A que distância estamos do "processamento inteligente de minerais"?

Com o crescimento contínuo da demanda global por recursos minerais e o aumento das pressões ambientais, de segurança e de custos, os modelos tradicionais de produção de mineração enfrentam desafios sem precedentes. A onda de transformação digital está varrendo todas as indústrias, incluindo o setor de mineração. O "processamento mineral inteligente", como um componente central da mineração inteligente, está se tornando um consenso da indústria e uma direção de desenvolvimento. Ele representa não apenas inovação tecnológica, mas também mudanças profundas nos métodos de produção, modelos de gestão e até mesmo no ecossistema da indústria. Então, quão perto estamos de alcançar o "processamento mineral inteligente"?

01 Automação: A pedra angular do processamento mineral inteligente01 Automação: A pedra angular do processamento mineral inteligente

A automação é a base do processamento mineral inteligente. Seu cerne é substituir o trabalho manual em operações repetitivas, perigosas ou críticas para a precisão por meio de vários sistemas de controle e equipamentos, melhorando assim a eficiência da produção, garantindo a segurança e reduzindo a intensidade do trabalho.

1. Aplicação atual da automação em plantas de processamento mineral

Atualmente, a grande maioria das plantas modernas de processamento mineral adotou amplamente a tecnologia de automação, principalmente nas seguintes áreas:

Automação de Britagem e Moagem:

• Automação de Britadores: Sensores de carga e medidores de nível monitoram o estado do material dentro da câmara de britagem, ajustando automaticamente a taxa de alimentação e a abertura de descarga para atingir o objetivo ideal de "mais britagem, menos moagem".
• Automação de Moinhos: Utilizando sistemas de sonar, sensores de potência, sensores de temperatura de rolamentos e outros sensores, combinados com instrumentos analíticos online, como medidores de concentração de moagem e medidores de pH de polpa, o controle em malha fechada da taxa de alimentação do moinho, volume de água e velocidade é alcançado, garantindo um tamanho de partícula estável do produto de moagem e maximizando a eficiência da moagem. Por exemplo, sistemas inteligentes de controle de alimentação baseados em sinais acústicos do moinho são amplamente utilizados.
• Amostragem Automática e Análise Online: Amostradores automáticos são instalados em pontos-chave nos circuitos de moagem e flotação. Combinados com analisadores de fluorescência de raios-X online (como a série Courier da Outotec da Finlândia) e medidores de concentração ultrassônicos, parâmetros-chave, como teor da polpa, concentração e tamanho de partícula, são monitorados em tempo real, fornecendo uma base para o controle subsequente.

Automação de Flotação:

• Controle Automático do Nível da Célula de Flotação: Sensores de nível e válvulas elétricas ajustam automaticamente o nível da célula de flotação para manter uma camada de espuma estável.
• Controle Automático do Volume de Ar e da Velocidade do Agitador: Com base nas propriedades da polpa e no desempenho da flotação, o volume de ar e a velocidade do agitador são ajustados automaticamente para otimizar a mineralização.
• Sistema Automático de Dosagem de Reagentes: Com base no teor da polpa, pH e outros dados de analisadores online, uma bomba peristáltica ou dosadora adiciona automaticamente e com precisão reagentes de flotação, como coletores, espumantes e reguladores. Isso permite a "dosagem sob demanda", evita a superdosagem ou subdosagem, melhora a utilização de reagentes e reduz custos. Por exemplo, algumas concentradoras implementaram o controle inteligente de reagentes com base nos resultados da análise online do teor.

Automação de Concentração e Filtração:

• Automação de Espessadores: Utilizando um medidor de concentração de subfluxo e um detector de interface, a velocidade da bomba de subfluxo e a dosagem de floculante são ajustadas automaticamente para garantir uma concentração de subfluxo estável e um transbordamento claro.
• Automação de Filtros: Parâmetros como nível de vácuo e teor de umidade da torta de filtro são monitorados e ajustados automaticamente para garantir a eficiência da filtração e a qualidade do produto.

Automação de Transporte e Empilhamento:

• Controle Remoto e Proteção de Intertravamento de Transportadores de Correia: Permite a partida, parada e ajuste de velocidade remotos e inclui recursos de proteção contra falhas por desvio, rasgamento e bloqueio.
• Automação de Empilhadeiras e Recuperadoras: Permite operações de empilhamento e recuperação automatizadas e não tripuladas no pátio de estoque.

2. Benefícios da Automação

A ampla aplicação da tecnologia de automação em plantas de processamento mineral melhorou significativamente a eficiência da produção, a estabilidade, a segurança e os benefícios econômicos:

• Melhoria da eficiência da produção: Um processo de produção contínuo e estável reduz o tempo de inatividade e as flutuações causadas pela intervenção humana.
• Qualidade otimizada do produto: O controle preciso dos parâmetros-chave garante um teor de concentrado e uma taxa de recuperação estáveis.
• Custos de produção reduzidos: Redução do consumo de reagentes e energia, custos de mão de obra e custos de manutenção.
• Melhoria do ambiente de trabalho: A substituição do trabalho manual em ambientes hostis melhora a segurança.

Embora a automação tenha feito progressos significativos, sua essência é o controle "rígido" baseado em regras predefinidas e modelos fixos. Quando as condições de produção (como propriedades do minério e desgaste do equipamento) mudam significativamente, os sistemas automatizados geralmente lutam para se adaptar e ainda exigem intervenção e ajuste manuais. Este é precisamente o problema que a inteligência visa resolver.

02 Inteligência: O Salto em Direção ao Processamento Mineral Inteligente

A inteligência é um estágio avançado da automação. Seu cerne é permitir que o sistema de processamento mineral tenha a capacidade de aprendizado autônomo, tomada de decisão autônoma, otimização autônoma e auto-adaptação, introduzindo tecnologias avançadas como big data, computação em nuvem, inteligência artificial (IA), Internet das Coisas (IoT) e gêmeos digitais, alcançando assim flexibilidade, otimização e coordenação do processo de produção.

1. Sistema de Tecnologia Central do Processamento Mineral Inteligente

(1) Internet Industrial das Coisas (IIoT) e Coleta de Dados:

• Implante sensores massivos, instrumentos inteligentes e dispositivos de computação de borda para coletar grandezas físicas (temperatura, pressão, vazão, nível de líquido, corrente, tensão, vibração, etc.), grandezas químicas (teor, valor de pH, potencial redox, etc.) e dados de status operacional do equipamento de todo o processo de produção de processamento mineral em tempo real e com alta precisão.
• Use tecnologias de comunicação, como Ethernet industrial e redes de sensores sem fio, para construir canais de transmissão de dados de alta velocidade e confiáveis e agregar dados massivos à nuvem ou ao data center local.
• Caso Prático: Uso da Tecnologia de Visão Computacional para Monitorar o Status da Espuma em Tempo Real

(2) Plataforma de big data e mineração de dados:

• Construa uma plataforma unificada de big data de mineração para limpar, integrar, armazenar e gerenciar dados de diferentes equipamentos, diferentes sistemas e diferentes dimensões de tempo.
• Use a tecnologia de análise de big data (como mineração de regras de associação, análise de cluster, análise de regressão, etc.) para descobrir leis potenciais, padrões anormais e oportunidades de otimização no processo de produção a partir de dados históricos massivos, como prever falhas de equipamentos e analisar gargalos de processo.

(3) Inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML):

Identificação e previsão inteligentes baseadas em aprendizado profundo:

• Identificação inteligente das propriedades do minério: Use a visão computacional e a tecnologia de análise espectral para identificar e classificar o teor, a composição mineral e as características embutidas do minério bruto selecionado em tempo real, fornecendo uma base precisa para moagem e flotação.
• Previsão de falhas de equipamentos e gerenciamento de saúde (PHM): Ao analisar a vibração, temperatura, corrente e outros big data do equipamento, use modelos de aprendizado profundo para prever a vida útil restante e possíveis falhas do equipamento (como moinhos, máquinas de flotação, bombas), implementar manutenção preventiva e evitar tempo de inatividade repentino.

Aprendizado por Reforço e Controle Adaptativo:

• Otimização Inteligente do Circuito de Moagem: Usando um algoritmo de aprendizado por reforço, o sistema de moagem encontra autonomamente a combinação ideal de taxa de alimentação, volume de água e velocidade do moinho por tentativa e erro, alcançando o tamanho ideal de partícula do produto e minimizando o consumo de energia.
• Controle Inteligente de Reagentes de Flotação: Um sistema inteligente de tomada de decisão de reagentes de flotação baseado em aprendizado por reforço é construído. Com base nas propriedades da polpa em tempo real, nos resultados da análise online do teor e nos indicadores de flotação, o sistema ajusta dinamicamente o tipo de reagente, a dosagem e o ponto de adição, alcançando a otimização adaptativa do processo de flotação.

Sistema Especialista e Gráfico de Conhecimento: A experiência e o conhecimento dos engenheiros de beneficiamento de minérios são digitalizados e estruturados para criar um gráfico de conhecimento de processamento mineral. Isso auxilia os modelos de IA na tomada de decisões e fornece orientação inteligente para iniciantes.

2. Caminho Prático para o Processamento Mineral Inteligente

1. Design e Planejamento de Alto Nível: Desenvolva um projeto de desenvolvimento de processamento mineral inteligente alinhado com a estratégia da empresa, definindo claramente metas inteligentes, rotas técnicas e fases de implementação.
2. Desenvolvimento de Infraestrutura de Dados: Melhore os sistemas de automação, implante a Internet Industrial das Coisas (IIoT), garanta a coleta e transmissão de dados abrangentes e de alta qualidade e construa uma plataforma unificada de gerenciamento de dados.
3. Desenvolvimento de Algoritmos e Modelos Centrais: Desenvolva ou introduza algoritmos e modelos de IA e big data com base nas características específicas dos processos de processamento mineral para resolver questões-chave, como controle do tamanho das partículas de moagem, otimização de reagentes de flotação e previsão de falhas de equipamentos.
4. Desenvolvimento da Plataforma de Gêmeos Digitais: Estabeleça gradualmente um modelo de gêmeo digital da planta de processamento mineral para permitir o monitoramento visual, otimização de simulação e avisos preditivos.
5. Desenvolvimento de Talentos e Transformação Organizacional: Cultive talentos interdisciplinares com análise de big data e capacidades de aplicação de IA e promova a mudança para um modelo de gestão mais plano, mais inteligente e colaborativo.
6. Piloto Primeiro e Expansão Gradual: Selecione linhas de produção-chave para projetos-piloto para verificar a viabilidade técnica e os benefícios econômicos e, em seguida, expanda gradualmente para toda a planta de processamento mineral e até mesmo para o grupo de mineração.

03 Desafios e Perspectivas

1. Desafios

Embora o processamento mineral inteligente seja muito promissor, seu desenvolvimento não está isento de desafios. Ele enfrenta inúmeros desafios:

1. Qualidade e Padronização de Dados: O processo de processamento mineral é complexo, resultando em uma ampla variedade de tipos de dados. Os formatos de dados variam entre diferentes equipamentos e sistemas, e a perda e o ruído de dados são comuns, tornando a limpeza e a integração de dados difíceis.
2. Escassez de Talentos Multidisciplinares: A escassez de talentos multidisciplinares que são proficientes em tecnologia de processamento mineral e IA, big data e tecnologias de Internet industrial é um gargalo que dificulta o desenvolvimento do processamento mineral inteligente.
3. Alto Investimento Inicial: A implantação de sensores avançados, redes de comunicação, plataformas de computação e sistemas de software requer um investimento de capital substancial, sobrecarregando algumas empresas de mineração.
4. Segurança e Privacidade de Dados: Big data industrial envolve segredos de produção corporativos essenciais, tornando a segurança e a proteção da privacidade de dados primordiais.
5. Compatibilidade com Sistemas Existentes: Os sistemas de controle e equipamentos de plantas de processamento mineral mais antigas geralmente carecem de interfaces inteligentes, tornando a modernização difícil e levando a problemas significativos de compatibilidade.

2. Perspectivas: O Futuro do Processamento Mineral Inteligente

Olhando para o futuro, o "processamento mineral inteligente" se desenvolverá nas seguintes direções, tornando-se cada vez mais acessível:

1. Otimização colaborativa e autocura em todo o processo: Isso permitirá a percepção inteligente, tomada de decisão em tempo real, controle colaborativo e otimização adaptativa em todo o processo, desde o minério até o concentrado, mesmo com a capacidade de autocura em caso de emergências.
2. Produção colaborativa inter-regional e multi-mina: A computação em nuvem e os gêmeos digitais permitirão a alocação otimizada de recursos e a coordenação da produção entre diferentes plantas de processamento mineral e até mesmo dentro de grupos de mineração.
3. Aplicações de realidade virtual/realidade aumentada (VR/AR): Combinadas com gêmeos digitais, essas aplicações fornecerão às plantas de processamento mineral operação remota imersiva, orientação de manutenção e treinamento de pessoal.
4. Economia verde, de baixo carbono e circular: O processamento mineral inteligente controlará com mais precisão o consumo de energia, água e produtos químicos, realizará a utilização de recursos de resíduos e promoverá o desenvolvimento verde e sustentável da indústria de processamento mineral.

04 Conclusão: O Caminho à Frente é Longo, Mas o Caminho Virá

Alcançar o "processamento mineral inteligente" é um processo longo e complexo, que não pode ser alcançado da noite para o dia. Não é uma simples acumulação de tecnologias, mas sim uma transformação de engenharia sistemática. Da automação à inteligência, demos um primeiro passo sólido e agora estamos nos movendo em direção a níveis mais profundos de inteligência.

Estamos atualmente em uma encruzilhada crítica na transição da "automação" para a "inteligência". Embora as plantas de processamento mineral totalmente "não tripuladas" ou "totalmente inteligentes" ainda levem tempo, as aplicações inteligentes em alguns processos foram gradualmente implementadas e demonstram um potencial significativo. As empresas de mineração devem abraçar ativamente a mudança, aumentar o investimento em P&D tecnológica, cultivar talentos multifacetados, aprofundar a colaboração indústria-universidade-pesquisa e avançar progressivamente o desenvolvimento do processamento mineral inteligente.

O "processamento mineral inteligente" não apenas melhora significativamente a eficiência da produção, reduz custos e garante a segurança, mas também é a única maneira de promover o desenvolvimento de alta qualidade e alcançar o desenvolvimento verde e sustentável na indústria de mineração. Com convicção inabalável, investimento contínuo e prática aprofundada, acreditamos que o grande projeto do "processamento mineral inteligente" acabará se tornando realidade, inaugurando um novo capítulo no desenvolvimento da indústria de mineração.