選礦自動化技術應用及建議淺論

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摘要：我國幅員遼闊，各類礦產資源儲量豐富，科技的進步催生選礦業的快速發展，選礦自動化技術的應用在相當程度上提高了選礦的效率與質量。本文介紹了破碎流程自動控制、磨礦分級自動控制以及浮選流程自動控制等，就當前國內選礦工作現狀給出了一些建議。

關鍵詞：選礦；自動化；破碎；磨礦分級；浮選０

前言

礦產資源屬于不可再生資源，隨著開采時間的增加與開采規模的擴大，我國礦產資源總量持續減少。在礦產業競爭日益白熱化的背景下，提高礦業生產的效率與質量，降低生產消耗水平以及提升礦業生產的信息化水平進而提高企業市場競爭力與經濟效益成為礦產企業實現長效發展的必然措施。通過引入傳感識別技術、電子信息技術以及計算機控制技術等，目前國內一些大型選礦企業已經著手進行傳統選礦生產作業的創新轉型，力求實現企業管理信息化、生產設備高度自動化以及生產過程集成化與綜合化，響應工業４．０的號召，積極推進現代化集成制造業的發展。選礦技術自動化可從破碎、磨礦分級、礦石甄選以及脫水過濾與濃縮等環節入手，選礦自動化技術的應用，可以大大提高選礦質量與選礦效率，減輕生產人員勞動強度。同時，應用選礦自動化技術還可以顯著提升選礦企業技術經濟指標，進而提高其經濟效益與市場競爭力。

１破碎流程自動控制

我國在礦石破碎流程自動控制方面，目前國外還存在一定的差距，這主要是受我國工業自動化產業起步較晚，總體自動化水平偏低等相關因素的影響。現階段，國外一些選礦企業已經通過在破碎機中設置檢測類儀器儀表與配套自動控制裝置等，大大的提高了礦石破碎機的生產穩定性、產能以及安全性等；國內如鞍鋼與馬鋼等大型礦業公司通過在現有破碎機結構的基礎上進行優化與改善，也在一定程度上提升了破碎機的可靠性，降低了能耗水平。以往的國產圓錐形破碎機采用了固定排礦口的結構，生產過程中無法根據礦石大小進行動態的調整，而只能通過人為介入來完成礦石粒度的調整。改造升級后，通過控制破碎機主傳動電機的功率或電流，實現礦石破碎機給礦量的調節；通過增加溫度、壓力以及流量傳感器裝置，優化破碎機的可靠性。例如，鞍鋼集團齊大山鐵礦選礦廠以及武鋼集團程潮礦選礦廠等礦業公司都曾在上世紀末從國外引進。芬蘭ＭＥＴＳＯ公司通過使用串級控制模式，大大的提高破碎機的自動控制系統性能，進而改善了破碎機自動控制系統的動態品質與工作效率。馬鋼集團南山礦業公司通過技術研發與引進，建立了一套碎礦石全流程計算機控制系統與視頻監控系統，借助以太網同步進行生產數據與監控視頻數據的傳輸。系統主控制系統根據接收到的監控數據，向破碎機執行機構發出粗碎、細碎或者中碎的指令，從而實現對破碎機的動態控制。需要注意的是，目前許多礦業公司使用的礦石破碎機老舊設備較多，通過合理的規劃，結合自動控制技術與自動監控技術對這些老舊設備進行自動化改造升級，對于推動傳統礦業公司的現代化轉型具有較強的現實意義。

２磨礦分級流程自動控制

磨礦分級作業影響著選礦工藝指標、生產能源消耗、選礦生產的產能、磨礦產品質量以及選礦企業的技術經濟指標等，因此強化磨礦分級作業的控制水平與作業質量對于選礦廠而言至關重要。磨礦分級作業流程較為復雜，主要技術指標包括球磨機臺時處理量、磨礦分級、磨礦濃度以及溢流濃度等，其影響因素涉及到原礦性質、礦排水量、返砂水量以及磨機充填率等。磨礦分級系統的自動化控制升級是為了提高分級溢流粒度的穩定性與磨機工作效率，進而保證后續選別作業的順利開展。由于磨礦分級作業指標具有較強的耦合性，單輸入、單輸出模式的ＰＩＤ控制模式達不到預期的自動化控制效果，因此可通過引入模糊控制模式對不同的控制回路實施差異化的控制策略，即簡單回路使用智能型ＰＩＤ進行控制，復雜回路使用模糊控制與串級控制進行控制，以實現根據礦石硬度、粒度以及負荷量與球磨機介質等指標的動態變化進行動態調整。例如，南京銀茂鉛鋅礦業為了提高磨礦環節工藝指標的控制水平，增設了給礦量、電流檢測、磨機電耳值以及溢流濃度與報警信號等項目的檢測，有效提高了磨機狀態的自動研判與控制能力，大大提高了控制系統的可靠性。通過模糊控制與ＰＩＤ智能控制的組合，能夠便捷的對系統內監控設備與儀器儀表設備等進行手動操作，并且人性化的人機界面還大大的提高了自動控制系統的可操作性。

３浮選流程自動控制

３．１加藥自動化控制

選礦生產中，浮選自動加藥控制系統通常采用ＰＬＣ控制系統進行控制，該系統可以實現加藥裝置的定時、定量控制，還能實現在加藥設備的遠程控制下多點自動給藥。從結構上來說，藥劑控制系統主要由控制單元與執行單元組成，其中執行單元又可分為泵式加藥執行系統和電磁閥式執行系統，相對而言泵式加藥執行系統的前期投資較多，且系統復雜、維護難度大，因此在一定程度上限制了其在選礦生產中的應用。

３．２礦漿液位自動化控制

在浮選槽礦漿液位檢測方面，傳統的浮選作業設備通常使用浮子式液位變送器；美國、加拿大等西方國家已經普遍使用超聲波測量浮球位移浮選槽液位計，實現了較高的測量精度。國內方面，銅陵有色集團使用的２００ｍ３充氣機械攪拌式浮選機配備了由礦漿液位測量裝置、就地控制操作盤以及氣動執行機構等單元組成的自動化礦漿液位控制系統。其中，礦漿液位測量系統可分為測量筒、超聲波探頭裝置以及噴淋清洗裝置等；就地控制操作盤則主要由智能單回路調節控制器與電動執行單元操作盤組成。需要說明的是，由于機械攪拌式浮選機攪拌強度過大，因而很難實現礦漿液位的自動化精確控制。

３．３浮選柱自動控制系統

相較于以往的浮選機，由于浮選柱未采用機械攪拌結構，因而能夠在無攪拌的條件下有效提升微細粒級礦物的回收率。目前，浮選柱自動控制系統通常使用浮選柱界面高度控制系統、沖洗水流量控制系統與分散空氣流量控制系統等３類自動控制系統來實現。３．３．１浮選柱界面高度控制系統。在浮選柱界面高度控制系統中，一般使用球形浮子結合超聲波探測器或者壓力傳感器來確定泡沫與礦漿的界面高度。其測定原理是壓力傳感器或超聲波探測器能夠發出與泡沫和礦漿界面位置成正相關關系的電信號，通過相應的換算即可得到需要的位置指標。在實際應用中，一部分浮選柱借助Ｕ型管原理，即使用一個Ｕ型管將尾礦與一個受控液位等高的尾礦槽相連，浮選柱液位高度可以通過改變尾礦槽溢流高度來實現控制。３．３．２沖洗水流量控制系統。在沖洗水流量控制系統中，使用流量控制閥結合流量計即可實現對沖洗水流量的自動控制功能。就浮選柱的自動控制而言，沖洗水的流量主要受給料速率、給料品位以及浮選柱預期溢流回收率等因素的影響。在選礦生產作業中，流量的輕微波動不會造成較大的影響，但是通過一定的措施保持沖洗水的流量穩定更有利于生產作業。３．３．３分散式空氣流量控制系統。空氣流量的控制是通過調節球閥來實現的，流量大小的實時監測則主要是通過流量計來完成，在分散式空氣流量控制系統中合理控制空氣流量有助于改善浮選柱的運行工況。在分散式空氣流量控制系統中，界面液位、藥劑投放量、給料噸位以及固體顆粒百分比等因素會對最小氣體流率與最大氣體流率產生較大的影響。其中，若分散器內氣壓小于最小氣體流率則會導致泡沫穩定性降低，大于最大氣流率會造成氣泡凝結時固體顆粒回收率低下的問題。

４選礦自動化技術的應用建議

４．１加大專業檢測儀表的研發力度

傳感檢測技術的發展與應用水平的提高在相當程度上促進了我國工業自動化水平的進步。在選礦自動化控制領域，通過采用高分辨率與高可靠性的識別傳感器與識別傳感技術，可以顯著提高自動化控制系統中儀器儀表的可靠性，豐富其功能，進而起到提高選礦自動化控制水平的作用。

４．２深化自動控制理論研究，提高自動化控制系統的創新力度

自動控制理論萌生于２０世紀５０年代，并且在２０世紀６０年代獲得了較快的發展，特別是近年來逐步衍生出了人工智能、自動控制、運籌學以及信息論等多學科交叉的現代智能控制理論。其中，由神經元網絡系統、模糊控制單元以及大數據庫構成的人工智能技術在現代化工業生產中獲得了極為廣泛的應用。因此，在選礦自動化控制領域深化自動化控制理論，提高自動化控制系統的創新力度，以提高自動化控制系統與選礦企業生產實際的匹配度，成為促進選礦生產向高集中式、高自動化水平以及智能化發展的必然要求。

４．３強化選礦生產作業的信息化建設

隨著信息技術的發展以及信息技術與自動化控制技術縱向融合的加深，選礦作業的信息化建設成為相關企業向綜合化、功能多元化以及智能化發展的重要內容。未來，選礦生產企業需要擴大信息技術在企業生產與管理等工作中的應用面，建設選礦企業生產調度、生產過程監督以及經營管理信息化平臺。通過信息化建設打通限制企業內部溝通與市場經營的壁壘，提高信息的流通效率。需要注意的是，選礦生產企業在信息化建設過程中需要注重對信息化人才隊伍的培養，并根據企業實際情況創建服務于企業長期發展戰略的企業級信息化平臺。

５結語

綜上所述，雖然我國選礦自動化技術的發展與應用相較于國外發達國家還存在一定的差距，但是近幾年在國家大力倡導科技創新的背景下已經取得了不錯的成績。為了提高選礦生產企業的生產效率與生產質量，推動我國選礦生產企業從傳統生產模式向自動化控制生產模式的轉型，需要結合企業生產情況進行信息化建設，加大自動化控制系統的研發力度，提高應用水平，同時加大專業檢測儀表的研發力度。

作者:張添鈞 單位:沈陽有色冶金設計研究院有限公司