选矿自动化技术的发展与应用

选矿自动化技术的发展与应用

自20世纪40年代以来，自去年以来，自动采矿业取得了重大进展，从根本上改变了传统采矿业的滞后局面。按传统的选矿工艺,工人凭经验进行手动调节,对生产过程的控制既不及时又不准确,所以较难获得好的生产指标,同时劳动条件也差。自动检测能够及时准确地指示选矿过程各参数的变化;自动调节能够及时根据所测结果,准确地对有关变量进行调节,这两项自动化技术的应用提高了选矿指标,节约了能耗,改善了劳动条件。近年来发展起来的选矿自动化技术能够综合考虑选矿过程中各项影响因素,随着入选矿石性质的变化而自动改变对各变量的控制,使选矿指标达到最佳值。实现选矿工业过程自动化可使破碎机提高台时处理能力10%~15%,磨矿机提高台时处理量5%~10%,生产成本降低3%~5%,劳动生产率提高25%~50%,能耗和原材料消耗显著降低,劳动强度大大减轻.产品质量可以提高。实现选矿工业生产过程自动化主要包括:破碎、磨矿分级、选别、脱水过滤及浓缩、尾矿输送等生产过程的自动控制。通过计算机网络系统实现在线优化生产调度和管理,使整个选矿生产过程处于最佳状态.最大限度地提高产量,精矿品位和金属回收率等技术经济指标,达到高产优质、节能降耗的目的。1数台进口粉碎自动控制研究破碎机为矿山主要生产设备之一,因破碎机具有破碎比大、产量高、耗能少、产品粒度均匀等特点,获得广泛应用。近年来,国内外众多厂商从产品结构上对该类设备不断地进行改进、完善,取得了比较好的效果,并相继推出众多高效、可靠、节能的新产品。相比较而言,因受自动化发展水平的影响,国内在破碎机控制方面的研究相对落后。近十几年来,国外在一些产品上,装备了相应的检测仪表和自动控制装置,在设备保护、稳定操作、提高产量等方面起到了一定的作用。而我国近几年来才开始在一些新型破碎机上开展自动化研究,并配置了一些检测控制仪表。然而值得关注的是我国矿山现有破碎机以20世纪60~70年代老设备居多,并一直在生产中发挥着重要的作用。若对这些老设备进行自动化改造,实现自动控制,在矿山具有广阔的前景。对于国产圆锥破碎机。由于其排矿口尺寸不能动态调整.生产中采用固定排矿口,定期进行人工重新调整的方法来控制产品粒度。控制系统主要选取主传动电机的功率(或电流)作为被控参数,控制策略一般采用恒功率或优化功率方式运行,动态调整给矿机给矿量的大小,使主机的负荷稳定运行在设定的要求之内。同时检测温度、压力、流量等,具有完备的保护功能。近几年来,马鞍山矿山研究院汪昭乾等人探索从自动控制方面对破碎机进行研究.并在国产圆锥破碎机上实现负荷控制和破碎机故障诊断与保护。在此基础上研究开发出具有自主知识产权的破碎机控制器。该破碎机控制器经国产三十多台套破碎机(2200型圆锥弹簧式短头、标准破碎机),数台进口破碎机自动控制生产应用证明:细破、筛分实施自动控制后,破碎机台效可提高l0%~15%以上。细碎合格粒度提高l5%以上,节电20%以上,设备故障率明显降低。国外圆锥破碎机控制系统的主参数控制选取了主传动电机功率和破碎机排矿口尺寸两个参数作为被控变量,通过检测给矿量、压力、功率、油温、排矿口尺寸等来动态调整排矿口尺寸和给矿速率,其目标函数是排矿口尺寸最小、给矿量最大。系统的所有控制动作均是向这两个目标逼近。比较典型的控制策略是挤满给矿方式。马钢南山矿业公司在凹选车间碎矿工艺流程改造中,在矿业公司、选矿调度室与碎矿车间建立了一个技术先进、安全可靠、扩展性强、维护方便的碎矿全流程计算机控制系统和视频监控系统,利用先进的工业以太光纤网络将粗碎、中碎、细碎、高压辊磨(超细碎)、筛分各控制分站的流程组态画面、工艺参数、设备状态、工作场景实况等向中央监控主站进行传送。同时,中央监控系统主站将生产指令传送到粗碎、中碎、细碎以及高压辊磨各分站。对整个系统实现实时有效地监控。梅山铁矿选矿厂研制了一种新型高效破碎机自动控制器。该自动控制器系统不仅保护了圆锥破碎机,而且在保证产品粒度合格率的基础上相应提高了处理能力,节电效果显著。2磨矿过程主要技术指标和影响因素磨矿作业是整个选矿厂生产工艺流程中最关键的环节.磨矿作业在选矿厂的基建投资和生产费用(主要是电耗、钢耗)中占有很大的比例。同时磨矿作业是整个选矿厂的“瓶颈”作业。直接关系到选矿生产的处理能力、磨矿产品的质量(粒度特性、单体解离度、磨矿产品的浓度等),对后续作业(特别是浮选作业)的指标乃至整个选矿厂的经济技术指标有很大的影响。为了充分挖掘磨矿分级作业的内在潜力,寻求高效的有效途径,对磨矿分级自动控制的试验研究具有十分重要的意义。磨矿分级系统有4个主要的技术指标:球磨机台时处理量、磨矿分极粒度、磨矿浓度和溢流浓度。影响这些技术指标除了原矿性质以外,还与排矿水量、返砂水量、磨机充填率等因素有关。因此,有必要对磨矿分级系统实施自动控制,其目的是为了提高磨机效率,稳定分级溢流粒度,为选别作业提供合格的溢流产品。影响磨矿过程指标的因素很多,属于物料性质方面的有矿石可磨度、给料粒度、产品细度等;属于磨机结构方面的有磨机规格、型式、衬板形状等;属于操作方面的有介质形状、尺寸配比及材质、介质充填率、磨机转速率、加球制度、料球比和磨矿浓度等。这些因素本身又相互影响。上述因素中,第一类和第二类因素确定后通常不会改变;改变的是磨机转速率、介质充填率、料球比和磨矿浓度。一旦磨机转速固定,则其余3个因素是可变的,它们是磨机中球负荷、物料负荷以及水量的总和,统称为磨机负荷。它是磨矿过程一个重要参数。直接影响到磨矿的效果。在实际生产过程中,由于矿石性质的波动以及一系列外界因素的干扰和操作水平的差异等,使球磨机的负荷难以维持在最佳水平。因此,在磨矿过程自动控制中球磨机负荷的检测和控制是球磨机自动控制最重要的内容。能否准确检测出球磨机的负荷(包括球负荷、物料负荷及水量的数值)是整个球磨机优化控制的关键。棒磨山铁矿对一段磨矿分级作业实施了自动控制。该控制系统的主要配置包括PLC、电耳、工业控制机、电动调节阀、电磁流量计、变频调整器、在线浓度计等。采用电耳对球磨机的声强进行检测,并将音强转换成电流信号,系统根据电流信号的变化对球磨机给矿量进行相应调整。除电耳外,还增设了磨机功率检测装置来检测磨机运行状态。3浮选过程的控制3.1药剂添加控制系统与方法的确定加药是浮选生产中必不可少的一个环节。加药工作的好坏直接影响到选矿指标。长期以来在选矿作业中一直采用人工添加药剂,并通过人工调节加药量来进行生产指标调节。人工操作由于操作受精力、责任心、熟练程度、技术经验等的制约,难以及时对过程变化作出调节。随着选矿厂大型化、连续化、自动化的迅速发展及管理水平的不断提高,人们对加药系统的自动控制提出了更高的要求。传统选厂的管理方法已经远远不能满足高运行质量的要求。再加上有的选矿厂对于操作人员编制有严格限制,因而提高加药系统自动化水平已成为一个迫切的要求。目前,药剂添加控制系统主要分为控制部分和执行机构,其中工业中多采用PLC进行控制;执行机构主要有电磁阀式和加药泵式两种。由于电磁阀成本较低,维护方便,现场应用最多的是电磁阀式控制。3.2浮选槽液位控制的应用在选矿生产过程中,准确控制浮选槽液位,将浮选槽中矿浆液面保持稳定,对于提高浮选指标具有重要的作用,不但能稳定浮选作业,而且有利于提高有用矿物的回收率和品位等浮选指标。在浮选中.对浮选槽液位和气泡厚度检测非常重要.对浮选槽的液位和充气量进行控制也一直是个难题,近年来在浮选槽检测矿浆液位时采用浮子式液位变送器的较多,采用超声波测量浮球位移的浮选槽液位计在南非、加拿大、美国等已被应用,国内在铜陵冬瓜山选厂也有应用。在金川有色金属公司新投入使用的6000t/d磨浮系统中,对新型BGRIMM系列充气式自吸浆浮选机的液位控制系统进行建模,并用仿真方法对该型号浮选机的液位控制进行了多方案的研究,包括线性PID控制、模糊PID控制及其对不同特性阀门的适用性等。结果表明。由于系统存在非线性环节且控制受限,单纯采用线性PID控制不能同时将超调量和响应时间调节到理想状态,而应用模糊规则在线调整PID参数,实现非线性PID控制,使系统的动态性能得到了明显提高,而且模糊PID控制能使不同特性的阀门均获得良好的控制效果。赵燕等人研究了一种传感器敏感元件主要由浮筒、软件、软带、转轴和平衡锤等部分组成。工作原理为:浮筒随液面上下变化而移动,通过软带带动轩盘转动一定角度,并通过转轴带动转换元件编码器转动,将液面变化量转换成数字电信号送至计算机进行处理。为阻止浮筒横向漂移,加了限位装置。浮筒随液面上下变化而移动△h,通过软带带动转盘转动△θ角度,并通过转轴带动转换元件角编码器转动,将液面变化量转换成数字电信号送至计算机进行处理。3.3矿化速度和速度浮选柱的选矿效率高,矿浆在柱内停留时间短,矿化速度快。因此,浮选柱对各种干扰因素非常敏感.这就要求必须有相应的自动检测与控制系统。稳定浮选柱的工况,以保障浮选柱的分选精度。3.3.1稳定浮选柱内部的液位在浮选柱精矿区的上部是附着精矿颗粒的泡沫层,浮选柱分选过程中要求泡沫层应保持适当的厚度,泡沫层太厚或太薄都会影响浮选效果。保持泡沫层的厚度实际上就是要稳定浮选柱内部的液位,而影响浮选柱内部液位的因素有三个方面:一是人料量的变化;二是尾矿排放量的变化;三是中矿循环量的波动。一般是通过调节尾矿的排放量来稳定液位。在有些浮选柱中采用U型管原理,将尾矿通过一个U型管接到一个与受控液位等高的尾矿槽中,调节尾矿槽的溢流口的高度便可调节浮选柱的液位。另一种是调节尾矿泵或阀来改变尾矿排出量稳定液位。3.3.2中矿循环量的检测控制系统入料的适量与稳定是提高分选效果的必要条件之一,中矿循环的作用是使矿浆充分发泡,矿粒有更多的机会与气泡接触再造,因此中矿循环量的大小也是影响分选效果的重要因素之一。中矿循环量过小时,矿浆与气泡接触机会少、回收率低;中矿循环量过太时.势必造成不必要的能量损耗因此系统需有中矿循环量的检测控制系统。江西铜业公司德兴铜矿,在大山选矿厂安装了一台2.44mx10mCPT浮选柱,生产指标表明:浮选柱铜精矿品位比与之对比的机械浮选槽铜精矿品位平均提高了4.62%,铜和金的作业回收率分别提高了3.89%和4.06%,但银和钼的作业回收率分别下降0.8l%和12.26%浮选柱在德兴铜矿的成功应用,为类似矿山提供了经验。4自动选择存在的主要问题1低、测量精度低问题一些选矿关键过程传感器仍然存在安装复杂、可靠性低、测量精度低等老问题,这是影响选矿自动化应用和发展的最重要的因素。另外由于选矿环境比较差导致传感器使用寿命短,检测数据误差大也是一个原因。2控制方案设计不合理这是许多控制系统不能长期正常运行甚至无法运行的主要原因。有的设计开发不切合实际,主要表现在控制过程的程序设计不合理;仪表选型不合理,不能充分发挥其性能,对仪表可能出现的问题没有充分估计。3自动化系统维护不当,缺乏相关专家来解释有的需要维护人员频繁处理或频繁更换仪表。许多选矿厂在对自动化系统的长期使用和维护方面缺乏必要的重视,没有长久的系统维护计划,缺乏相关专业的技术人员进行自动化系统的维护,无法自行解决系统可能出现的故障。一旦系统开发方的技术支持减弱,系统很可能因为设备故障、工况变化、人员变化等情况而难以正常运行。一些选矿厂认为控制系统投运后就可一劳永逸,不作备品备件,出现问题后既不更换也不维修,特别是一些关键的仪表,出现故障后相关的控制回路甚至整个控制系统无法正常运行。5我国采矿自动化的进步尽管目前国内选矿自动化还存在这样那样的问题,但可以看到,我国选矿自动化还是取得了很大的进步。随着电子技术、控制技术、计算机技术等的不断发展,以及选矿厂对自动化的重视,在激烈的市场竞争压力作用下,我国选矿自动化将得到迅速的发展。1单因素和双因素检测球磨机负荷的检测是球磨机自动控制的一项重要内容,球磨机负荷包括球负荷、物料负荷以及球磨机中的水量。靠单因素检测不能实现球磨机负荷的准确检测,更无法判断球磨机的介质充填率、料球比和磨矿浓度;双因素检测仍无法判断球磨机的磨矿浓度。因此,球磨机负荷检测的发展趋势应该是多因素联合检测(至少是三因素),利用软测量技术,研究磨机负荷状态、磨机内部矿浆浓度、衬板磨损等情况,为未来开发磨矿过程优化控制系统奠定基础。2检测方式及分辨率利用电子技术方面的一些最新成果,新型传感器代替原有的检测方式。采用高分辨率。低噪声的半导体传感器及剥谱技术,研究开发新一代载流品位分析仪,解决相邻元素和低含量元素的测定,提高仪器的使用性能,扩大仪器的应用领域。3自动化程度及操作为了突破传统选矿工艺在能耗、成本、环保、效率等方面的局限。一些新型的选矿工艺和选矿设备正在逐步改进或替代原有的生产方式。这些新技术中的一个共同点就是要求有较高的自动化程度,以确保达到较高的选矿指标,如电化学控制浮选技术要求连续检测矿浆中多种电位的变化,并通过数学模型,以计算机控制的方式不断调整浮选药剂的用量,确保矿浆处于最佳的浮选状态;陶瓷过滤机要求全套的PLC装置实现设备的操作控制;新型的浮选设备如浮选