選礦自動化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

選礦自動化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

自20世紀(jì)40年代以來，自去年以來，自動采礦業(yè)取得了重大進(jìn)展，從根本上改變了傳統(tǒng)采礦業(yè)的滯后局面。按傳統(tǒng)的選礦工藝,工人憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動調(diào)節(jié),對生產(chǎn)過程的控制既不及時又不準(zhǔn)確,所以較難獲得好的生產(chǎn)指標(biāo),同時勞動條件也差。自動檢測能夠及時準(zhǔn)確地指示選礦過程各參數(shù)的變化;自動調(diào)節(jié)能夠及時根據(jù)所測結(jié)果,準(zhǔn)確地對有關(guān)變量進(jìn)行調(diào)節(jié),這兩項(xiàng)自動化技術(shù)的應(yīng)用提高了選礦指標(biāo),節(jié)約了能耗,改善了勞動條件。近年來發(fā)展起來的選礦自動化技術(shù)能夠綜合考慮選礦過程中各項(xiàng)影響因素,隨著入選礦石性質(zhì)的變化而自動改變對各變量的控制,使選礦指標(biāo)達(dá)到最佳值。實(shí)現(xiàn)選礦工業(yè)過程自動化可使破碎機(jī)提高臺時處理能力10%~15%,磨礦機(jī)提高臺時處理量5%~10%,生產(chǎn)成本降低3%~5%,勞動生產(chǎn)率提高25%~50%,能耗和原材料消耗顯著降低,勞動強(qiáng)度大大減輕.產(chǎn)品質(zhì)量可以提高。實(shí)現(xiàn)選礦工業(yè)生產(chǎn)過程自動化主要包括:破碎、磨礦分級、選別、脫水過濾及濃縮、尾礦輸送等生產(chǎn)過程的自動控制。通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度和管理,使整個選礦生產(chǎn)過程處于最佳狀態(tài).最大限度地提高產(chǎn)量,精礦品位和金屬回收率等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、節(jié)能降耗的目的。1數(shù)臺進(jìn)口粉碎自動控制研究破碎機(jī)為礦山主要生產(chǎn)設(shè)備之一,因破碎機(jī)具有破碎比大、產(chǎn)量高、耗能少、產(chǎn)品粒度均勻等特點(diǎn),獲得廣泛應(yīng)用。近年來,國內(nèi)外眾多廠商從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上對該類設(shè)備不斷地進(jìn)行改進(jìn)、完善,取得了比較好的效果,并相繼推出眾多高效、可靠、節(jié)能的新產(chǎn)品。相比較而言,因受自動化發(fā)展水平的影響,國內(nèi)在破碎機(jī)控制方面的研究相對落后。近十幾年來,國外在一些產(chǎn)品上,裝備了相應(yīng)的檢測儀表和自動控制裝置,在設(shè)備保護(hù)、穩(wěn)定操作、提高產(chǎn)量等方面起到了一定的作用。而我國近幾年來才開始在一些新型破碎機(jī)上開展自動化研究,并配置了一些檢測控制儀表。然而值得關(guān)注的是我國礦山現(xiàn)有破碎機(jī)以20世紀(jì)60~70年代老設(shè)備居多,并一直在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。若對這些老設(shè)備進(jìn)行自動化改造,實(shí)現(xiàn)自動控制,在礦山具有廣闊的前景。對于國產(chǎn)圓錐破碎機(jī)。由于其排礦口尺寸不能動態(tài)調(diào)整.生產(chǎn)中采用固定排礦口,定期進(jìn)行人工重新調(diào)整的方法來控制產(chǎn)品粒度?？刂葡到y(tǒng)主要選取主傳動電機(jī)的功率(或電流)作為被控參數(shù),控制策略一般采用恒功率或優(yōu)化功率方式運(yùn)行,動態(tài)調(diào)整給礦機(jī)給礦量的大小,使主機(jī)的負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行在設(shè)定的要求之內(nèi)。同時檢測溫度、壓力、流量等,具有完備的保護(hù)功能。近幾年來,馬鞍山礦山研究院汪昭乾等人探索從自動控制方面對破碎機(jī)進(jìn)行研究.并在國產(chǎn)圓錐破碎機(jī)上實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制和破碎機(jī)故障診斷與保護(hù)。在此基礎(chǔ)上研究開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的破碎機(jī)控制器。該破碎機(jī)控制器經(jīng)國產(chǎn)三十多臺套破碎機(jī)(2200型圓錐彈簧式短頭、標(biāo)準(zhǔn)破碎機(jī)),數(shù)臺進(jìn)口破碎機(jī)自動控制生產(chǎn)應(yīng)用證明:細(xì)破、篩分實(shí)施自動控制后,破碎機(jī)臺效可提高l0%~15%以上。細(xì)碎合格粒度提高l5%以上,節(jié)電20%以上,設(shè)備故障率明顯降低。國外圓錐破碎機(jī)控制系統(tǒng)的主參數(shù)控制選取了主傳動電機(jī)功率和破碎機(jī)排礦口尺寸兩個參數(shù)作為被控變量,通過檢測給礦量、壓力、功率、油溫、排礦口尺寸等來動態(tài)調(diào)整排礦口尺寸和給礦速率,其目標(biāo)函數(shù)是排礦口尺寸最小、給礦量最大。系統(tǒng)的所有控制動作均是向這兩個目標(biāo)逼近。比較典型的控制策略是擠滿給礦方式。馬鋼南山礦業(yè)公司在凹選車間碎礦工藝流程改造中,在礦業(yè)公司、選礦調(diào)度室與碎礦車間建立了一個技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)、維護(hù)方便的碎礦全流程計算機(jī)控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng),利用先進(jìn)的工業(yè)以太光纖網(wǎng)絡(luò)將粗碎、中碎、細(xì)碎、高壓輥磨(超細(xì)碎)、篩分各控制分站的流程組態(tài)畫面、工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、工作場景實(shí)況等向中央監(jiān)控主站進(jìn)行傳送。同時,中央監(jiān)控系統(tǒng)主站將生產(chǎn)指令傳送到粗碎、中碎、細(xì)碎以及高壓輥磨各分站。對整個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時有效地監(jiān)控。梅山鐵礦選礦廠研制了一種新型高效破碎機(jī)自動控制器。該自動控制器系統(tǒng)不僅保護(hù)了圓錐破碎機(jī),而且在保證產(chǎn)品粒度合格率的基礎(chǔ)上相應(yīng)提高了處理能力,節(jié)電效果顯著。2磨礦過程主要技術(shù)指標(biāo)和影響因素磨礦作業(yè)是整個選礦廠生產(chǎn)工藝流程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié).磨礦作業(yè)在選礦廠的基建投資和生產(chǎn)費(fèi)用(主要是電耗、鋼耗)中占有很大的比例。同時磨礦作業(yè)是整個選礦廠的“瓶頸”作業(yè)。直接關(guān)系到選礦生產(chǎn)的處理能力、磨礦產(chǎn)品的質(zhì)量(粒度特性、單體解離度、磨礦產(chǎn)品的濃度等),對后續(xù)作業(yè)(特別是浮選作業(yè))的指標(biāo)乃至整個選礦廠的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有很大的影響。為了充分挖掘磨礦分級作業(yè)的內(nèi)在潛力,尋求高效的有效途徑,對磨礦分級自動控制的試驗(yàn)研究具有十分重要的意義。磨礦分級系統(tǒng)有4個主要的技術(shù)指標(biāo):球磨機(jī)臺時處理量、磨礦分極粒度、磨礦濃度和溢流濃度。影響這些技術(shù)指標(biāo)除了原礦性質(zhì)以外,還與排礦水量、返砂水量、磨機(jī)充填率等因素有關(guān)。因此,有必要對磨礦分級系統(tǒng)實(shí)施自動控制,其目的是為了提高磨機(jī)效率,穩(wěn)定分級溢流粒度,為選別作業(yè)提供合格的溢流產(chǎn)品。影響磨礦過程指標(biāo)的因素很多,屬于物料性質(zhì)方面的有礦石可磨度、給料粒度、產(chǎn)品細(xì)度等;屬于磨機(jī)結(jié)構(gòu)方面的有磨機(jī)規(guī)格、型式、襯板形狀等;屬于操作方面的有介質(zhì)形狀、尺寸配比及材質(zhì)、介質(zhì)充填率、磨機(jī)轉(zhuǎn)速率、加球制度、料球比和磨礦濃度等。這些因素本身又相互影響。上述因素中,第一類和第二類因素確定后通常不會改變;改變的是磨機(jī)轉(zhuǎn)速率、介質(zhì)充填率、料球比和磨礦濃度。一旦磨機(jī)轉(zhuǎn)速固定,則其余3個因素是可變的,它們是磨機(jī)中球負(fù)荷、物料負(fù)荷以及水量的總和,統(tǒng)稱為磨機(jī)負(fù)荷。它是磨礦過程一個重要參數(shù)。直接影響到磨礦的效果。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,由于礦石性質(zhì)的波動以及一系列外界因素的干擾和操作水平的差異等,使球磨機(jī)的負(fù)荷難以維持在最佳水平。因此,在磨礦過程自動控制中球磨機(jī)負(fù)荷的檢測和控制是球磨機(jī)自動控制最重要的內(nèi)容。能否準(zhǔn)確檢測出球磨機(jī)的負(fù)荷(包括球負(fù)荷、物料負(fù)荷及水量的數(shù)值)是整個球磨機(jī)優(yōu)化控制的關(guān)鍵。棒磨山鐵礦對一段磨礦分級作業(yè)實(shí)施了自動控制。該控制系統(tǒng)的主要配置包括PLC、電耳、工業(yè)控制機(jī)、電動調(diào)節(jié)閥、電磁流量計、變頻調(diào)整器、在線濃度計等。采用電耳對球磨機(jī)的聲強(qiáng)進(jìn)行檢測,并將音強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電流信號,系統(tǒng)根據(jù)電流信號的變化對球磨機(jī)給礦量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。除電耳外,還增設(shè)了磨機(jī)功率檢測裝置來檢測磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。3浮選過程的控制3.1藥劑添加控制系統(tǒng)與方法的確定加藥是浮選生產(chǎn)中必不可少的一個環(huán)節(jié)。加藥工作的好壞直接影響到選礦指標(biāo)。長期以來在選礦作業(yè)中一直采用人工添加藥劑,并通過人工調(diào)節(jié)加藥量來進(jìn)行生產(chǎn)指標(biāo)調(diào)節(jié)。人工操作由于操作受精力、責(zé)任心、熟練程度、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)等的制約,難以及時對過程變化作出調(diào)節(jié)。隨著選礦廠大型化、連續(xù)化、自動化的迅速發(fā)展及管理水平的不斷提高,人們對加藥系統(tǒng)的自動控制提出了更高的要求。傳統(tǒng)選廠的管理方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高運(yùn)行質(zhì)量的要求。再加上有的選礦廠對于操作人員編制有嚴(yán)格限制,因而提高加藥系統(tǒng)自動化水平已成為一個迫切的要求。目前,藥劑添加控制系統(tǒng)主要分為控制部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu),其中工業(yè)中多采用PLC進(jìn)行控制;執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有電磁閥式和加藥泵式兩種。由于電磁閥成本較低,維護(hù)方便,現(xiàn)場應(yīng)用最多的是電磁閥式控制。3.2浮選槽液位控制的應(yīng)用在選礦生產(chǎn)過程中,準(zhǔn)確控制浮選槽液位,將浮選槽中礦漿液面保持穩(wěn)定,對于提高浮選指標(biāo)具有重要的作用,不但能穩(wěn)定浮選作業(yè),而且有利于提高有用礦物的回收率和品位等浮選指標(biāo)。在浮選中.對浮選槽液位和氣泡厚度檢測非常重要.對浮選槽的液位和充氣量進(jìn)行控制也一直是個難題,近年來在浮選槽檢測礦漿液位時采用浮子式液位變送器的較多,采用超聲波測量浮球位移的浮選槽液位計在南非、加拿大、美國等已被應(yīng)用,國內(nèi)在銅陵冬瓜山選廠也有應(yīng)用。在金川有色金屬公司新投入使用的6000t/d磨浮系統(tǒng)中,對新型BGRIMM系列充氣式自吸漿浮選機(jī)的液位控制系統(tǒng)進(jìn)行建模,并用仿真方法對該型號浮選機(jī)的液位控制進(jìn)行了多方案的研究,包括線性PID控制、模糊PID控制及其對不同特性閥門的適用性等。結(jié)果表明。由于系統(tǒng)存在非線性環(huán)節(jié)且控制受限,單純采用線性PID控制不能同時將超調(diào)量和響應(yīng)時間調(diào)節(jié)到理想狀態(tài),而應(yīng)用模糊規(guī)則在線調(diào)整PID參數(shù),實(shí)現(xiàn)非線性PID控制,使系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了明顯提高,而且模糊PID控制能使不同特性的閥門均獲得良好的控制效果。趙燕等人研究了一種傳感器敏感元件主要由浮筒、軟件、軟帶、轉(zhuǎn)軸和平衡錘等部分組成。工作原理為:浮筒隨液面上下變化而移動,通過軟帶帶動軒盤轉(zhuǎn)動一定角度,并通過轉(zhuǎn)軸帶動轉(zhuǎn)換元件編碼器轉(zhuǎn)動,將液面變化量轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號送至計算機(jī)進(jìn)行處理。為阻止浮筒橫向漂移,加了限位裝置。浮筒隨液面上下變化而移動△h,通過軟帶帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動△θ角度,并通過轉(zhuǎn)軸帶動轉(zhuǎn)換元件角編碼器轉(zhuǎn)動,將液面變化量轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號送至計算機(jī)進(jìn)行處理。3.3礦化速度和速度浮選柱的選礦效率高,礦漿在柱內(nèi)停留時間短,礦化速度快。因此,浮選柱對各種干擾因素非常敏感.這就要求必須有相應(yīng)的自動檢測與控制系統(tǒng)。穩(wěn)定浮選柱的工況,以保障浮選柱的分選精度。3.3.1穩(wěn)定浮選柱內(nèi)部的液位在浮選柱精礦區(qū)的上部是附著精礦顆粒的泡沫層,浮選柱分選過程中要求泡沫層應(yīng)保持適當(dāng)?shù)暮穸?泡沫層太厚或太薄都會影響浮選效果。保持泡沫層的厚度實(shí)際上就是要穩(wěn)定浮選柱內(nèi)部的液位,而影響浮選柱內(nèi)部液位的因素有三個方面:一是人料量的變化;二是尾礦排放量的變化;三是中礦循環(huán)量的波動。一般是通過調(diào)節(jié)尾礦的排放量來穩(wěn)定液位。在有些浮選柱中采用U型管原理,將尾礦通過一個U型管接到一個與受控液位等高的尾礦槽中,調(diào)節(jié)尾礦槽的溢流口的高度便可調(diào)節(jié)浮選柱的液位。另一種是調(diào)節(jié)尾礦泵或閥來改變尾礦排出量穩(wěn)定液位。3.3.2中礦循環(huán)量的檢測控制系統(tǒng)入料的適量與穩(wěn)定是提高分選效果的必要條件之一,中礦循環(huán)的作用是使礦漿充分發(fā)泡,礦粒有更多的機(jī)會與氣泡接觸再造,因此中礦循環(huán)量的大小也是影響分選效果的重要因素之一。中礦循環(huán)量過小時,礦漿與氣泡接觸機(jī)會少、回收率低;中礦循環(huán)量過太時.勢必造成不必要的能量損耗因此系統(tǒng)需有中礦循環(huán)量的檢測控制系統(tǒng)。江西銅業(yè)公司德興銅礦,在大山選礦廠安裝了一臺2.44mx10mCPT浮選柱,生產(chǎn)指標(biāo)表明:浮選柱銅精礦品位比與之對比的機(jī)械浮選槽銅精礦品位平均提高了4.62%,銅和金的作業(yè)回收率分別提高了3.89%和4.06%,但銀和鉬的作業(yè)回收率分別下降0.8l%和12.26%浮選柱在德興銅礦的成功應(yīng)用,為類似礦山提供了經(jīng)驗(yàn)。4自動選擇存在的主要問題1低、測量精度低問題一些選礦關(guān)鍵過程傳感器仍然存在安裝復(fù)雜、可靠性低、測量精度低等老問題,這是影響選礦自動化應(yīng)用和發(fā)展的最重要的因素。另外由于選礦環(huán)境比較差導(dǎo)致傳感器使用壽命短,檢測數(shù)據(jù)誤差大也是一個原因。2控制方案設(shè)計不合理這是許多控制系統(tǒng)不能長期正常運(yùn)行甚至無法運(yùn)行的主要原因。有的設(shè)計開發(fā)不切合實(shí)際,主要表現(xiàn)在控制過程的程序設(shè)計不合理;儀表選型不合理,不能充分發(fā)揮其性能,對儀表可能出現(xiàn)的問題沒有充分估計。3自動化系統(tǒng)維護(hù)不當(dāng),缺乏相關(guān)專家來解釋有的需要維護(hù)人員頻繁處理或頻繁更換儀表。許多選礦廠在對自動化系統(tǒng)的長期使用和維護(hù)方面缺乏必要的重視,沒有長久的系統(tǒng)維護(hù)計劃,缺乏相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行自動化系統(tǒng)的維護(hù),無法自行解決系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障。一旦系統(tǒng)開發(fā)方的技術(shù)支持減弱,系統(tǒng)很可能因?yàn)樵O(shè)備故障、工況變化、人員變化等情況而難以正常運(yùn)行。一些選礦廠認(rèn)為控制系統(tǒng)投運(yùn)后就可一勞永逸,不作備品備件,出現(xiàn)問題后既不更換也不維修,特別是一些關(guān)鍵的儀表,出現(xiàn)故障后相關(guān)的控制回路甚至整個控制系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。5我國采礦自動化的進(jìn)步盡管目前國內(nèi)選礦自動化還存在這樣那樣的問題,但可以看到,我國選礦自動化還是取得了很大的進(jìn)步。隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等的不斷發(fā)展,以及選礦廠對自動化的重視,在激烈的市場競爭壓力作用下,我國選礦自動化將得到迅速的發(fā)展。1單因素和雙因素檢測球磨機(jī)負(fù)荷的檢測是球磨機(jī)自動控制的一項(xiàng)重要內(nèi)容,球磨機(jī)負(fù)荷包括球負(fù)荷、物料負(fù)荷以及球磨機(jī)中的水量。靠單因素檢測不能實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)負(fù)荷的準(zhǔn)確檢測,更無法判斷球磨機(jī)的介質(zhì)充填率、料球比和磨礦濃度;雙因素檢測仍無法判斷球磨機(jī)的磨礦濃度。因此,球磨機(jī)負(fù)荷檢測的發(fā)展趨勢應(yīng)該是多因素聯(lián)合檢測(至少是三因素),利用軟測量技術(shù),研究磨機(jī)負(fù)荷狀態(tài)、磨機(jī)內(nèi)部礦漿濃度、襯板磨損等情況,為未來開發(fā)磨礦過程優(yōu)化控制系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。2檢測方式及分辨率利用電子技術(shù)方面的一些最新成果,新型傳感器代替原有的檢測方式。采用高分辨率。低噪聲的半導(dǎo)體傳感器及剝譜技術(shù),研究開發(fā)新一代載流品位分析儀,解決相鄰元素和低含量元素的測定,提高儀器的使用性能,擴(kuò)大儀器的應(yīng)用領(lǐng)域。3自動化程度及操作為了突破傳統(tǒng)選礦工藝在能耗、成本、環(huán)保、效率等方面的局限。一些新型的選礦工藝和選礦設(shè)備正在逐步改進(jìn)或替代原有的生產(chǎn)方式。這些新技術(shù)中的一個共同點(diǎn)就是要求有較高的自動化程度,以確保達(dá)到較高的選礦指標(biāo),如電化學(xué)控制浮選技術(shù)要求連續(xù)檢測礦漿中多種電位的變化,并通過數(shù)學(xué)模型,以計算機(jī)控制的方式不斷調(diào)整浮選藥劑的用量,確保礦漿處于最佳的浮選狀態(tài);陶瓷過濾機(jī)要求全套的PLC裝置實(shí)現(xiàn)設(shè)備的操作控制;新型的浮選設(shè)備如浮選