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    2020國際礦業科技十大進展:無人駕駛、5G、AI、區塊鏈……

    2020年,全球礦業行業在新冠肺炎疫情的影響下坎坷前行,很多礦山和工廠一度暫停運營。但隨著礦山企業采取積極的防疫措施,引入自動化等新興科技手段,眾多礦業企業在下半年陸續復工,其中礦業科技的研發和應用功不可沒。眾多礦業企業在疫情期間持續投入資金,維持科技研發,增強競爭力,希望在后疫情時代獲得更大的科技優勢。

     

    2020年,國際礦業行業在無人駕駛運輸系統、5G網絡、區塊鏈、脫碳、氫能技術、稀土供應鏈、人工智能勘探、無人機、粗顆?;厥占夹g、開展行業挑戰賽這10個領域取得的科技成果尤為引人矚目。

     

    露天礦無人駕駛運輸系統(AHS)迅速發展

    自2008年Rio Tinto發起“未來礦山”計劃至今,采礦自動化穩步發展。2020年,在科技的研發應用和新冠肺炎疫情等影響下,以AHS為代表的采礦自動化技術迅速發展并在全球范圍內得到廣泛應用。

    2020年2月,Epiroc與Roy Hill簽訂合同,為后者運營的運輸卡車提供無人駕駛解決方案。3月,ASI Mining(Epiroc持有其34%股份)為Roy Hill提供技術和系統,將77輛混合品牌運輸卡車改裝為AHS,并將其集成至車隊及礦山管理系統中。9月,ASI宣布美國陸軍作戰能力發展指揮地面車輛系統中心(原TARDEC)向其追加投資,用于研發在GPS受限或無GPS的環境中,基于傳感器融合的深度學習架構,支持AHS在惡劣的天氣或環境中運營。

     

    2020年4月,Caterpillar宣布全球使用Cat® MineStar™ Command AHS的運輸量達到了20億噸。7月,Komatsu宣布其FrontRunner AHS在全球的運輸量超過30億噸。

    全球第四大鐵礦石生產商Fortescue Metal自2012年引入AHS,到2020年6月,已經在Solomong和Chichester鐵礦生產中心對168輛運輸卡車進行了無人駕駛改裝,宣稱引入AHS,將其產能提升了約30%。Rio Tinto在其即將開始運營的首個“智能礦山”(澳大利亞Koodaideri礦)中,斥資35億澳元引入了20輛無人駕駛運輸卡車和自動爆破鉆機。Newmont在澳大利亞Boddington金礦中斥資1.5億美元部署AHS車隊,將成為全球首個運行AHS車隊的露天金礦。

    海外礦山紛紛部署5G NR網絡

    2019年被稱為“5G商用元年”。2020年,無論是信息與通訊技術解決方案供應商還是礦業企業,紛紛開始探索5G NR網絡在礦業行業中的工業應用場景。

    2020年3月,Nokia宣布推出5G端到端切片網絡服務。同年4月,華為宣布開發了國內首家無人采礦5G應用技術成果。6月,俄羅斯首次在SUEK的露天煤礦部署了華為5G網絡,用于測試5G網絡在Zyfra開發的無人駕駛和遠程作業系統中的應用。7月,由香港洪橋集團所有的Sul Americana de Metais與華為簽署了諒解備忘錄,在巴西Block 8項目中部署5G技術,希望通過5G網絡的高速、高帶寬和低時延打破礦山自動化的瓶頸。7月,Sandvik與Nokia簽署協議,將Nokia開發的5G專用無線網絡部署在芬蘭的一個試點礦山中,用于采礦自動化、遠程作業等領域。11月,Polymetal International PLC與俄羅斯電信企業MTS簽署協議,為其Nezhdaninskoye金礦部署Ericsson商用5G專用網絡,用于移動設備、礦山調度系統、遠程作業、自動化設備控制、自動滅火系統和視頻監控。

    區塊鏈逐漸融入礦業工業場景

    區塊鏈概念自2008年提出以來,已被廣泛應用于金融、物聯網、物流等領域。2020年,多國政府、機構及企業開始在礦業行業嘗試研發并應用區塊鏈技術。

    2020年2月,歐洲航天局資助英國初創企業Hypervine研發礦業行業應用的區塊鏈分類賬,將礦業集團及其子公司的數據記錄在不可變更的分類賬中,從而提高勘查和規劃工作的準確性。5月,瑞典礦山、礦物和金屬生產商協會啟動了一項使用區塊鏈技術追蹤鋼鐵價值鏈中金屬的研究計劃,該計劃是目前惟一涉及全價值鏈的區塊鏈計劃,瑞典礦業企業LKAB和Boliden、汽車制造商Volvo Group和Scania、制造商Elektrokoppar和SSAB以及科技企業ABB都將參與其中。12月,世界經濟論壇礦業和金屬區塊鏈倡議發布了碳追蹤平臺COT的概念證明,COT使用分布式分類賬技術跟蹤溫室氣體排放,追溯整個復雜供應鏈中的碳排放。

    2020年,區塊鏈首次被應用到礦產品的交易環節。1月,經由加拿大皇家鑄幣局確認,礦業企業Agnico Eagle與蒙特利爾銀行通過Tradewind ORIGINS平臺,首次應用區塊鏈技術完成了貴金屬交易。其后,BHP和中國寶武集團、Vale與南京鋼鐵集團國際貿易有限公司分別在區塊鏈平臺上完成了其首次鐵礦石交易。

    企業紛紛設立碳中和目標并采取具體措施

    氣候問題得到越來越多人的關注,《巴黎氣候變化協定》提出,要把全球平均氣溫較工業化前水平升高控制在2攝氏度之內,并為把升溫控制在1.5攝氏度之內而努力。礦業行業作為密集型產業,面臨溫室氣體減排的巨大壓力,眾多礦業企業提出脫碳的發展戰略及相關措施。

    BHP在其《2020年氣候變化報告》中提出,希望在2050年之前實現全球凈零排放。9月,BHP招標了全球首艘LNG燃料動力的貨運船,該船在澳大利亞與中國間每次航行的碳排放將減少30%以上。10月,BHP與寶武集團成立低碳冶金創新中心并提供3500萬美元,在利用低碳燃料如高爐氫氣噴吹以及其他低碳技術領域開展合作,并以寶武集團的生產基地為依托,針對鋼鐵行業應用碳捕集、利用和封存技術開展研究。

    Rio Tinto承諾到2030年前,將碳排放強度和絕對排放量分別進一步降低30%和15%,還將投資10億美元用于開展應對氣候變化的相關項目。2020年12月,Rio Tinto與寶武集團承諾,未來兩年內向低碳煉鋼項目及研究投資1000萬美元,這筆資金將被用于支持Rio Tinto與寶武集團共同建立的低碳原料制備研發中心,初期研發重點將聚焦于低碳礦石制備工藝,包括建設小規模的生物質加工應用試驗裝置和微波干燥塊礦試驗裝置。

    除上述企業外,Anglo American、Codelco、De Beers、Fortescue Metal Group、Glencore等礦業企業也作出承諾,采取礦山和工廠電氣化轉型、氫動力機器、可再生能源技術研發等手段,積極拓展脫碳之路。

    氫能引發各國政府、機構及企業的關注

    氫能被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源,也是脫碳的有效途徑之一,當今多國聚焦氫能產業鏈及相關技術。

    2020年3月,澳大利亞政府提供2500萬美元用于成立FEnEx CRC,其任務包括通過技術研發開發氫能等新的出口產品。4月,澳大利亞可再生能源局啟動了可再生氫能部署資金,助力澳大利亞的綠色氫能發展。7月,加拿大氫能與燃料電池協會和澳大利亞氫能理事會簽署了備忘錄,加強兩國在零排放氫能和燃料電池技術商業化方面的合作。同月,智利生產促進局為CSIRO Chile、ENGIE和Mining3的能源項目提供2.52億智利比索(約合36萬美元),以期利用先進的電池和氫燃料電池替代傳統的柴油動力模塊。12月,加拿大公布了其氫能戰略,表示需要50億至70億加元的投資發展氫能產業,但除了已宣布用于包括氫能在內的低碳燃料的15億加元的投資基金外,暫未承諾投入新的聯邦資金。

    礦業企業也十分重視氫能的開發與應用。2020年3月,Anglo American、BHP、Fortescue Metals和Hatch組建了“綠氫聯盟”,研究在全球范圍內使用氫能加速脫碳的方法。6月,Fortescue Metals與ATCO簽署協議,探討在西澳大利亞州部署氫動力汽車基礎設施的潛力。8月,Fortescue Metals已經在Pilbara地區Christmas Creek礦的車隊中部署了10輛氫動力大巴,這是澳大利亞礦業行業的首個綠氫項目。同月,Fortescue Metals、Hyundai Motor和澳大利亞聯邦科學和工業研究組織(CSIRO)簽署了備忘錄,將在氫能技術方面開展合作,其中涉及CSIRO金屬膜技術的開發和商業化,該技術能夠將氨作為氫存儲和運輸的載體材料,使氫能的運輸過程經濟可行。11月,Fortescue Metals考慮在澳大利亞Tasmania的Bell Bay建立產能為250兆瓦的氫能工廠。12月,Fortescue Metals與日本Kawasaki Heavy Industries和Iwatani Corporation簽署備忘錄,將建立全球聯盟,合作實現大規模的液態氫生產和供應能力,開發向日本供應液態氫的商業模式。

    ENGIE、ABB、Hydrogen Optimized、RIX Industries、Australian等氫能產業鏈相關企業也紛紛開始行動,研發氫能解決方案。ACWA Power、CWP Renewables、Envision、Iberdrola、Ørsted、Snam和Yara七家氫能企業于2020年12月成立了全球聯盟,目標是在未來6年內將氫能的規模和生產效率提升50倍。到2026年,部署250億瓦的可再生能源制氫,將目前的制氫成本降低一半。

    美、加、澳及歐洲各國大力研發稀土分離、提取和回收技術

    稀土元素礦物對國防、電信和可再生能源行業來說必不可少,美國、加拿大、澳大利亞等國在2020年紛紛研發稀土的分離、提取和回收技術,并推進其商業化。

    美國政府全力支持本土稀土行業的發展。2020年1月,美加兩國針對稀土、鈾等礦物簽訂了“加拿大-美國關鍵礦物合作聯合行動計劃”。7月,美國國防部確認將給予澳大利亞稀土企業Lynas和美國稀土企業MP Materials資金支持,用于其在美國建立的稀土分離設施。8月,美國能源部宣布,為保障稀土元素持續供應的基礎研究提供2000萬美元資金,并在9月繼續宣布將提供1.22億美元的聯邦資金用于“碳基礦石、稀土和關鍵礦物倡議”。美國眾議院還在9月提出了一項兩黨法案,推出稅收激勵政策,旨在推動國內稀土供應鏈的建設。10月,特朗普簽署行政命令,宣布全國礦業緊急狀態,要求加快國內礦山開發,降低美國對于中國稀土的依賴。特朗普還在12月簽署了一項關于新冠肺炎疫情的援助和支出計劃,其中有8億美元用于資助稀土和關鍵礦產研究。除美國外,俄羅斯于8月宣布,計劃投資15億美元用于為稀土投資者減少采礦稅并提供低利率貸款,希望提高俄羅斯的稀土產量。同月,加拿大薩斯喀徹溫省政府宣布提供3100萬加元的資金,用于建設稀土加工設施,并將于2022年底前正式運營。

    在稀土分離和提取技術方面,美國企業USA Rare Earth已于2020年5月完成了稀土分離提取試點工廠的第一階段測試工作,在存在高濃度非稀土元素的情況下能夠分離并濃縮稀土元素。加拿大企業Ucore Rare Metals收購了Innovation Metal并獲得了基于RapidSX™加速溶劑萃取的稀土分離技術,將該技術用于阿拉斯加州的Blkan-Dotson Ridge重稀土項目。此外,Pensana Rare Earth與Wood Group開始合作研究,以期在英國建立綜合稀土加工設施,建立可持續的磁體金屬供應鏈。

    在稀土回收技術方面,Geomega Resources在加拿大國家研究委員會工業研究援助計劃的資助下,準備在加拿大魁北克建設亞洲之外的首個稀土磁體回收設施。5月,Purdue University的研究人員開發出了使用配體輔助色譜法提取稀土的工藝并申請專利,能夠安全、高效、無污染地從煤灰、再生磁鐵和原礦中提取并提純稀土金屬。8月,Penn State University的研究人員開發出了酸性礦山廢水的處理工藝,能夠使用更少的化學物質回收更高濃度的稀土元素。9月,Texas Mineral Resources、Penn State、Jeddo Coal Company以及H22OS組成的聯盟將在Jeddo煤礦建立一個模塊化的試點工廠,從無煙煤的副產品中回收稀土氧化物。

    人工智能(AI)在勘探領域取得顯著成果

    隨著地質數據量的大幅增加,只有AI技術能夠快速準確地處理大量數據,并且能夠提高勘探效率,增加成功率,大幅縮減成本。據統計,截至2020年9月,全球已有88家初創企業將AI技術應用于礦產勘探。

    2020年2月,金礦勘探企業GoldSpot與New Found Gold公司合作,在其Queensway項目中發現了新的金礦靶區,并在首個使用AI技術定位的鉆孔巖芯中發現了金含量92.86 克/噸的區域,其中有6米金含量高達285.2 克/噸。根據鉆孔角度換算,該截距的實際寬度約為4米。8月到12月期間,GoldSpot先后與AEX Gold、Margaux Resources、Tembo Gold、Exploits Discovery、Sterling等企業合作,在丹麥、加拿大、坦桑尼亞等地應用AI技術圈定成礦靶區。

    Minerva、Windfall Geotek、Earth AI等應用AI技術的勘探企業也與礦業企業簽訂了礦產勘探合同。此外,DataRock、IOS Services Géoscientifiques等企業應用AI技術進行巖芯及顯微圖像的自動識別。2020年,IOS Services Géoscientifiques的ART系列顯微圖像自動礦物識別產品被用于探測智利斑巖銅礦中的指示礦物,表征巴西礦床中的金分布,評估澳大利亞、美國和南非的工業礦物,研究Nunavut非常規金礦等項目。

     

    無人機在礦業的應用更為廣泛

    隨著無人機平臺及傳感器技術的快速發展,無人機在礦業行業覆蓋了勘探、測繪、監測等領域。

    在勘探領域,礦產勘探企業Windfall Geotek于2020年3月推出了基于無人機的AI礦產勘探解決方案。6月,礦產勘探企業Beowulf Mining與Vardar Minerals計劃在科索沃北部進行無人機磁測,繪制蝕變帶并識別潛在的礦化構造控制。7月,香港大學的研究人員開發了自動化“獵人無人機”,能在夜間基于激光和熒光技術進行礦物勘探。

    由于網絡通訊及傳感器的發展,無人機在露天及地下礦測繪方面應用廣泛。3月,Exyn Technologies和Rupert Resources合作為芬蘭北部的一座地下金礦進行了高精度3D建模,而傳統CMS工具或手動駕駛無人機在此前無法進入該區域。6月,在經歷了3.3級地震后,LKAB使用AMKVO AB無人機調查瑞典Kiruna鐵礦的情況,進行檢查作業的員工不會面臨任何風險。8月,Emesent首次將DJI M300無人機平臺自動飛行至地下礦,Emesent還首次嘗試在加拿大進行11000公里外的遠程操作無人機飛行。12月,Newmont與Esri合作,為礦山無人機提供了基于云的標準化平臺,并在墨西哥的Peñasquito礦測試了該技術。

    此外,無人機也被應用于礦山庫存檢查。2020年3月,路透社發表評論,稱在新冠肺炎疫情影響下無人機可能是檢查礦山庫存的惟一手段。4月,Beumer Group結合無人機和先進建模技術實時評估礦山生產狀況,幫助Knight Hawk Coal在美國的Prairie Eagle煤礦實現了最佳庫存設計。12月,美國能源企業Westmoreland Mining LLC.表示,通過在Estevan礦使用WingtraOne無人機技術,提高了礦山運營效率。

    眾多企業和機構紛紛關注粗顆?;厥占夹g

    隨著人們對銅等賤金屬的需求持續增長,礦業企業不得不開采之前被視為“不可行”的礦床以滿足需求,因此研發更先進的采礦和礦物分離技術至關重要。通過浮選工藝處理粗顆粒的技術,就被認為是最重要的改進方法之一。

    2020年10月,Anglo American、Aeris Resources、Eriez Flotation、Glencore、Hudbay Minerals、Newcrest Mining和Newmont等礦業企業與昆士蘭大學可持續礦產研究院(SMI)簽署了合作協議,成立“粗顆?;厥章撁?rdquo;。該聯盟將在SMI的主持下,從2021年開始為期5年的研究,解決粗顆粒處理的諸多科學問題(例如浮選、粉碎、分類、設備設計及過程化學)。此前,Anglo American在智利的EI Soldado銅礦建設試點工廠,使用Eriez Flotation的HydroFloatTM粗顆?;厥占夹g處理該礦山100%的產能,預計在2021年第一季度正式運營。同時,Anglo American表示其“快速實施技術”(FIT)已經在處理硫化物的粗顆?;厥占夹g研發中起到了重要作用。如果在EI Soldado的試點工廠能證實其商業可行性,Anglo American將成為全球首家部署粗顆?;厥占夹g的企業。

    國外開展眾多挑戰賽,尋求解決方案

    2020年,面對新冠肺炎疫情、勘探、尾礦等難題,國際礦業企業紛紛組織各種形式的“挑戰賽”,公開向社會各界征集解決方案,并對優選方案進行投資,從而解決一些難題。

    2020年3月初,鑒于根據地球物理數據集及已有模型無法確定Gawler地區深部是否存在礦床,南澳大利亞州政府發起“Gawler挑戰賽”,提供地球科學數據庫,向社會各界征求解決方案,希望識別或預測Gawler地區潛在的礦化區域(金、銅、稀土、鋰等)。截至8月,Gawler挑戰賽征集了59個解決方案,評出9個獲獎方案,發放了共計250000澳元的獎金,9個獲獎方案均使用了AI技術。奪冠方案根據地殼中不同的礦物成分,將勘探數據分為100個可映射標準,并將這些映射標準輸入至機器學習算法,最終圈定成礦靶區。

    2020年5月,科羅拉多清潔技術工業協會舉辦了“第四屆年度礦業清潔技術挑戰賽”,來自美國、加拿大、澳大利亞和英國的13家企業參與了該挑戰賽。最終,Rail-Veyor Technologies(RVTG)榮獲冠軍并贏得了5000美元的獎金。RVTG提出了一種無人駕駛軌道運輸系統的本地電力解決方案(Rail-Veyor®TrulyAutonomous™),適用于露天礦和地下礦,在節能減排的同時顯著降低了運營成本。

    BHP為了在銅礦尾礦的回收方面取得進展,于2020年6月發起了“尾礦挑戰賽”,面向全球的企業、聯盟、研究機構和大學征集解決方案。該挑戰賽共收到了來自19個國家的153份參賽方案,目前仍處于方案評估階段。在評估結束后,將為選定團隊提供5萬美元用于概念驗證;之后進入現場測試階段的方案將獲得30萬美元的捐助;最終將于2023年6月評選出最佳方案,在一個或多個團隊之間分配共計860萬美元的獎金。

    2020年9月,Vale與NORCAT聯合發起了“NORCAT開放式創新挑戰賽”,向全球各地的初創企業或中小型企業征集解決方案,試圖解決地下礦中水管理及物料排放過程中的堵塞問題;員工在酸性裝載設施作業中的健康及安全問題;地下作業人員的警覺性及疲勞管理問題。該挑戰賽已于10月結束提交方案,對于成功進行概念驗證的產品,將于2021年3月在Vale旗下的礦山進行現場產品測試,最終可能被Vale采用。


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