基于負載動態(tài)平衡過程控制在濕法冶金中的應用

方 文，徐 寧，謝典順，高 健

(1.北京礦冶研究總院 礦冶過程自動控制技術(shù)北京市重點實驗室，北京100160；2.山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司精煉廠，山東 萊州 261441)

基于負載動態(tài)平衡過程控制在濕法冶金中的應用

方 文1，徐 寧1，謝典順2，高 健2

(1.北京礦冶研究總院 礦冶過程自動控制技術(shù)北京市重點實驗室，北京100160；2.山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司精煉廠，山東 萊州 261441)

在濕法冶金工業(yè)生產(chǎn)中，針對洗滌-鋅粉置換生產(chǎn)過程存在的生產(chǎn)問題，本文設(shè)計并應用了基于負載動態(tài)平衡過程控制，該自動控制系統(tǒng)投入使用后，在穩(wěn)定生產(chǎn)、提高效率、保護設(shè)備、降低勞動強度等方面取得了良好的效果。

濕法冶金；洗滌；鋅粉置換；自動控制；負載平衡

1 前 言

隨著濕法冶金工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)過程趨于大型化、集中化和連續(xù)化。為達到提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、降低能耗、減輕污染的目的，除不斷改進現(xiàn)行工藝、引進新設(shè)備、優(yōu)化生產(chǎn)過程外，自動控制技術(shù)在濕法冶金生產(chǎn)中起到的作用愈加顯著。自動控制技術(shù)根據(jù)有色金屬濕法冶金工藝過程測量和控制的需求，將智能儀表、計算機、自動控制等高新技術(shù)用于生產(chǎn)過程，輔助工藝生產(chǎn)達到較高水平，有利于企業(yè)節(jié)能降耗、提升生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善工作環(huán)境和降低工作強度[1-3]。

本文的研究對象是黃金精煉廠氰化生產(chǎn)工藝流程中的洗滌-鋅粉置換過程，針對該工藝生產(chǎn)的特點和需求，設(shè)計并應用了基于負載動態(tài)平衡過程控制，在穩(wěn)定生產(chǎn)、提高效率、保護設(shè)備、降低勞動強度等方面取得了良好的效果。

2 工藝簡介

2.1 工藝流程

傳統(tǒng)的氰化法提金工藝主要包括浸出、洗滌、置換三個工序。礦石經(jīng)氰化浸出后，產(chǎn)出由含金溶液和尾礦組成的礦漿，通過濃密使含金溶液與固體尾礦分離。濃密洗滌采用濃密機對浸出礦漿進行洗滌，在浸出礦漿或待洗礦漿進入濃密機的同時，用脫金貧液作為洗水進行沖稀洗滌，經(jīng)過濃縮后的礦漿隨濃密機底流排走（或排到下一級濃密機再次洗滌），上部清液中的已溶金隨溢流進入下一工序而被回收（或作為上一級的洗滌水），本文流程是以三臺濃密機組成的三級逆流洗滌流程。

鋅粉置換是一種從含金貴液中置換金的方法，由貴液凈化、脫氧和置換過濾三個作業(yè)組成。經(jīng)過洗滌流程的含金貴液中含有一定數(shù)量的懸浮物，為避免影響置換效果和金泥質(zhì)量，鋅粉置換前經(jīng)過兩次凈化過程將其除去，凈化后的貴液通過射流真空系統(tǒng)進行脫氧，脫氧后的貴液進入鋅粉置換壓濾機完成最終置換和金泥過濾，脫金貧液返回濃密洗滌流程后再次作為洗滌水進行使用。貴液的凈化、脫氧和置換三部分在生產(chǎn)過程中需要連續(xù)進行，避免中間間斷[4][5]。

2.2 生產(chǎn)問題

在該洗滌-鋅粉置換生產(chǎn)過程中，洗滌水使用過程是一個貧液和貴液轉(zhuǎn)換的負載循環(huán)過程，如圖1所示。

圖1 洗滌-鋅粉置換過程負載循環(huán)圖

影響洗滌-鋅粉置換生產(chǎn)過程中水量負載循環(huán)的主要因素有：

（1）氰化浸出流程進入洗滌濃密機的礦漿量。

（2）硫精礦壓濾濾液進入洗滌濃密機的水量。

（3）進入硫精礦壓濾流程的三洗濃密機底流排礦量。

（4）流入該生產(chǎn)過程的雨水量。

由于以上因素的影響，生產(chǎn)過程的循環(huán)水量是動態(tài)變化的，造成生產(chǎn)上的主要問題有：

（1）各個泵池的水量調(diào)配不均勻平衡，容易造成在循環(huán)過程中的個別泵池水量過多或過少，導致冒槽或打空，甚至影響整個循環(huán)的正常生產(chǎn)。

（2）洗滌和置換的生產(chǎn)工位于不同崗位，在操作過程中只根據(jù)本工序情況進行調(diào)節(jié)。

（3）人工調(diào)節(jié)不及時，容易發(fā)生跑冒問題，甚至損壞設(shè)備。

（4）生產(chǎn)工操作頻繁，工作量大。

3 控制方案

針對以上的生產(chǎn)問題，使用單回路控制已無法實現(xiàn)較好的解決。根據(jù)該生產(chǎn)過程的特點和情況，提出了基于負載動態(tài)平衡的過程控制策略，即根據(jù)當前整個生產(chǎn)過程的循環(huán)負載率，動態(tài)優(yōu)化調(diào)整各個泵池液位設(shè)定值，使泵池水量負載保持在合理范圍內(nèi)，如圖2所示控制框圖。具體的控制策略如下。

圖2 控制框圖

3.1 泵池控制優(yōu)先級

在整個循環(huán)生產(chǎn)過程中，首先根據(jù)各個泵池情況制定控制優(yōu)先級順序，如表1所示。

表1 控制優(yōu)先級

3.2 負載率計算

通過計算生產(chǎn)過程的負載率判斷當前循環(huán)水量的多少程度。

以上公式中，PV為各個泵池當前液位值；H為各個泵池液位工藝上限；L為各個泵池液位工藝下限，S為各個泵池橫截面積。

3.3 設(shè)定值優(yōu)化

（1）計算液位設(shè)定值。各個泵池當前設(shè)定值：

（2）修正洗滌貴液池、置換一次凈化池、置換二次凈化池液位設(shè)定值。洗滌貴液池、置換一次凈化池、置換二次凈化池分別與置換貴液池有相關(guān)性（化工泵的進口與出口關(guān)系），考慮在特殊情況下置換貴液池較高時，將流程水量均衡到這三個泵池，增加液位系數(shù)，對這三個泵池的液位設(shè)定值進行修正：

以上公式中，PV2為置換貴液池當前液位值；SP2為優(yōu)化計算的置換貴液池設(shè)定值；a為液位系數(shù)。

（3）計算置換貧液池液位聯(lián)鎖上下限。置換貧液池的化工泵為工頻控制，根據(jù)設(shè)置泵池液位上下限進行聯(lián)鎖控制。該泵池的工藝上限為H5，工藝下限為L5，在工藝上下限范圍內(nèi)，聯(lián)鎖上下限根據(jù)整個流程循環(huán)負載情況自動進行調(diào)整。在流程負載較少時不積壓在該池，避免洗滌貧液池水量少影響洗滌效果；在流程負載較多時該池能緩存水量，避免洗滌貧液池冒槽。根據(jù)計算優(yōu)化的液位設(shè)定值在工藝上下限范圍內(nèi)劃分為四個區(qū)間，每個區(qū)間的液位聯(lián)鎖上下限如表2所示：

表2 聯(lián)鎖上下限表

（4）修正洗滌貧液池液位設(shè)定值。洗滌貧液池液位受到置換貧液池的影響，在置換貧液池化工泵運行和停止時，液位存在周期性變化，同時需要綜合考慮洗滌貴液池的液位變化情況。

上式中，SP6為計算優(yōu)化的洗滌貧液池液位設(shè)定值；a1、a2為對應泵池的液位系數(shù)；PV1為洗滌貴液池液位檢測值；SP1為洗滌貴液池液位設(shè)定值；Hset為置換貧液池液位聯(lián)鎖上限；PV5為置換貧液池液位檢測值。

3.4 聯(lián)鎖控制保護

根據(jù)泵池液位控制優(yōu)先級順序，設(shè)置對應泵池液位聯(lián)鎖上下限，保證優(yōu)先級別較高泵池處于正常狀態(tài)。以洗滌貴液池液位控制為例，該池化工泵（圖1中泵①）優(yōu)先保證置換貴液池不冒槽，設(shè)置置換貴液池液位聯(lián)鎖上限和聯(lián)鎖下限，在超過上限時停泵，在低于下限時開泵，在液位上下限范圍內(nèi)，根據(jù)模型優(yōu)化計算的該池液位最優(yōu)設(shè)定值，調(diào)節(jié)化工泵轉(zhuǎn)速控制液位達到最優(yōu)設(shè)定值。

3.5 控制效果

以置換一次凈化池液位控制為例，如圖3所示。上圖所示為人工調(diào)整化工泵轉(zhuǎn)速的情況，在一個班內(nèi)（8小時）操作頻繁，工作量大，并且液位波動大，不穩(wěn)定，甚至存在液位較低影響生產(chǎn)的情況。下圖所示為實施自動控制后的情況，在一個班內(nèi)化工泵轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)較為平穩(wěn)，液位控制穩(wěn)定。

圖3 控制效果圖

4 結(jié)束語

在濕法冶金氰化生產(chǎn)工藝流程中的洗滌-鋅粉置換過程，投入使用了基于負載動態(tài)平衡過程控制，解決了該生產(chǎn)過程中存在的問題，在保證工藝生產(chǎn)穩(wěn)定性和連續(xù)性、提高生產(chǎn)效率、保護設(shè)備、降低勞動強度等方面取得了良好效果。

[1]付子忠.從礦石和廢料中回收有色金屬的常用濕法冶金工藝和設(shè)備[J].濕法冶金,2011(03):175-183.

[2]張春生,劉剛.談談濕法冶金新技術(shù)在礦產(chǎn)資源開發(fā)中的應用[J].有色金屬設(shè)計,2006(04):6-9.

[3]周俊武,徐寧.我國選冶自動化的現(xiàn)狀和未來[J].有色冶金設(shè)計與研究,2011（04):6-10.

[4]陳淑萍.從氰化貴液(礦漿)中回收金技術(shù)進展[J].黃金,2012(02):43-48.

[5]全忠.黃金生產(chǎn)工藝學[M].沈陽:東北大學出版社,1994.