全球矿业科技发展态势与前沿技术

2020——2021全球矿业发展报告专题篇4

矿业科技研究所

在新一轮科技革命和产业变革背景下，矿业行业呈现向远程运营加速转变的趋势，具 体包括实现可优化生产力的自动化作业、减少设备停机时间和成本、实现预测性维护而非 预防性维护以及提高矿山人员的安全性。5G 等先进通信技术带来的高速、可靠连接性使矿 业企业能够更好地利用来自设备、资产和应用程序的海量数据。通过机器学习算法等对数 据的高级分析使企业能够做出快速且明智的生产经营管理决策。由于整个社会对气候变化 和环境的重视， 减少碳排放和加快全电气化矿山建设步伐成为矿业企业及相关技术装备企 业的优先业务发展方向。

新冠肺炎疫情下，矿业行业加快变革性技术创新步伐。新的变革性技术使矿业企业能够以安全、高效、绿色、可持续的方式开采回收以前无法获得的资源，不仅将增强矿业企 业高质量发展的能力，更重要的还是将实现更好的环境、社会和公司治理（ESG）绩效。对于矿业企业及矿业价值链中的相关企业，物联网、大数据、人工智能、5G 无线通信、远 程自主操控、先进传感器等前沿技术的应用，不仅引领企业进入提高生产力、效率、安 全性和盈利能力的新发展阶段，也让企业在面对新冠肺炎疫情等突发事件时具备灵活应对 和快速反应的能力。

一、人工智能等前沿技术发展促进矿产勘查发现

最近对过去 30 年矿产勘查技术的综述性研究表明，矿产勘查技术的发展可分为三类， 一是经济地质学的理论进展，包括金属来源、金属从源到当前位置的运移机理，以及 在当前位置形成可采矿石的成矿机理；二是发现和圈定矿床的方法或技术的重大突破，

包括航空重力、航空重力梯度测量、多光谱到高光谱遥感、更深部的电磁测量、三维电法和电磁测量、二维到三维建模和反演、便携式矿物和地球化学分析仪、海底矿产 资源 勘探 开发；三是 关联和 通用 领域 的显 著进 步，包 括能够 以较 低成 本带 来更高 计算 能力的计算机技术、电子技术、用于定位和精确时间标记的全球导航卫星系统、地理 信息系统的商业化、高分辨率卫星图像的商业化、分析技术的改进、人工智能、无人 机和无人潜水器。

（一）地质矿产勘查数据人工智能分析，实现高效精准的矿石图像识别和找 矿预测

地质矿产勘查工作产生了大量的报告、图件等数字化信息，仅凭人工检索和处理如此 海量的数据已经难以满足矿产勘查行业高质量发展的需要。人工智能技术能够快速、精确 地处理并分析大量数据，自动进行数据抽取、集成、分析建模， 因此具有大幅提升勘探效率、 缩小勘探范围、降低勘探成本、在数据较为匮乏的绿地勘探项目中圈定成矿远景区，以及 发现一些被传统理论或方法忽视的找矿信息等优势。人工智能技术主要用于矿产勘查中的 两个方面，一是利用人工智能技术对镜下和岩心照片等图像的快速分析来识别矿物、沉积 构造等；二是利用机器学习算法和专家系统的大数据综合分析来开展数据建模和成矿远景 区 / 找矿靶区预测。

2021 年 2 月，Minerva Intelligence 公司宣布成功利用其开发的人工智能矿产勘查软件 TARGET 为 Giga Metals 公司位于巴西 Parnaiba 盆地的铜矿项目编制了远景预测报告，认为 该项目具有较大的勘探成功可能性，促使 Giga Metals 决定申请新的勘探许可证。同年 6 月， Minerva Intelligence 宣布将利用其 DRIVER 人工智能分析技术勘探 Clarity 黄金公司位于加 拿大东南部 Abitibi 绿岩带内的 Destiny 金矿项目。该技术通过交叉引用各种数据以及将其 与类似的地质异常区进行比较，可以从钻探结果中识别出非常重要的多元素区带，圈定勘查靶区，提供不受人为偏移影响的高质量分析结果。

2021年5月，瑞典铁矿石开采企业 LKAB 公司与岩心扫描仪研发企业 Minalyzer 公司和 人工智能技术研发企业 Sentian 公司启动建立联合体，旨在利用人工智能技术使地质学家能 够以一种完全不同于以往的方式更深入地了解矿石的形成过程和蚀变形式， 以及利用各种 矿化指示确定是否已接近矿体并确定其位置，以加快勘探性钻探的分析过程及扩展其分析 范围。目前，该联合体正在利用 Sentian 的人工智能算法在 LKAB 的矿床钻探孔的岩性编录 中对岩层进行填图，从而将岩心评价所需时间从数周缩短至数分钟，并可提高评价结果的 准确度。

（二）大数据处理能力提升及新技术应用，使便携式分析仪器成为野外地质 矿产勘查的可靠手段

地球化学分析技术正向高精度、多元素、实时分析持续发展。目前的地球化学分析仪 器和技术可为地质学家快速且低成本地提供各种化学元素、化合物和矿物的分析结果。过 去 10 年里，便携（手持）式 X 射线荧光光谱仪已成为野外地质学家使用的最具创新性的工 具之一 。便携式荧光光谱仪的广泛使用产生了大量光谱数据，但无法直接使用这些数据， 需要对获得的矿物学信息进行标准化。IMDEX 公司在其 2021年 1 月举行的 IMDEX Xploration 技术会议上，介绍了该公司为处理便携式近红外荧光光谱仪数据开发的人工智能 光谱解释软件 aiSIRIS。该系统通过来自全球超过 1000 个矿业项目的 200 多万份真实光谱 数据进行训练，每个数据都经过了光谱专家的详细解释。据 IMDEX 表示，aiSIRIS 的输出 结果实现了标准化，能够为每份光谱数据提供与光谱专家水平相当的解释结果，但是与光 谱专家相比，aiSIRIS 的解释速度更快。

地球化学成像是揭示岩石和矿物复杂地质历史的强有力工具。由于常规仪器的成本和 尺寸、较长的分析时间以及某些方法所需的大量样品制备，其应用一直局限于实验室环境 中的地质研究。便携式激光诱导击穿光谱仪成为对岩石和矿物进行快速、定性地球化学成 像的新方法，能够以最少的样品制备或无须样品制备揭示野外岩石和矿物的复杂地质历史。 近期对来自加拿大Jericho 和 Muskox 金伯利岩的岩芯的一组幔源包体的完整分析表明，便 携式激光诱导击穿光谱仪的地球化学成像分辨率足以绘制沿交代矿物分布的矿脉和颗粒边 界。此外，便携式激光诱导击穿光谱仪对于绘制具有低原子序数的元素（例如锂和钠）的 微观分布特别灵敏，尽管这些轻元素很难用其他便携式技术进行低浓度检测，但却是热液和岩浆过程的重要地球化学示踪剂。

二、生产运营数字化和自动化促进矿山智能化开发

（一）结合工业物联网技术的数字化解决方案，将颠覆矿山生产运营模式

新冠肺炎疫情的发生凸显了矿业数字化转型的重要性，使企业意识到数字化转型不仅 仅能优化企业运营、提高企业生产效率和收益，更关乎企业的生存发展。例如，在疫情期 间各国采取禁止旅行、关闭边境和限制出行等措施背景下，从车辆无人驾驶到远程监控再 到预测性维护， 以数字化为基础的设备自动化和远程运营在维持矿业企业生产方面发挥了关键作用，使矿业企业可以在全球任何地方全面了解生产运营状况，发现设备性能和生产 率低于预期的情况，并降低设备故障率。

结合了工业物联网技术的数字化系统 / 平台让矿业企业可以把重型设备、传感器和人员 等连接到集成平台，并通过数据分析等技术优化矿山运营管理。山特维克矿山和岩石技术 公司的数字化平台 OptiMine，通过与山特维克 2019 年收购的数字科技企业 Newtrax 公司的 物联网设备的集成，可将来自所有资产、人员和设备的数据整合到一起，以实现对生产运 营的实时分析和预测，从而优化采矿作业流程。2020 年 12 月，山特维克发布了 OptiMine 用于疏散模式可视化、历史记录回放、智能调度的三项新功能。2021 年 1 月， 山特维克的 OptiMine 和 AutoMine 产品获得了 Frost & Sullivan 咨询公司颁发的 2020 年全球自主采矿解 决方案产品领导奖，是唯一一家获得 2020 年工业和能源领域 50 强数字最佳实践者奖的采 矿设备和解决方案企业。

（二）建设高速稳定通信网络，保障矿山资产 - 人 - 系统 / 平台之间数据信 息交换

对于基于工业物联网的智能矿山建设，高速、稳定、可靠的连接性将发挥至关重要的作用，例如需要足够的带宽和高度可靠的网络连接将远程凿岩系统和无人机产生的实时视 频流传输至远程运营系统。5G 无线通信技术作为关键前沿技术之一，因其具有大带宽、低 时延、广连接等特点而成为矿业企业生产运营模式重大变革的重要赋能技术之一。世界经 济论坛 2021 年 1 月发布的《5G 展望系列：实现包容性的长期机遇》报告指出，5G 将在后 疫情时代发挥关键作用，能够有力推动产业转型升级，增强社会凝聚力，促进经济发展和 社会就业。另外，该报告提出了 5G 赋能转型发展的九个长期机遇，包括用于远程操作、网 联交通、智能服务的移动应用场景，以及用于智能监控、环境保护、自主机器人的现场作 业场景；认为强大的 5G 基础设施是未来包容性增长的基础，将释放云计算、人工智能、边 缘计算等前沿技术的潜力 。

2020 年 12 月， 爱立信发布的《连接性采矿》报告通过无人驾驶运输、实时状态监测、 遥控凿岩、无人机巡检和智能通风控制五个采矿应用案例概述了 5G 专用网络在保障连接能 力方面具备的优势 ， 评估认为在露天和地下矿山投资建设 5G 专用网络的 10 年投资回报率可能高达 200% 。2021 年 4 月，诺基亚宣布通过与智利通信服务企业 Claro 公司的合作， 已为金田矿业的 Salares Norte 金矿部署了 LTE/4.9G 专用无线网络，该无线网络除了连接 72 台车辆和设备外，还连接 150 个用于运营、监测和故障预防的传感器，使该矿山成为拉丁 美洲数字化程度最高的矿山之一 。

（三）实现采矿设备自主运行，仍是矿山智能化、少人化、集成化的重要发 展方向

过去 10 年里，对机器设备自动化的追求一直主导着矿业行业的发展，大多数矿业企业 都希望将这项技术应用于其部分或大部分采矿业务。实际上，自动化在矿业企业的数字化 进程中扮演着重要角色，因为流程自动化会显著提高机器设备的性能，而操作自动化会消 除作业人员个人经验和习惯的不同导致的操作不一致性。除了消除操作不一致性外，自动 化还使机器设备能够以更高的效率全天候不间断地运行。总的来说， 实施自动化有利于生产、 维护、安全、部件使用寿命和人员管理，从而使采矿业务实现整体盈利。

2021 年 3 月， 淡水河谷宣布其 Brucutu 铁矿的无人驾驶矿用卡车机队的规模已达 13 辆， 采用的是卡特彼勒的 793F CMD 无人驾驶矿用卡车以及 MineStar 系统中的 Command 运输调 度模块。同年 6 月，淡水河谷表示自 Brucutu 矿区于 2016 年开始部署无人驾驶矿用卡车 以来，已完成物料运输量 1 亿吨，累计行驶 1800 千米且运行良好，轮胎寿命延长了 35%， 比预期高出 10%，燃油消耗量降低了 11%，使年二氧化碳排放量减少了4300 吨，卡车行 时速度达到 60 千米 / 小时，以每小时运输的铁矿石量计，生产率提高了11%，预期高出 10% 。

2021 年 7 月，福特斯库金属集团宣布其无人驾驶运输机队达到了一个新的重要里程碑， 即物料运输量达到 20 亿吨，累计安全行驶超过 7000 万千米 。2012年，福特斯库是世界上第一个在其位于西澳大利亚州皮尔巴拉矿区的 Solomon Hub 项目中以商业规模部署卡特 彼勒无人驾驶运输技术的企业，目前已有193 辆无人驾驶矿用卡车在运行。

三、采矿设备电气化和可再生能源利用促进矿山可持续开发

（一）碳达峰碳中和背景下，全球大型矿业企业积极部署实施采矿设备电气 化，提升可持续发展能力

“双碳”背景下，全球大型矿业企业纷纷提出了各自的气候变化应对方案 。据最近一 项对全球矿业行业高管的调查显示，有 87% 的人认为所有的现有矿山将在 20 年内实现全 电气化，而 60% 的人认为下一代矿山将实现全线电气化。采矿设备作为矿山碳排放的主要来 源（据统计，40%~50% 的碳排放源于采矿设备使用的柴油，另外 30%~35% 源于不可再生 能源电力的生产）， 成为矿山实现全线电气化的重点。采矿设备电气化的主要目的是替代包 括柴油在内的高碳排放量、高污染的化石燃料的使用 。目前，矿业行业正在形成集矿业企 业、设备制造企业、能源生产企业等为一体的矿山电气化解决方案团队 。

淡水河谷、智利国家铜业和巴里克黄金等全球大型矿业企业都在开展全电池动力采矿 设备的试验 。2021 年 2 月，加拿大矿业企业 New Gold 公司宣布将在其位于加拿大不列颠 哥伦比亚省的 New Afton 地下铜金矿的崩落采矿区部署电池动力采矿机队，包括山特维克的 50 吨级电池动力 Z50 矿用卡车、北美乃至全球首批部署的 18 吨级电池动力 LH518B 铲运机、 新款 DS412ie 锚杆钻机 。2021 年 3 月，福特斯库宣布与 Williams 先进工程公司达成协议， 旨在设计、建造、测试和集成为矿用卡车提供动力的电池系统以及研发快速充电装置，其 中电池系统将安装在福特斯库研发的非柴油动力 240 吨级运输卡车样机上，并在其位于澳 大利亚皮尔巴拉的矿山进行性能测试，下一阶段将考虑采用氢燃料电池动力系统 。

随着矿业企业致力于减少碳排放和降低成本，装备制造企业也开始加大采矿设备电气 化的研发和制造力度。原始设备制造企业小松集团的采矿业务部总裁 Masayuki Moriyama 在 接受媒体访问时表示，小松正在发展多种动力源（蓄电池电池、氢燃料电池、轨道辅助系 统等）的矿用运输卡车，并在挖掘机电气化领域取得阶段性进展，如 2020年4月在日本国 内市场以租赁设备选件的形式推出带铅酸电池的微型挖掘机 PC30E-5，以及计划于2022 年 批量生产下一代由锂离子电池供电的微型挖掘机 。

（二）实现电力生产清洁低碳化，是矿业行业可持续发展的重要条件

由于矿山生产运营目前的电力供应主要依赖于煤炭和天然气等化石燃料，如果矿业企 业不改变其电力来源的生产方式，其采矿设备电气化措施的碳减排效果将大打折扣。因此， 包括风能、太阳能等在内的清洁低碳能源的使用，将对实现矿业开发过程中的碳减排具有 积极作用。

全球知名市场分析企业惠誉解决方案公司在其最新发布的行业报告中指出，未来几年 里， 绿氢（通过可再生能源电解水获取的氢能） 在矿业行业脱碳领域将可能发挥重要作用。 目前，由于绿氢生产需要消耗大量电力，导致其生产成本高昂， 因此仅占全球氢能市场的 0.1%。据评估，电力成本约占绿氢总生产成本的 50%~75%，因此可再生能源发电成本的下 降趋势有利于绿氢产业未来发展 。

2021 年 3 月，力拓集团宣布将在其位于美国加利福尼亚州的硼酸盐矿使用美国可再生 能源初创企业 Heliogen 公司开发的高温太阳能技术，该技术利用人工智能控制镜面网阵聚 集阳光来捕获能量，然后通过产生的蒸汽提供热力和电力 。2021年4月，英美资源集团 发布报告指出，从 2022 年起，其在南美洲的所有铁矿石、镍矿和铜矿业务将全部由可再 生能源提供电力。其中，法国 ENGIE集团的子公司 Engie Energía Perú 将通过 260 兆瓦 Punta Lomitas 风力发电项目为秘鲁Quellaveco 铜矿提供电力，意大利国家电力公司的子公 司 Enel Chile 将通过可再生能源发电项目为智利 Los Bronces 铜矿等提供电力 。

图 1 Heliogen 基于镜面网阵的高温太阳能技术

四、方向升级革新促进矿山高效开发

（一）发展机械化装药系统、远程起爆系统等前沿技术，改善爆破采矿作业 方式和安全性

爆破采矿作为金属矿、非金属矿等非煤矿山的主要开采手段，是利用炸药爆炸瞬间释 放大量高温气体并产生爆轰波，使矿岩脱离岩体并形成碎裂爆堆的采矿方法。传统的地下 矿山三大采矿方法（空场采矿法、崩落采矿法、充填采矿法）主要是通过爆破采矿实现的。 尽管爆破采矿方法面临生产作业不连续、安全风险高和安全管理难度大、不利于矿山机械 化自动化智能化无人化发展等问题，但在目前乃至未来相当长的一段时间内，爆破采矿仍 然是效率最高、最经济的矿山开发方式。

智利炸药爆破技术企业 Enaex 公司在 2020 年 12 月的 MassMin 2020 线上会议上指出， 爆破开采的未来重要发展领域包括三个方面，一是可泵送乳化炸药的机械化作业对铵油炸 药手动充填的替代；二是乳化炸药或其他水基炸药在地下矿山爆破中的大量应用；三是爆 破过程的远程化、自动化和机器人化 。

图 2 Avatel 半自动化、全机械化地下矿山爆破解决方案

2020 年底， 澳大利亚炸药爆破技术企业 Orica 公司和安百拓联合推出了全球首款双臂、 半自动、全机械化炸药输送系统样机 Avatel，集成了安百拓的 Boomer M2 掘进凿岩台车与 Orica 最新的爆破技术，可实现矿山开辟和生产爆破过程的自动装药和全无线远程起爆 。 目前，正在安百拓位于瑞典的 Kvantorp 地下试验矿山对 Avatel 进行性能验证测试，包括钻臂和导航系统测试，以保证精确且高效地装填炸药 。2021年4月，爆破解决方案服务企 业 MAXAM 公司表示，自 2020 年推出 X-Energy 技术以来， 该公司一直致力于利用该技术 推进爆破作业的自动化和数字化。该项技术综合了先进的爆破设计软件及用于优化爆破设 计和执行的数字工具，可对矿山的每次爆破进行有针对性的设计和实施，并将其与下游作 业的要求相结合，有助于实现更好的安全性、更优化的岩石破碎、更高效的能源利用以及 更低的矿山运营成本 。

（二）创新开采工艺和技术装备，提升矿山采掘效率

大规模开采方法，例如分块崩落或分段崩落，能够实现低成本和高效率的矿石开采， 但这些方法具有较高的资本成本和风险。其中，分段崩落法要求提前许多年进行矿山规划 和决策。此外，由于普遍存在的高应力条件，分块崩落和分段崩落很难应用于深部矿床的 开采。另外，由于缺乏灵活性，一旦开始矿山开发，就很难根据采矿经验和当时的条件调 整矿山布局和采矿顺序。2021 年 5 月， LKAB 宣布将与奥地利莱奥本矿业大学在 Kiruna 矿 对共同开发的天井崩落采矿方法进行大规模测试。与分段崩落法不同，天井崩落法从下至 上开采矿体，这一技术转变可提供多种优势，例如将矿震事件控制在预先确定的区域，通 过避免矿石贫化来提高矿石产量并大幅减少废石量，通过减少基础设施建设和地下巷道掘 进来提高开采效率

图 3 小松的 MC51 硬岩采矿机

如前文所述，爆破采矿仍然是效率最高、最经济的矿山开发方式，但其面临生产作业不连续、安全风险高和安全管理难度大、不利于矿山机械化自动化智能化无人化发展等问题，因此针对地下金属矿山的连续开采提出了硬岩机械采矿概念，以小松等为代表的原始 设备制造企业正在持续推进相关技术的发展。其中，小松原计划于2021年4 月前在淡水河 谷位于加拿大的 Garson 铜 - 镍 - 铂族金属矿进行 400 米硬岩机械采掘试验。通过该试验评 估 MC51 硬岩采矿机是否可以提高切削速率，量化每米切削岩石的成本并将其与爆破采矿 方法进行比较，以及研究新工艺的安全性和可持续性。试验结果将确定 MC51 硬岩采矿机 的优势是否足以使机械采矿方法成为已有百年历史的爆破采矿方法的有益补充。

五、技术装备和工艺流程创新促进矿物回收高效环保

（一）利用先进传感器的矿石拣选技术，成为增加可采资源量和减少废石处 理量的有效手段

矿石拣选技术是利用原矿中矿石与废石在光学性质、电性、磁性、放射性和辐射特性 等物理特征的差异通过检测进行分离的一种物理选矿方法。近年来，随着 X 射线荧光、X 射线透射、激光诱导等传感检测技术的发展，基于先进传感器和人工智能的矿石拣选技术 的主要优势体现在四个方面， 一是通过提前剔除矿石中的部分废石， 可以提高矿石入选品位， 减少矿石品位波动， 显著减少下游加工矿石量和提升选厂进料质量， 从而提升选厂生产能力、 降低选厂设备损耗、节约水电药剂消耗和减少细粒尾矿产出量；二是可降低采出矿石边界 品位，扩大矿产资源储量，延长矿山服务年限，不必采用低效率的选择性开采方法，从而 提高采矿效率； 三是如果在靠近采掘工作面处进行矿石拣选， 可将拣出废石用于井下充填， 从而大幅减少矿石提升和运输成本以及地面堆场成本； 四是通过与自动化、智能化技术结合， 可提高生产效率和矿石入选品位，从而提高矿业企业整体经济效益。

MineSense 公司利用 X 射线荧光传感器开发的矿石拣选解决方案旨在充分利用采掘工作 面的非均质性特征，在提高矿石回收率的同时尽量减少矿物加工阶段对废石的处理，从而 提高矿山的盈利能力。2020 年，MineSense 为加拿大 Copper Mountain 铜矿的 3 台铲车的铲 斗安装了 ShovelSense 矿石拣选系统。在矿石装载过程中， ShovelSense 系统可实时地逐铲提 高矿体可见度，使运输卡车根据矿石分析结果自动行驶到正确的处理位置。2021年MineSense计划为 Copper Mountain 矿的其余两台矿铲安装 ShovelSense 系统，并将首次尝试 安装和测试 BeltSense 系统。BeltSense 系统是基于输送机的矿石拣选解决方案，可以单独使 用，也可以与 ShovelSense 系统结合使用，以最大限度地提高矿石分选效果 。

（二）绿色节能降耗，需要工艺和技术设备的持续创新

氰化法是贵金属提取的主要工艺，但氰化物毒性高，具有严重的环境风险。硫脲、硫代硫酸盐、卤化物、多硫化物和石硫合剂等作为非氰浸出剂得到了广泛研究，但这些药剂 通常存在普适性不高和浸出效果不如氰化工艺的问题， 因此研发对矿石性质普适性强和浸 出效率高的非氰浸出剂仍然是贵金属无氰浸出的重方向。澳大利亚科廷大学西澳矿 业学院的近期研究发现，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）的金浸出工艺相关的问题，例如需要更高的温度、甘氨酸浓度和氧气添加量。通过 在碱性甘氨酸系统中添加低浓度高锰酸钾，能够在室温条件下从矿石中浸出 85.1% 的金， 效果与传统氰化法相当。2021 年 1 月，Newlox Gold Ventures 宣布其子公司对用于高品位 金矿样品的新型有机王水金浸出技术的第一阶段测试取得了出色效果。测试结果分析表明在环境温度下可实现 94.68% 的金属回收率，在 80℃条件下可实现 100% 的金属回收率 。

粗颗粒浮选的上限一直是矿业行业面临的一项长期挑战，因为太粗而无法浮选的颗粒通常占流失到尾矿中的金属和矿物价值的 4%。粗颗粒浮选回收技术可以在保证目标矿物选 矿回收率的条件下浮选比常规浮选颗粒粒度大两到三倍的原料，从而降低矿石碎磨成本、 减少能耗和碳排放、提高选厂处理能力以及改进尾矿和水资源管理。2021 年 2 月，英美 资源集团获批在秘鲁正在开发的 Quellaveco 铜矿项目建设粗颗粒浮选回收厂，将通过筛出 粗颗粒脉石干式堆放砂石废料以及最大限度地减少传统尾矿的产生和总体耗水量，来提 高产量和生产力水平，并同时降低环境影响。英美资源集团此前已在智利的El Soldado矿进行了全尺寸示范工厂建设，采用了Eriez 公司的 HydroFloat 粗颗粒浮选回收技术，利用世界上直径最大（5 米）的 HydroFloat 浮选槽可实现对该选厂磨矿机产出物料的全部处理。

（三）数字化驱动下的先进过程控制，将实现选矿设备和工艺流程的动态控 制与持续优化

数字化为选矿技术设备和工艺流程的创新发展提供了重要机遇，选厂可以利用人工智 能技术进行生产运营，从而实现动态控制和持续优化。美卓前首席数字官 Jani Puroranta 指出， 先进过程控制和预测性维护是选厂数字化的两个关键领域。其中，先进过程控制是一种整 体方案，既可以识别出工厂的限制条件，也可以利用软件在每次设定点自动做出正确决定 并执行操作，以实现接近限制条件的稳定生产。

FLSmidth 公司是先进过程控制领域的领先企业之一，最近宣布对其先进过程控制系统进行了重大升级，推出了最新版本的先进过程控制解决方案——ECS/ProcessExpert （PXP）V8.5 系统，集成了新的人工智能认知技术及相关功能，能够对不可靠或难以获取的过程数 据信号进行预测性建模，之后应用预测的数据信号模型创建一个更加精准的模型和实际过 程条件的控制器，这更有利于工厂维持最佳设定值，并对可能导致不良情况的条件做出快 速反应 。2021 年 5 月，英美资源集团发布了有关其矿业科技研发部署及能源战略最新情 况的报告。该报告指出，通过应用先进过程控制，其选厂的某些工艺过程实现了自动化控制。 其中，巴西 Minas Rio 铁矿通过对浮选流程的先进过程控制，使其稳定性提高了 48%，矿石处理能力提高了 4%，而在智利 Los Bronces 铜矿，通过对半自磨机的先进过程控制，使其 处理稳定性提高了 32%，每吨矿石的磨矿能耗降低了 17% 。

六、展望

当今全球矿业行业面临许多重大挑战，如传统风险（矿产品价格、可采储量）以及与 网络安全、水和能源获取、健康和安全问题、气候变化和其他各种因素相关的风险，因此 矿业行业需要转型升级， 而新冠肺炎疫情的爆发加速了行业转型升级的迫切性。总的来说， 矿业转型升级在科技创新领域主要集中在三个方面——电气化、数、

字化和自动化。电气化 趋势将帮助矿业企业提高安全性、降低成本和减少化石燃料造成的温室气体排放。数字化 趋势将帮助企业提高生产力，同时以可持续的方式开发矿产资源并降低投资成本。据估计， 到 2025 年，矿山数字化通过提高生产力、减少浪费并确保矿山安全可创造 3700 亿美元的 价值。自动化趋势也将提高企业生产力和保障人员安全。因此，以实现电气化、数字化和 自动化为目标的技术装备创新发展、生产运营智能低碳以及经营管理高效优化，正成为矿 业高质量发展的新范式。数字化是前沿技术在矿业领域广泛有效应用的基础，将成为矿业转型升级的关键，不 仅将帮助企业优化生产运营流程和最大化现有资产的价值，还将帮助企业在优化设备投资 的同时确保人员安全 。以矿山开发为例，数字化驱动下的前沿技术应用主要分为三类： 一 是建立数据基础的技术，涉及智能传感器、可穿戴设备、全球定位系统、无人机等，旨在 获取海量和实时数据；二是进行大数据集成 / 追踪的技术，涉及物联网、区块链、射频识 别和实时定位系统标签等，旨在实现运营管理一体化及实时决策，从而提高生产运营效率；

三是实大数据利用的技术，涉及机器学习、先进数据分析、硬件（设备） 远程 / 自主操控、 机器人流程自动化、软件自动化、云计算等，旨在利用获取的数据信息优化作业流程。

矿业行业在经历了对其生产运营造成严重影响的新冠肺炎疫情之后，将会充分认识到 数字化转型对企业在生产能力、盈利能力、效率、安全性及应对突发事件等方面的积极影 响 ， 主要体现在以下四个方面：

一是利用先进传感器的部署， 通过固定监测设备、可穿戴 设备、移动采矿设备、矿物加工设备、无人机等载体获取矿业企业生产运营数据，为企业 利用数据采集、预处理和存储技术建立经营管理所需的数据基础提供支持；

二是利用高质 量数据的处理、分析和解释，通过确定已出现问题的原因，或通过预测可能出现的问题并 避免其的发生，为企业利用机器学习、预测性分析等技术优化生产运营等方面提供支持；

三是利用数字通信网络的建设，通过实时信息传输、机器设备与人之间的数据交换、机器 对机器通信等，为企业利用工业物联网技术实现流程自动化、提高生产运营效率等方面提 供支持；

四是利用生产运营流程的自动化，通过机器设备的远程、半自主和自主操控，为 企业消除人为操的不一致性导致的生产率变化、计划外停机、能源过度消耗、安全生产 风险，以及延长机器设备运行时间和减少现场工作人员等方面提供支持。

（执笔人：张 炜，赵相宽，王 威，高 曦，吴西顺）

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