到200 m。

Preblast®卡车是类似于UbexOne®的地下卡车,但它适用于在非常长的钻孔中装载乳化剂。该套设备于2018年在Andina Río Blanco区块的硐采中成功使用,在操作过程中,该技术使总装药时间从两个月缩短至几周,从而使掏槽的时间大大提前。

在不久的将来,乳化炸药或其他水基炸药将在智利的地下矿爆破中大量应用。此外,所有操作都将实现机械化,炸药将完全在现场制造。在大规模使用水基炸药之后,该行业的下一步将是爆破过程(装填、制造、装料和引爆)的全自动化。

这一点很重要,因为在许多地下矿,岩石爆破是开发周期中仍由人工程序实现的活动之一。2019年,在智利中部某重要块体崩落矿开展了模拟研究,以评估自动装药过程的潜在性能。随着自动设备和乳化剂的加入,作业人员的暴露时间可以从超过25000小时减少到零。考虑到需要掘进的距离,自动装药可以将准备时间从90个月减少到82个月(减少10%),而且在不受干扰的情况下,仅需41个月(减少55%)就可以完成。

除了自动化和使用乳化炸药外,机器人技术也将在短期内应用于地下矿爆破,这些进步将把许多高风险的人类活动转变为更安全、远程、自动化和机器人化的任务。

在露天矿爆破方面,Enaex将提高爆破卡车产能。2011年,Enaex推出了其现代化设备Milodon®爆破卡车,这款卡车具有包括泵送技术和安全控制等优点。Milodon®爆破卡车目前已在智利的几个露天矿中使用,如Collahuasi、Los Bronces、Chuquicamata(以前的露天矿)、Andina Sur和Los Pelambres,还包括巴西的Serrote矿和秘鲁的Constancia矿。由于其高容量和泵送系统,生产能力提高了50%,同时减少了33%的所需人员。

安全已成为采矿业的头等大事。针对难以进入的高风险区域,Enaex已经推出了机器人解决方案,其中包括由RoboMiner®、Mine-iTruck®和Stemming-iTruck®组成的用于完整远程爆破的设备系列。RoboMiner®是一个装在四个轮子上的人形机器人,可以固定和填装炮孔。Mine-iTruck®是一款综合性卡车,可以运输原料,现场制造炸药并进行装载。Stemming-iTruck®可以用砾石堵塞爆破孔。

2018年,智利一座大型露天矿使用Mine-iTruck®进行了全球首次远程铵油炸药装填。Mine-iTruck®及Stemming-iTruck®和RoboMiner®一起被用于采矿历史上的首次全面远程爆破。如今,这个包含全套机器人的解决方案是市场上唯一的同类方案,已在智利北部的一项重要业务中成功实施。

Enaex的下一步目标是实现所有作业的自动化。Enaex设备的自动驾驶得益于ASI公司的Mobius®软件包,但仍有一些特殊任务需要远程操作。与地下矿井一样,Enaex希望在露天采矿方面走得更远,在短期内实现全自动化爆破。

2019年,Enaex明确了数字化转型战略,致力于通过数字化解决方案支持客户改善业务,确立了其四个战略目标:①通过使用全球和历史数据的定制和增值爆破服务,优化客户所需的结果;②通过数字集成将Enaex与客户的运营联系起来,从而支持其流程以实现卓越的运营;③通过使用数字技术减少风险暴露并提高工人的生活质量,实现人性化采矿;④减少内部流程的变化,以提高服务质量和客户体验。

Enaex Bright®是Enaex的数据管理云平台,旨在根据情况提供建议,将通过三个阶段来实现。首先,Enaex Bright®将采集大量现场数据以形成大数据基础,将从纸质记录转移到平板电脑和实时传输的移动设备。其次,Enaex Bright®将利用大数据通过机器学习和人工智能进行分析和建模。最后,当客户遇到新的情况或条件时,Enaex Bright®能够提供有关炸药类型、最佳混合物和数量的建议。目前,Enaex Bright®的建设仍处于第一阶段。

澳瑞凯利用随钻测量数据和人工智能创建新的爆破荷载设计基准

澳瑞凯公司(Orica)首席商务和技术官Angus Melbourne在Massmas 2020会议上表示,该公司专注于整合其数字爆破工具以提高爆破效果,并将在其新解决方案中采用BlastIQ数字爆破优化平台。

在题为“爆破在矿石开采中的关键作用”的演讲中,Melbourne提到了该公司集成数字解决方案在拉丁美洲的应用。该方案是一种自动化的连续优化解决方案,利用数据科学来处理上游和下游数据,以实现自动化爆破设计。通过减少爆炸的可变性和炸药的消耗,同时提高生产能力,从而形成了量身定制且经过优化的爆炸设计。该解决方案使用机器学习算法处理随钻测量数据,以对每个爆破孔内的岩石硬度进行分类,然后将炸药能量与硬度域匹配,以自动形成量身定制的爆破载荷设计。

通过人工智能,使用从车队控制系统(FMS)接收到的数据和之前的爆炸结果对这些算法进行训练。通过Orica的智能控制系统和编程界面,可以实现爆破设计过程的最终自动化及其在现场的执行,并根据形成的设计结果准确加载爆破,这些要素相结合可以确保实现预期的结果。

该解决方案是Orica实现采矿流程自动化计划的一部分。2020年11月,Orica和安百拓(Epiroc)联合开发了Avatel™半自动炸药输送系统。Avatel的一项关键技术是在Epiroc的Boomer M2运矿车的基础上构建的,Orica的自动化愿景是该公司的全无线起爆系统WebGen™。当结合Orica的LOADPlus™智能控制系统、专门设计的车载存储、组装、数字编码功能以及Subtek™Control散装乳化炸药后,Avatel可以为客户提供从设计到执行的完整且可重复的爆炸能量控制。

Orica数字战略的第二个重要支柱是其Bulkmaster™ 7智能联网炸药输送系统,已在拉丁美洲的矿山投入使用。该新型输送系统不仅提高了生产能力,而且开始将钻爆作业的设计与执行之间的关键工作流程数字化。

由必和必拓(BHP)、嘉能可(Glencore)、泰克资源(Teck)和三菱(Mitsubishi)等矿业巨头合资的秘鲁Antamina铜矿将很快利用该系统,已有7台Bulkmaster™ 7设备运抵矿区,正在进行调试。

Orica数字战略的第三个重要支柱是衡量钻探和爆破过程对下游的影响,其自动岩石破碎测量设备FRAGTrack™发挥了重要作用。该设备可实时获取、分析和报告数据,以优化爆炸作业、提高下游生产能力并跟踪采矿和采石的整体运营效果。

安百拓和Combitech继续在矿山自动化领域开创新局面

历时三年,安百拓(Epiroc)和Combitech合作开发的地下矿自动装载机交通管理解决方案即将完成。两家公司于2017年开始合作致力于这一技术飞跃,共同将Epiroc和瑞典萨博公司(Saab)的民用产品组合与交通管理系统的开发相融合,并于同年底在瑞典Örebro郊外的Epiroc测试矿场中交付并评估了概念原型。2019年春季,该解决方案在澳大利亚一座金矿进行了安装和使用。

该解决方案称为Epiroc Scooptram Automation Total铲运机多机自动化系统,包含在Epiroc的6th Sense产品体系中。该解决方案使自动机器可以完整地执行任务,并在共享区域内相互交互,能够保证稳定的物料流,避免生产过程中机器间停顿并使员工远离不安全的生产环境。

该解决方案由专有模块——流量管理系统(TMS)驱动,该模块允许机器共享道路、服务点及装卸场,而不会发生碰撞或停顿事件。

该模块是通用的,适用于各类自动化解决方案,因此机器、无人机和矿用卡车能够独立执行预设的任务,例如从A点行驶到B点并卸料。

Epiroc解决方案秉持“开放式自动化系统”策略,可集成其他制造商的设备。例如,在纽克雷斯特矿业公司(Newcrest Mining)位于澳大利亚新南威尔士州的Cadia East矿中,将一台远程操作的MacLean水炮集成到Epiroc自动车队中。

除TMS模块外,该解决方案还配备有车队管理系统(FMS)模块,可自动执行任务分配和资源管理,以便矿山运营商可以专注于制定生产任务,如从A点运输1600 t并将其倾倒在B点,至于使用哪些机器、何时操作、走哪条路线则交由系统决定。FMS模块基于Saab内部开发的SAFE(用于强化安全的态势感知)平台。

TMS和FMS模块已集成到矿山的整体生产管理中,因此可以按优先级顺序接收、实施和报告工作指令,与此同时,该系统还可参与其他机械和生产流程管理,例如矿石破碎机和矿石运输系统。

Scooptram Automation Total铲运机多机自动化系统使操作人员可以在地面控制室中安全地进行远程工作,实时掌握整体情况并执行仍然需要人类经验和精确度的任务。由于操作人员对生产环境中发生的事情有很强的洞察力,可以在必要时接管机器执行非自动化任务。

该解决方案的最新功能是对安全系统的“轻松控制”选项,可以保护人员在意外进入自主生产区域时免受伤害,如允许各矿段和通道自动打开或关闭,从而使采矿作业人员能够在无需停止自主生产的情况下派遣人工操纵的机器,该功能还支持自动或远程控制机器的平稳进场和离场。

该解决方案使手动和自动操作的转换更加顺畅,在完全自主的矿山尚未实现之前,该解决方案的最新功能使矿业企业能够真正走向自动化运营,并提高对基础设施、机械设备和员工的利用程度。

安百拓和山特维克助力LKAB基律纳铁矿进一步实现自动化运营

瑞典LKAB公司正在逐步实现其基律纳(Kiruna)铁矿的自主运营,因为随着基律纳铁矿开采深度越来越大,急需采用自动化和数字化的新技术解决方案。2020年12月,该矿山又增加了两台自动装载机,将自主装载机总数扩大为5台。

LKAB非常熟悉自动和远程装载,早在2000年就开始使用此技术,如今的基础设施更完善,具有更好的条件推进该项技术的实施,所有环节(例如网络)都更加成熟和稳定。

目前,已有3台载重21 t的山特维克(Sandvik)LH621i装载机在井下1365 m处运行,操作人员在控制室通过Sandvik的AutoMine®Multi-Lite自动化系统远程控制设备,该系统能够保证多台设备在同一区域往返运行,即使在夜晚也是如此,因此可将一个区域的装载量从3000 t提升至5000 t。此外,该公司还采购了安百拓(Epiroc)的远程装载系统,目前该系统正在调试中,预计将于2021年初启用。

LKAB指出,自动装载机可以安全、高效地在各个巷道内行驶。安装在机器正面和背面的摄像机使得操作人员可以实时跟踪装载进度。此外,一名操作人员可以同时运行多台设备。

自动装载机的灵活性是基律纳矿体深部开采的关键,尤其是在2020年5月18日发生的地震影响了多个生产区后,这意味着更少的区域必须生产更多的矿石。在这种情况下,自动装载机必不可少。

金田公司在Tarkwa金矿部署防碰撞安全解决方案

为提高加纳Tarkwa金矿的安全性,金田公司(Gold Fields)采用了防撞系统(CAS),统旨在减少露天矿场中车辆间及车辆与人交互的次数。

自2012年至2013年安装了疲劳管理系统后,设备交互作用和事故减少了,因此该公司专门购买了Hexagon公司的HxGN MineProtect CAS Pro系统。该系统的设备安装于驾驶室内,在露天矿中,可保护设备500 m范围内的所有采矿车辆、资产和车辆驾驶员安全。该解决方案具有对周围车辆和选定资产的360°感知能力,还具备基于路径预测的防撞功能。该解决方案使用了GNSS和RF技术,干扰警报最少且能增强所有矿山和车辆类型的安全性,因此深受操作人员的青睐。

该防撞系统包含操作人员提醒功能和指导控制功能,符合“地球移动设备安全圆桌会议”(EMESRT)制定的标准。

作为该项目的一部分,Gold Fields已向作业设备附近工作的员工发放了150枚防撞识别标签。受益于新解决方案的操作设备包括84辆自卸车、21台挖掘机、65辆辅助车队(包括装载机、推土机和服务车)和100辆轻型车辆(50辆装配固定式防撞装置,其余50辆装配可拆卸防撞装置)。

由于在露天环境中,载重卡车紧急刹车会造成其他危险,该防撞系统将不包含防制动功能,但有一系列其他干预程序。

山特维克Artisan A4电池动力地下铲运机在Sibanye-Stillwater位于美国蒙大纳州的矿山内的试验取得成功

淡水河谷(Vale)、智利国家铜业公司(Codelco)和巴里克黄金(Barrick)等全球大型矿业企业都在开展全电池动力地下矿山设备的试验,南非Sibanye-Stillwater公司也不例外。该公司目前在蒙大拿州的Stillwater和East Boulder铂族金属矿试验运行Artisan Vehicles(山特维克集团采矿和岩石技术公司的装载与运输部门)的A4地下铲运机,该机型有效载重为4 t,是2018~2019年初次试验后的升级版本。

Sibanye-Stillwater已与Artisan Vehicles达成协议,先期开展200小时的试运行,以解决较小的缺陷和错误,同时培训操作人员。下一步进行300小时生产运行,重点检验生产能力、可靠性、故障率和维修率。此外,还将确认电池充电循环情况。目前该机型的总工作时间为296小时,正式运行时间为96小时,单位生产能力一直保持良好,但仍然存在可靠性问题,主要是一些小问题以及新冠肺炎疫情导致的严重零部件供应限制,从而影响了正常运行。在电池方面,实现了约5.5小时的充电以及约2小时的再充电循环。

Artisan A4地下铲运机是目前最小的载重量为4 t的地下铲运机,其紧凑的空间提供了最佳视线,远远优于同类机器,转弯半径减小了20%,因此机动性更强。该设备采用了具有强大动力的电池发动机,可输出150 kW功率和800 Nm扭矩。相比其他柴油动力铲运机,A4地下铲运机的功率是它们的3.5倍且扭矩更大,而产热量仅为八分之一。与Artisan的其他机型一样,其专利电池系统采用了磷酸铁锂成分。

MineSense将大力提高其基于传感器的矿石检测和分选解决方案的商业化地位

MineSense公司基于传感器的矿石检测和分选解决方案致力于发挥其可最大化地利用工作面非均质性的优势来提高矿石回收率并尽量减少废石处理,从而提高矿山的盈利能力。随着矿山要努力弥补因受2020年新冠肺炎疫情的影响而损失的利润,上述技术带来的利润提高就显得尤为关键。

MineSense在2020年初完成了由美国商业开发公司(BDC)的工业创新风险基金牵头的2500万美元股权融资,以加快商业化并进一步扩大全球业务。

继2020年在加拿大泰克资源公司(Teck)的Highland Valley铜矿实现商业化后,同年又在加拿大不列颠哥伦比亚省的Copper Mountain铜矿实现了3套ShovelSense®系统的商业化。

Copper Mountain铜矿对其5台装载设备中使用了MineSense软硬件的3台设备进行了为期两年的评估,已经实现了两方面目标:一是从划定的不具经济效益的岩石中选择性回收具有经济价值的铜矿石;二是从划定的具有经济效益的铜矿石中选择性剔除不具经济价值的废石。

MineSense的ShovelSense®系统在装载过程中可实时地逐铲斗提高矿体可见度。然后,卡车会自动转移到正确的位置,从而增加采矿过程中的价值和收益。该技术还可以减少每吨矿石的二氧化碳排放量、对加工化学药剂和试剂的消耗、以及对能源和水的消耗,同时最大程度地提高金属的回收率。

MineSense的首席数据官Frank Hoogendoorn表示,“我们的传感器和基于机载机器学习的算法可在采矿过程中及早提供实时的铲斗分级,可以更精确地采收矿石,并以前所未有的解决方案优化下游流程。”

为了支持矿场运营及其矿石开采决策,MineSense现在可提供全天候的技术支持,以连续监控系统性能的所有要素。客户可以通过MineSense的客户门户访问其数据,包括矿石/废石转移的丰富可视化数据、实时品位数据和运营诊断。该信息可协助品位控制工程师和冶金学家进行矿山规划、下游运营和总体协调。

MineSense总裁兼首席执行官Jeff More表示,“矿业行业正在经历一场技术变革,通过技术创新,MineSense能够在在数字和数据生态系统的基础上创造前所未有的可能性。”

北重集团首台NTE240电动轮矿用车正式交付塞尔维亚紫金铜业

2020年8月,7台NTE240电动轮矿用车正式离开天津港,10月运抵塞尔维亚矿山现场。在面对欧洲新冠肺炎疫情持续升级的情况下,中国兵器北重集团北方股份公司现场装配及维保团队的11名“逆行者”于10月中旬抵达塞尔维亚紫金铜业矿山现场进行装配和调试,并于近日完成首台交付,其余6台将陆续完成交付。

塞尔维亚紫金矿业所属矿山在欧洲以工况恶劣著称,此次北方股份公司矿车成功进入该矿山,得益于北方股份公司矿用车高效、低耗、高耐久性、高可靠性、全生命周期运行成本最低等优势特点。同时,该矿山7台NTE240电动轮矿用车15年的运维服务由北方股份公司全部承包,这也是北方股份公司持续践行矿车全生命周期运行成本最低商业模式的国外成功典范之一。

选冶综合利用

美国国家能源技术实验室支持的稀土元素提取研究工作取得重大进展

美国国家能源技术实验室(NETL)一直在支持美国西弗吉尼亚大学(WVU)提取稀土元素(REE)的研究,后者在稀土提取设施(REEF)的研究工作中取得了重要工艺进展。

美国西弗吉尼亚大学研究团队一直致力于利用Appalachian地区周边的煤炭资源提取稀土元素,已实现了部分提取过程的自动化,并超出了稀土元素提取和纯度的最初目标。NETL表示,在WVU项目合作伙伴罗克韦尔自动化公司(Rockwell Automation)的帮助下,稀土提取设施现在已实现部分自动化,从而使研究团队能够开发连续处理过程,以从酸性矿山废水(AMD)的沉淀物中提取出高等级稀土元素精矿。

这些研究工作最近还证明了酸浸溶剂萃取(ALSX)方法的经济潜力。例如,提取得到的稀土产品的纯度超过90%,远远超出了2%的项目初始目标。回收率总体上超过60%,而重稀土的含量始终超过总稀土元素产量的45%。技术经济分析表明,从酸性矿山废水资源中提取稀土元素的总体经济可行性与进入酸浸槽的原料等级密切相关。NETL指出,简单的敏感性分析表明,通过使用上游浓缩步骤少量提高原料等级会产生非常有利的经济结果。

WVU研究人员的下一个目标是实现稀土提取设施其他功能的自动化,从而提高性能和效率,并同时降低成本。

Frontier Lithium开始Falconbridge试点工厂建设和运营

Frontier Lithium公司与其合作伙伴XPS Expert Process Solutions公司一起在加拿大安大略省北部的氢氧化锂小型中试工厂开始运营。

该试点项目位于安大略省Falconbridge的研发中心,专门针对来自PAK锂项目的资源开展生产研发工作,该项目拥有该省最大且最高品位的资源。

该工厂是为生产高质量的含锂浸出液(PLS)建设的,该溶液可被第三方连续结晶以用于生产高纯度电池级氢氧化锂单水合物。嘉能可(Glencore)的子公司XPS于2020年获得共同建造该设施的合同。目前,该项目的最终湿法冶金工艺流程正在建设和调试中。最终的结晶工作预计将在2021年春天完成。

Frontier Lithium总裁兼首席执行官Trevor Walker表示,“该试点项目的首次试运行是一个重要的里程碑,标志着广泛研发的最终成果,该工艺流程可以将锂辉石精矿直接加工成氢氧化锂而无需使用碳酸锂中间体。”

CiDRA帮助Koch Project Solutions规模化其新的硫化物矿物分离技术

CiDRA Minerals Processing公司宣布已与Koch Project Solutions公司合作,后者将为前者新型硫化物矿物分离系统的商业规模化和全球部署提供前端工程和设计及项目执行管理方面的服务。CiDRA称这是一种新型的新型硫化物矿物分离系统。CiDRA的SONARtrac流量计在矿业行业应用广泛,可用于测量任何液体浆料应用中的流量。

该公司指出,“浮选分离技术已在矿物加工行业使用了一百多年。多年来,该方法一直在不断改进,但CiDRA已开发出一项突破性技术,用于分离硫化物矿物,例如铜和金。这项新技术能够处理从超细到超粗的多种粒径的浆料流。这使操作人员可以在不牺牲回收率的情况下,通过增加设备的初磨尺寸来‘释放’生产能力。这显著提高了整个工厂的经济性,降低了单位能耗,减少了水的消耗,并使尾矿干式堆放。”

CiDRA首席执行官Kevin Didden表示,“矿业行业正在积极寻求可持续解决方案,以从其现有矿山中回收更多的铜和金。CiDRA通过对超过15个矿场的台架测试以及在北美矿场的试点工厂计划证明,该技术可以对现有矿场的回收率产生积极影响。CiDRA正处于规模化阶段,我们很高兴能够利用Koch Industries的子公司Koch Project Solutions在指导新型加工厂扩大规模方面的丰富经验。CiDRA的重点是加快向其现有的大型矿业行业客户群交付这种新型矿物加工技术。”

澳大利亚科廷大学使用高锰酸盐药剂提高甘氨酸的金浸出率

科廷大学的研究人员表示,他们已经通过使用低浓度的强氧化剂高锰酸钾来显著提高金矿石的浸出率,从而改进了屡获殊荣的甘氨酸浸出技术。科廷大学团队目前与矿业行业合作伙伴Mining and Process Solutions公司(MPS)合作,以实现新工艺的商业化。

该研究发表在《Hydrometallurgy》期刊上,由西澳大利亚矿业学院的Jacques Eksteen教授和Elsayed Oraby博士领导开展,发现在工艺过程中添加高锰酸钾可以解决目前与利用甘氨酸(不含氰化物)的金浸出工艺有关的问题,例如需要更高的温度、甘氨酸浓度和氧气添加量。

Eksteen教授表示,“研究团队评估了其新的碱性甘氨酸金浸出系统的各种氧化剂,其中高锰酸钾所观测到的结果最为成功。传统上,从矿石或电子废物中浸出或分离金和其他贵金属需要使用氰化物(一种已知对环境和人体有害的高毒性化合物)。在工业上,对氰化物进行解毒非常昂贵,但仍无法消除与运输、处理和加工化学品有关的风险。甘氨酸是人体天然产生的,对生命至关重要,而氰化物则是危险的。高锰酸盐和甘氨酸会部分分解,形成不溶性二氧化锰、不溶性草酸钙和氮,所有这些都是天然存在且低毒性的化合物。”

通过在碱性甘氨酸系统中添加低浓度的高锰酸钾,研究人员能够在室温下从矿石中浸出85.1%的金(类似于氰化法提取)。与行业标准相比,这是相当大的成就。

Oraby博士表示,“新工艺是建立在科廷大学在该领域的重要工作基础之上,相关工作在过去8年里一直在开展。科廷大学的研究人员花了多年时间开发一种新的浸出工艺,我们的工作拓宽了这项专利技术的使用范围,使其更适合提取金矿。我们相信,这种新工艺将为金提取行业带来许多好处,从环境的角度来看,这是一种更加友好的提取方法。”

Newlox通过测试证实了OAR金浸出技术的潜力

据Newlox Gold Ventures公司的子公司——Newlox研发公司的报道,对用于高品位金矿样品的新型有机王水(OAR)金浸出技术的第一阶段测试取得了出色的结果。

Newlox研发公司对第一阶段测试结果的最终分析表明,不仅在环境温度下实现了94.68%的金回收率,而且在80oC条件下实现了100%的金回收率。

该公司正在研究将OAR技术用于氰化提金的无毒无水替代技术,以生产金和其他贵金属。这将使Newlox通过从尾矿中回收残留贵金属和污染物而获益。

Newlox研发公司正在与加拿大不列颠哥伦比亚大学和日本千叶大学合作开发OAR技术,利用研发的试剂浸出金,该试剂既无毒又可广泛用于其他行业。其主要优点包括无毒、可回收、比氰化物对金的提取更快、不用水、以及不需要碳或电解沉积。

该公司对平均品位为48.87 g/t的高品位金矿石进行了第一阶段测试。在用采用OAR技术浸出前,将矿石在BICO磨机中研磨至80%的粒度小于0.12 mm的物料。Newlox的研究团队在16个实验中使用了Yates模型,以研究试剂用量和浸出时间的几种组合。

Newlox研发公司在温哥华进行了浸出测试,OAR中的金溶解度是根据过滤后获得的残留物中的金品位计算得到的。位于不列颠哥伦比亚省Burnaby的第三方冶金实验室(Global Mineral Resources)负责验证利用王水消化和原子吸收光谱法(AAS)的结果。

该公司解释说,“研发团队使用Yates测试协议在测试过程中修改了各种因素,并评估了其影响和相关的相互作用。Yates协议确定了总体金矿回收中最重要的因素。最令人鼓舞的是,在第一阶段测试中所有回收率超过90%的样品均具有试剂用量通用性,这明确第二阶段测试的路线。”

日本千叶大学对Newlox研发公司在温哥华测试的相同矿石进行了并行测试。该日本团队研究了替代试剂添加剂和不同的浸出温度,并根据这些因素取得了显著效果。

在日本开展的浸出试验表明80oC条件下为期4个小时的浸出测试获得了100%的金回收率,然后通过调节溶液的pH值使溶解的金沉淀。通过pH值控制可以回收高纯度金,同时抑制沉积物中其他元素的沉淀。

该公司表示,“这一令人鼓舞的结果表明,可以从溶液中回收金而无需进行电解沉积。”

现在正在进行第二阶段测试,以重现第一阶段测试中看到的结果,并进一步研究试剂用量、时间和温度对浸出机理的影响。此外,研发团队专注于测试OAR试剂的可回收性以及从溶液中回收金的方法。

Newlox总裁兼首席执行官Ryan Jackson表示,“我们最受鼓舞的是,通过使用尖端的OAR浸出技术,第一轮测试实现了100%的金回收率。我们很高兴实现如此早期的积极成果。OAR浸出技术有望成为一种范式转变技术,不仅适用于价值1800亿美元的全球正规金矿行业,而且还可以作为将270亿美元的非正规金矿行业带入21世纪的一种方法。”

钴矿石的地质冶金学综述

钴是一种过渡金属,具有独特的物理性质,对许多高科技应用(例如高强度材料、磁体和充电电池)都至关重要。世界钴产量的大部分是从各种类型沉积物中提取其他金属时的副产品,主要是镍和铜,多数是沉积型铜钴矿床,但也包括镍钴红土、镍铜钴硫化物或热液和火山成因矿床。不同含钴矿床甚至一个矿床内部矿石特性(地球化学、矿物学、蚀变和物理特性)存在显著差异,可能包含多种矿石类型。钴矿石的多样性使开发单一的能适用于所有地质冶金学变化的提取或处理工艺成为一项挑战。总体而言,缺乏对钴矿物及其可加工性的基础认识。钴的回收效率通常很低,特别是在涉及浮选和冶炼的过程中,会有大量钴流失到矿山尾矿或冶炼炉渣中。本文首先回顾了钴矿石的主要地质冶金学特性,特别对矿石矿物学给予了关注,因为其对矿石的加工行为和钴的提取具有重要的控制作用,例如氧化状态(决定加工工艺选择(浸出和浮选)的氧化物或硫化物)以及相关的脉石矿物学特征(可能影响浸出或浮选过程中的酸消耗)。本文介绍了每种矿床类型的主要加工工艺及相关的具体地质冶金学特征。本文针对初级资源和二次资源,从矿物加工和可持续采购的角度对钴的未来前景进行了总结,需要对此进一步深入研究。

矿物创新应用

光伏产品将进入室内为无线智能设备供电

根据一项国际联合研究项目的发现,无铅钙钛矿启发材料(PIM)可将室内环境光能转化为电能,从而为无线智能设备提供电力。

科学家们声称这是对PIM室内光伏的首次研究,他们认为这将减少能耗,因为它可以收集和回收用于照亮室内环境的一些能量。另一个好处是,它将减少为电子设备供电所需的电池消耗。

来自英国剑桥大学、英国伦敦帝国学院和苏州大学的研究团队开发了两种材料,即氯化铯碘化铯(Cs3Sb2ClxI9-x)和碘化铋(BiOI)。尽管这些PIM在吸收日光方面不那么有效,但已发现它们在吸收室内光方面有效。该材料在太阳能电池中的应用证明其效率(约5%)与目前基于氢化非晶硅的室内光伏商业技术相当。

该研究团队支出,铋具有铅的许多电子特性,但可以生产无毒安全的材料。至关重要的是,研究人员已经证明,这些材料在室内照明下提供的功率已经足以运转电子电路,其吸收特性与普通室内灯泡的光谱非常匹配。但是,这些材料没有共享钙钛矿的晶体结构,因此未被归类为钙钛矿。相反,它们具有与石墨相似的层状晶体结构。

Cs3Sb2ClxI9-x是使用类似于水彩画的工艺开发的。将有机溶剂以及铯和锑的卤盐散布在基材(例如由玻璃制成的,也可由塑料制成的)上。当溶剂蒸发时,卤盐以导致钙钛矿衍生物结构的方式自组装,从而使基材上留有Cs3Sb2ClxI9-x涂层。

同时使用化学气相沉积法使碘化铋生长。将反应物碘化铋和氧气以气相引入反应器。碘化铋在基材上吸收并与氧气反应,使碘化铋成核并生长出晶粒,该晶粒以微米大小的薄片连接在一起形成薄膜。

为了使太阳能电池发挥功能,例如,将碘化铋夹在选择性提取电荷的半导体之间。依次将它们封装在两个电极之间,一个电极是金属,另一电极是透明的,因此可以从LED灯泡或荧光灯管吸收光。在吸收光后,内置电场使导带中的电子和价带中的空穴到达相对的电极。这样就可以从光中获得“清洁电力”,而无需机械运动部件,也不会排放任何二氧化碳。

伦敦帝国学院的Robert Hoye博士指出,“我们对PIM进行研究是因为它们具有复制卤化铅钙钛矿电子结构关键特征的潜力,尽管材料还存在许多缺陷,但它们可以模仿获得有效性能的能力。我们称之为缺陷容忍度,可以使低成本的高效设备制造成为可能。这是从事下一代光电技术研究人员所一直追求的目标。”

下一步是实现这类PIM的更高效率。苏州大学的Vincenzo Pecunia教授解释说,“我们还计算了很多组PIM的最终室内光伏效率。特别是,我们证明了PIM有望达到40%~60%的室内光伏效率,这将是对现有技术的巨大改进。”

来自剑桥大学的Judith Driscoll教授补充道,“物联网对于许多领域至关重要,例如改善医疗、节能、运输或控制智能建筑。可与低功耗电子设备一起工作的新一代无线连接物联网设备非常适合与节能设备一起使用。”

该团队指出,即使需要持续供电,基于PIM的室内光伏也可以与电池结合使用,以对它们进行无线充电。然后,这将允许电子设备的操作寿命延长到硬件本身的实际寿命。

Armadale发现适合作为电池负极的石墨材料

Armadale Capital公司和澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)共同确认了前者在坦桑尼亚的Mahenge石墨项目中对天然片状石墨的第一阶段测试,发现该片状石墨适用于锂离子电池。

两家机构一直在研究来自Mahenge石墨项目的材料是否优质,发现其具有极高的纯度,并显示出锂离子电池所需要的特性。

Armadale董事长Nick Johansen表示,“与CSIRO在其实验室进行的测试和技术分析的结果证明需要开展更进一步的测试工作,例如微粉化和分类、球形化、以及电极制造与测试。”他还指出,“与人造石墨相比,用于锂离子电池的天然片状石墨具有显着的环境效益。”

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