沙特铜锌矿选矿厂自动控制策略.pdf
d o i 1 0 .3 9 6 蛳.i s s n .2 0 9 5 - 1 7 4 42 0 1 2 .0 20 0 7 沙特铜锌矿选矿厂自动控制策略 圜马波,米建国 北京矿冶研究总院,北京1 0 0 0 7 0 摘要结合矿山所处的自然厦社会环境.介绍沙特A L M A S A N E 铜锌矿选矿厂碎磨、选别.脱水、 氰化等主要工艺的自动控制策略。 关键词控制策略。P L C ;视频监控 中图分类号T D 9 2 8 .9 文献标识码A文章编号2 0 9 5 - 1 7 4 4 2 0 1 2 0 2 0 0 5 3 - 0 3 沙特A LM A S A N E 铜锌矿位于沙特阿拉伯王国, 年处理7 0 万t 矿石,主要产品为铜精矿、锌精矿及台 质金 金、银 。由于项目所处的社会及自然环境特殊, 对自动控制提出了很高的要求,而进行先进自动控制的 条件却不具备,因此在制定自动控制策略的时候势必需 要做出取合,本文结合环境和工艺要求,详细介绍选矿 厂的自动控制策略。 1 选矿厂的自然环境及社会环境 A LM A S A N E 选矿厂位于沙特阿拉伯王国西南崎岖 的半山区地带,北纬1 8 。0 n 东经4 3 45 1 ’,海拔约l6 2 0 m 。 该地区年降雨量大约1 0 2m m ,但是年平均32 5 0m m 蒸 发量使这个地区成为极端干旱的地区,植被稀少,气候 炎热,光照极强,常年温度在0 - - 5 0 ℃。 沙特阿拉伯王国拥有现代化的公路、港1 1 1 ,航空, 但是工业结构单一、基础薄弱,原因是地广人稀但经济 发展迅速.劳动力严重缺乏。近年来,沙特政府正致力 于改变严重依赖原油出口的单一经济结构,建设一个多 样化的综合性的现代化工业体系,积极开发本国的矿产 资源,当地人对中国较为认可,国内企业在沙特矿产资 源开发利用中有很多机会。 2 工艺流程介绍 选矿厂处理量为2k t /d 。处理量不大但是流程复杂 主要工艺流程包括碎磨作业,选别作业 图I .铜粗精 矿再磨作业、浓缩脱水作业,氰化浸出作业,贵金属回 收及冶炼作业。 碎磨作业采用一段粗碎一半自磨一顽石破碎一球 磨,选别作业包括滑石浮选选铜一选锌。由于原矿滑 石含量的不稳定性,当原矿滑石含量极少甚至没有时, 矿浆可直接进入选铜作业,否则预先浮选脱除滑石,浮 选滑石的尾矿进行铜浮选。铜粗精矿再磨由再磨机与旋 流器构成闭路磨矿,铜粗选的精矿经磨矿后进入铜精选。 图lA L M A S A N E 选矿厂浮选2 段 收稿日期2 0 1 1 - 1 1 - 2 5 作者简介马波 1 9 8 3 一 .男,山东淄博人.助理工程师.主 要从事有色金属选冶自动化仪表等方面的研究。 有色金属工程2 0 1 2 年第2 期5 3万方数据 I 者五瓦程NONFERROUSMETALSE N G I N E E R I N G 选别作业最终产品分别为滑石、铜精矿、锌精矿和锌尾 矿。滑石矿采用压滤机脱水后贮存,铜精矿采用高效浓 缩一压滤两段脱水,锌精矿采用浓缩机浓缩脱水后进入 氰化浸出,锌尾矿直接进入氰化浸出。 氰化浸出流程包括锌尾矿氰化和锌精矿氰化。锌尾 矿氰化,将锌浮选尾矿过滤、调浆、氰化、洗涤,洗涤 后的贵液送往贵金属回收及冶炼车间回收金银,经带式 过滤机过滤后的尾渣送往尾矿堆场。锌精矿氰化,将锌 浮选精矿调浆、氰化、洗涤,洗涤后的贵液送往贵金属 回收及冶炼回收金银,过滤后的锌精矿送往锌精矿仓。 贵金属回收及冶炼采用锌粉置换工艺,贵液经过净化过 滤、脱氧,加入锌粉泵入压滤机进行置换,得到金泥。 滤液进入贫液池,然后返回氰化工段继续使用。采用全 湿法处理金泥回收金银,在感应电炉中冶炼,最终产品 为金银合金。 3 控制策略 3 .1 控制系统的总体目标 选矿厂地处偏远山区,能源运输的成本大。沙特工 业基础薄弱,生产所需的大量材料需要进口,生产成本 高,且劳动力不足,非常依赖外来劳动力,人力成本高。 同时,恶劣的自然环境对于正常的生产影响也较大。 如果自动控制系统采取复杂、先进的控制策略,系 统维护的工作量大并对维护人员的要求非常高,而由于 社会及自然环境所限,选矿厂的人力物力均不足以满足 要求。因此,生产过程自动化控制的总体目标是稳定工 艺生产过程,提高破碎机、磨机等主要工艺设备的台时 处理量和利用率,减轻劳动强度,减少人员成本,降低 能源和材料消耗。 3 .2 控制策略 1 工艺流程顺序启停控制。控制系统按照功能将整 个生产流程化分为若干流程,对每个子流程,系统按工 艺设备的启停顺序进行控制。整个工艺流程的启停控制 只需要几步操作即可完成,大大降低了操作的工作量, 缩短了整个工艺流程的启停时间。 2 粗碎及顽石破碎。粗碎工段及顽石破碎工段的控 制重点是设备的控制及保护。粗碎和顽石破碎工段设置 了顺序启停控制,控制破碎机、皮带输送机及给矿机等 设备的运行和连锁。破碎流程采用了一台颚式破碎机和 一台圆锥破碎机。在控制室实时显示设备温度,电机电 流,润滑系统温度、压力等运行状况,及时发现并解决 可能出现的问题。圆锥破碎机自带控制系统进行润滑系 统与主电机连锁并且可以根据矿石性质自动调整排矿口 大小。 3 半自磨恒定给矿及给矿浓度控制。半自磨恒定 给矿的目的是稳定磨机给矿量,保证磨机的处理量p l 。 在半自磨给矿皮带上设置电子皮带秤计量半自磨机给矿 量,并通过控制中板给矿机的给矿频率实现恒定给矿。 设置磨机前给水流量控制回路,根据半自磨机给矿量比 例给水,调节半自磨机内矿浆浓度。 4 磨矿及旋流器给矿系统控制策略。磨矿系统设置 了磨机给水流量控制、旋流器给矿浓度控制、旋流器给 矿压力控制、泵池液位控制等回路。对旋流器入口和溢 流的流量和浓度进行检测,同时对磨矿的处理量进行考 核。其中,旋流器给矿压力和浓度控制是磨矿系统的重 点,在正常情况下需要稳定旋流器给矿压力,但由于生 产过程中存在许多干扰因素以及磨矿泵池体积有限,为 避免泵池液位过高溢出或者过低导致渣浆泵出现气蚀事 故,需要调节渣浆泵的转速,这将必然影响旋流器给矿 压力的稳定,因此控制策略需要兼顾二者。因为现场环 境较差,而选矿厂工作制度是3 5 0d /a ,控制策略以稳定 工艺生产过程为首要目标,设计时采取了以控制泵池液 位为主的方案。 5 磨机保护。在碎磨流程中,半自磨机与球磨机是 核心设备,保护磨机正常运行是保证生产稳定的必要条 件。因此,本工程在磨机轴承,电机定子绕组线圈上分 别安装多支热电阻,在润滑系统中设置液位、压力和流 量检测仪表,在控制室内实时监测磨机的运行状况,当 磨机的温度、润滑系统的压力、流量等信号出现异常时 进行报警,通知操作人员及时进行处理。 6 在渣浆泵出口和入口设气动开关阀。根据顺序启 停程序及连锁关系自动控制泵的启停和阀门开闭。启动 时,按照开入口阀一启泵一开出口阀的顺序;停泵时, 按照关出口阀停泵一关入口阀的顺序。 7 浮选工艺切换。在滑石浮选工段和铜浮选工段前 各设置一个气动开关阀,进行滑石浮选与铜浮选的切换。 8 浮选作业控制策略。将浮选作业按照功能分为滑 石浮选、铜浮选、锌浮选等几个工段,每个工段按程序 顺序启停所有的电机。在浮选流程过程检测控制方面, 设置了浮选槽液位控制、加药量定量给药控制、药剂制 备连锁控制、矿浆p H 值控制。 9 浓缩过滤设备。浓缩过滤设备包括浓密机、压滤 机和带式过滤机。浓密机控制系统实现自动升耙、降耙 和旋转,旋转和提耙同时通过压力和电流控制,如果压 力开关出现问题转为电流控制,以保证系统的可靠性。 压滤机控制系统根据入口压力和逻辑关系自动控制压滤 机给矿、压榨,清洗、反吹等步骤,但由于无法检测滤 板上物料滤板的四个密封面有无夹料和夹渣,进料口是 否堵塞,所以进料过程无法实现全自动控制,需要人工 干预压滤机的启停。带式过滤机自身具备完善的保护装 置,通过检测滤饼厚度调节带式过滤机的运行速度,带 式过滤机主电机与真空泵以及给矿泵之问连锁控制。 1 0 氰化浸出。浮选的尾矿和锌浮选精矿通过氰化 浸出产出含贵金属的贵液,然后送贵金属冶炼车间进行 提炼。影响氰化浸出作业效果的因素主要有调浆浓度、 5 4 工程设计E n g i n e e r i n gD e s i g n万方数据 矿浆溶氧含量、矿浆p H 值。因此在氰化浸出作业中设 置了调浆浓度控制,氰化钠溶液流量控制,压缩空气流 量控制.矿浆p H 值控制,矿浆溶氧含量检测、在线氟 离子含量检测l 上及氰化钠制备控制。 1I 水源供水系统。水源供水系统包括3 口水井. 二级泵站以及高位水池。根据水井及水池液位连锁控制 潜水泵及加压泵。在供水系统设置流量检测,计量水井 抽水量以及全厂的用水量。 1 2 水处理系统。水处理系统有给水处理系统、生 产废水处理系统,生活污水处理系统。水处理系统通过 水池液位和管道的压力连锁控制水泵及控制阀的开停。 1 3 视频监控系统。因为现场环境恶劣,本工程设 置了视频监控系统,操作员不需要奔波于现场,在控制 室中就可以实时、直观地监视重点区域的现场情况,提 早发现并解决生产过程中出现的问题。重点监视区域包 括破碎机,原矿堆场.皮带转运处,磨机,浮选机泡沫槽、 药剂制备区域、浓密机,精矿矿仓、压滤机、带式过滤机、 氰化槽.黄金冶炼车间、氰化钠制各车间、金库。其中 由于氰化钠有剧毒.因此在氰化钠仓库和制备车问设置 全方位的视频监控系统,保证氰化钠制备过程的安全。 4 自动控制系统结构 为实现控制系统的目标以及具体的控制策略,要求 自动控制系统具有很高的可靠性和稳定性,不能因为控 制系统出现故障而影响生产过程,因此采用西门子冗余 P L C 系统。通过冗余控制器,冗余电源、冗余网络来保 证系统稳定运行。 自动控制系统采用了常用的。3 2 ”网络结构 图2 , 即3 层设备、2 层网络。3 层设备包括执行层 传感器, 分析仪、调节阀,电动机等 ,控制层 控制器 、管理 层 操作员站和工程师站 。2 层网络为控制网 冗余 P R O F I B U S .D P 、监控网 以太网环网 。为保证网络通 讯的可靠性,距离较远的设备之间采用光缆连接。 主要工艺设备均设置独立的西门子P L C 系统进行 控制,为减少维护的工作量以及保证系统的兼容性。所 有工艺设备自带P L C 系统均与主控系统保持一致,根 据复杂程度不同采用s 7 3 0 0 系统或者s 7 2 0 0 的系统。 因为数据量较小,工艺设备自带控制系统没有采用冗余 系统.而是作为子系统通过Y - L I N K 连接到主控系统冗 余P R o F I B U S D P 网络。 图2 选矿厂自动控制系统 5 视频监控系统 视频监控系统主要由前端摄像机、信号传输介质、 图像处理设备、控制设备、显示系统等组成。 前端摄像机采用一体式定点摄像机和带云台的球形 摄像机,摄像机均采用彩转黑可变焦摄像机。信号传输 介质主要采用同轴电缆.距离较长时采用光缆传输。图 像处理及存储设备采用嵌入式硬盘录像机。控制设备为 与硬盘录像机配套的专用视频控制键盘,操作人员通过 控制键盘可方便地控制摄像头的位置、焦距。控制键盘 与硬盘录像机及摄像头之间通过R S - 4 8 5 通讯。在主控 室设置了一套D L P 大屏幕显示系统,D L P 大屏幕系统 的投影墙由2 4 块5 0 英寸的显示单元拼接而成.可在 屏幕上任意组合、分割、跨屏漫游显示视频信号及计算 机信号 图3 。 11 _ _ _ .o - o - 图3 选矿厂视频监控室 6 结论 本工程自动控制系统特点是稳定.全面,针对工艺 流程中的重点内容设置了必要的检测或控制装置,在试 车过程中基本实现了总体目标,同时降低了操作人员的 劳动强度,提高了生产效率。由于沙特对放射性同位素 的管理极其苛刻,射线浓度计放射源至今未能获得使用 许可,致使与之相关的功能无法实现.在做同类工程时 应予以重视。 参考文献 【l 】孙云东,杨金艳国内选矿自动化技术应用及进展棚.黄金。 2 0 1 0 .3 l 4 3 5 - 3 8 【2 】李瑾,姜浩刚,衣成玉焦家金矿6 0 0 0 t /d 新选厂建设 实践[ 刀.中国矿山工程,2 0 1 0 ,3 9 【4 3 3 3 6 . 【3 】王庆凯.夏平,尚海洋.等冗余控制系统在尼古拉选矿 厂的应用明,有色金属 选矿部分 ,2 0 0 8 2 4 6 4 8 有色金属工程2 0 1 2 年第2 期 5 5万方数据