选矿自动化新进展.pdf

2 0 1 1 年增刊1有色金属 选矿部分 4 7 D O I 1 0 3 6 3 9 ，j ．i s s n l 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 1 ．z 1 ．0 0 5 选矿自动化新进展 周俊武，徐宁 1 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 ；2 ．矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室，北京1 0 0 0 7 0 摘要对近5 年来选矿自动化领域的在线分析检测技术、过程优化控制技术、工厂建模仿真技术进行综述，分析选 矿自动化技术服务与选矿工业生产所存在的问题和瓶颈。探讨选矿工艺对自动化控制技术的需求和选矿自动化的未来发展 趋势。 关键词选矿自动化；在线分析；过程控制；优化控制；软测量 中图分类号T D 9 2 8 ．9文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 11 S 0 - - 0 0 4 7 - 0 9 N e wP r o g r e s si nM i n e r a lP r o c e s s i n gA u t o m a t i o n Z H O UJ u n w u ．X UN i n g 1 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 7 0 ，C h i n a ； aB e i j i n gK e yL a b o r a t o r yo fA u t o m a t i o no fM i n i n ga n dM e t a l l u r g yP r o c e s s ．B e i j i n g 1 0 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o g r e s so fo n - l i n ea n a l y z i n ga n dm e a s u r i n gt e c h n o l o g y ，t h ep r o c e s so p t i m i f i n gc o n t r o l l i n g t e c h n o l o g y ．a n dt h ep l a n tm o d e l i n g s i m u l a t i n gt e c h n o l o g yi n t h er e c e n t5y e a r si ss u m m a r i z e d ．T h ek e y p r o b l e m so ft h ea p p l i c a t i o ni nt h em i n e r a lp r o c e s s i n gi n d u s t r ya l ea n a l y z e d ．T h ei n d u s t r i a lr e q u i r e m e n tf o rt h e m i n e r a lp r o c e s s i n ga u t o m a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ed e v e l o p i n gt r e n do f t h i st e c h n o l o g ya l ea p p r o a c h e d ． K e yw o r d s m i n e r a lp r o c e s s i n g ；o n - l i n e 舳a J y z i n g ；p r o c e s sc o n t r o l l i n g ；o p t i m i z a t i o nc o n t r o l ；s o f t - s e n s o r 选矿是矿产资源开发利用的主要工业流程，是 由碎磨、浮选、浓缩、脱水工艺组成的连续生产过 程。选矿生产成本和经济效益是矿产资源产业经济 的主要组成部分。进入2 1 世纪以来，国内外选矿 工业规模以前所未有的速度发展。根据我国社会经 济发展目标，到2 0 2 0 年要再实现G D P 翻两番， 即便是按资源用量再翻一番考虑，也会形成全球性 资源供给压力[ 1 l 。由于陆地矿产资源的不可再生， 随着资源不断开发，优质矿体业已枯竭，矿石质量 下降成为选矿工业生产最大的不利因素。低品位、 复杂难选矿石成为主要的原料，企业必须通过设备 大型化达到提高产能和劳动效率、摊薄成本的目 的。由于对降低生产成本、稳定质量有着重要的作 用，选矿自动化技术已经成为大规模现代选矿工业 不可缺少的生产力要素和产业技术。选矿自动化迎 收稿日期2 0 1 l _ 0 8 0 8 作者简介周俊武 1 9 6 6 - ，男，江苏南通人，博士后，研究员。 来了前所未有的发展机遇，同时也面临着前所未有 的挑战。 国与国之间的矿业竞争，既是对资源占有率的 竞争，也是产业技术水平的竞争。由于起步晚、研 究基础弱、发展速度慢。我国选矿自动化技术的研 究开发和工程转化，均与国际先进水平有着较大的 差距，并且长期处于被垄断和被封锁的局面。我国 政府注意到了这种问题的存在，在国家中长期科 学和技术发展规划纲要 2 0 0 6 - - - 2 0 2 0 年 做出了 部署“重点研究深层和复杂矿体采矿技术及无废 开采综合技术，开发高效自动化选冶新工艺和大型 装备，发展低品位与复杂难处理资源高效利用技 术、矿产资源综合利用技术”。“十一五”期间， 国家大力支持了选矿过程检测与控制技术的研究与 开发，并确立了到2 0 2 0 年的选冶工业自动化技术 万方数据 4 8 有色金属 选矿部分 2 0 1 1 年增刊1 发展路线图。这为我国选矿自动化技术的发展奠定 了良好的基础。 当前，无论是在国内还是国外，选矿自动化技 术的研究和应用都得到了政府、企业的大力支持， 因此发展迅速。本文通过对国内外选矿自动化进展 的介绍和比较，进一步探讨我国选矿自动化技术的 发展路线和发展方向，从而能够为中国的矿山企业 和世界矿业经济做出应有的贡献。本文将从在线分 析检测技术、过程优化控制技术、工厂建模仿真技 术三个层次进行比较和阐述。 1 选矿过程在线分析检测技术新进展 在线检测与分析技术是获取生产过程知识与信 息的先进工具。对于选矿工业来讲，矿石性质的不 确定性、不可测性、不可控性、复杂性和多变性对 生产过程的稳定、平衡破坏很大。因而选矿过程关 键工艺参数的在线检测和分析技术极其重要，同时 也是选矿过程优化控制、建模等技术能够有效的决 定性因素。 选矿过程在线检测分析的内容可以分为两类 一类是设备运行状况的在线检测与分析；一类是过程 工艺参数的在线检测分析【副。 1 ．1 设备运行状况在线检测技术 选矿设备运行状况在线检测的目的是及时掌握 物料性质及操作条件变化带来的设备负荷、工作能 力、生产效果的变化，将这些变化信息及时反映给 控制系统，通过调节保证设备在安全完成生产任务 的前提下，发挥最大能力。选矿设备运行状况在线 检测的主要内容有磨机负荷检测技术、浮选状态分 析技术、浓密机负荷监测技术。 1 ．1 ．1 磨机运行状态检测技术 磨机运行状态检测一直是国外矿业技术研究的 焦点和热点。A M I R A 澳大利亚工业研究协会 、 C S I R O 澳大利亚科学联邦工业组织 、O u t o k u m p u 芬兰著名的矿业技术公司 、C O R E M 加拿大矿业 技术研究组织，成立于1 9 9 9 年 都在这方面做了大 量的研究工作。 A M I R A 在2 0 0 1 年设立了P 6 6 7 A 项目“基于振 动测量的磨机监测”，研究建立磨机装载量、物料 分布的预测模型[ } 4 ] 。2 0 0 6 年，C S I R O 研制的惯性 供电系统保证传感器可以得到连续供电，开发了加 速度计传感器组和无线多通道信号采集计算机系 统，并在N o a hP a r k e sM i n e 进行了试验f 5 ] 。2 0 0 8 年A M I R A 利用了离散元素法建模方法和振动信号 分析技术相结合，在多项磨机运行状态参数检测方 面取得了进一步研究成果，包括磨机负载、磨矿粒 度、磨机衬板磨损状况、磨机物料分布范围等。这 项技术被要求在P 6 6 7 项目赞助企业的厂矿里应用， 给这些企业带来了可观的经济效益。 O u t o k u m p u 在2 0 0 6 年报道了他们通过分析磨 机功率曲线中的脉动信息预测磨机装载量的研究成 果【钊，并开发了磨机装载量分析仪M i l l S e n s e o M i l l S e n s e 对磨机功率信号进行频谱分析，通过幅 值和相位预测磨机物料的填充量和所在位置。基于 M o r r e l l 压力模型的假设，O u t o k u m p u 采用扩充卡尔 曼滤波器建立一个以磨机功率、轴承压力、电机转 矩为输入参数的钢球装载率[ 钢球装载率 钢球质 量／ 矿石质量 钢球质量 ] 预测模型，对钢球装载 率的预测曲线见图1 。此外O u t o k u m p u 还进行了利 用功率曲线分析磨机衬板磨损和钢球运动轨迹的预 测研究。 1 5 ．0 I1 6 ．0 11 7 ．0 11 8 ．O l1 9 ．0 l 2 0 ．0 l2 1 ．0 l2 2 ．0 1 D a t e 图1M i l l S e n s e 对钢球装载率的预测结果 F i g ．1 P r e d i c t i o nf o rb a l lc h a r g ew i t hm i l l s e n s e C O R E M 与M c G i l l 大学一直致力于磨机装载率 及装载特征的研究，2 0 0 6 年开发了磨机装载特征 在线监测系统S A G T o o l s T M ，并在B r u n s w i c k 选矿厂 的8 ．5 m x 4 ．3 m 的半自磨机上进行了试验【引。试验结 果表明，该系统能够实时预测出磨机内部1 4 个变 量，包括磨机被填充的体积，磨机物料底部和肩 部所在角度等，可以用于对磨机运行状态的监测 和控制。图2 是S A G T o o l s T M 的工业应用架构和主 显示画面。2 0 1 0 年C O R E M 在年报中称他们研制 的一种仪器化专用检测螺栓，用于分析磨机的负荷 特征。 C O R E M 在磨机衬板磨损监测方面进行了探索 。和试验，据报道2 0 0 6 年他们研制了一款膜片式磨 损传感器，并利用有限元的建模方法仿真了膜片在 磨机衬板上的安装位置及检测效果。 艰鲁IIu号∞ 万方数据 2 0 1 1 年增刊1 周俊武等选矿自动化新进展 b s G ．．1 0 如侦测器的主规翻 图2S A G 一’l b o l s 的应用 F i g ．2A p p l i c a t i o no fS A G T o o l s 我国同样关注到了这项技术的研究，在“十一 五”“8 6 3 ”研究计划中立项支持了“磨机／半自磨 机负荷监测技术”课题。该课题由北京矿冶研究总 院、清华大学共同完成，完全依靠自主研发，在 2 0 1 0 年取得了较好的成果。试验结果表明．该套 装置在硬件性能上已经达到了振动信号采集所需要 的精度、强度和稳定性。通过调整磨矿操作条件的 试验，证明了磨机振动信号的特征参量口与磨机运 行状态之间有一定的必然联系，如图3 所示。 一蠹 翥 面1 5 0 姜1 篓 0高藩 一，⋯．。，、，．I l 6 0 07 0 0 8 0 0 9 0 01 0 0 01 1 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 图3 磨机振动信号口值与给矿量的关系 F i g ．3 R e l a t i o nb e t w e e nf e e dc h a n g ea n d 卢v a l u eo f m i l lv i b r a t i o n s i g n a l 1 ．12 浮选泡沫状态分析 瑞典S G S 公司开发了一款专用的浮选泡沫状 态分析仪M E T c a m F C ，并已经在工业流程上安装 20 0 0 台以上。M E T c a m - F C 实时地采集和分析浮选 泡沫的图像信息，可以测量泡沫的移动速度、泡沫稳 定性、泡沫大小分布和6 个图像色彩输出。M E T c a m F c 是通过无线网络与控制系统进行传输的。 美国的K S X 公司开发的P l a n t V i s i o n 系统中包 括了浮选泡沫图像分析系统，该系统可以分析泡沫 大小、泡沫颜色成分 红、绿、蓝及灰度 、泡沫 纹理、泡沫稳定性、泡沫移动速度。该系统可以完 成对浮选设备、浮选作业、浮选系列乃至浮选流程 完整的泡沫图像在线分析，完全替代过去靠人工徒 步往返观察的模式。 北京矿冶研究总院自2 0 0 0 年开始就致力于用 图像分析的方法获得浮选泡沫状态，2 0 0 8 年开发 出了B F I P S I 型浮选泡沫图像分析系统，该系统根 据获取的浮选泡沫图像可以计算出浮选泡沫大小、 个数、稳定性、速度、颜色、纹理等特征参数”J 。 图4 是该系统在德兴铜矿大山选矿厂铜钼混合浮选 作业进行的工业应用，并利用泡沫特征参数对精矿 泡沫品位进行了预测。 阐 } 羔二 ’ 图 a 浮选泡抹图像采集装置 ；i 前7 刭’A 、矗j ‘√ 图4B F I P S 图像分析系统的工业应用 F i g ．4 I n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n o fB F I P Sf r o t h i m a g e a n a l y z e r 1 ．I ．3 浓密机负荷监测技术 浓密机负荷主要指的是存泥量，通过测量耙架 扭矩、耙架电流、泥床压力、泥层厚度等手段均可 以间接反映。泥床压力检测通常需要预先在浓密机 锥底进行安装时预埋压力传感器，泥层厚度可以通 过超声波物位计或浸入式红外浊度仪来实现，这两 种方式的优点是反应存泥量更直接，缺点是需要做 大量的标定工作。利用耙架扭矩、耙架电流判断浓 密机存泥量很简洁实用，但是反应的设备状态信息 很有限，失真率也较高。 北京矿冶研究总院自2 0 0 9 年开始研究浓密机 负荷软测量技术，根据浓密机的工作原理．和输入 输出物料、浓密机电流，扭矩等信号进行泥床厚度 的预报。该模型通过工业试验证明了浓密机负荷在 线预测是可行的和准确的。图5 是在江西德兴铜矿 工业水处理站分别利用超声波泥水界面测量方式和 浓密机负荷软测量方式进行的在线检测。 1 ．2 工艺过程参数在线检测技术 1 ．2 ．1 矿石粒度 美国S P L I T E N G E I N E E R I N G 公司开发的S p l i t O n l i n e oR o c kF r a g m e n t a t i o nA n a l y s i ss y s t e m 利用图 像分割技术实现了皮带上的矿石块度在线分析，包 括对粗碎、细碎的给矿矿石和破碎后矿石，自磨／ 半自磨机给矿矿石，以及皮带J 二的钢球、球磨机给 矿等，以此为指导进行碎磨控制．能够提高碎矿和 万方数据 5 0有色金属 选矿部分2 0 1 1 年增| { jl ’～～一二j t i ；；训i i 1 - o 一 一⋯’r ；i i } Ⅲ●q o ～一一 一 o - i T ；；i T i ‘- ■ 一 ‘ ；一；i ●i ；i i f l 网 a 基于超声渡浓寄机泥层厚度测量图{ h 浓密机抛屡J 早度软删量 图5 浓密机负荷直接测量和软测量 F i g5P h y s i c a la n ds o f tm e a s u r i n go ft h i c k e n e r ’sl o a d 磨矿生产效率和处理量。图6 是S p l i t o n l i n e 的系 统图，图7 是该系统的标定过程。 美国的K S X 公司开发的P l a n t V i s i o n 系统中同 样包括了矿石粒度图像分析系统，该系统可以分析 矿石粒度分布信息、矿石颜色成分 红、绿、蓝及 灰度 、F 2 0 ／F 5 0 ／F 8 0 、最小粒级百分比等信息。该 项检测用于半自磨机的前馈给矿量控制。 P I a n t V i s i o n 可以最多驱动2 4 台摄像机进行图像的 采集和分析。 北京矿冶研究总院自2 0 0 8 年开始B O S A 型矿 石粒度陶像分析系统的研究，图8 是该系统在焦家 金矿4k t ／d 破碎工段进行的工业试验。该系统可以 霪飕爵囡 。釜坦魁刍e 釜趟2i 。丛I 睦I 图6S p l i t O n l i n e R o c kf r a g m e n t a t i o na n a l y s i s s y s t e m 用于破碎原矿矿石块度分析 F i g ．6 C r u s hf e e dp a r t i c l es i z ea n a l y z e ro fS p l i t O n l i n e 0r o c kf r a g m e n t a t i o na n a l y s i ss y s t e m l u t l ● ● 1 ■懈 图7S p l i t O n l i n e 。R o c kf r a g m e n t a t i o na n a l y s i s s y s t e m 筛分取样的标定曲线 F i g7S h e a r i n gc a l i b r a t i o nc u r v eo fS p l i t O n l i n e r o c kf r a g m e n t a t i o na n a l y s i ss y s t e m 按照筛分的等级或者用广设定的粒级，刘矿石图像 处理后输出小同粒级矿打所占的百分比 a 应惜上的矿石闱像采集装置 b 矿右图像分析软件 图8B O S A l 型矿石图像分析系统 F i g ．8B O S A I m a g i n gp a r l i c l e s i z e a n a l y z e r l2 ．2 矿浆粒度 矿浆粒度在线检测已经形成了稳定的检测方案 和产品．进L 』设备包括O U T O T E C 公司的基于位移 原理P S l 3 0 0 和基于激光原理的P S l 5 0 0 分析仪，德 国S Y M P A T E CG m b H 生产的在线超声衰减粒度仪 O P U S O n l i n eP a n i c l es i z ea n a l y s i sb yU l t r a s o n i c S p e c t r o s c o p y ，美国热电公司的P S M 一4 0 0 型粒度 仪。同产设备包括北京矿冶研究总院研制的B P S M 型多流道矿浆粒度仅和丹东东方测控开发的D F P S M 超声波在线粒度仪。 1 ．2 ．3 矿浆品值 自2 0 世纪8 0 年代以来，矿浆品位在线分析技 术主要依赖于进口，进u 品牌以O U T O T E C 公司 C o u r i e r 系列产品为丰，日前以C o u r i e r6 S L 为主。 与之前的C o u r i e r 系列产品相比，C o u r i e r6 S L 增加 了多模型功能，并采用了嵌人式T 控计算机系统作 为人机界面。该仪器最多可以测量2 4 个流道．每 个流道最多可以测量6 种元素。 美国热电成为另一个销售矿浆晶位载流分析仪 器的进口品牌，以M S A 多流道载流分析仪为主， 可以测量3 ，1 8 个流道。该仪器先后在澳大利亚、 前苏联、英国、南非，赞比亚、新儿内亚、菲律宾 等同使用，往我国有色行业的应用为数不多。 我曰在载流x 荧光品位分析仪的研发l 取得 了突破成果北京矿冶研究总院2 0 0 8 年开发成功 了B O X A 型鲅流x 荧光分析仪系统，并在2 0 0 9 ． 2 0 1 0 年取得了1 2 , 1 k 应用f i 的成功．B O X A 采用了波 | 乏色散 能量色散的分析原理，并内置了多模型技 术近一年来，根据有色行业的发展需要，在多金 属硫化矿浮选流程卜进行硫元素在线分析的探索， 通过B O X A 可以较准确的反应硫元素的变化趋势． 1 ．2 ．4 矿浆酸碱度 ●●，小●●●●，■ 一一 万方数据 2 0 1 1 年增刊1周俊武等选矿自动化新进展 我国在矿浆酸碱度在线分析方面进行了较多的 实践探索，以克服选矿过程的结钙、结垢等易导致 电极被污染、毒化的问题。北京矿冶研究总院自 2 0 0 7 年升级开发了B P H M 自清洗矿浆酸度计，该 产品通过定时控制电极脱离介质进行泡洗，来达到 降低或者消除结钙可能性的目的，从而使得电极的 维护量很少，寿命延长。 1 ．3 选矿过程在线分析发展趋势 综合以E 国内外的研究成果，可以看出选矿过 程在线分析技术的发展趋势是。 1 直接物理测量与建模技术相结合，用软测量 的方法可以获取更丰富的过程信息变量，因而也能 更大限度地满足选矿工业控制需要。 2 直接测量技术是保障软测量技术的关键，因 而对已有的直接测量手段必须充分加以利用，是提 高选矿过程分析技术的必经之路。 2 选矿过程控制技术新进展 选矿’r 业在近5 年来发生了巨大的变化，主要 体现在生产规模和设备大型化、自动化卜，因此选 矿过程控制技术和控制目标也随之发生了变化。选 矿过程控制可以分为工艺单回路控制、设备单元控 制、工序优化控制■个层次。 2 ．1 碎矿过程控制 美卓和山达维克的圆锥破碎机是碎矿工艺应用 最多的设备，这类设备的主要控制手段是在破碎机 功率额定的情况下，保证给料斗料位恒定，从而达 到挤满给料的目标，使得破碎机发挥最大效能。 碎矿优化控制的重点一是优化粗、中、细碎 的负荷配置；二是优化碎矿与磨矿之间的负荷配 置，及碎矿应尽可能提供最佳人磨粒度分布的矿石 产品。 美国S P L I T E N G E I N E E R I ⅣG 公司在P I n o _ 科a n t 项目中将S p l i t 4 n l i n e oR o c kF r a g m e n t a t i o nA n a l y s i s s y s t e m 系统应用到M a r i l aG o l dM i n e 的S A B C 工艺 当中，图9 是该系统的矿石粒度图像探头的布置图 和控制原理图_ l “。该系统的应用使得处理量从原 来的3 6 5t ／h 提高到了4 0 0t ／h 。 我国目前在碎矿过程控制方面主要以连锁控制 为主，关键是在于设备的电气控制系统是否留有相 应的接口。由于设备自动化程度的提高和过程仪表 的普遍使用，连锁控制逻辑可以更加精细和可靠， 甚至带有一定的智能化。 2 ．2 磨矿过程控制 图9P I T - t o - P l a n t 中基于S p l i t - O n l i n e 的控制示意 F i g ．9 S p l i t - O n l i n ec o n f i g u r a t i o nd r a w i n go fP I T t o - P l a n tp r o j e e t 半自磨机在碎磨工艺上的推广应用，使得选矿 厂对提高产能、降低能耗的需求日益迫切。除了给 矿量、给水量、泵池液位、旋流器压力等工艺参数 的单回路稳定控制外，磨矿下艺过程的节能优化控 制更为选矿厂所关注。 磨矿过程优化控制软件产品在国外已经实现了 商业化，如南非M I N T E K 的M i l l S t a r 控制模块．通 过泵池液位、旋流器人口流量、浓度、压力以及出 口浓度、粒度、磨机功耗等参数在线检测建立磨机 装球量、磨机排矿浓度、旋流器溢流粒度的预估模 型，以给矿、泵池液位、旋流器组开关、循环负荷、 功率等参数为调节手段实现磨矿过程优化。据报道 该软件在稳定旋流器溢流浓度、粒度的前提下，可 提高破碎处理能力4 ％，磨矿处理能力6 ％～1 6 ％。 澳大利亚的M a n t a 控制技术公司开发了一种称 为M a n t aC u b e 的控制技术用于磨矿过程控制。图 1 0 是该系统在G o l d f i e l d sS tI v e s 的A B C 磨矿工艺 卜的应用”“，取得了提高6 ．1 ％处理量的好成绩。 M a n t aC u b e 控制技术可以有效克服给矿量扰动、 矿石形态变化、闭路碎矿缓冲能力饱和、顽石破碎 回路间歇操作等问题带来的干扰，保证磨矿过程稳 定和达到最大处理能力。 我国在磨矿过程控制方面上停留在恒定给矿、 比例给水控制的阶段，但是工艺技术人员对磨机负 荷优化控制更为关注。A B C 、A B 等新型磨矿工艺 的普遍应用，让半自磨机成为控制核心，例如基于 给矿粒度变化的加球量控制，磨机充填率的优化控 制等。在前面已经提到了我国在半自磨机，球磨机 负荷监测方面的新进展。目前通过工业试验已经证 明该振动信号检测技术可以帮助挖掘磨机工作潜 能，达到稳定磨机负荷、提高处理量的目的，但是距 万方数据 有色金属 选矿部4 1 ““管“．．。喜囊‘ 三冬笔气。J 冷。i 鲫～_ J w 一，三型 l k - ． 图1 0M a n t aC u b e 在工业上的应用 F i g ．1 0 I n d u s t r i a lm i l lc o n t r o lo fM a n t aC u b e 离稳定的、商业化的控制软件产品还有一段距离。 2 ．3 浮选过程控制 浮选过程的液位、充气量、药剂添加、矿浆酸 碱度等单回路工艺参数控制，基本得到了实现。浮 选过程控制的难点是频繁变化的矿石性质和生产严 格的精矿质量要求、最佳回收率要求之间存在的矛 盾，药剂添加量、泡沫层厚度和充气量是浮选过程 的三个重要控制参数[ 1 “。 2 0 0 8 2 0 0 9 年间瑞典G a r p e n b e r g 锌选矿厂应 用了A B B 公司的专家优化系统实现整个浮选回路 的优化控制，该专家系统是基于模型预估控制原理 设计的，用来帮助稳定选矿流程，并使得锌回收率 达到最大[ 1 ⋯。 南非M I N T E K 公司开发了F [ o a t S t a r 优化模块， 带给浮选的经济效益主要体现在1 快速液位控 制和抗干扰能力使得流程稳定，开停车时间短；2 】 将回收率与浮选时间、液位、充气量、加药等操作 建立优化控制回路；3 稳定精矿品位，回收率至 少可以提高1 ％以上。 O u t o k u m p u 一直致力于提供可以涵盖所有浮选 过程的控制解决方案，首先是利用O u t o t e e 的先进 控制软件包A C T 优化各个控制回路的设定值，达 到流程稳定控制的目的；然后利用E X A C T L e v e l 工具实现整个浮选流程液位对干扰的同步、超前补 偿，从而使得整个流程的稳定性达到最佳，这是达 到最佳浮选生产指标的最重要的保证；最后依靠 F r o t h M a s t e r T M 检测的浮选泡沫属性．如泡沫的破 裂情况、泡沫移动速度等，然后结合C o u r i e r 系列 品位在线分析数据，按照一种全新的品位／回收率 优化算法实现浮选的优化控制。从O u t o k u m p u 浮 选优化控制的整体架构中看，浮选液位稳定是优 化控制的主要执行机构，因而十分关键。图1 1 是 E X A C T - L e v e l 浮选液位精确控制的原理图。 我国开展浮选过程控制技术研究起步较早，但 是发展缓慢，和浮选过程在线分析检测技术落后不 E x a c t t e v e Ic o n t r o ti na c t i o n h “m t r ”‘■■■I 。畛F ⋯，p n * “l 7 图1lE X A C T L e v e l 的原理图 F i g ．11P r i n c i p l ed r a w i n go fE X A C T L e v e l 无关系。2 0 0 9 年，北京矿冶研究总院、清华大学 共同研究．设计了一款基于前馈控制的串联浮洗槽 液位P I D 参数整定方法，一定程度上解决了浮选多 个作业协调抑制干扰的目的“，该项技术首先在 满洲里乌奴格吐⋯1 6 0m 3 浮选机流程进行了工业 应用．图1 2 是该技术与传统分直式作业P I D 控制 效果的比较，可见协同控制下整个流程的液位稳定 性要优良得多。该项技术之后被推广到了江西德兴 铜矿的大山选矿厂2 0 0m 3 浮选机流程和泗洲1 3 0 m ，浮选机流程上应用，取得了较好的控制效果， 也暴露了一些问题，主要是浮选液位与磨矿负荷、 浮选中间循环负荷、充气量、加药量等参数的协同 问题。这与国外以浮选液位控制为核心进行浮选过 程优化控制的技术路线足不谋而台的。 一一■■■■ ■■ll 一 啊一lI _I_I 图 a 单叫路P I D 控制F 浮选流程液位罔 h 协问控制F 的浮选流程聩位 图1 2 不同控制模式下的浮选流程液位 F i g ．1 2C o m p a r i s o nb e t w e e nP I Da n dc o o p e r a t i v e c o n t r o lo nf l o a t a t i o nl e v e l 2 ．4 浓缩过程控制 大型高效浓密机的应用使浓密机的稳定控制和 优化控制变得异常重要起来；南非M I N T E K 公司的 L e a e h S t a r 软件中包含了对浓密机优化控制模块， 该模块旨在减小絮凝剂的消耗，改善浓密机溢流水 的澄清状况．通过减少泥床下滑或高扭矩出现的几 率来稳定浓密机生产，通过稳定底流流量和浓度米 改善下游一r 序的表现等。 澳大利亚A M I R A 的1 ，9 9 6 A 【l v a n c e d I n s t r u m e n t a t i o na n dC o n t r o lS t r a t e g i e sf o rO p t i m i s i n g 万方数据 2 0 1 1 年增刊1周俊武等选矿自动化新进展 5 3 T h i c k e n e r s 开始于2 0 0 9 年，主要目标是开发新的 仪器和控制策略来优化矿山行业的浓密机操作。 芬兰O u t o T e e 公司提供S U P A F L O 高效浓密机 控制技术来实现浓缩过程的控制，其建立在两个基 本简单的控制回路上絮凝控制是通过调节絮凝剂 泵速来实现稳定的絮凝剂用量 g ／t 。泥层高度作为 反馈信号来控制絮凝剂用量 ∥【 设定点；总固体 量是通过调节底流泵速来获得稳定的泥层质量。 2 0 0 8 年，东北大学进行了浓密机生产过程综 合自动化系统的研究，将建模与控制相结合，提出 了由基于智能推理技术的浓度智能设定层和底流浓 度控制层组成的浓密机生产过程底流矿浆浓度智能 优化控制策略[ u ] 。 2 0 0 9 - 2 0 1 0 年北京矿冶研究总院在德兴铜矿 精尾厂3 0m 浓密机上．根据物料平衡和沉降试验 数据，建立浓密机负荷预测模型和优化控制模型， 对絮凝剂添加量和底流排矿速度给出最优操作值， 保证浓密机最佳储泥量和稳定生产状态。该技术将 底流浓度从原来的1 0 ％左右提高将近一倍，处理能 力提高了将近5 0 ％。目前已经形成了专用的控制软 件，如图1 3 所示。 图1 3B T P G 浓密机优化控制器 F i g ．1 3 B T P Ct h i c k e n e ro p t i m i z a t i o nc o n t r o l l o r 2 ．5 选矿过程控制发展趋势 综合以上国内外的研究成果，可以看出选矿过 程控制的发展趋势。 1 单元回路控制是选矿过程优化控制的执行 机构，是优化控制有效的基石和保障。 2 选矿流程稳定控制系统至关重要，是抑制 原料性质扰动的整体协调控制、随动控制，因而需 求引起工艺和自动化1 程师的格外关注，达不到流 程稳定控制，则无法实现优化控制。 3 优化控制需要通过获取足够丰富的生产过 程信息进行建模、预测和在线的调整、优化．因此 对生产过程数据的采集、处理至为重要。 3 选矿厂建模仿真技术新进展 矿物加工过程建模可以分为三种类型过程模 型，系统模型和人工智能模型。过程模型是含有内 部变量和外部变量的数学模型，这些变量描述了选 矿过程中现实存在的定量和定性的物理变量；系统 模型可认为是具有标准数学结构 控制方法的一 个分支 的模型，它用～种能反映可观测、可控制 和可优化性质的方法，对过程输入变量和输出变量 的关系进行拟合。人工智能模型可以认为是运用人 工智能控制方法的模型，例如专家系统、人工神经 网络、模糊控制、基因模型、专家在线。这些方法 旨在补充人们非数学知识，对具有未知或模糊的数 学结构的东西建立模型，提供一个人们感知与技术 模型的桥梁”“。 选矿工艺过程的特征非常复杂，通常都是多参 数耦合、时变、大滞后的过程，过程模型往往因为 输入输出单一而适用性非常小，只能在较窄的工艺 稳定区间内。选矿过程控制建立的模型以系统模型 和人工智能模型为主。O u t o k u m p u 、M I N T E K 开发 的优化控制系主要是基于大量的生产过程数据分 析、模式识别、特征提取、专家学习等人工智能技 术形成的优化控制器。这种控制器的特点是交互性 和学习性非常强，具有智能化的特点。 由于矿石性质的不稳定性对工艺流程的可靠性 挑战很大，也直接制约了选矿自动化的实施。流程 的数学建模和数值模拟是研究、设计和优化矿物加 工生产流程的有效工具，通过流程建模和过程模拟 可以研究和分析流程中各单元作业之间的相互作用 以及各种影响因素对流程整体性能的影响。在项目 的可行性研究和初步设计阶段中，应用流程建模和 数值模拟可对各种不同的流程方案进行稳态物料平 衡计算，分析比较各方案的优劣。在施工图设计阶 段中，应用流程建模和数值模拟可对流程中所有的 单元设备和物料流进行详细的计算，帮助选择设备 尺寸型号并进行项目成本和经济效益分析”“。流 程建模和仿真为检验控制策略的可操作性和效果提 供的计算机实验环境，保障了控制系统投用的可靠 性和准确度。 国际上矿物加工行业的流程建模与仿真技术以 及商业化已经发展的非常成熟，包括南非肯瓦特 K e n w a l t 公司的S y s C A D 软件，法国地矿研究局 B R G M 的u S I MP A C ．澳大利亚的昆士兰大学所属 万方数据 5 4 青色金属 选矿部分 研究机构J K M R C ，H 发的J K S i m M e t 、J K S i m F l o a t 软 件，J K M R C 用罔1 4 很好地除释了流程模拟与过 程检测、控制、优化之间的关系．这对于J f 发我 闻的选矿过程优化控制体系有着非常重要的指导 意义． o 一气’”兰堑到 6 裟纛一⋯盎≤确 峨 鞋n 啪惦} p 仉贬D U c E ∞卸L ；五- 一_ 图1 4 流程