选矿自动化技术应用及建议浅论

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摘要：我国幅员辽阔，各类矿产资源储量丰富，科技的进步催生选矿业的快速发展，选矿自动化技术的应用在相当程度上提高了选矿的效率与质量。本文介绍了破碎流程自动控制、磨矿分级自动控制以及浮选流程自动控制等，就当前国内选矿工作现状给出了一些建议。

关键词：选矿；自动化；破碎；磨矿分级；浮选０

前言

矿产资源属于不可再生资源，随着开采时间的增加与开采规模的扩大，我国矿产资源总量持续减少。在矿产业竞争日益白热化的背景下，提高矿业生产的效率与质量，降低生产消耗水平以及提升矿业生产的信息化水平进而提高企业市场竞争力与经济效益成为矿产企业实现长效发展的必然措施。通过引入传感识别技术、电子信息技术以及计算机控制技术等，目前国内一些大型选矿企业已经着手进行传统选矿生产作业的创新转型，力求实现企业管理信息化、生产设备高度自动化以及生产过程集成化与综合化，响应工业４．０的号召，积极推进现代化集成制造业的发展。选矿技术自动化可从破碎、磨矿分级、矿石甄选以及脱水过滤与浓缩等环节入手，选矿自动化技术的应用，可以大大提高选矿质量与选矿效率，减轻生产人员劳动强度。同时，应用选矿自动化技术还可以显著提升选矿企业技术经济指标，进而提高其经济效益与市场竞争力。

１破碎流程自动控制

我国在矿石破碎流程自动控制方面，目前国外还存在一定的差距，这主要是受我国工业自动化产业起步较晚，总体自动化水平偏低等相关因素的影响。现阶段，国外一些选矿企业已经通过在破碎机中设置检测类仪器仪表与配套自动控制装置等，大大的提高了矿石破碎机的生产稳定性、产能以及安全性等；国内如鞍钢与马钢等大型矿业公司通过在现有破碎机结构的基础上进行优化与改善，也在一定程度上提升了破碎机的可靠性，降低了能耗水平。以往的国产圆锥形破碎机采用了固定排矿口的结构，生产过程中无法根据矿石大小进行动态的调整，而只能通过人为介入来完成矿石粒度的调整。改造升级后，通过控制破碎机主传动电机的功率或电流，实现矿石破碎机给矿量的调节；通过增加温度、压力以及流量传感器装置，优化破碎机的可靠性。例如，鞍钢集团齐大山铁矿选矿厂以及武钢集团程潮矿选矿厂等矿业公司都曾在上世纪末从国外引进。芬兰ＭＥＴＳＯ公司通过使用串级控制模式，大大的提高破碎机的自动控制系统性能，进而改善了破碎机自动控制系统的动态品质与工作效率。马钢集团南山矿业公司通过技术研发与引进，建立了一套碎矿石全流程计算机控制系统与视频监控系统，借助以太网同步进行生产数据与监控视频数据的传输。系统主控制系统根据接收到的监控数据，向破碎机执行机构发出粗碎、细碎或者中碎的指令，从而实现对破碎机的动态控制。需要注意的是，目前许多矿业公司使用的矿石破碎机老旧设备较多，通过合理的规划，结合自动控制技术与自动监控技术对这些老旧设备进行自动化改造升级，对于推动传统矿业公司的现代化转型具有较强的现实意义。

２磨矿分级流程自动控制

磨矿分级作业影响着选矿工艺指标、生产能源消耗、选矿生产的产能、磨矿产品质量以及选矿企业的技术经济指标等，因此强化磨矿分级作业的控制水平与作业质量对于选矿厂而言至关重要。磨矿分级作业流程较为复杂，主要技术指标包括球磨机台时处理量、磨矿分级、磨矿浓度以及溢流浓度等，其影响因素涉及到原矿性质、矿排水量、返砂水量以及磨机充填率等。磨矿分级系统的自动化控制升级是为了提高分级溢流粒度的稳定性与磨机工作效率，进而保证后续选别作业的顺利开展。由于磨矿分级作业指标具有较强的耦合性，单输入、单输出模式的ＰＩＤ控制模式达不到预期的自动化控制效果，因此可通过引入模糊控制模式对不同的控制回路实施差异化的控制策略，即简单回路使用智能型ＰＩＤ进行控制，复杂回路使用模糊控制与串级控制进行控制，以实现根据矿石硬度、粒度以及负荷量与球磨机介质等指标的动态变化进行动态调整。例如，南京银茂铅锌矿业为了提高磨矿环节工艺指标的控制水平，增设了给矿量、电流检测、磨机电耳值以及溢流浓度与报警信号等项目的检测，有效提高了磨机状态的自动研判与控制能力，大大提高了控制系统的可靠性。通过模糊控制与ＰＩＤ智能控制的组合，能够便捷的对系统内监控设备与仪器仪表设备等进行手动操作，并且人性化的人机界面还大大的提高了自动控制系统的可操作性。

３浮选流程自动控制

３．１加药自动化控制

选矿生产中，浮选自动加药控制系统通常采用ＰＬＣ控制系统进行控制，该系统可以实现加药装置的定时、定量控制，还能实现在加药设备的远程控制下多点自动给药。从结构上来说，药剂控制系统主要由控制单元与执行单元组成，其中执行单元又可分为泵式加药执行系统和电磁阀式执行系统，相对而言泵式加药执行系统的前期投资较多，且系统复杂、维护难度大，因此在一定程度上限制了其在选矿生产中的应用。

３．２矿浆液位自动化控制

在浮选槽矿浆液位检测方面，传统的浮选作业设备通常使用浮子式液位变送器；美国、加拿大等西方国家已经普遍使用超声波测量浮球位移浮选槽液位计，实现了较高的测量精度。国内方面，铜陵有色集团使用的２００ｍ３充气机械搅拌式浮选机配备了由矿浆液位测量装置、就地控制操作盘以及气动执行机构等单元组成的自动化矿浆液位控制系统。其中，矿浆液位测量系统可分为测量筒、超声波探头装置以及喷淋清洗装置等；就地控制操作盘则主要由智能单回路调节控制器与电动执行单元操作盘组成。需要说明的是，由于机械搅拌式浮选机搅拌强度过大，因而很难实现矿浆液位的自动化精确控制。

３．３浮选柱自动控制系统

相较于以往的浮选机，由于浮选柱未采用机械搅拌结构，因而能够在无搅拌的条件下有效提升微细粒级矿物的回收率。目前，浮选柱自动控制系统通常使用浮选柱界面高度控制系统、冲洗水流量控制系统与分散空气流量控制系统等３类自动控制系统来实现。３．３．１浮选柱界面高度控制系统。在浮选柱界面高度控制系统中，一般使用球形浮子结合超声波探测器或者压力传感器来确定泡沫与矿浆的界面高度。其测定原理是压力传感器或超声波探测器能够发出与泡沫和矿浆界面位置成正相关关系的电信号，通过相应的换算即可得到需要的位置指标。在实际应用中，一部分浮选柱借助Ｕ型管原理，即使用一个Ｕ型管将尾矿与一个受控液位等高的尾矿槽相连，浮选柱液位高度可以通过改变尾矿槽溢流高度来实现控制。３．３．２冲洗水流量控制系统。在冲洗水流量控制系统中，使用流量控制阀结合流量计即可实现对冲洗水流量的自动控制功能。就浮选柱的自动控制而言，冲洗水的流量主要受给料速率、给料品位以及浮选柱预期溢流回收率等因素的影响。在选矿生产作业中，流量的轻微波动不会造成较大的影响，但是通过一定的措施保持冲洗水的流量稳定更有利于生产作业。３．３．３分散式空气流量控制系统。空气流量的控制是通过调节球阀来实现的，流量大小的实时监测则主要是通过流量计来完成，在分散式空气流量控制系统中合理控制空气流量有助于改善浮选柱的运行工况。在分散式空气流量控制系统中，界面液位、药剂投放量、给料吨位以及固体颗粒百分比等因素会对最小气体流率与最大气体流率产生较大的影响。其中，若分散器内气压小于最小气体流率则会导致泡沫稳定性降低，大于最大气流率会造成气泡凝结时固体颗粒回收率低下的问题。

４选矿自动化技术的应用建议

４．１加大专业检测仪表的研发力度

传感检测技术的发展与应用水平的提高在相当程度上促进了我国工业自动化水平的进步。在选矿自动化控制领域，通过采用高分辨率与高可靠性的识别传感器与识别传感技术，可以显著提高自动化控制系统中仪器仪表的可靠性，丰富其功能，进而起到提高选矿自动化控制水平的作用。

４．２深化自动控制理论研究，提高自动化控制系统的创新力度

自动控制理论萌生于２０世纪５０年代，并且在２０世纪６０年代获得了较快的发展，特别是近年来逐步衍生出了人工智能、自动控制、运筹学以及信息论等多学科交叉的现代智能控制理论。其中，由神经元网络系统、模糊控制单元以及大数据库构成的人工智能技术在现代化工业生产中获得了极为广泛的应用。因此，在选矿自动化控制领域深化自动化控制理论，提高自动化控制系统的创新力度，以提高自动化控制系统与选矿企业生产实际的匹配度，成为促进选矿生产向高集中式、高自动化水平以及智能化发展的必然要求。

４．３强化选矿生产作业的信息化建设

随着信息技术的发展以及信息技术与自动化控制技术纵向融合的加深，选矿作业的信息化建设成为相关企业向综合化、功能多元化以及智能化发展的重要内容。未来，选矿生产企业需要扩大信息技术在企业生产与管理等工作中的应用面，建设选矿企业生产调度、生产过程监督以及经营管理信息化平台。通过信息化建设打通限制企业内部沟通与市场经营的壁垒，提高信息的流通效率。需要注意的是，选矿生产企业在信息化建设过程中需要注重对信息化人才队伍的培养，并根据企业实际情况创建服务于企业长期发展战略的企业级信息化平台。

５结语

综上所述，虽然我国选矿自动化技术的发展与应用相较于国外发达国家还存在一定的差距，但是近几年在国家大力倡导科技创新的背景下已经取得了不错的成绩。为了提高选矿生产企业的生产效率与生产质量，推动我国选矿生产企业从传统生产模式向自动化控制生产模式的转型，需要结合企业生产情况进行信息化建设，加大自动化控制系统的研发力度，提高应用水平，同时加大专业检测仪表的研发力度。

作者:张添钧 单位:沈阳有色冶金设计研究院有限公司