金矿选矿过程自动化系统设计

介绍了某金矿选矿过程自动化系统的设计思想和系统组成。结合选矿生产过程的特点 , 在实际中采用模糊控制的方法 , 根据偏差的大小和变化率来控制磨矿旋流器入口浓度; 采用控制均匀值的思想 , 保持球磨机给矿量平均值的稳定; 还介绍了一种测量浮选槽液位的方法。实际应用表明: 该控制系统能有效控制生产过程 , 提高了生产能力 , 保证了精矿品位和回收率都达到或超过设计指标。

选矿工艺流程分为破碎及筛分、磨矿、浮选和脱水4 个部分。破碎及筛分流程采用三段两闭路的工艺 , 粗碎由井下颚式破碎机完成; 振动给矿机、皮带、双层圆振动筛 , 两台进口圆锥破碎机构成中碎和细碎两个闭路系统 , 完成中碎、细碎和筛分作业。磨矿流程采用单段球磨加分级设备的工艺 , 由一台球磨机、渣浆泵、旋流器构成闭路系统; 重选设备为进口的尼尔森离心选矿机。浮选流程采用一粗、二精、二扫的工艺 , 尾矿采用旋流器分级。脱水流程由浓密机、搅拌槽、压滤机完成矿浆的浓缩和过滤 , 得到精矿。

2 选矿工艺流程设计思想

选矿过程计算机控制系统覆盖整个选矿工艺流程 , 选矿过程控制的目的在于通过优化生产过程 ,提高精矿回收率和精矿品位 , 从而提高生产效率 ,降低能耗 , 减少生产成本。主要设计思想包括:

①按照一定规则完成对设备的自动顺序控制;并实时检测所有设备的状态 , 完成故障时的连锁停车及报警 , 以保证所有设备的安全运行。②选择适当的仪表和执行器 , 对选矿生产过程中各主要环节的重要参数进行实时检测和控制保证生产指标优化生产过程。③建立工业以太网 , 连接各生产车间和生产管理部门 , 交换管理信息和生产数据 , 统一管理整个生产过程。④建立生产过程监控系统 ,通过视频图像、动画、音频等多种方式将信息直接反馈给管理部门。4 　选矿过程控制中难点问题探讨

1) 磨矿旋流器入口浓度控制　磨矿工艺及浓度调节系统如图1 所示。旋流器是利用流体力学的原理将矿浆分级的设备。矿浆由渣浆泵泵入旋流器 , 在旋流器中做回转运动 , 由沉沙口排出 , 细粒级由溢流管排出去浮选流程。磨矿旋流器技术指标: 给矿浓度 57 % , 溢流浓度30 %～34 % , 沉沙浓度 72 %～77 % , 给矿压力0110～0112 MPa , 分离粒度74～150μm。进入旋流器的矿浆浓度在工艺要求的范围内才能保证溢流粒度和浓度满足浮选工段的生产要求。旋流器给矿浓度由球磨机排矿浓度和补充水量决定 , 球磨机排矿浓度是随时变化的 , 因为泵池内浓度无法实时测量 , 所以只能在旋流器入口管道上安装浓度计和流量计 , 实时检测旋流器给矿浓度和流量。在球磨机出口泵池的补充水管道上安装气动调节阀和流量计 , 根据矿浆浓度变化调整补充水流量。当球磨机排矿浓度和补充水量变化时 由于泵池容积和管道长度的影响 , 要滞后一段时间才能检测到浓度的变化。在旋流器上安装压力传感器 , 渣浆泵采用变频器驱动 , 根据压力调节渣浆泵转速 ,保证旋流器给矿压力。系统形成一个由旋流器给矿浓度 r决定补充水量 u , 再由补充水量 u 决定调节阀开度y 的两级串级控制系统。其后一级采用 PID 控制就可满足要求。而前一级过渡过程具有对象滞后大、扰动不可控且变化频繁、参数间的关联性强等特点 , 如采用传统的 PID控制 , 存在偏差消除时间长、系统不易稳定、控制器参数不易确定的缺点。在各种经典控制规律中 , 反馈控制总是以偏差及其导数作输入 ,人工操作也是根据类似的经验 , 就是依据偏差变化的大小和快慢决定控制对象的变化量。根据模糊控制的理论 , 依据上述原则以磨矿旋流器入口浓度偏差 e 及其导数ec 作输入 , Δu 作输出 , 依据工艺要求和生产经验制定决策表 , 设计了一个二维模糊逻辑控制器 , 该控制器利用 PLC 的高速运算能力由软件实现。该控制器有几个优点: 其模糊推理规则虽不是线形的 , 但 u 与 r之间有类似比例积分控制的关系 , 有利于消除静差; 不会产生饱和现象; 对突发的大扰动响应快。在实际生产中分成两种操作方式: ①在球磨机生产不稳定的情况下由人工控制补充水量; ②球磨机连续生产时采用自动控制。在实际生产中 , 磨矿旋流器给矿浓度保持在 55 %～60 % , 证明这种控制方法是行之有效的。

2) 球磨机给矿控制 　磨矿是选矿生产过程中的关键环节 , 一般磨矿过程的能耗占选矿厂总能耗的60 %左右 , 控制好磨矿过程 , 对于节能降耗、提高产品的质量和产量意义重大。磨矿过程控制的目标是: 通过调节给矿量和给水量 , 使分级的溢流粒度和浓度满足工艺要求 , 同时使磨机的产量提高。给水量与给矿量成比例关系 , 由给矿量决定。球磨给矿量自动控制的过程是通过改变给矿变频电机的频率 , 使球磨机给矿量按设定值的要求变化。在给矿皮带上安装电子皮带秤检测给矿量 , 用变频器调节给矿机的频率控制给矿量。矿仓内的结矿现象造成给矿量波动 , 因此给矿量的波动无法消除也无法预测。按照设备的使用要求 , 给矿机与电子皮带秤间必须有一段距离 , 这也造成控制作用的滞后。实际生产中允许给矿量有一定范围的波动 ,只要单位时间内的给矿量平均值保持稳定就能满足生产要求。实际中以8 s 为一个周期 , 计算出给矿量的平均值 , 当其波动超出限幅后 , 采用比例积分控制调节给矿机的频率 , 这样就避免了因结矿引起给矿机频率的剧烈变化 , 也保证了生产稳定。

3) 粉矿仓料位的测量 　矿仓料位在破碎流程和磨矿流程中都是一个非常重要的参数。由于矿仓截面较大 , 而且仓内物料不断地堆积和下陷 , 往往造成测量的误差很大。为了提高料位信号的准确性 , 增加了测量点 , 在不同位置安装两个雷达料位计 , 采用软件滤波后取得测量值 , 然后取它们的平均值作为控制量。

4) 浮选槽液位的测量 　常规测量方式可分为接触式和非接触式。接触式液位计优点是不受矿浆泡沫影响 , 缺点是矿浆将妨碍仪表的机械装置运动 , 从而造成测量的误差; 非接触式(一般用超声波)液位计的优点是不直接接触矿浆 , 缺点是超声波无法识别矿浆表面的泡沫层。由此 , 考虑将二者结合起来 充分利用二者的优点而避开其缺点。在浮选槽内放置一个浮子 , 选择合适的体积质量使它漂浮在矿浆中 , 在浮子上安装支架和反射板 , 反射板高出泡沫层。用超声波液位计检测反射板的位置 , 计算出矿浆液位的高度。由于浮子本身不做机械运动 , 因此它不会受矿浆黏度的影响 , 而且由于超声波不是直接照到矿浆表面 , 而是照到浮子上 ,也不会受矿浆泡沫厚度的影响。

(矿山设备网)