选矿综合自动化系统及设备控制

导语：随着我国东部矿山浅部资源枯竭，开采深度的不断增加，矿石贫、杂、细及种类多，西部资源丰富，高寒缺水等特点；加上公民对环境的日益关注，对有限资源综合回收利用提出了新的要求，选矿工艺对设备、电气和生产过程自动化的要求越来越高，大型设备机电一体化、智能MCC和选矿过程参数优化控制已经成为用户的迫切需求。

一、选矿综合自动化系统

一般来讲，选矿综合自动化系统包括ERP企业资源汁划系统、MES制造（生产）执行系统、PCS工艺流程控制系统三层关系，其中，FCS工系统是综合自动化的基础。

ERP系统利用C／S（客户／服务器）、B／S（浏览器／服务器）服务体系，关系数据库结构，面向对象技术，图形用户界面，网络通信技术等信息产业成果，以ERP管理思想灵魂的软件产品，整合企业管理理念、业务流程、基础数据、人力物力、计算机硬件和软件技术于一体的企业资源管理系统。

EMS系统解决整体优化生产过程中生产计划与生产过程脱节的问题，是生产活动中信息与管理活动信息沟通的桥梁。

现场总线( FCS)控制系统是全面数字化、网络化的控制系统。位于现场的传感器、执行器、MCC全部数字化、智能化，它们彼此之间及PLC控制器之间通过现场总线构成工业现场的控制网络，进而连接到上层控制网、管理网、互联网。信息可以在现场、车间、厂矿、公司总部之间自由流动。

二、选矿典型设备

近十年来，由于旋回破碎机、半自磨机、大型浮选机等新设备、智能MCC新技术的采用，大大简化了碎矿流程。当采用半自磨机设备时，通常原矿只要经过旋回破碎机一段粗碎后，排矿粒度小于250mm，就可以直接送入半自磨机进行磨矿。其优点省去了中、细碎作业，简化了流程、减少了生产环节，生产成本低，便于管理。生产环境好，降低了传统破碎流程的粉尘污染和繁重的维修强度。

浮选机是浮选过程的基本单元。浮选机的大型化具有空气分散性好，基建费用低，磨损小和减少维护费用、节能等。并且易于实现自动控制和管理。对于处理大量低品位原矿是非常有效的一种设备。

脱水、过滤设备有浓密机、高效浓密机、深锥浓密机；圆筒过滤机、圆盘过滤机、压滤机、陶瓷过滤机等。陶瓷过滤机是国内外广泛采用的高效、节能的真空过滤设备，与现有普通真空过滤机相比，工作原理和外形结构十分相似，根本的区别在于过滤介质不同。陶瓷过滤机采用多孔陶瓷板作为过滤介质，取代了滤布，从而使其性能产生了质的飞跃。压榨、吹千的压滤机对精矿滤饼的水份控制很好，但由于采用较高压力的给料泵及空压机，使得能耗及生产运营费用较高。

智能MCC系统是信息技术、传感技术、计算机数据处理技术相结合的新型电气自动化控制系统，其核心元件是带通信功能的电机智能保护器，DGS的控制指令和电动机的相关运行信息均通过总线通信的方式进行，现场总线可以根据需要配置备用通信接口。

三、开路破碎流程及控制

小于12000mm原矿可直接给入液压旋回破碎机的受矿仓，旋回破碎机把矿石破碎成小于250mm粗矿后，直接进入缓冲仓，再经重型板式给料机、皮带输送机、分配小车输送到粗矿仓存储。粗矿仓的矿是半自磨机的原料。

旋回破碎是集设备润滑、除尘系统的一体化大型设备，确保设备自身工作安全、环境良好。皮带输送机集一级跑偏、二级跑偏、拉绳开关、撕裂、打滑等信号的一体化设备，自带的控制系统对设备进行监控。

缓冲仓雷达物位计设置高、低位报警。高报警发出声光信号，运输车辆停止向受矿仓卸矿；低报警信号控制重型板式给料机停车，其目的是绘重型板式给料机留有一定厚度的保护层。根据工艺条件对生产流程实现逆流程开车、顺流程停车。停车时一定确保皮带输送机上不留矿石。

四、磨矿过程及控制

目前，大型矿山多采用SABC流程的半自磨工艺。原矿经粗碎、半自磨和筛分后，筛上物料经顽石破碎回半自磨，筛下经水力旋流器分级，沉砂送球磨机再磨，简称SABC流程。

SABC流程成功的关键是除铁、脱泥；矿石在开采和运输过程中，钻头、钻杆、矿车连接销钉等铁件会混入矿石中，严重威胁着碎矿设备的安全运转。

除铁是保证碎矿机安全运转的重要措施，破碎矿石中如果有铁件存在，排矿口很容易卡住，造成设备事故，使生产停顿。为防止铁件进入破碎腔，必须考虑清除矿石中的铁件。

洗矿是洗去矿石表面的粘土。矿泥的产生主要是氧化矿床、冲击矿床和沉积。

矿床，受长期风化的结果，以及矿石在开采和运输过程中黄泥和杂物的混入。这些混入矿石中的矿泥和杂物，容易堵塞筛孔和分析仪取样器，使磨矿负荷增加，影响粒度仪的分析精度，导致达不到系统的控制目标。因此，选别之前的洗矿是必须的。

粗碎仓中矿石经中重板给矿机、皮带输送机给入半自磨机。皮带秤与振动给矿机的变频器组成半自磨机给矿控制回路，稳定给矿量；皮带秤的信号与半自磨机进料给水检测控制仪表组成比例给水回路，确保磨矿浓度稳定在75%～80%。半自磨机排旷经直线振动筛分级，筛上顽石经大倾角挡边胶带输送机给入顽石仓，再经圆锥破碎机开路破碎后经胶带输送机返回自磨机；筛下产品进入球磨机与旋流器组成的闭路磨矿系统。通过控制旋流器进料矿浆浓度和压力，确保旋流器溢流细度稳定在一200目占70%o旋流器溢流矿浆进入浮选作业。

磨机功率的消耗主要取决于磨机的充填率，电能的消耗量随充填率的增加而增加。当电能消耗量达到最大值时的充填率称为临界值充填率。此时若充填率再增加，电能却反而下降。当充填率小于临界值时，处理能力是与充填率之间始终存在物料平衡关系，达到平衡关系的最为稳定充填率，一旦超过隐定充填率填率将会迅速地，不按比例地增加，以至超过临界充填率，出现所谓“胀肚”现象。在生产中要使磨机的给矿量与排矿量始终保持在平衡的情况下工作，就应使磨机保持好的充填，实现处理量的最大化。

磨矿作业以磨矿细度为核心，力求实现处理量最大化为目标。要实现此目标，必须在确保磨矿产品细度的条件下，使磨机保持好的填充率。

在线调整半自磨机的(WT)给矿量，根据磨机(JT)功率、电耳(AT)声音、磨机(PT)轴承静压力等检测信号，通过变频调速装置调整好磨机的转速率(使磨机固定在该频率下)，可以得到一系列的磨机载荷—功率曲线的关系，找出最大磨机载荷—功率曲线。

最大磨机载荷—功率关系曲线并不能直接用来解决半自磨机的处理量最大化控制问题。因磨机的静压力（即磨机重量）不等于充填率；电耳所测的音频信号受装载量，衬板、钢球磨损等多种因素影响。

磨机的冲击效率与衬板质量、充填率有密切关系。磨机衬板被磨损后钢球的提升高度不到位，钢球的落点位置偏离，电耳所测的音频信号发生变化；磨机的充填率随矿块大小或矿石密度的变化（静压力的大小不能代表磨机的填充率），根据磨机的静压力判断磨机的充填率，这将导致磨机内部料的“底部”位置发生变化，钢球的落不到磨机内部料的位置，冲击粒度减小。

五、浮选过程控制

浮选过程的基本单元。浮选生产过程要求浮选机中合格的入选矿浆，在有效的流体动力学和适合的化学环境条件下，形成稳定的高质量泡沫层和理想的泡沫速度。如何提高浮选机的可控性，将浮选自动化推向新的高度已成为现实。

浮选机中的矿浆在浮选药剂作用下，通过有效混合，高质量的泡沫处理，各种不同粒级矿物在不同作业中得到充分回收。入选矿浆有不同粒级（粗、中、细）矿物，每种粒级在浮选过程中的行为是不同的。在粗选作业中要回收矿浆中细小粒级矿物，将要足够的剪切力传递能量，使之突破微小气泡围绕的液体界层，粘附在浮选机上部气泡上被刮出，提高泡沫负载速率。对于扫选作业中要回收较粗粒级的矿物，要消除强烈的紊流（不能出现“翻花”现象），保持半层流运动，使矿粒免受剪切力的重复打击，不从气泡上脱落下来。

矿浆的酸碱度、药剂类型和用药量的合理选择和有效控制，对于矿石的成功选别是至关重要的。按工艺要求的g/t指标控制药剂用量是一种有效的控制手段。

浮选机的可控性主要表现在控制系统对浮选机中的泡沫特性的控制能力。

泡沫特性好表现为：泡沫层稳定，已浮出的不同粒级矿物保持在泡沫中的能力强（即泡沫大小、泡沫速度、泡沫颜色稳定）。

对于特定的浮选应用场合，泡沫厚度的支承能力存在一个极值，也就是说泡沫厚度与固体颗粒在泡沫相里的停留时间有关；但是，如果泡沫层变得太厚，泡沫本身就开始塌陷。开始塌陷的泡沫层厚度由泡沫结构来确定。泡沫结构与药剂类型、药剂用量、矿浆的酸碱度和矿石中的可浮矿物的数量等因素有关。要取得好的浮选效果，要求浮选机中有稳定的泡沫厚度和稳定的泡沫速度。

在矿浆液位发生大的波动或频繁变化时，整个浮选系统也在不停的变化，可能出现浮选机跑槽和泡沫箱溢出等现象。因此，浮选机的液位控制是稳定浮选系统的关键。浮选液位多变量协同控制方法在许多大型选厂推广应用，取得很好的效果。

六、精矿脱水流程及控制

精矿采用浓缩、过滤两段脱水流程。

典型脱水流程采用浓缩一过滤两段脱水方案（某些矿产品粒度较细，如钢精矿，需采用浓缩一压滤—干燥三段脱水流程）。

稳定化控制确保设备正常运转，根据扭矩报警上限，保证浓缩机不压耙；根据浓缩机进料干量控制絮凝剂添加；根据浓缩机底流浓度调整变频转速，调整底流流量，从而保证底流密度稳定。

浓缩机正常工作过程是一个物料平衡的过程，如果物料平衡被破坏，其结果出现溢流跑混、固液分离效果差、压耙等事故。北京矿冶研究总院信息与自动化研究设计所根据浓缩机入料千矿量、排料密度、泥床压力、泥床界面、溢流浊度等测量变量，建立物料平衡数学模型，通过该模型优化底流流量控制设定值，实现浓密机的优化控制。