磨矿分级智能控制系统在焦家金矿的研究应用.pdf

东北大学 硕士学位论文 磨矿分级智能控制系统在焦家金矿的研究应用 姓名王海波 申请学位级别硕士 专业控制工程 指导教师高立群 20060801 东北大学工程硕士学位论文摘要 磨矿分级智能控制系统在焦家金矿的研究应用 摘要 论文以山东黄金集团焦家金矿磨矿分级测控自动化项目为对象，研究了冶金行业磨 矿过程自动控制、参数优化和信息集成技术，提出了三层实现方案。 磨矿是选矿工艺的重要一环，其主要目标是在保证矿物粒度的基础上使得产量最大 化。磨矿过程是一个复杂的多变量、非线性和大时滞过程。论文根据控制目标，在分析 系统模型基础上，结合磨矿系统特点，提出了前馈、串级、死区控制在磨矿系统的应用。 论文选取了与质量和产量密切相关的旋流器协调控制和磨机给矿及负荷模糊控制两个 子系统作了重点分析，采用模糊控制算法，对球磨机的运行状态进行判断并提出优化控 制策略，实际控制效果证明了算法的有效性。 本论文还研究了利用单纯形法进行控制器参数优化，并在实际中得到应用。 论文还研究了集散系统中以数据库为核心的信息集成、工业以太网及W e b 技术在 D c S 中的应用。 在充分研究磨矿过程自动控制、效益优化和信息集成技术基础上，提出了磨矿D C S 的过程控制缴、过程监控级和生产管理级三层实现方案。 实际运行表明，本文设计的磨矿过程优化控制系统有效、经济，可靠，不仅适用于 冶会行业，同时对采用自动化和信息化改造传统行业都其有重要的借鉴意义。 关键词磨矿分级；模糊控制参数优化信息集成集散控制系统 东北大学工程项士擘位论文 S t u d ya n da p p l i c a t i o no nt h ei n t e l l i g e n tc o n t r o lf o r g r i n d i n gc l a s s i f i c a t i o nc o n t r o ls y s t e mi nj i a o j i ag o l dm i n e A b s t r a c t 1 1 地g r i n d i n gp r o c e s sa u t o m a t i cc o n t r 0 1 ．P a r a m e t e r so p t i m i z a t i o na n di n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o ni nm e t a l l u r g i c a li n d u s t r yw a ss t u d i e di nd e t a i la n dap r o p e rs o l u t i o nm e t h o dw a s p r o v i d e di nt h ep a p e r ．1 1 把s o l u t i o nh a sb e e nu s e di nt h ei n t e g r a t i v ea u t o m a t i o np r o j e c to f j i a o j i aC o n c e n t r a t i o nP l a n ti nJ i a o j i aG o l dm i n e ．S h a n d o n gG o l dG r o u pC o ．h d ． n 地g r i n d i n gi sa ni m p o r t a n tp r o c e s si nm i n e r a lb c n e f i c i a t i o n , i nw h i c ht h em a i n c o n t r o lo b j e c t i v ec a nb es t a t e da sm a x i m i z i n gt h et h r o u g h p u ts u b j e c tt om a i n t a i n i n gt h e p r o d u c ts i z ew i t h i na na l l o w a b l er a n g e ．O r i n d i n gs y s t e mi sac o m p l e xm u l t i - v a r i a b l e ， n o n l i n e a ra n dl a r g et i m el a gs y s t e m ．A c c o r d i n gt ot h ec o n t r o lo b j e c t i v ea n dt h ec h a r a e l 电感 o ft h eg r i n d i n gs y s t e m , af o r m e rf e dc o n t r o la n dc a s c a d ec o n t r o la n dd e a dc o n t r o lw a s g i v e no U to nt h eb a s i so f 蚰a l y 五n gs y s t e mm o d e l ．I nt h es u b s y s t e m s ，t h eC o o r d i n a t i o n c o n U o li nH y d r o c y c l o n el ℃l a t i n g q u a l i t ya n dm i n e r a lf e e d i n gc o n t r o la n dr e l a t i n g t h r o u g h p u tw e r ed i s c u s s e d0 1 1e m p h a s i s ．n ea m ys t r a t e g yw a su s e di nt h es u b s y s t e m s ． 1 1 1 ec o m p l e xc o n t r o ls t r a t e g yw o r k e dw e l l 笛t h es y s t e ms h o w ni nr e a lr u n n i n gc o n d i t i o n 1 1 l i sp a p e rh a dr e s e a r c h e dt h eu s eo fs i m p l e a l g o r i t h mf o ro p t i m i z i n gc o n 昀I l e r p a r a m e t e r s ． 1 1 1 ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nb a s i n go nt h ed a t a b a s e , t h ea p p l i c a t i o no fi n d u s t r i a l E t h e m c ta n dW 曲t c c h ∞l o g yi nt h ed i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mw a ss t u d i e da l s o ． O nt h eb a s i so ft i f f l y s t u d yt h eg r i n d i n go p t i m i z a t i o nc o n t r o la n di n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n , t h et h r e el e v e l ss o l u t i o ni nt h eg r i n d i n gD C S w a sg i v i n go u t ，w h i c hw a sm a d e u po f C o n t r o l l i n gL e v e l ，S u p e r v i s o r yC o n t r o lL e v e la n dM a n a g e m e n tL e v e l ． 1 1 1 er e a l i t i e ss h o wt h a tt h eg r i n d i n gp r o c e s so p t i m i z a t i o nc o n t r o ls y s t e mr u n sw e l l e c o n o m i c a l l ya n dr o b u s t i o u s l y , w h i c hn o to I 岖c a nb ea d a p t e dt o t h ei n d u s t r yo f m e t a l l u r g i c a lb u ta l s oh a v eg r e a ts i g n i f i c a n c et ot h ea u t o m a t i o na n di n f o r m a t i o nr e n o v a t i o n o f t h eo t h e ro l di n d u s t r i e s ． K e y w o r d s G r i n d i n g ；F u z z yc o n t r o l ；P a r a m e t e r so p t i m i z a t i o n ；I n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n ； D i s t r i b u t i o nc o n t r o ls y s t e m ．那 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名孑I j | } 桫争 日期 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名否则视为同意。 学位论文作者签名 签字日期 导师签名 签字日期 东北大学工程硕士学位论文第一章绪论 1 ．1 选矿工艺简介 第一章绪论 选矿是指从原矿石中除去所含的脉石及有害元素，使有用的矿物得到富集，或使共 生的各种有用矿物彼此分离，得到一种或几种有用矿物的精品。从地下开采出来的原矿 一般都由有用矿物和脉石组成。原矿的品位 有用矿物含量的百分比 一般都比较低，金 矿石品位为几克／吨，如此低品位的矿石不能直接进行冶炼，因此需要先进行加工，除去 大部分脉石和有害成分，得到品位较高的精矿，供下一步使用，对原矿的这一加工过程 就叫选矿。 选矿选出的富集了有用矿物的产品称之为精矿，抛弃的无用产品称之为尾矿。多数 矿石都需要迸行选矿才能合理、经济地作为工业原料被加以利用，因此选矿是实现资源 有效利用的一个非常重要的生产过程。 选矿方法也随着处理对象的变化而变化，常用的选矿方法有物理选矿法、化学选矿 法、生物选矿法及组合选矿法，黄金常用的为重选法、浮选法等。重选法是根据矿物相 对密度的差异来分选矿物的。浮选法是根据矿物表面的物理化学性质的差别，经浮选药 剂处理，使有用矿物选择性地附在气泡上，达到分选的目的。 出于黄金在自然界含量普遍较低，所有的矿石都必须经过磨矿分级和选别／j ‘能获得 利用，而浮选又是黄会回收最重要的手段之～，要使浮选获得理想的指标，磨矿分级过 程必须稳定，产品粒度均匀、解离度高、又不过碎。 1 ．2 选矿自动化发展及现状 1 ．2 ．1 国外选矿自动化发展及现状 随着世界经济的飞速发展，使世界工业对会届的需求量逐年增加，会属采矿业也迎 来了又一次发展得高峰，矿物资源却随着采矿业的蓬勃发展而而同益贫乏，使得具有较 高价值的高品位矿石正在迅速减少，人们只能从遗留下来的贫、细、杂矿石中回收矿物 资源。这使得选矿工艺越来越复杂，能耗和生产成本不断上升，对环境的污染也R 趋严 重，为迎接矿物加工业所面临的这一严峻考验，国内外都加强了选矿新工艺、新技术、 新设备的研究和应用工作，并取得了很大进展。自动化技术在选矿过程中的研究和应用 尤其令人瞩目，在选矿厂中采用先迸的自动化技术，改造选矿产业，是降低选矿成本， 改善选矿厂的技术指标，提高选矿厂的经济效益和增强企业竞争力的强有力手段。 东北大学工程硕士学位论文 第一章绪论 选矿过程控制的发展始于5 0 年代末，至今已有4 0 多年的历史。由于选矿过程的复 杂性和特殊性，限制了选矿过程控制技术的应用及发展，不仅与石油化工等行业比较相 对落后，就是与冶金行业中的冶炼、加工等工序相比也落后得多。近年来，由于计算机、 控制技术的发展，监控设备及元器件性能的提高与完善，加之选矿过程控制技术在提高 选厂劳动生产率、提高产品质量和有色金属回收率，降低成本等方面的显著效果，推动 了选矿过程控制技术的发展。一些矿业大国，如美国、南非、澳大利亚、加拿大、芬兰、 智利等国的大中型选矿厂采用选矿自动化技术起步较早，有的已实现了全厂范围的自动 控制。 选矿过程控制技术发展至今，其应用范围已覆盖了从碎矿到脱水的各个选矿作业环 节，测控参数包括各阶段矿物的品位、粒度、浓度，以及从破碎枧到浓密机各类设备的 状态参数。在控制方案上也从以往的单参数、单机、单作业段控制向全流程，全车J ’日J ， 全厂范围的多级控制和管控一体化方向发展，特别是幽于近年来计算机、网络、通讯技 术的迅猛发展，为过程控制集成技术提供了良好的发展条件。控制技术在选矿过程控制 中的应用也经历了参数检测与显示、二位控制、定值控制，最优控制及自适应控制等过 程，逐步向更高级控制技术发展。近年来，计算机集成制造系统 C I M S 在选矿自动化领 域方兴末艾，D C S 等计算机控制技术已在国外的大型选矿厂普遍采用基于专家系统、 模糊控制理论的先进控制策略也丌始进人实用阶段。一些国外厂家先后推出了相关产品 和技术，如霍尼维尔公司T P S 系统、罗克韦尔P r o c e s s L o g i x 5 0 0 0 系统均属通用型C I M S 产品。而芬兰奥托昆普、南非明太克以及瑞典的波立登和斯维达拉等一些著名的矿业公 司，也特别推出了专门适用于选矿过程控制的计算机软硬件技术，如P r o s c o n 系统、O C R 系统，等等。 选矿过程的磨矿自动化是最难解决的课题，这是因为磨矿分级回路是一个多变量、 非线性，时变的大滞后系统，受到干扰也较严重，因此问题比较复杂。而且影响磨矿很 多因素在实际生产中无法实时准确的测量，这些过程描述的不确定性给优化控制带来了 很大的难题。利用经典单输入单输出P I D 控制不能完满解决根本问题。以现代控制论为 依据，利用恩奎斯特逆矩阵法 i i 解决多控制环节相互耦合问题 ，研制多变量控制器， 基于流程微观和宏观变量建立动念模型并对这种回路进行优化控制，最近几年A l c o a 公 司在自磨机上丌发出多变量预知控制器 M P C ，实现了磨机回路这种相互作用过程控制 和最优化M P C 利用2 个输入和2 个输出变量 给矿量、给水量，负荷，浓度 策略，磨机 功率作为约束处理，为此研制出神经网络预知器，当磨机功率超过约束之时，它向M P C 提 供预先报警，M P C 将减少给矿量和给水量，使功率自动降下来。试验结果表明M P C 与 东北大学工程硕士学位论文 第一章绪论 P I D 相比不但产品质量好且生产率提高l ％屯％。此后，霍尼韦尔 H o n e y w e l 公司将神经 网络和规律库技术与多变量预知控制技术稆结合研制成功了先进的多变量预知控制器， 在美国亚利桑那州的一个铜矿应用，其生产率提高2 ％- - 5 ％。而磨矿产品粒度均匀且合 格，降低了能源消耗。 未来选厂自动化发展有2 个方向一是不断用新理论和新技术武装各专业 破碎、 磨矿、选矿 自动控制环节使其自动化水平更高，主要是把经典控制论、现代控制论以 及各种新的控制技术 神经网络、模糊逻辑、层次控制、专家系统 结合起来，构成综合 控制体系；二是利用D C S 作为骨架将选厂生产经营全部活动以及其各专业的综合控制 体系集成在一起，形成选厂全面管理信息系统。 1 ．2 ．2 国内选矿自动化发展现状 我国国内选矿厂生产过程自动控制起步较晚，直到7 0 年代中、后期，爿’进行研究 和开发工作。最早在1 9 7 6 年北京矿冶研究总院、中南工业大学与铜陵凤凰山铜矿合作， 使用国产J s ．1 0 小型工业控制机在磨矿分级作业进行了D D C 试验，提高磨矿效率5 ％。 但受当时技术所限，J S ．1 0 质量较差，几乎不能长时问连续运行。1 9 7 9 年凤凰山铜矿从 芬兰奥托昆普公司引进了普罗斯康 p r o s c o n 2 0 ／2 0 0 计算机系统用于选矿控制，系统还 包括了P S M ．2 0 0 超声粒度仪、库罩厄 c o u r i e r ．3 0 0 X 荧光在线品位仪等先进的检测仪 表，代表了当时选矿自动化的世界先进水平。 从8 0 年代起，北京矿冶研究总院、马鞍山矿山研究院、昆明冶金研究院、长沙矿 冶院，东北大学、北京有色设计研究总院先后进行了磨矿分级控制的研究和应用，并取 得了一定的成功。但国内磨矿分级过程主要是依靠简单的检测仪表和控制装置，如核子 秤，浓度计、流量计等对选矿过程进行检测，过程控制水平也以定值控制和稳定控制为 主，同时也采用象电耳和输入功率等仪表对磨机内的参数进行定性的判断指导过程控 制。近年来，又有一批新选矿厂投入使用，包括梅山铁矿、酒钢选矿厂、会泽铅锌矿等， 均使用了先迸的P S I ．2 0 0 粒度仪、c o u r i e r - 6 在线X 荧光品位仪等先进的分析仪表，仪表 检测水平较国内其他矿山选矿厂有了较大提高，但是真币能达到设计目标的也只是凤毛 鳞角。其主要原因除磨矿分级过程机理复杂，影响因素多。建模难度大以外，多数矿山 人才缺乏、资金短缺再加上重视不足，致使高水平的优化或智能控制在选矿控制上无法 实现。 东北大学工程硕士学位论文 第一幸绪论 1 ．3 课题背景 磨矿分级作业是整个选矿厂生产工艺流程中最关键的环节，它起着承上启下的作 用。磨矿作业在选矿厂的基建投资和生产费用 主要是电耗、钢耗 中占有很大的比例， 基建投资占6 0 ％, - - 8 0 ％。生产费用占选矿成本的5 0 ％- - 7 0 ％，特别是电耗、钢耗占整个选 矿厂的7 0 ％- ．- 8 0 ％以上；因此改进磨矿分级设备、技术具有很大的经济和社会效益。同 时，磨矿作业是整个选矿厂的瓶颈作业，直接关系到选矿生产的处理能力，磨矿产品的 质量 粒度特性、单体解离度、磨矿产品的浓度等 对后续作业 特别是浮选作业 的指标 乃至整个选矿厂的经济技术指标也有很大的影响。因此，提高球磨机的处理量和磨矿效 率，可提高选矿厂的精矿产量、经济效益、降低能耗和钢耗。根据国外有关资料介绍， 磨矿分级回路实现自动控制以后，可提高磨机处理能力2 5 ％、节约能耗2 ～5 ％，提高回 收率O ．5 ～l ％，提高精矿品位O ．4 - 1 ％，节约药剂用量5 - 1 0 ％。 但由于磨矿分级过程的机理复杂、影响因素多，又是一个多变量输入、输出过程， 生产过程缓慢，滞后时间长，同时具有非线性、时变性以及干扰因素多而严重等特点， 所以给生产操作带来一定的困难。多年来，国内外选矿工作者和自动化科技工作者，一 直在关注和潜心研究磨矿分级生产过程的自动控制问题。 总之，磨矿分级过程是选矿厂最重要的作业。为满足会矿F i 益贫化矿产资源的丌发 及选矿厂发展的需要，磨矿分级作业的操作和管理需要不断进行改进和提高．人工控制 或定值控制已经很难满足需求，只有采用实施优化控制和智能控制，才能满足选矿厂不 断发展的需求。 1 ．4 论文思路及内容 本课题着重对磨矿分级过程控制技术做出研究，建立可靠，丌放、有效的控制和管 理一体化磨矿D C S 系统，并与已有系统集成。在分析磨矿杌理，建立控制对象模型基 础上，揭示了磨矿系统过程控制策略，重点对磨矿负荷优化提出了模糊智能控制方法； 在系统实现上，重点阐述了控制网与管理网的信息集成方法及应用，最后给出了磨矿集 散控制系统的实现。论文内容及思路如下 第一章介绍了国内外选矿厂自动化的发展及现状；介绍了本论文的课题背景，概 括了论文所要做的工作。 第二章介绍磨矿过程工艺流程，介绍选矿控制仪表的发展和现状。 第三章提出系统控制目标，结合磨矿分缴控制对象的理论研究和实践，揭示磨矿 东北大擘工程硕士学位论文第一章绪论 分级系统内部参数之间的关系。 第四章对磨矿过程控制做出研究，提出系统控制的整体控制方案。介绍了各子系 统的控制方法。提出系统优化指标，给出参数优化方法。 第五章主要讨论的磨矿分布式D C S 系统的整体实现。从过程控制级、过程监控 级和生产管理级三个层次，利用硬件集成技术、软件集成技术和信息集成技术加以实现。 第六章对整个论文做出总结，同时提出仍需研究的工作。 东北大学工程硕士擘位论文 第二章焦家金矿磨矿过程控制概速 第二章焦家金矿磨矿过程控制概述 2 ．1 焦家金矿概况 焦家金矿位于山东省莱州市东北3 5 公里处，是山东黄金矿业股份有限公司的核心 企业，创建于1 9 7 5 年，1 9 8 0 年建成投产。焦家金矿经过三期总体工程技术改造，由原 来日处理矿量5 0 0 吨的生产规模，发展成为日处理矿量1 6 0 0 吨的大型矿山。现矿山井 下保有储量5 9 3 万吨，黄金金属量2 6 吨，可服务1 5 年，原矿品位3 ．4 克／吨，年产黄金 1 ．7 吨。焦家金矿选矿厂主要由碎矿、磨矿、浮选、氰化、尾矿5 个主要工艺流程，实 现了磨矿分级自动控制，并取得了很好的经济效益。 2 ．2 磨矿过程工艺流程简介 焦家金矿选矿厂的磨矿分级作业由一段闭路磨矿组成，主要的工艺设备有皮带给料 机、格子型球磨机、渣浆泵、旋流器等。 粉矿经皮带给矿机和输送带给入球磨机进行磨矿，球磨机的溢流矿浆进入泵池，经 给矿渣浆泵打到旋流器进行分级，旋流器的沉砂返回到磨机。这样，球磨机与旋流器就 构成闭路磨矿回路。 旋流器溢流分级出的细矿浆一路去除屑筛，进入浮选系统，进行浮选作业工序；一 路返回旋流器给矿泵池，调节泵池液面高度。 系统控制难点焦家金矿球磨机为格子型，采用强制排矿，球磨机排矿中粗颗粒较 多，且含有一部分碎钢球，尽管增加了格筛。但是仍有部分会进入泵池，这对泵及管路 造成很大的影响。由于受安装位置的限制，旋流器沉砂量、浓度无法测量，只能通过流 程试验进行测算。 主要工艺指标 给矿水流量2 8 ．3 7 m 3 m 排矿水流量4 3 ．8 4 m 3 m 磨矿浓度7 5 ％ 旋流器给矿浓度5 5 ％2 旋流器给矿压力0 ．0 8 - 0 ．I M p a 旋流器溢流浓度3 3 ％2 旋流器返砂比3 0 0 - 3 5 0 ％ 东北大学工程硕士学位论文 第二章焦寥金矿磨矿过程控制概述 工艺图见图 2 ．1 所示。 H I t ．z t 舞讳酗- ‘l 嚣张5 ．诣 幽2 ．1 焦家金矿磨矿分级- 1 艺豳 F i g ．2 ．IP r o c e s s t e c h n i c s o f g r i n d i n gc l a s s i f i c a t i o n i n j i a o j i a g o l d m i n e 2 ．3 选矿过程自动检测仪表 过程参数检测是磨矿分级过程控制的基础，而磨矿自动化的发展又对参数检测提出 了更高的要求，为了使自动控制获得更好的效果，人们毋望通过先进的检测技术更深入 地了解选矿这一复杂过程的状态信息。 在线分析仪器能够快速、连续地监视选矿物料流的组分、品位和粒度等信息，反映 产品质量的变化。在稳定生产性能指标和提高经济效益上有显著的作用，因此一直是国 际上开发和研究的重点。 目前已经开发了粒度仪、矿浆浓度计、矿浆流量计、磨机负荷仪、电耳、皮带秤等 东北大学工程硕士擘住论文第二章焦家金矿磨矿过程控制概述 各种磨矿回路检测仪表。 2 ．3 ．1 粒度检测仪表 磨矿分级产品的粒度是考察整个磨矿分级效率最为关键的指标，因此粒度的检测也 是尤为重要，在线粒度检测仪器目前使用比较广泛的有两种一种是斯维达拉工业公司 S v e d a l aI n d u s 砸e s 全资控制的一家子公司美国的丹佛自动化公司 D e E t v e rA u t o m e l r i c s 生产的P S M ．2 0 0 或P S M - 4 0 0 ，P S M 系列的产品是利用超声波在矿浆内传输的衰减速度 与粒度存在一定函数关系的范内斯特 V a n N c f l c 原理进行测量，属间接测量方式。为 了提高测量精度，采用超声波测量就必须消除矿浆中的气泡，同时解决矿浆浓度对测量 的影响，因此P S M 系列的仪器配置了机构消泡装置和双测量头。我国凡口铅锌矿引进 了两套P S M - - 4 0 0 ，用于检测旋流器溢流粒度和浓度，检测范围为4 0 - 6 0 ％，粒度范围为 ．3 6 0 目8 0 - 1 0 0 ％，相对误差电％。 另外一种是芬兰奥托昆普明太克公司 O u t o k u m p uM i n t e xo y 生产的P S I ．2 0 0 。 P S I ．2 0 0 粒度仪采用机械及电磁感应原理进行测量，通过使柱塞上下垂直运动撞击矿浆 流，带动差动变压器产生变化的电信号来测量撞击矿粒的粒度，属于直接测量方法。会 泽铅锌矿2 0 0 4 年引进了l 台P S I - 2 0 0 粒度仪，用于测量球磨机所对应的旋流器溢流粒度。 经过一年多的运行，根据大量的数据统计，测量误差为2 ％左右，完全满足了生产的要 求，磨矿效率有了明显的提高和改善。 P S l 2 0 0 粒度分析仪与P S M 4 0 0 超声波粒度分析仪比较具有以下优点，不受矿浆中气 泡的影响，没有除气机械装置；不受矿浆浓度影响，不需要浓度检测和校J 下；不受矿浆 磁效应影响，不需要去磁装置；直接测量，精度高；自动完成零校验，自动报警监护； 显示功能强 共1 0 0 个屏幕任选 ；容易标定；分析范围宽 O ．0 3 ∞．5 8 9 m m 应用范围广。 但P S I 一2 0 0 粒度仪也存在一定缺点采用线性回归方程工作，要求的标定数据多，范围 广，高端和低端的数据采集不方便。采集的数据有限时，线性方程的确定有很大的偶然 性1 1 7 I 。 俄罗斯有色金属自动化公司也推出了一种在线粒度分析仪，型号为ⅡnK ．0 7 4 n ， 采用了类似奥托昆普公司产品的机械．电磁感应原理，用于自动检测分析在球磨和分级 工艺过程中通过输送管道或槽输送的矿浆成分的粒级组成。其跟奥托昆普公司P S l 2 0 0 最大不同为P S I ．2 0 0 可以分时测量3 路矿浆，而俄罗斯产品只能测量一路。尽管降低了 可利用性，但是可靠性得到了提高，由于没有换流装雹，整个装嚣体积大大缩小。造价 也大幅下降。 查韭垄竺三堡塑主至垡堡查 苎三主垒茎垒笙壁芏塾堡茎型丝鲨 该产品测量粒度范围为0 ．0 2 8 ～l m m ，最多可以测量2 个粒级组成，通常设为．2 0 0 目和- 1 0 0 目，直接输出4 - 一2 0 m A 的电流信号，用于自动化系统。 该产品经过山东黄金焦家金矿应用，取得了良好的效果，经过比对实验，误差小于 2 ％，性能优于奥托昆普公司的P S I ．2 0 0 。 国内马鞍山矿研院及北京矿冶研究总院均研制出了国产化的在线粒度分析仪，其中 马鞍山的检测范围一2 0 0 目占6 0 - 9 0 ％。相对误差2 ．5 ％，其原理均属于超声波原理。 2 ．3 ．2 矿浆浓度仪表 浓度是矿浆的主要物理性质之一，矿浆浓度影响磨矿效率、分级效率和选矿效率。 浓度的测量方法有多种，常用的主要有放射性同位素、超声波、称重式，但应用最广的 还数Y 射线浓度计，质量较好的国外产品有澳大利亚G a m m a - M e t r i c s 公司的A M 8 7 0 型， 英国伯托 B e r t h o l d 公司的L B 4 4 4 型产品。国内的部分厂商产品质量也完全过关，主 要有引进A m d e l 公司 澳大利亚G a m m a - M e t r i c s 前身 的昆明冶金研究院，其产品至今 还应用在焦家金矿选矿厂，质量较好。 2 ．3 ．3 矿量检测仪表 球磨机给矿量检测主要依靠皮带秤。皮带秤分为机械式、电子式及核辐射式。机械 皮带秤由于维护麻烦，精度不高，已经基本淘汰。现在选矿厂一般选用电子皮带秤或核 子皮带秤，这两种皮带秤各有千秋，电子皮带秤精度较高，但是维护量较大，而核子皮 带秤精度不如电子皮带秤，但是后期基本不需维护，仅需要定期对其进行检验。质量较 好的电子皮带秤主要有美国拉姆齐、斯托克、德国西门子精度可达到0 ．2 5 - - 0 ．5 ％，国产 精度稍低。 2 ．3 ．4 流量检测仪表 矿浆流量的检测有两种方式，一种是采用电磁感应原理的电磁流量计，属于直接测 量仪表，比较适用于粒度较小的矿浆流，但是也应该选用耐磨的陶瓷内衬。主要应用于 分级后溢流矿浆流量的测量，其误差精度为0 ．5 ％，国内较多厂家可以生产，质量较好 的为科隆公司的I F M 4 0 0 0 系列。另外一种为采用超声波原理的超声波流量计，属于间接 测量仪表，适用于测量粒度稍大的矿浆流，精度为1 ％，国内较多厂家可以生产。 电磁流量计测量精度较高但是电极和内衬须与矿浆进行接触，磨损较严重，须定期 更换，运行费用较高；超声波流量计安装于管路外，测量单元不与矿浆接触，比较适于 东北大学工程项士学位论文第二章焦家金矿磨矿过程控制概述 铡量粗颗粒的矿浆，但是容易受气泡影响，且精度低于电磁流量计。 2 ．3 ．5 磨机负荷检测仪表 球磨机负荷是指磨机中球负荷、物料负荷以及水量的总和，它是磨矿过程一个重要 参数，直接影响到磨矿的效果。在实际生产过程中，由于矿石性质的波动以及一系列外 界因素的干扰和操作水平的差异等，使球磨机的负荷难以维持在最佳水平，不能充分发 挥球磨机的功效。因此，在磨矿过程自动控制中，球磨机负荷的检测和控制是球磨机自 动控制最重要的内容。能否准确地检测出球磨机的负荷 包括球负荷、物料负荷以及水 量的各自数值1 是整个球磨机优化控制成败的关键。 磨机负荷的检测方法主要有功率法、电耳法，振动法、称重法、压力法等，并根据 几种方法因素的组合形成单因素法、双因素法、三因素法1 2 ．卯。 功率法通过功率交送器检测球磨机有功功率，来判断球磨机负荷，在山东焦家金矿 选矿厂、铜陵凤凰山铜矿选矿厂、德兴铜矿等矿山得到了成功应用。有用功率法检测信 号受周围环境的影响比较小，检测结果比较准确。但检测信号灵敏度不高，影响控制效 果，而且影响有功功率的因素较多，因此单靠球磨机的有用功率信号既不能确切判断球 磨机中介质充填率的水平，也不能确切判断球料比的水平。另外，由于P ．W 曲线有一 极大值，功率降低时难以根据检测信号来判断球磨机负荷是增大还是减小。 通过电耳也可以定性判断球磨机负荷状况，该方法在金厂峪金矿、焦家金矿等选矿 厂得到应用。声响法检测球磨机负荷既可以用于湿式磨矿又可以用于干式磨矿，可以提 高磨矿处理能力及其产品的细度，并能节省钢耗和能耗相对其它方法来说，测量信号 比较灵敏。这种方法遇到的主要问题是其它磨机所产生的干扰，传感器的位置必须选择 正确，以避免这种干扰现象。另外，声响法只能确定科球比，而不能确定介质充填率， 也不能确定磨矿浓度。 振动法通过在球磨机轴瓦端盖处安装振动传感器来检测磨机装载量。振动法检测信 号的灵敏度比较高，能随时显示球磨机内物料的变化。这对检测球磨机物料负荷非常有 利，而且不受周围噪声源的影响，传感器密封好，能有效防水、防尘，因而可以适应选 矿厂的恶劣工作环境。但是当电网电压特别是电网频率发生变化时。磨机转速的微小波 动，或者磨机内研磨体的损耗等的影响会使物料负荷控制点产生漂移，影响检测和控制 质量；不能检测出磨矿浓度的大小以及介质充填率。 利用一种负荷传感器安装在球磨机的给矿端和排矿端的轴承下连续对磨机称重，从 而确定球磨机内球介质、矿石和水的总量，确定磨机的负荷。这种方法的优点是简单， 东北大学工程硕士学位论文 g _ - 章焦家金矿磨矿过程控制概述 其缺点是检测精度不高。不能准确检测出球磨机中球介质，矿石和水各自的量。另外， 球磨机衬板的磨损，矿石性质的变化、钢球添加前后质量的变化等都会对检测结果产生 比较大的影响。国内河东金矿使用的是荷重传感器。 另外国外通过在球磨机简体上安装应变压力传感器来测量球磨机负荷状况。南非某 研究所通过在磨机内安装压力传感器的方法来测定磨机内负荷的情况，为确定磨机的负 荷提供了一种新方法。该方法是在磨机内衬上安装了一个能测定径向压力和切向压力的 传感器，由压力传感器测量得到的信息通过传导引入微机，微机可以将信号进行处理， 得到频谱图。通过分析可以知道球负荷和物料负荷的比例。通过这个压力传感器的传递， 掌握了大量磨机内运行的状态。但该检测系统的数据传递是一大难题。 2 ．3 ．6 在线品位检测仪表 在浮选流程各点对矿浆进行连续分析，可获得计算选矿经济效果所必需的原矿、精 矿和尾矿品位以及回收率等数据。可以连续评价经济效果，并编制获得最大利润的控制 方法。 国外在7 0 ～8 0 年代初，较多地使用在线品位分析仪，主要是采用高功率X 射线管， 该仪器精度较高，分析元素较多，但取样过程复杂，体积庞大、价格昂贵。8 0 年代后期， 芬兰的舆托昆普公司推出了低功率的的库里厄．3 0 X I 、库里厄．2 0 在线x 荧光分析仪。澳 大利亚G a m m a - M e t r i c s 公司也推出了I S A 荧光在流分析仪，取消了取样装置，使用方便。 瑞典玻立登公司推出了B o x r a y 载流X 荧光分析仪 B o x r a yo n - s t r e a mX R FA n a l y s e r 可以 对矿流中1 6 个不同元素进行分析，其优点是灵敏度高而且能迅速校正。但上述品位分 析仪相对误差较大，一般应用在贱金属选矿业，比如，铜、铅、铁、锌等行业，而在金、 铂等原矿、尾矿品位很低的贵金属行业则不适用。 英国K X 工艺公司生产的金流黄金分析仪 G o l d s t r e a mg o l da n a l y s e r 是首台能够在 线精确测定黄金提取过程效率的设备。K X 有限公司和英美研究试验室 A n g l oA m e ．r i c a n R e s e a r c hL a b o r a t o r i e s 为选厂设计的金流系统把现有的分析金溶液的技术与K X ．荧光 分析技术新创造结合起来，可以在线测定黄金提取过程各选择点的己溶解了的和未溶解 的金，确保用户厂家在短时间内 小时 测出金提取效率的波动。会流系统样机目前安装 在南非“深水平”金矿 D e e p Le v e lm i n e 。 2 ．3 ．7 检测技术新进展 选矿在线分析技术近年来最引人注目的就是图像处理技术的应用，浮选槽表面泡沫 东北大学工程硕士擘位论文第二章焦家金矿磨矿过程茬帝l 概述 的视频图像数据进行色谱分析，确定矿物组成，该技术可以用来进