碳排放减少无疑是21世纪的一大挑战。2015年，全球各国政府承诺了具有约束力的目标，旨在将全球升温限制在2°C以下。实现这个目标将大量依赖于电力化的广泛推广，而这将有助于我们逐步用可再生能源替代碳基燃料。
同时，矿业公司对于应对这些挑战具有关键性影响，特别是铜矿生产者，其在这个过程中起着重要的角色。预计到2031年，电力化将把全年铜需求量提升到3660万吨。尽管现有的供应预测为3010万吨，但我们仍需要寻找增产650万吨的途径，这相当于增加了20%的产能。然而，采用新兴技术，如粗粒回收、硫化物浸出和机器学习过程优化，有可能填补这个产能差距的大部分。
铜矿石品位下降的趋势已经相当明显，并且不太可能逆转。此外，氧化矿体，这种矿体可以通过成本相对较低的途径处理，其储量也正在快速减少。面对这些挑战，矿业行业正在通过处理日益增加的硫化矿石来作出反应。实际上，在过去十年里，送至浓缩器的矿石量已经增加了11亿吨，增长了44%。然而，为了满足能源转型所需的铜的供应，到2031年我们将不得不再次增加44%的矿石处理量。这将需要额外的16亿吨矿石，其中6亿吨可以由近期宣布的新矿山或扩建项目提供。然而，我们每年还有一亿吨的缺口。我们需要从正在开采的矿石中提取出更多的金属。
有三种正在得到行业认可的技术发展可能有助于弥补供应缺口，它们分别是粗粒回收、硫化物浸出，以及机器学习的过程优化。
粗粒回收技术
粗粒回收技术是非常有前景的一种。传统的硫化物浮选回路在回收含金属颗粒时，当这些颗粒的大小在50至150微米之间时，效果最好。颗粒过大或过小，回收率就会显著下降，粗粒的回收率下降最为明显。
目前有一些新技术旨在扩大可以回收的粗粒和细粒的范围。近期的一些发展着眼于粗粒部分。从20世纪初首次商业化应用浮选分离技术以来，矿物粒子的回收一直是冶炼工程师的追求。大多数的努力都集中在改善磨矿过程的控制，以确保更多的可回收金属进入关键尺寸范围。然而，这种方法已接近其自然界限，并常常需要以降低吞吐量或增加建设复杂再磨系统的成本为代价。
两个新的发展方向可能会帮助我们突破这个瓶颈：磨矿回路粗选和粗粒回收。
磨矿回路粗选，如CiDRA P29系统，通过直接从磨矿回路中回收颗粒来应对这个挑战。这种系统基于一种创新的新材料，该材料充当所谓的铜海绵，利用疏水性质吸引并固定矿化颗粒。与下游处理系统相比，磨矿回路粗选能够直接降低球磨机的回流负荷，从而在保持恒定的磨矿粒度的同时，提高球磨机的吞吐量高达20%。
操作者需要权衡如何利用提高球磨机效率的好处，这既可以视为提高吞吐量的机会，也可以视为在恒定吞吐量下降低磨矿粒度，从而提高回收率的机会。最佳的选择将取决于矿体的性质和处理工厂的现有配置。然而，即使考虑到通过P29系统提取的精矿需要进一步清洗，以及其他常见的系统瓶颈，磨矿回路粗选到2032年也可能增加120万至460万吨的年铜产量。这还能显著减少每吨金属的能源消耗，带来环境效益。
另一方面，粗粒回收技术专注于通过在处理环路的末端添加设备，以扩大浮选过程中接受的颗粒大小范围。Eriez的HydroFloat系统就是一个典型的例子，它将密度分离和浮选这两种传统分离技术的原理结合在一起。在传统的浮选过程中，会引入空气泡沫到矿石浆液中，此时的泡沫会附着在含矿颗粒上，把它们提升到罐顶，形成富含金属的泡沫层，从而得以抽出。然而，如果矿石颗粒过大，它们就会摆脱空气泡沫，并在被抽出之前沉入浆液底部。HydroFloat系统通过在设备内部添加一层结构来解决这个问题，防止较大的颗粒沉降，从而提高了他们的回收率。
关于这项技术的影响，它在处理工厂的最后阶段像清扫器一样运作，在保持恒定的磨矿粒度并考虑特定现场因素的同时，可能提高了2%到6%的回收率。如果在整个行业中广泛应用，改良的粗粒浮选技术可以使得2032年的铜产量增加50万到150万公吨。如果将此技术应用于所有在硫化矿床中发现的金属，这项技术每年可能创造价值90亿至260亿美元。
磨矿回路粗选和粗粒浮选的优势远超过它们在提高选矿厂运营效率和处理能力的主要作用。首先，这些技术处理更粗矿粒的能力意味着我们可以在实现相同的生产目标的同时减少水和能源的消耗。其次，磨矿回路粗选和粗粒浮选还为我们提供了重新处理旧尾矿设施和对接近生命周期结束的采矿操作进行其他扩展的可能性，这种扩展在低资本和环境成本下进行，也减少了监管不确定性。最后，这些技术为我们重新思考绿色矿山设计提供了机会，可以减少磨矿回路的需求，从而节省在资本投入和水能使用上的成本。
硫化物浸出
传统上，浸出技术被应用于氧化矿或次级硫化矿体。然而，最近的进展可能帮助我们将这个处理路径扩展到一级硫化矿体。
一级硫化物通常在使用浮选系统的工厂进行处理。对于铜含量大于0.25%的矿石，浮选通常是经济有效的，可以从中回收85%到90%的矿石。低于这个等级的矿石通常被视为废物处理。然而，一级硫化物浸出技术提供了一种从目前被视为废物的磨矿头等级以下的物料中回收铜的途径。
一些突出的技术正在探索一级硫化物浸出领域。有些技术关注基于氯化物的解决方案，而其他一些，如力拓的Nuton系统，专注于生物浸出。在Kennecott等地进行的试验显示出乐观的技术结果，而力拓的Nuton系统在其商业模式中的创新性也令人瞩目。力拓利用了环境优势和硫化物浮选的矿山开发相比较低的资本要求，与McEwen Mining和Arizona Sonoran等初创公司达成协议，采用Nuton技术进行绿地矿山的开发。
然而，除了大型矿业公司的内部发展外，独立服务提供商Jetti Resources正在与矿山所有者合作，采用基于催化剂的系统在其网站上浸出一级硫化物。Jetti在2022年12月报告了23个正在进行的项目，与一系列主要的矿业公司展开合作。在2022年10月，Jetti通过D轮融资筹集了1亿美元，公司估值达到了25亿美元，吸引了主要的矿商和制造商的参与。
尽管建设和运行堆浸垫的实际限制可能最初将这项技术的应用限制在开采矿物化废物上，而不是尾矿或现有矿物化废物储存堆。但是，如果我们能够在本十年末克服当前的挑战，到2032年，每年可能会有额外240万公吨的精炼铜产量，相较于基于浮选的生产路径，其水使用和尾矿风险将会大大减少。这可能代表了每年450亿美元的机会，覆盖所有的硫化物矿产金属。
使用机器学习进行流程优化
矿物处理的一大关键难题在于每个矿体的性质都在一定程度上存在变化。矿石每天、甚至每小时进入加工厂时，其特性可能会发生变化，对工艺设定的响应也会随之改变。因此，如何保持最佳的工厂设定，以最大化金属的回收，同时确保产生的精矿达到所需的纯度，一直是个巨大的挑战。
在过去，调整工厂配置的任务主要由工厂的冶金科学家负责，他们依赖学术研究、专业经验和对特定矿体的深入了解来完成这项任务。然而，如同任何人力驱动的流程，人的因素对结果产生了深远的影响，这既可能带来杰出的成果，也可能因为不佳的决策导致产量的损失。
在过去的五年中，机器学习的发展以及其在矿物处理控制中的应用，带来了更多的精确性和一致性。最优秀的应用程序往往能够维持经验丰富的工厂操作员在工作中的核心地位，同时为他们提供有用的提示和数据支持。这样做，既保持了人类在决策过程中的重要角色，关注更大的全局视角，又能充分利用机器学习和人工智能在速度和一致性上的优势。
通过机器学习来保证处理工厂始终在其能力上限范围内运作，可以将金属的回收率提高2%到4%，生产能力提高5%到15%。这样的改进将使得全球现有和计划中的矿山的生产量在2032年增加50万至100万吨，创造90亿至180亿美元的价值。
面向未来的行动
各利益相关方可以进行一些策略性行动，充分利用这些新兴的机遇。
对于矿业运营商，大型矿业公司特别需要注意的新技术包括粗糙环路技术、硫化物浸出和机器学习流程优化等。这些技术凸显出内部创新团队的重要性和其潜在的贡献。他们的作用可以超越逐步改进——在最佳情况下，他们能和勘探以及资本项目齐头并进，成为未来增长的驱动力——并可能成为将这些技术从有前途的试点项目转化为标准工业实践的关键因素。大型矿业公司还可以积极寻求与初创公司或服务提供商灵活且迅速的合作方式，以确保他们能从整个行业中获取最佳的想法。
此外，这些新技术再次强调了棕地开发的重要性。在此领域最大化利益的潜力——具有较低的环境影响并为当地社区提供持久的生计——始终具有吸引力。随着商品价格的上涨和技术的进步，使得更多可能性变为现实，即使是那些完全停产的地方也有可能再次产生经济价值。
对于开发者来说，初创公司、服务提供商和研究机构有理由对大型矿业公司寻求合作伙伴而感到兴奋。这样一来，大型公司可以提供大规模项目的接入权限，并支持矿业技术独角兽的成长。
这些新技术也为绿地项目提供了新的选择。例如，基于粗糙环路技术，未来的矿山可能需要更低的球磨机容量以达到同样的产出，这样就可以降低资本需求，减少水的使用和二氧化碳的排放。同样，硫化物浸出为低品位铜矿床提供了一种增量式、低资本支出的开发方式，这之前需要建设资本密集型浓缩器。这种方法可以使增量开发模型类似于金矿石的常用模型——尤其是在资本风险和回收期是投资关键标准的高风险地区。对于那些接受一定采矿活动但不确定是否愿意承诺进行大项目的当地社区来说，增量矿山开发的选择可能具有很大的吸引力。
总的来说，我们正处在一个矿业技术变革的重要时期，这种变革可能会根本性地改变矿山运营的方式。无论是大型矿业公司还是初创公司、服务提供商和研究机构，都应积极探索这些新技术，提高运营效率，减小环境影响，以适应未来的挑战和机遇。
金属买家
对于金属购买者来说，面对能源转型所需的金属供应可能显得令人望而生畏，但新的矿物处理技术提醒我们，创新思维和市场机制通常能找到提供所需的途径。然而，这并不意味着我们可以坐等好事发生：购买者可以在自己的能力范围内支持和推动技术突破以及供应链合作。这需要细致的分析以及紧跟行业动态。
随着全球向电气化的推进，对铜的需求可能会超过供应。但借助创新的矿山开发和加工技术，这个问题有望得到解决。从矿山运营商到开发商，再到金属购买者，行业内的每一位参与者都可以立即行动起来，支持这些新技术的落地实施，并进一步发展创新。只有这样，我们才能确保为未来提供所需的关键资源。
