國內(nèi)外選礦數(shù)字化建設現(xiàn)狀

李建博 張 煦

（1．金川集團公司選礦廠；2．金川集團公司信息與自動化工程有限公司）

近年來，我國在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等方面取得了積極進展，以有色金屬礦物加工設備、流程理論模型及經(jīng)驗模型為基礎的建模仿真平臺計算功能日趨完善，整個選礦行業(yè)生產(chǎn)流程正在向數(shù)字化、智能化方向快速發(fā)展，其中，有些成熟的建模技術(shù)已經(jīng)固化于模擬軟件和優(yōu)化系統(tǒng)中［1-6］。

1 國外選礦數(shù)字化現(xiàn)狀

1.1 Star CS系列優(yōu)化控制系統(tǒng)

南非明泰克（Mintek）公司開發(fā)的StarCS系列優(yōu)化控制軟件已經(jīng)在礦物加工和冶金行業(yè)應用多年。MillStar和Float Star優(yōu)化模塊是Mintek專門針對磨礦和浮選工藝流程而設計的優(yōu)化控制軟件包，可以單獨使用，也可以在StarCS平臺下進行聯(lián)合優(yōu)化計算。

（1）MillStar控制軟件包可以最大限度地穩(wěn)定流程給礦，控制產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)量和磨礦效率（圖1）。在來料粒度、硬度發(fā)生變化時，以及給礦皮帶與礦物量不匹配時，利用模型計算反饋信息和在線測量信息。此外，磨機功耗優(yōu)化和循環(huán)負荷優(yōu)化也是其重要的流程優(yōu)化功能。

（2）FloatStar軟件包可實現(xiàn)包括液位穩(wěn)定控制、礦漿流量控制、浮選時間控制、循環(huán)負荷控制、回收率優(yōu)化控制、生產(chǎn)監(jiān)測、液位故障監(jiān)測、pH控制以及流程模擬計算（浮選動態(tài)流程模擬）等功能。

1.2 ACE控制系統(tǒng)

奧地利安德里茨（ANDRITZ）集團針對礦山行業(yè)開發(fā)了先進控制專家（ACE）控制系統(tǒng)，其包括球磨機ACE、破碎機ACE、半自磨機ACE、濃密機ACE以及浮選流程ACE等。利用先進的多變量控制平臺ANDRITZ Brain Wave可以針對礦物加工流程中的各分塊和整體進行優(yōu)化操作。

此外，ANDRITZ開發(fā)了“數(shù)字雙胞胎”平臺，針對礦物加工流程設計、流程分析、軟測量以及優(yōu)化控制等功能開發(fā)的IDEAS流程模擬平臺可以進行靜態(tài)和動態(tài)仿真計算。使用戶可以在虛擬平臺上進行超實時的流程模擬計算，在真實生產(chǎn)流程開始之前預見流程設計效果、安全性及盈利情況等。

1.3 OCS軟件平臺

美卓（Metso）公司在選礦流程優(yōu)化控制領域推出OCS（Optimizing Control System）軟件平臺（圖2），利用在線圖像粒度分析儀器、在線泡沫圖像分析儀、磨音監(jiān)測系統(tǒng)等硬件設備和模糊邏輯、專家規(guī)則、模型軟測量工具等手段進行磨礦過程整體優(yōu)化控制。

1.4 建模仿真平臺Mimic Field 3D

美國艾默生（EMERSON）公司針對流程工業(yè)推出了建模仿真平臺Mimic Field 3D，此平臺可以連接工程師站、操作員站、工廠數(shù)據(jù)庫、優(yōu)化控制系統(tǒng)以及動態(tài)仿真系統(tǒng)，其中，Mimic Simulation Software包含破碎、磨礦分級、浮選、濃密等設備靜態(tài)及動態(tài)模型，可以進行實時的質(zhì)量平衡、能量平衡和化學反應、離子交換速率計算。

2 國內(nèi)選礦數(shù)字化建設現(xiàn)狀

由于工藝特點差異、管理思路不同、成本較高等原因，國外相關的選礦智能化技術(shù)在國內(nèi)的推廣應用不順利，成功的案例有限。

目前，國內(nèi)大型選礦廠基本實現(xiàn)了基礎檢測和基礎自動化，并建立了部分MES信息系統(tǒng)，但主要存在以下問題：基礎檢測不全面，儀器儀表的可靠性和數(shù)據(jù)有效性不足；缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，信息與數(shù)據(jù)的規(guī)劃和統(tǒng)一性不完善，未實現(xiàn)互聯(lián)互通，存在信息孤島；人工智能、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)字孿生仿真優(yōu)化等新技術(shù)應用不足；生產(chǎn)操作、控制與決策的智能化程度不高，一定程度上還依賴人工操作和人工經(jīng)驗。

2.1 研究狀況

東北大學進行了《面向運行優(yōu)化控制的磨礦全流程建模技術(shù)》研究，通過機理分析、數(shù)據(jù)驅(qū)動與METSIM軟件建模方法相結(jié)合，推動了建模仿真在磨礦優(yōu)化控制技術(shù)中的應用。柴天佑院士主持的《流程工業(yè)一體化過程控制的若干基礎理論與關鍵技術(shù)研究》中，提出了3種結(jié)構(gòu)的智能混合建模方法，研究推動了流程工業(yè)建模理論的發(fā)展。

礦冶科技集團有限公司針對磨礦生產(chǎn)流程設備、檢測及自動控制等方面進行了大量研究，實現(xiàn)了磨礦回路穩(wěn)定控制、磨礦過程優(yōu)化控制等優(yōu)化算法。研究了SABC流程運行的內(nèi)在規(guī)律，自主開發(fā)了BPM-G磨礦優(yōu)化控制軟件，實現(xiàn)了磨礦流程的優(yōu)化控制。

2.2 建設案例

當前，國內(nèi)大型礦山企業(yè)都在進行“智能礦山”的調(diào)研、規(guī)劃和構(gòu)建，比較有代表性的企業(yè)有華聯(lián)鋅銦都龍礦區(qū)新田選礦廠、金徽礦業(yè)鉛鋅礦選礦廠、三山島金礦選礦廠等。其中，新田選礦廠進展較快，依托SGS公司浮選優(yōu)化控制系統(tǒng)完成了智能磨礦、浮選控制系統(tǒng)改造（圖3），實現(xiàn)了浮選的智能控制，通過安裝專家系統(tǒng)平臺軟件KSX、泡沫影像系統(tǒng)軟件Metfroth、數(shù)據(jù)傳輸軟件Kepware等實現(xiàn)了浮選優(yōu)化控制，同時聯(lián)合礦冶科技集團公司開發(fā)了重選搖床機器人系統(tǒng)，通過數(shù)字圖像技術(shù)實現(xiàn)對搖床精礦帶、混合精礦帶和次精礦帶位置信息、顏色、寬度特征的實時檢測和數(shù)字化解析，自動調(diào)節(jié)接礦板位置，實現(xiàn)“搖床設備無人值守模式”。

3 結(jié)論

（1）國內(nèi)礦物加工流程模擬及智能化整體水平與國外相比還存在著較大的差距，科研開發(fā)、系統(tǒng)集成、示范工程等方面的投入有待加強，有助于提高國內(nèi)礦物加工工藝整體水平，加快選礦廠數(shù)字化、智能化的進程。

（2）隨著國家綠色礦山政策的逐步推進，礦業(yè)開發(fā)不只是綠色環(huán)保和資源利用水平提高，還需要在智能化和本質(zhì)安全建設方面進一步提高。

（3）以信息化、自動化為基礎，利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和5G技術(shù)，依托機器人、無人化作業(yè)設備等，傳統(tǒng)礦山將變成“無人值守、有人巡檢”的本質(zhì)安全智能礦山。