Nước được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động khai thác mỏ để phục vụ khai thác khoáng sản, lưu trữ và vận chuyển bùn, khử bụi và chế biến khoáng sản. Bài viết này thảo luận về việc sử dụng các công nghệ mới nhất để quản lý lượng nước tiêu thụ trong khai thác mỏ.

Công nghệ mới nhất về quản lý tiêu thụ nước trong khai thác mỏ. Nguồn: Jose Luis Stephens / Shutterstock.com

Vai trò quan trọng của quản lý tiêu thụ nước trong khai thác mỏ

Hồ, sông, suối và nước ngầm đóng vai trò là nguồn nước chính cần thiết cho hoạt động khai thác mỏ. Ngoài ra, ở những địa điểm khai thác thiếu nguồn nước ngọt tự nhiên, nước được lấy từ các nhà cung cấp dịch vụ nước thương mại.

Hoạt động khai thác mỏ được dự báo sẽ chứng kiến sự tăng trưởng đáng kể trong những năm tới do nhu cầu ngày càng tăng về khoáng sản trong các ứng dụng khác nhau, dẫn đến lượng nước tiêu thụ trong khai thác mỏ cũng sẽ tăng lên đáng kể. Lấy ví dụ, nhu cầu về coban, than chì và lithium sẽ tăng mạnh để sản xuất và lưu trữ năng lượng tái tạo.

Tuy nhiên, việc khai thác nước từ các nguồn khác nhau để phục vụ khai thác mỏ đã gây ô nhiễm các con sông địa phương, giảm mực nước ngầm và cạn kiệt nước mặt, dẫn đến tình trạng khan hiếm nước ngọt nghiêm trọng ở một số vùng.

Hơn nữa, việc đạt được sự bền vững về nước cũng đang trở thành một mục tiêu quan trọng đối với các công ty khai thác mỏ do những tác động bất lợi của tình trạng khan hiếm nước và vấn đề ô nhiễm đối với hoạt động của họ trong những năm gần đây.

Chính vì vậy, các công nghệ tiên tiến nhất đang được các công ty  kỹ thuật và khai thác mỏ, các công ty cung cấp nước và xử lý nước thải, và các cơ quan chính phủ sử dụng nhằm mục đích cắt giảm tiêu thụ nước, tối ưu hóa nguồn cung cấp nước và tái chế nước cần thiết cho hoạt động khai thác mỏ.

Công nghệ mới nhất để quản lý nước trong khai thác mỏ

Công nghệ khử mặn nước biển đã nhận được nhiều sự quan tâm chú ý trong nỗ lực giảm tiêu thụ nước ngọt trong khai thác mỏ. Ở miền bắc Chile, các công ty khai thác mỏ đã tập trung vào phát triển cơ sở hạ tầng giao thông và ứng dụng công nghệ khử mặn nước biển để lấy nước phục vụ khai thác lithium và đồng.

Một số công nghệ mới đã được nghiên cứu và phát triển nhằm giảm thiểu sử dụng nước. Chẳng hạn như, phân tích cộng hưởng từ (MR) được thực hiện tại địa điểm khai thác để xác định các thành phần quặng cao cấp. Phân tích thời gian thực được thực hiện bằng cách đo cộng hưởng xung vô tuyến từ các lô quặng, các thành phần quặng cấp thấp được loại bỏ ngay lập tức và đưa đến đến bãi thải. Nhờ giảm được khối lượng khoáng sản cần chế biến nên công nghệ này giúp giảm đáng kể lượng nước tiêu thụ.

Tương tự, quá trình lọc hạt thô hơn có thể loại bỏ các vật liệu không cần thiết khỏi quặng. Ở phương pháp này, quặng được nghiền thành bột, đưa vào thiết bị tuyển nổi chứa đầy nước và thêm chất tạo bọt. Các hạt khoáng chất cần thiết được tách ra bằng phương pháp này được chuyển để xử lý thêm còn vật liệu không cần thiết/chất thải ướt được loại bỏ. Quá trình thu hồi hạt thô hơn giúp tiết kiệm nước đáng kể và cải thiện hiệu suất năng lượng.

Việc sử dụng các phương pháp xử lý khô và lọc hạt thô hơn có thể giảm được 50% lượng nước tiêu thụ. Các đập chứa chất thải truyền thống bao gồm chất thải có hàm lượng nước cao. Các công nghệ xử lý khô mới nhất cho phép ép và lọc chất thải để loại bỏ nước, sau đó nước sẽ được tái chế và tái sử dụng.

Khai thác thông minh

Các công nghệ hiện đại như trí tuệ nhân tạo (AI) và cảm biến IoT (Internet vạn vật) được hỗ trợ phân tích có thể tối đa hóa việc tái sử dụng nước thải và giảm tiêu thụ năng lượng trong các quy trình xử lý nước / nước thải của hoạt động khai thác mỏ.

Hệ thống AI có thể được cài đặt tại các địa điểm khai thác để tận dụng dữ liệu lịch sử đồng thời liên tục tối ưu hóa và giám sát tiêu thụ nước. Các hệ thống giám sát/đo lường tự động dữ liệu theo thời gian thực, chẳng hạn như mạng cảm biến không dây (WSN), hồ dữ liệu/kho dữ liệu và học máy nâng cao có thể tối ưu hóa đáng kể việc quản lý nước và tăng năng suất của các mỏ.

Lấy ví dụ, hệ thống WSN thu thập dữ liệu dòng chảy và các thông số hóa lý để xử lý và quản lý nước mỏ. Hệ thống thần kinh nhân tạo (ANN) là công cụ chính trong học máy được sử dụng để dự đoán chất lượng nước mỏ.

Các mạng này là các mô hình tính toán bao gồm các yếu tố xử lý nhận dữ liệu đầu vào và ngay lập tức tạo một đầu ra duy nhất. Công nghệ ANN hiện đang được sử dụng để mô hình hóa và dự đoán nồng độ nhôm còn lại trong vùng nước mặt của miền nam Australia.

Mới đây, một hệ thống quản lý nước mỏ tích hợp Công nghiệp 4.0 đã được đề xuất sử dụng các công nghệ đột phá để xử lý và quản lý nước mỏ. Trong hệ thống này, các cảm biến điện dựa trên các vật liệu nano được lắp đặt rộng rãi trong mỏ để giám sát dữ liệu trong thời gian thực và điện toán lượng tử được sử dụng để tăng tốc xử lý dữ liệu được quản lý trong chuỗi khối (blockchain).

Hệ thống này có thể thu thập tất cả các thông số xử lý nước mỏ để phát triển một nhà máy xử lý nước mỏ thông minh, đảm bảo việc thu thập và giám sát dữ liệu được thực hiện một cách chính xác, từ đó cải thiện việc đưa ra các quyết định.

Chẳng hạn như, thông qua việc liên tục theo dõi dòng chảy vào và ra giúp phát hiện sớm khối lượng nước mỏ, nhờ đó giảm thiểu nguy cơ tràn nước, duy trì sự cân bằng nước chính xác trong các mỏ, giúp đạt được mục tiêu sử dụng nước tối ưu.

Triển vọng tiêu thụ nước trong khai thác mỏ

Việc áp dụng các công nghệ mới nhất để quản lý tiêu thụ nước trong khai thác mỏ sẽ mở rộng trong những năm tới do sự tập trung ngày càng tăng vào việc sử dụng nước bền vững bằng cách giảm tiêu thụ nước và tái sử dụng an toàn nước thải sau xử lý tại các mỏ.

Kiểm soát tích hợp tất cả các quy trình liên quan đến nước mỏ có ý nghĩa quan trọng đối với việc tối ưu hóa xử lý và quản lý nước mỏ trong các hoạt động khai thác mỏ trong tương lai. Tuy nhiên, để đạt được mục tiêu này, đòi hỏi sự đầu tư đáng kể về tiền bạc và thời gian, sự hợp tác giữa các tổ chức và người dân tại các địa điểm khai thác, cũng như việc quy hoạch toàn diện cân nhắc tất cả các hậu quả lâu dài và liên quan với nhau./.