基于泡沫、品位分析的浮選優(yōu)化控制

孫 靜 吳同春

(中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司)

基于泡沫、品位分析的浮選優(yōu)化控制

孫 靜 吳同春

(中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司)

烏山銅鉬礦原來(lái)浮選控制主要依靠工人的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心，浮選過(guò)程“跑槽”、“冒槽”“不刮泡”等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，直接導(dǎo)致精礦品位不穩(wěn)定、金屬流失、回收率低。為此，通過(guò)泡沫分析儀實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的產(chǎn)率控制，根據(jù)品位分析儀穩(wěn)定了精礦品位，運(yùn)用選礦技術(shù)、品位分析技術(shù)、泡沫圖像分析技術(shù)和模糊控制技術(shù)等相結(jié)合，找出了品位和回收率的最佳平衡點(diǎn)；在穩(wěn)定精礦品位的前提下，提高了回收率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

泡沫分析 品位分析 過(guò)程參數(shù)優(yōu)化 回收率

中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司選礦廠(以下簡(jiǎn)稱(chēng)烏山選礦廠)地處內(nèi)蒙古自治區(qū)新巴爾虎右旗境內(nèi)，主要生產(chǎn)銅精粉和鉬精粉。烏山選礦廠生產(chǎn)流程采用粗碎—SABC碎磨工藝—混合浮選—混合精選—混合精礦分離浮選—尾礦膏體排放技術(shù)，銅鉬混合浮選采用的是320 m3大型浮選機(jī)。

浮選是一個(gè)極其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，且易受浮選給礦濃度、給礦量、給礦粒度、給礦品位和浮選藥劑等眾多因素干擾，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型[1]。常規(guī)的以基礎(chǔ)控制回路為主的定值控制難以適應(yīng)浮選復(fù)雜工況條件的變化，且工人依靠經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心根據(jù)工況的變化去調(diào)整各個(gè)回路的設(shè)定值，既不及時(shí)，又難以找到最優(yōu)的過(guò)程參數(shù)，經(jīng)常導(dǎo)致浮選過(guò)程出現(xiàn)“冒槽”、“跑槽”、“不刮泡”現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致浮選精礦品位不穩(wěn)定，造成金屬流失，回收率下降[2]。為此，運(yùn)用選礦技術(shù)、模糊控制技術(shù)、泡沫圖像分析技術(shù)、品位分析技術(shù)與常規(guī)PID控制技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建了浮選優(yōu)化過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了浮選過(guò)程參數(shù)的優(yōu)化，代替了原來(lái)的人工控制。穩(wěn)定了精礦品位，提高了回收率，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 浮選工藝及控制現(xiàn)狀分析

烏山選礦廠浮選工藝流程為1粗3精3掃，首先經(jīng)過(guò)磨礦旋流器溢流的濃細(xì)度合格的銅鉬混合礦漿進(jìn)入粗選進(jìn)行分選，富集有用礦物的泡沫進(jìn)入精選，粗選底流進(jìn)入掃選。粗選泡沫進(jìn)入精選進(jìn)行3次分選，精選泡沫為最終的銅鉬混合精礦，精選底流返回到粗選工序。粗選底流進(jìn)入掃選進(jìn)行3次分選，掃選泡沫返回到粗選工序，掃選底流為最終尾礦排放到尾礦庫(kù)。烏山選礦廠浮選工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 浮選過(guò)程工藝流程

(1)

(2)

2 過(guò)程優(yōu)化控制方法

2.1 泡沫圖像分析儀簡(jiǎn)介

浮選泡沫圖像分析儀是應(yīng)用于選礦過(guò)程中浮選泡沫特征參數(shù)的實(shí)時(shí)分析在線檢測(cè)儀器。該儀器采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，分析浮選機(jī)表層的泡沫實(shí)時(shí)特征狀態(tài)，測(cè)量的泡沫移動(dòng)速度、大小、黏度、RGB顏色空間等參數(shù)，為及時(shí)調(diào)整浮選控制提供量化數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)泡沫圖像，同時(shí)為優(yōu)化控制、專(zhuān)家系統(tǒng)的模型建立提供數(shù)據(jù)支持。

泡沫的移動(dòng)速度、大小和RGB值對(duì)于浮選控制策略來(lái)說(shuō)是3個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。通常，泡沫移動(dòng)速度可以表征浮選機(jī)的刮泡量，泡沫的大小和紋理可以表征所給藥劑量是否合適，泡沫的顏色和亮度可以描述精礦的品位和回收率[5]。泡沫圖像分析儀界面見(jiàn)圖2。

圖2 泡沫圖像分析儀界面

2.2 品位分析儀簡(jiǎn)介

X熒光分析儀是基于能量色散的分析技術(shù)，利用高壓產(chǎn)生X射線激發(fā)被測(cè)試樣，產(chǎn)生X射線熒光，由于X射線熒光的能量是特征性的，與元素有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，同時(shí)在一定檢測(cè)周期內(nèi)熒光光子數(shù)與元素含量成正比，依據(jù)X熒光的上述特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)元素的定性和定量分析[6]。品位分析儀界面見(jiàn)圖3。

烏山銅鉬礦選礦廠品位測(cè)量采用的是芬蘭奧圖昆普公司的Courier 6在線X熒光分析儀。該儀器對(duì)浮選流程的原礦、精礦、尾礦的品位進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，為生產(chǎn)提供實(shí)時(shí)的品位數(shù)據(jù)參考。品位分析儀測(cè)量值與化驗(yàn)值對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

圖3 品位分析儀界面

由表1可知，品位儀測(cè)量的原礦銅品位、混合精礦銅品位和尾礦銅品位的測(cè)量值與化驗(yàn)值的誤差均在2個(gè)百分點(diǎn)以?xún)?nèi)，完全可用于指導(dǎo)生產(chǎn)，同時(shí)為優(yōu)化控制、專(zhuān)家控制提供數(shù)據(jù)參考。

2.3 優(yōu)化控制策略

經(jīng)典控制論解決線性定常系統(tǒng)的控制問(wèn)題是十分有效的，但在實(shí)際生產(chǎn)中卻有相當(dāng)數(shù)量的過(guò)程，如大滯后、非線性等復(fù)雜工業(yè)過(guò)程，用傳統(tǒng)的方法難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。一個(gè)熟練的操作人員可以沒(méi)有理論知識(shí)，憑自己豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)通過(guò)手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程控制。人們的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)具有模糊性，無(wú)法用精確數(shù)學(xué)語(yǔ)言表述，但可用模糊集合與模糊邏輯描述，通過(guò)把這些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)變成相應(yīng)的控制規(guī)則，并按這些規(guī)則設(shè)計(jì)控制器，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的自動(dòng)控制[7]。由于浮選過(guò)程的機(jī)理復(fù)雜，難以通過(guò)機(jī)理分析建立數(shù)學(xué)模型，為此本文通過(guò)提取人工操作經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行工況的過(guò)程數(shù)據(jù)，整理成模糊專(zhuān)家規(guī)則庫(kù)，規(guī)則的表示方法為：IF(前提)THEN(結(jié)論)。

表1 品位分析儀數(shù)據(jù)與化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比 %

序號(hào)原礦銅品位測(cè)量值化驗(yàn)值誤差精礦銅品位測(cè)量值化驗(yàn)值誤差尾礦銅品位測(cè)量值化驗(yàn)值誤差10.38200.38450.6526.9427.211.000.04250.04352.3520.40250.40400.3725.7025.14-2.180.05600.05661.0730.35800.36000.5622.6322.760.570.04350.04350.0040.40950.4085-0.2417.7717.810.230.05400.0530-1.8550.35000.35300.8619.6219.650.150.05600.0555-0.8960.32500.32550.1519.4819.47-0.050.03800.03882.1170.37350.37450.2721.9321.9-0.140.04480.0440-1.7980.39000.39050.1323.7123.47-1.010.02700.02731.1190.36750.36800.1424.8424.880.160.03800.03871.84100.34700.3460-0.2923.1523.150.000.04100.0406-0.98110.33050.3300-0.1522.5322.841.380.04600.0454-1.30120.36400.36500.2718.3817.99-2.120.06300.0600-4.76130.40500.4000-1.2021.8522.191.560.02500.02604.00140.42600.43000.9425.3925.27-0.470.04500.04704.44150.33400.33600.6022.6522.720.310.05400.0531-1.67160.40000.40501.3022.4422.34-0.450.05150.05251.94170.34850.34950.2921.5721.56-0.050.04100.04202.44180.38000.3775-0.6622.8722.80-0.310.05400.05430.56190.37750.37900.4020.6020.670.340.04300.0425-1.16200.26900.2660-1.1023.9123.89-0.080.04200.04302.38210.29000.2860-1.4021.7721.56-0.960.04300.0428-0.47220.39350.39450.2522.2922.480.850.05750.05800.87230.33200.33500.9029.1128.50-2.100.05600.05701.79

單臺(tái)浮選機(jī)的基礎(chǔ)控制主要包括給風(fēng)量控制、液位控制、加藥控制。另外在各個(gè)選區(qū)的每一臺(tái)浮選機(jī)上安裝泡沫分析儀，檢測(cè)每一臺(tái)浮選機(jī)泡沫的特征參數(shù)。優(yōu)化控制系統(tǒng)根據(jù)泡沫分析儀、品位分析儀檢測(cè)的泡沫特征和品位參數(shù)，優(yōu)化給風(fēng)量、液位、加藥量設(shè)定值，穩(wěn)定精礦品位，實(shí)現(xiàn)最大的回收率。

在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，由于設(shè)備機(jī)械狀態(tài)、工藝流程狀態(tài)、流程考察情況以及操作經(jīng)驗(yàn)等多方面的原因，通常會(huì)將各個(gè)流程參數(shù)限制在一定范圍內(nèi)可調(diào)。

2.3.1 浮選產(chǎn)率控制規(guī)則

浮選產(chǎn)率控制主要在混合浮選工序段，主要表現(xiàn)在浮選每一道工序流程的刮泡量的多少，刮泡量大，則浮選產(chǎn)率高，刮泡量小則浮選產(chǎn)率低。浮選產(chǎn)率過(guò)大，超過(guò)設(shè)備的最大處理能力，導(dǎo)致浮選冒槽；浮選產(chǎn)率過(guò)小，則選礦回收率過(guò)低。只有保證浮選產(chǎn)率適中，浮選回收率才是最理想的。

表2 浮選產(chǎn)率控制規(guī)則

2.3.2 精礦品位控制規(guī)則

混合精選工序段是控制精礦品位的關(guān)鍵工序段。精礦品位決定了最終產(chǎn)品是否合格，如果品位過(guò)低，則影響銷(xiāo)售價(jià)格，品位過(guò)高，則對(duì)選礦回收率有較大影響。精礦品位和選礦回收率成反比關(guān)系，精礦品位高，則回收率就低，精礦品位低，則回收率就高。因此，在保證精礦品位合格的情況下，追求最大的回收率，才能實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 精礦品位控制規(guī)則

4 工業(yè)應(yīng)用

4.1 控制系統(tǒng)平臺(tái)

烏山選礦廠DCS系統(tǒng)硬件平臺(tái)由3套ControlLogix系列冗余的PLC組成磨礦、浮選、尾礦3個(gè)主站，每個(gè)主站通過(guò)ControlNet網(wǎng)絡(luò)連接若干個(gè)分站，分站可通過(guò)Modbus或Profibus等通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)與第三方設(shè)備的通訊，通過(guò)RSLogix 5000對(duì)3個(gè)主站PLC編程。3個(gè)主站通過(guò)1000M光纖連接成環(huán)，HMI服務(wù)器、歷史服務(wù)器、優(yōu)化服務(wù)器連接在光纖環(huán)網(wǎng)上，各個(gè)操作站通過(guò)環(huán)網(wǎng)訪問(wèn)HMI服務(wù)器。HMI服務(wù)器通過(guò)FactoryTalk View Studio6.0實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面組態(tài)。

優(yōu)化服務(wù)器采用Microsoft Visual Studio軟件編程，通過(guò)OPC協(xié)議實(shí)現(xiàn)與3個(gè)主站PLC的數(shù)據(jù)交互。優(yōu)化服務(wù)器實(shí)時(shí)讀取DCS系統(tǒng)的過(guò)程參數(shù)，根據(jù)優(yōu)化控制模型優(yōu)化過(guò)程參數(shù)，輸出給三個(gè)主站PLC執(zhí)行。烏山銅鉬礦DCS系統(tǒng)硬件和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)見(jiàn)圖4。

圖4 烏山選礦廠DCS系統(tǒng)硬件平臺(tái)

4.2 應(yīng)用效果

(1)穩(wěn)定了浮選流程。對(duì)比投用前后混合浮選4個(gè)選區(qū)刮泡量的情況，投用優(yōu)化控制后刮泡量明顯穩(wěn)定，在穩(wěn)定的泡沫泵池液位下，根據(jù)泡沫泵的特性，每個(gè)選區(qū)的刮泡量達(dá)到最大，每個(gè)選區(qū)的產(chǎn)率達(dá)到最大，有利于回收率的提高。使用前后混合浮選4個(gè)選區(qū)刮泡量情況見(jiàn)圖5～圖12。

圖5 人工操作下混合粗選溢流泡沫槽液位趨勢(shì)

圖6 優(yōu)化控制下混合粗選溢流泡沫槽液位趨勢(shì)

圖7 人工操作下混合掃1溢流泡沫槽液位趨勢(shì)

圖8 優(yōu)化控制下混合掃1溢流泡沫槽液位趨勢(shì)

圖9 人工操作下混合掃2溢流泡沫槽液位趨勢(shì)

(2)穩(wěn)定了精礦品位。對(duì)比投用前后，在人工手動(dòng)操作下的精礦品位，即使有品位儀作為參考實(shí)時(shí)的指導(dǎo)生產(chǎn)，仍然無(wú)法保證精礦品位的穩(wěn)定，在投用優(yōu)化控制后，可穩(wěn)定控制精礦品位。人工操作及優(yōu)化控制下的精礦品位趨勢(shì)見(jiàn)圖13～圖14。

圖10 優(yōu)化控制下混合掃2溢流泡沫槽液位趨勢(shì)

圖11 人工操作下混合掃3溢流泡沫槽液位趨勢(shì)

圖12 優(yōu)化控制下混合掃3溢流泡沫槽液位趨勢(shì)

圖13 人工操作下精礦品位趨勢(shì)

圖14 優(yōu)化控制下精礦品位趨勢(shì)

(3)提高了回收率。如表4可知，通對(duì)比投用優(yōu)化控制前后1 a的平均理論回收率，投用后年平均理論回收率比投用前年理論回收率提高了1.98個(gè)百分點(diǎn)。

表4 投用前后銅理論回收率對(duì)比 %

月份投用前投用后185.5984.46283.7985.49385.4187.66486.5889.96586.7588.77683.2789.26786.5788.30886.4887.37985.3286.201084.9186.101186.2887.711283.8086.55平均85.4087.32

5 結(jié) 語(yǔ)

烏山銅鉬選礦廠根據(jù)泡沫圖像分析儀和品位分析儀在線測(cè)量數(shù)據(jù)，并結(jié)合選礦技術(shù)和模糊控制技術(shù)等技術(shù)在原來(lái)浮選過(guò)程設(shè)定值的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了浮選機(jī)液位、浮選機(jī)給風(fēng)量、浮選機(jī)泡沫移動(dòng)速度等過(guò)程參數(shù)的智能優(yōu)化。實(shí)踐表明：該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，與人工控制相比，浮選工藝流程更加穩(wěn)定，在穩(wěn)定精礦品位的前提下，浮選回收率提高了1.98個(gè)百分點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了浮選過(guò)程基于泡沫和品位分析的精礦品位和回收率的優(yōu)化控制，推廣應(yīng)用前景廣闊。

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2015-08-05)

孫 靜(1978—)，女，工程師，021400 內(nèi)蒙古滿洲里市一道街51號(hào)。