对自动化技术在选矿厂中的运用及进展的探讨

摘要；本文通过笔者在矿山工作多年以来，对自动化技术控制在选矿厂进展的作用作了分析。

关键词；铁矿；选矿；破碎作业；自动化技术控制；进展

0 引言

我国有色金属钢铁产量位居世界第一，年处理矿石2．6亿多t。选矿工业是传统的基础工业，已具备相当规模，从业人员众多，但除少数大型选厂有一些自动化装备外，大多数选厂还是人工操作，在旧的管理方式下运作。突出问题是能耗高、效率低、自动化水平低、劳动强度大，选矿技术经济指标低，而且随矿石性质及操作条件的变化很不稳定。解决这些问题的重要方法就是开发研究选矿工业生产过程的关键技术、装备、仪器仪表，实现选矿工业生产过程的自动化。据报导，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％ 一50％ ，能耗和原材料消耗显著降低，劳动强度大大减轻，产品质量可以提高而且稳定。实现选矿工业生产过程自动化主要包括破碎作业、磨矿分级作业、选别作业、浓缩过滤作业、尾矿输送作业等全套选矿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、减人增效、节能降耗的目的。

1 选矿过程自动控制技术的新进展

1．1 破碎作业参数的检测和控制

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，动态调整给矿机给矿量的大小，使主机的负荷稳定在设定的要求之内；同时检测破碎机系统的温度、压力、流量等，具有完备的保护功能。

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、油压、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。比较典型的挤满给矿控制策略如图1所示。

图1 破碎机挤满给矿控制

1．2 磨矿作业控制策略

1．2．1 磨矿回路的模糊控制

模糊控制是用语言归纳操作人员的控制策略，运用语言变量和模糊集合理论形成控制算法的一种控制。它不需要对控制对象建立精确的数学模型，只要求把现场操作人员的经验和资料总结成较完善的语言规则，因此它能绕过对象的不确定性、噪音以及非线性、时变性、时滞等的影响，系统性强，尤其适用于非线性、时变、滞后系统的控制。据报道，南非利乌多尔金矿 的月产量为12万t，采用2台半白磨机(单段)，分级设备为二段水力旋流器，最终产品粒度为80％ 一75 m。该矿成功地将模糊逻辑控制应用于半白磨回路中，并研制了一种先进的磨矿控制系统(Grind―ACE)软件作为控制系统的执行平台。运行结果表明，带控制和不带控制相比，台时处理量可提高10．77％ ，处理每吨矿石的电耗下降9．7％ ，磨机介质的添加量可减少约15％。

1．2．2 磨矿回路的专家系统

专家系统是一个基于知识的智能推理系统，它拥有某个特殊领域内专家的知识和经验，并能象专家那样运用这些知识，即具有在专家级水平上工作的知识、经验和能力，通过推理作出智能决策。据美国《世界采矿设备》报道，美国犹它州巴里克一默克尔(Barruk―Mereur)金矿选厂应用以模型为基础的专家系统控制半自磨机，与原来的PI控制相比，矿石处理量提高4．4％ ，处理每吨矿石的平均能耗减少5．7％ ；墨西哥某曰处理7．2万t铜矿石的选矿厂，有12个球磨机与水力旋流器组成的闭路系统，采用专家系统，生产能力提高10％，处理每吨矿石的电力消耗减少7％。

1．3 浮选过程控制策略

浮选过程控制的主要目标是：保持合格的最终精矿品位、提高有用成分的回收率、降低药剂等原材料的消耗量。用作浮选过程控制的控制变量主要有：浮选矿浆的pH值、浮选药剂量、浮选槽液位、浮选槽的充气量等。

1．4 高效浓缩机过程参数自动检测与控制

高效浓缩机是一种占地面积小、投资费用低、单位面积处理能力大、降低电耗、减少环境污染的新型高效固一液分离设备。根据我国2O多个重点黑色金属矿山选厂的尾矿隋况调查统计资料来看，尾矿的平均排放浓度只有15％左右，而用于输送尾矿的电耗占选厂总用电量的15％或更多。如果把选矿厂的尾矿排放浓度普遍提高到45％ ，那么仅此一项改革，每年就可节约电1．8亿多度。为此，马鞍山矿山研究院研制并生产了西3．6 m一西12 m各种规格的高效浓缩机，先后在马钢姑山矿、浙江闲林埠钼铁矿、铜陵有色公司选厂、广西高龙金矿等矿山推广应用。高效浓缩机的主要检测参数有：给矿量、给矿浓度、底流流量、底流浓度、药剂流量、界面高度、驱动扭矩，对溢流水浊度要求高的地方还要检测溢流水的浊度；主要控制参数有：底流排放量和絮凝剂添加量。

2 选矿自动化专用检测仪表的新进展

2．1 浮选计算机视觉器¨

浮选厂通常让有经验的师傅或工程师进行浮选表面的监视工作，但大多数情况下，这一工作是困难的，因为：①操作员很难在8 h内时时刻刻地监视和报告浮选表面的变化情况；② 浮选表面的某些变化难以用人眼来观测；③恶劣的工作环境有损人的健康；④人只能进行定性的粗糙观测，不可能进行定量的精细观测；⑤ 由于人的观测结果有随意性且因人而异，从而导致优化生产控制的随意性和变化性。为此、我国在欧盟项目“机器视觉对浮气泡的结构和颜色特性的处理和分析”的基础上进行了进一步的研究和开发，生产了第一代浮选机视觉器。该浮选机视觉器的主要硬件部分包括：①摄像系统；②图像采集卡；③Pc计算机；~Ola输出卡；⑤各部件连接线缆；⑥其它辅助设备。软件系统是该视觉器的核心。软件涉及到多方面的专业知识，例如图像处理、物理光学、计算机视觉、数学模型、计算机软件科学、选矿设备、化学分析及自动控制和电子专业等。按工作顺序，视觉器主要包括图像质量检测、图像预处理、图像分割、图像分析、数据库建立、浮选模型及控制处理等。目前，欧盟研究组在芬兰的匹哈拉萨姆矿及瑞典和加拿大的堡立登矿业公司的两家选矿厂安装了13套浮选机视觉器，被监测的有铜、铅、锌矿物等。

2．2 在线粒度分析仪

(1)PSI一200粒度仪。是奥托昆普公司20世纪9O年代推出来的一种设计比较新颖的检测仪器。它直接测量矿浆中颗粒的大小，在数据统计的基础上利用PLC技术测量矿浆细度。PSI一200在陶瓷头撞击矿浆的一瞬间，利用PLC运算速度快的特点，连续读取45次数据，取这些数据的平均值作为1个有效值，每分钟采集120个这样的有效值，作为最终参与计算的值，记为AVE。PLC在软件上引用了“先进先出”的技术，即PIE每O．5 s采集1个有效值，同时更新1次AVE。采用的数学模型是一74 m％ =A0 +A1×AVE +A2×SD +A3／AVE，+175 Ixm％ =130+B1×AVE +132×SD +B3／AVE．式中，AVE为PSI一200检测值，即每秒钟更新2次的120个有效值的平均值；SD为标准偏差；AO―A3，BO～B3为回归系数。

(2)CLY一2000在线粒度分析仪。是马鞍山矿山研究院近几年开发的矿山专用仪器。它基于超声波在矿浆这类均匀悬浮液中传播时，其振幅随被测矿浆中固体量的多少及粒子大小变化而变化的超声衰减测量。只要检测出超声波穿过被测矿浆时的衰减量就可知道被测矿浆的粒度及浓度。它主要由取样装置、粒度控制器、工控机及显示屏4部分组成。

2．3 在线品位分析仪

(1)Courier 3SL在线品位分析仪¨ 。是奥托昆普公司2O世纪9O年代推出来的新产品。它使用X射线管为激发源，当矿流经一次、二次取样设备取样缩分后形成的标准矿样通过样品室时，x射线照在矿浆样品上，产生的x荧光经晶体分光计，可分出所测元素的荧光，探头将射线能量转换成电脉冲，由前置放大器将信号放大后送脉冲处理器处理，最后将数据交处理器分析计算，结果由显示器显示出来。

(2)WDPF微机多道、多探头在线品位分析系统。是马鞍山矿山研究院在推广应用达1O余年的x荧光在线品位分析仪的基础上，采用先进的多道能谱分析技术和标准样品的自校正装置开发研制成功的新一代产品。它主要由引流取样装置、同位素源、正比探测器、电子谱仪、多道分析仪、标样自校正装置、工业控制机等组成。

该仪器的主要特点是：①用多道分析仪代替以往硬件的单道分析器，能谱的信息量从3―4个增至512个，结合先进的谱分析软件，极大地提高了矿浆元索的测量准确度；②每个测点的各个探头都装了一套标准样品的自校正装置，由主计算机通讯控制，可根据各检测点的差异随机设定自校正的周期间隔及标准样品的采样时间，从而自动修正各检测点的元素含量计算模型；③每个探头是一个独立的实体，全密封安装在金属壳体内，从而适应环境相对恶劣的工业现场；④可实现一机多探头，多元素的在线检测，目前最大扩展能力达l6个检测点；⑤分析准确度(相对标准误差)原矿类为2％ 一8％，精矿类为0．6％ 一5％ ，尾矿类为5％ ～20％。

3 结语

总之，随着科技的不断发展，设备技术的不断创新，自动化控制技术也将成为未来矿山现代控制系统的发展方向。

参考文献

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