Garpenberg deve sua sobrevida à descoberta imprevista de novo depósito

John Chadwick examina a tecnologia da “mina mais integrada do mundo”e para onde essa tendência pode levar as operações

Matéria publicada originalmente na edição de agosto 2015 da revista International Mining

A mineração dos depósitos em Garpenberg, nas proximidades de Hedemora, no centro da Suécia, teve início no século 13. Ainda recentemente, pareceu que a mina fosse fechar; seus recursos de minério estiveram perto de se esgotarem e as sondagens não estavam encontrando nada. No entanto, um geólogo desobedeceu uma diretiva corporativa para encerrar com o programa de exploração e permitiu que mais um furo fosse feito. A jazida de Lappberget, a mais profunda entre as então lavradas, foi a descoberta resultante – o depósito mais rico e de maior dimensão na história da Boliden, contendo recursos de zinco, cobre, ouro e prata.

Como resultado, em 2011, a Boliden se comprometeu em investir US$ 580 milhões para expandir e modernizar a mina, efetivamente construindo uma nova instalação com base em Lappberget. Como parte do projeto de expansão, Boliden contratou a ABB para implantar tecnologias de seu conceito “Internet das coisas, serviços e pessoas” (loTSP – Internet of Things, Services and People), proporcionando benefícios de produtividade para o processamento mineral do novo concentrador e para as operações da nova seção subterrânea.

A plataforma de automação 8ooxA em Garpenberg não só controla as áreas da planta, guinchos e a eletricidade que corre pelos transformadores de alta tensão da mina, mas também coordena as sub-operações, uma vez vistos como tarefas separadas.

“É um alto nível de automação,” explica o CEO da Boliden, Lennart Evrell. “Depois que os caminhões despejam o minério nos britadores, este é processado sem tocar em mãos humanas: do guincho até a superfície e através da planta, 24 horas por dia”.

Como parte do projeto de expansão, a Boliden contratou a ABB para implantar tecnologias de seu conceito “Internet das coisas, serviços e pessoas”

Isso transformou Garpenberg “na mina mais integrada e avançada do mundo” e que “está rendendo resultados impressionantes”.

Depois que Boliden e ABB concluíram o projeto em meados de 2014, a tonelagem de minério moído de Garpenberg subiu quase 60%, para 2,22 milhões t e a mina atingirá sua capacidade da meta de 2,5 milhões t/ano até o final de 2015. Os custos por tonelada foram reduzidos e tem havido conquistas ambientais significativas com a diminuição do consumo de energia, uso de água e de ruído – para os 500 habitantes que vivem nas proximidades.

A mineração em Garpenberg, na Suécia, teve início no século 13

O controle do sistema 8ooxA é o “cérebro” por trás da Garpenberg automatizada. Seus operadores e engenheiros, situados em 33 diferentes locais da unidade, estão conectados aos funcionários no chão da mina e planta, equipados com tablet através de uma rede de comunicação com e sem fio, instalada na planta e em parte da mina subterrânea que se estende além de 1.000 m abaixo da superfície.

Adaptado para atender as rigorosas necessidades de mineração, o sistema 8ooxA controla e coleta dados de mais de 400 motores elétricos da unidade, 280 acionadores de velocidade variáveis e dois guinchos (para o pessoal e minérios) no novo poço de 1.200 m ??para a extração do corpo de minério de Lappberget.

O sistema integra todas as funções críticas, tais como a gestão da água, de britadores, de correias transportadoras, carregamento de skip, concentrador e estações de bombeamento. Ele também controla o sistema SmartVentilation garantindo que os ventiladores funcionem às velocidades necessárias para limpar o ar, após uma detonação ou simplesmente uma fumaça persistente de um veículo de diesel subterrâneo.

Depois da automação, realizada em 2014, a tonelagem de minério moído de Garpenberg subiu quase 60%
O controle do sistema 8ooxA da ABB é o “cérebro” da automação da mina Garpenberg

Quando os sensores dos equipamentos coletam algum feedback que exceda os parâmetros normais, por exemplo, especialistas da ABB a centenas de quilômetros de distância podem fornecer orientação para ajudar a mineradora tomar decisões de manutenção pró-ativas, ao invés de esperar até que algo dê errado. O resultado é que a companhia economiza tempo, dinheiro e a necessidade de manter especialistas de alto custo na própria mina.

Os níveis de automação são inéditos e há controle o abaixo e acima do solo para otimizar o desempenho como nunca antes. ABB diz que seu conceito de “Mineração ao Próximo Nível” é próprio para enfrentar os desafios atuais, incluindo os preços dos metais voláteis, o aumento dos custos de energia, legislações mais rigorosas, maiores exigências de segurança e escassez da força de trabalho.

“As soluções de energia e automação abrangentes para a mineração no século 21 são uma poderosa demonstração de como a Internet das Coisas, Serviços e Pessoas estão mudando fundamentalmente a indústria de mineração”, disse Peter Terwiesch, presidente da divisão de Automação de Processos da ABB.

“Minas como Garpenberg enfrentam regulamentações ambientais, custos de trabalho e energia maiores e forte demanda da população e dos trabalhadores em relação à segurança”, diz Hans Jonsson, gerente geral da Boliden Garpenberg.

Mais seguro, mais rápido

ABB forneceu uma solução abrangente para tanto os guinchos de produção e de serviço. Os sistemas são totalmente integrados na plataforma de controle da mina, o que significa que ambos os guinchos de mina podem ser operadas e supervisionadas a partir de uma única sala de control

e.

O guincho de produção normalmente opera no modo automático – a caçamba é preenchida por uma correia transportadora subterrânea em que uma tonelagem de minério sob medida tenha sido colocada automaticamente. Na superfície, o minério é descarregado e o sistema tem uma capacidade para transportar 416 t/h de minério a uma velocidade de 17 m/s. A caçamba detém 28,5 t e completa 14,5 viagens a cada hora.

A ABB fornece suporte remoto 24 horas para os guinchos em Garpenberg, através do Serviço de Monitoramento do Desempenho de Içamento da empresa (HPMS).

Ventilação sob demanda

O SmartVentilation é uma solução VOD (Ventilation on Demand), desenvolvida em conjunto com a Boliden, que fornece ventilação controlada para entregar ar fresco apenas onde e quando for necessário. Ele minimiza o consumo de energia por meio do uso da funcionalidade sob demanda. Isso gera 30-50% de economia de energia em comparação com um sistema clássico. O sistema também melhora a segurança através de funções incorporadas que, em caso de incêndio, por exemplo, impedem a propagação da fumaça através da mina e permitem uma exaustão dos gases perigosos mais rapidamente.

O sistema 8ooxA controla e coleta dados de mais de 400 motores elétricos da unidade, 280 acionadores de velocidade variáveis e dois guinchos

A instalação do primeiro SmartVentilation na mineradora foi em 2009, com cerca de 70 ventiladores. Uma atualização e expansão do sistema foram realizadas em 2013 para o aumento da produção para 2,5 milhões t/ano. Hoje, o sistema supervisiona e controla todos os 120 ventiladores, portas e sensores de qualidade do ar. O sistema controla desde o fornecimento de ar fresco, aquecimento, distribuição no interior, e exaustão do ar viciado da mina.

Tal como acontece com grande parte desta automação em Garpenberg, a atenção aos detalhes é importante. Por exemplo, quando qualquer porta de ventilação recebe um sinal para abrir, o ventilador local fechará por um breve período para reduzir o diferencial de pressão.

O sistema SmartVentilation controla cinco ventiladores de superfície que operam em três eixos, com uma potência instalada de cerca de 2,5 MW. O Minevent 1 (dois ventiladores) fornece 330 m³/s. Minevent 2 (os outros três principais ventiladores) oferece 297 m3/s, mas que está sendo expandido para 420 m³/s. Os ventiladores de reforço e auxiliares subterrâneos totalizam juntos aproximadamente 6 MW do potencial de consumo de energia. Todos os ventiladores estão equipados com controladores de frequência variável (VFDs – Variable Frequency Drives) para o controle de velocidade contínua. O próprio VFD é uma importante tecnologia de economia de energia. Seu controle automático é ditado por movimentos dos veículos, jateamentos e outras atividades que impacta no fluxo de ar fresco no interior da mina.

Os resultados falam por si:

Melhor qualidade do ar e utilização de infraestrutura através da funcionalidade sob demanda.

– Consumo médio de energia de 30% da potência instalada nominal (~ 2,5 MW).

Controlar a ventilação subterrânea desta forma também pode ajudar numa eliminação mais rápida de gases de detonação, o que significa menos tempo de inatividade. O uso eficiente do sistema de ventilação também pode postergar novos investimentos em infraestrutura, devido à expansão da mina.

A ABB também forneceu sistemas de acionamento para as células de flotação, bombas e espessadores

A ventilação é de longe o maior consumidor de energia subterrânea. Um estudo realizado pela Natural Resources do Canada, em 2005, nomeado “Aferição do Consumo de Energia das Minas Subterrâneas Canadenses”, mostrou que o consumo total médio das dez minas analisadas foi de 90,4 kWh/t de minério içado. Destes, 44,3 kW foram consumidos na ventilação. Com 49%, está muito a frente de outros componentes; 10% de içamento, 9% de perfuração e 7% de remoção e transporte.

Os motores elétricos são a causa de um enorme desperdício de energia, de modo que o controle reforçado dos mesmos apenas nas aplicações de ventilação e de içamento em Garpenberg gera uma importante contribuição.

O SmartVentilation está totalmente integrado no Sistema 8ooxA e altamente modularizado:

Fácil de manter e expandir, reduz custos e melhora a disponibilidade

– As ferramentas de engenharia padrão do sistema 8ooxA tornam-o mais fácil para se adaptar às necessidades específicas

– Dados amplos de todo o sistema de operação segura são divulgados para os controladores locais para garantir o controle adequado em situações de não-rede

– Investimento pode ser feito por fases.

Além disso, o SmartVentilation pode usar informações de qualquer sistema de rastreamento de localização global para gerar cálculos de demanda de ventilação. Isto pode ser utilizado ao invés de, ou em combinação com o rastreamento do veículo.

Controle de processo

A Garpenberg possui duas estações de britagem subterrâneas a 700 m e 1.087 m abaixo do nível do solo, equipadas com britadores de mandíbula Morgardshammar (velhas, mas ainda muito eficazes, sendo a mais antiga fabricada em 1958). A ABB forneceu novos motores e acionamentos para as estações de britagem, todos integrados ao sistema de controle 8ooxA.

Moagem e flotação serão otimizados através do uso de dados em tempo real para detectar mudanças de teor

Uma vez içado, o minério vai para o circuito de moagem – um moinho autógeno e um moinho de bolas, ambos recondicionados pela Outotec. Sistemas de acionamento de moinho é um componente crítico e a ABB forneceu dois sistemas de acionamento de moinho de engrenagem de anel. A solução de velocidade variável é de fácil manutenção e permite uma operação otimizada.

No downstream, a ABB também forneceu sistemas de acionamento para as células de flotação, bombas e espessadores, bem como o sistema de controle geral da planta (8ooxA). Controle de processo avançado (APC – Advanced Process Control

) na moagem e flotação é essencial para maximizar a produção de plantas e reduzir o consumo de reagente químico, bem como para evitar paradas não planejadas da planta. O novo concentrador da unidade possui disponibilidade de 95%.

ABB e Boliden têm um longo histórico de colaboração bem-sucedida no campo da tecnologia de automação. Em 2009, as empresas concordaram em colaborar em um projeto para alcançar a aplicação do Model Predictive Control (MPC) para um circuito de flotação completo. Os objetivos eram duplos; em primeiro lugar a estabilização do processo, apesar das perturbações externas, tais como as variações da qualidade de minério. Em segundo lugar, o teor de zinco deveria ser maximizado, através da recuperação e do grau de concentrado.

A ABB entregou sua solução de controle de processo avançada para otimizar o processo de flotação de zinco, de modo a atingir uma melhor recuperação do minério em determinado grau. A solução incrementou o rendimento e deu consistência à qualidade de zinco.

Olhando para o futuro, Terwiesch prevê que o processo seja “otimizado de acordo com as propriedades de minério”. Moagem e flotação serão otimizados através do uso de dados em tempo real para detectar mudanças de teor à medida que o minério é extraído da lavra subterrânea.

A planta pode reagir à variabilidade em tempo real. O sistema de controle alerta a planta de processo e ajustes preditivos são feitos aos circuitos de moagem e na flotação, de acordo com as propriedades de minério. “O resultado é maior recuperação e menor consumo de energia”.

Ele também destaca a capacidade de metas de produção ser otimizada para as condições de mercado, com “pontos de ajuste de processo refinados para maximizar retornos financeiros”. Convergência de sistemas de TI e sistemas de controle de processo fornecem informações de vendas e índices de preços globais. Isso permite que os sistemas de controle refinem pontos de ajuste de processo e maximizem o retorno financeiro para os preços de material de alimentação e produtos atuais.

Fonte: Revista Minérios & Minerales