淺議低品位礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用

錢 剛

（貴州毅達(dá)環(huán)保股份有限公司，貴州 貴陽 550014）

實(shí)際生產(chǎn)過程中工業(yè)工廠對(duì)能源的使用也會(huì)產(chǎn)生一部分剩余低品位資源，處理這些低品位資源時(shí)，可以根究企業(yè)自生的條件和需要，選擇何種資源再利用項(xiàng)目，以便使得低品位能源能夠在在企業(yè)生產(chǎn)中得到充分利用，降低企業(yè)能源消耗和浪費(fèi)，降低企業(yè)成本，以便獲得更多經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。處理低品位礦產(chǎn)資源應(yīng)用途徑如下。

1 直接利用是低品位資源各種利用方案的首選

直接利用可以減少在使用低品位能源時(shí)的成本，降低企業(yè)能源利用成本。例如企業(yè)可以直接將低品位能源進(jìn)行轉(zhuǎn)換利用，例如為企業(yè)供暖，減少企業(yè)能源損耗。一般情況下，120℃的廢熱，可以直接被企業(yè)所利用，利用程度可以高達(dá)百分之百。因此，低品位能源能夠直接應(yīng)用就直接利用。

2 通風(fēng)余熱的熱管回收技術(shù)

該技術(shù)是由美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室，一位實(shí)驗(yàn)人員的喬治格羅佛設(shè)計(jì)出來的一個(gè)導(dǎo)熱管，該技術(shù)主要是運(yùn)用熱傳導(dǎo)原理，管道內(nèi)的相變介質(zhì)，能夠進(jìn)行快速傳熱，之后熱管就會(huì)將礦井通風(fēng)產(chǎn)生的余熱，傳遞到熱熱管內(nèi)進(jìn)行回收，工作原理如下圖所示，其導(dǎo)熱能力是一般導(dǎo)熱材料難以達(dá)到的水平。

圖1 礦井通風(fēng)余熱的熱管工作原理圖

運(yùn)用熱管技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)低品位礦產(chǎn)資源的利用，將礦井生產(chǎn)產(chǎn)生的余熱進(jìn)行利用，促使廢熱使用途徑多樣化。該技術(shù)在通風(fēng)管道氣余熱利用上，取得了顯著成果。使用該技術(shù)時(shí)根據(jù)余熱溫度，選擇適宜的熱管[1]。之后運(yùn)用熱管技術(shù)。將熱量進(jìn)行回收，回收后的熱量可以用于生產(chǎn)過程中動(dòng)力投入，也可以利用到工廠中其他方面，減少工程對(duì)于能源投入降低企業(yè)生產(chǎn)成本，幫助企業(yè)獲得更多經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，礦井通風(fēng)余熱的熱管回收技術(shù)也可以運(yùn)用到散熱當(dāng)中，運(yùn)用熱管技術(shù)對(duì)電子元器件進(jìn)行散熱，減少在電子元件散熱上的成本。

3 井下開采水源熱泵技術(shù)

目前，水源熱泵的開發(fā)市場(chǎng)正逐漸完善，在井下礦山中的應(yīng)用較多，由于礦山井下涌出水資源豐富，熱源溫度受室外環(huán)境影響較小，能源儲(chǔ)量受季節(jié)影響不大，資源儲(chǔ)量可以歸類為低品位，使用礦井地下水作為熱源，可以實(shí)現(xiàn)礦山節(jié)能降耗，符合我國大力發(fā)展綠色礦山基本要求。運(yùn)用物理原理，使用該技術(shù)可以將井下水的低溫?zé)嵩醋優(yōu)橹懈邷責(zé)嵩碵2]。只要注入較平常低很多的高品位能源，就可以將低品位能源進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化，一般在使用過程中主要是以下幾種形式。

（1）使用水源式熱泵給低溫水增溫，有些企業(yè)在生產(chǎn)過程中水溫有著一定要求，運(yùn)用井下開采水源的余熱對(duì)水溫進(jìn)行加溫，但是一般水熱還是難以達(dá)到生產(chǎn)要求。因此，在針對(duì)這一問題，工在生產(chǎn)過程中，可以使用企業(yè)采暖或者工藝用水水源式熱泵，將用余熱加溫后的低品位熱水作為輸入能源輸入到能源泵當(dāng)中，之后只要輸入少量高品位電能，就能給原先低品位水進(jìn)行加溫，達(dá)到企業(yè)生產(chǎn)時(shí)對(duì)水溫要求[3]。低溫型水源熱泵出水溫度最高可達(dá)六十?dāng)z氏度，高溫型水源熱泵出水溫度甚至可高達(dá)一百攝氏度。

（2）第一類吸收式熱泵。該技術(shù)又稱為增熱型熱泵，該技術(shù)使用時(shí)需要輸入少量的高溫井下水，牽引熱泵工作，運(yùn)用熱泵技術(shù)，對(duì)水源進(jìn)行加熱，就可獲得大量的有用能源。熱泵驅(qū)動(dòng)之后，就可以有效地將低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)化到中溫?zé)嵩矗哟罅藢?duì)井下能源的利用效率。第一類吸收式熱泵技術(shù)，運(yùn)用效率很高，可以廣泛應(yīng)用到熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目中。運(yùn)用此技術(shù)，可以有效的利用火力發(fā)電余熱，為礦區(qū)周邊居民提供供暖能源。

（3）第二類吸收式熱泵。該技術(shù)又稱之為升溫型熱泵。與第一類吸收式熱泵技術(shù)相比，該技術(shù)是將大量的中溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)化為少量的高溫?zé)嵩础Ｔ谑褂脮r(shí)，加入少量中低溫去進(jìn)行熱源驅(qū)動(dòng)，之后運(yùn)用熱泵技術(shù)，利用大量中溫?zé)嵩磁c井下開采水源中的低溫?zé)嵩粗g形成的熱勢(shì)差，就可以制取少量高溫能源，雖然制取出來后的熱量少于中溫?zé)嵩矗瞧錅囟容^中溫?zé)嵩匆咛唷＿\(yùn)用該技術(shù)，增加了低品位能源運(yùn)用范圍，同時(shí)增加了能源利用效率[4]。第二類熱泵技術(shù)中，輸入時(shí)中溫?zé)嵩礈囟纫话阄挥?5℃～ 120℃，但是輸出的高溫位熱源溫度高達(dá)150℃。但是由于第二類吸收式熱泵技術(shù)轉(zhuǎn)化系數(shù)不高，因此并未得到廣泛使用，一般是運(yùn)用到化工生產(chǎn)當(dāng)中。

（4）蒸汽壓縮熱泵。在常壓環(huán)境當(dāng)中，該裝置在使用時(shí)需要注入一定程度冷卻水，但是在使用該技術(shù)之后會(huì)將原先注入冷卻水進(jìn)行升溫，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)高于100℃情況，這是的工藝?yán)鋮s水，可以不需要加熱直接供蒸汽壓縮熱泵裝置使用，工藝?yán)鋮s水所達(dá)到的溫度越高，蒸汽就能獲得更高的壓力，轉(zhuǎn)化效率就會(huì)越高，輸送時(shí)也更方便。

該技術(shù)使用之后產(chǎn)生的蒸汽還可以用于發(fā)電，可以有效的將低位熱源轉(zhuǎn)化為高位電能，該技術(shù)使用原理與地?zé)岚l(fā)電原理大致相同，冷卻水溫度越高，蒸汽密集程度也就越高，發(fā)電量也就越多。

由于吸收式井下開采水源熱泵技術(shù)屬于新型技術(shù)，在使用時(shí)對(duì)技術(shù)水平要求較高，故該技術(shù)的使用也不是特別成熟。熱泵技術(shù)發(fā)展早，技術(shù)要求也低，操作技術(shù)也比價(jià)成熟，所需要運(yùn)行成本也不高，在進(jìn)行維護(hù)時(shí)也比較簡單，因此井下開采水源熱泵技術(shù)得到了廣泛推廣。

4 低品位礦產(chǎn)資源開采方法

（1）水平干式填充采礦法。低品位礦物一部分蘊(yùn)藏在急傾斜礦體中，礦體厚度通常為2m左右，礦層較薄，分支復(fù)合嚴(yán)重，形態(tài)各異，對(duì)于品位較低的礦體，采用水平干式填充開采方法是最佳選擇，此方法具有開采靈活、回采工藝精細(xì)等優(yōu)點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)低品位礦物高開采率，利用兩采一統(tǒng)的開采工藝，礦物產(chǎn)出率能達(dá)到百分之三十左右，開采成本降低了百分之二十左右。水平干式填充開采法也存在一些問題，采場(chǎng)分層循環(huán)時(shí)間較長，作業(yè)環(huán)節(jié)復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

（2）原地爆破浸出開采。原地爆破浸出開采是通過爆破手段將低品位礦物進(jìn)行分割，部分礦物遺留在開采場(chǎng)地進(jìn)行浸出處理，減少了出礦、提升、運(yùn)輸、開采后的填充等工作，低品位礦床原地爆破出采工藝主要采用淺孔留礦與分層扇形深孔擠壓爆破方法。

5 MVR應(yīng)用

MVR工藝是近幾年來才開發(fā)出來的工藝，該技術(shù)是通過運(yùn)用自身壓縮時(shí)產(chǎn)生的二次蒸汽及其能量，運(yùn)用蒸汽缸，將低品位能源做功轉(zhuǎn)化為高品位的能源，將能源進(jìn)行有效循環(huán)利用，同時(shí)該技術(shù)對(duì)冷卻水要求不高，驅(qū)動(dòng)時(shí)所需要運(yùn)用到的能源也不多，可以有效減少對(duì)能源使用，更加符合綠色化生產(chǎn)需求，因此該技術(shù)值得廣發(fā)推廣。MVR技術(shù)主要是運(yùn)用其中的壓縮機(jī)系統(tǒng)，推動(dòng)氣缸運(yùn)作。相較于其他技術(shù)，MVR技術(shù)對(duì)能源使用較少，有效的減少了對(duì)能源浪費(fèi)程度，有效降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，幫助企業(yè)獲得更多經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

隨著工業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)能源利用也越來越大，導(dǎo)致了能源使用成本越來越高，這樣就降低了礦企所獲得經(jīng)濟(jì)效益，加上對(duì)社會(huì)節(jié)能降耗要求的響應(yīng)，礦企需要加大對(duì)能源的利用效率，特別是原先中所浪費(fèi)的低品位礦產(chǎn)資源，有效的對(duì)這些能源進(jìn)行利用，起到節(jié)能減排作用，幫助礦企實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。