尼爾森選礦機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)及應(yīng)用

徐根全 張?jiān)迄i 姜旭 吳杰 吳平坤

摘要：采用尼爾森選礦機(jī)等重力選礦方式配合浮選作業(yè)，已是貴金屬選礦廠的重要生產(chǎn)工藝模式。某礦山在實(shí)際使用尼爾森選礦機(jī)時傳動皮帶經(jīng)常斷裂，造成溢漿現(xiàn)象，導(dǎo)致貴金屬流失，造成經(jīng)濟(jì)損失，且容易引發(fā)環(huán)保事故。通過研究尼爾森選礦機(jī)的工藝特性，找出傳動皮帶頻繁斷裂的原因，研發(fā)了尼爾森選礦機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)。通過在尼爾森選礦機(jī)啟動電路中加裝變頻器將電動機(jī)直啟變?yōu)檐泦?，緩解了因設(shè)備啟停頻繁對傳動皮帶造成的沖擊;根據(jù)傳動皮帶斷裂后的電流異常特性，編寫了電流保護(hù)程序，利用自動化控制系統(tǒng)對尼爾森選礦機(jī)電流進(jìn)行監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)傳動皮帶斷裂故障。該技術(shù)應(yīng)用后，每年可減少貴金屬流失損失20多萬元。

關(guān)鍵詞：尼爾森選礦機(jī);斷帶保護(hù);自動化控制;電流監(jiān)測;變頻器

中圖分類號：TD455

文章編號：1001-1277（2022）06-0048-05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20220611

引 言

尼爾森選礦機(jī)是一種高效選別金、銀和鉑族貴金屬的離心設(shè)備，作為重力選礦主要設(shè)備之一，具有無環(huán)境污染、適用面廣的特點(diǎn)[1]。該設(shè)備利用離心力產(chǎn)生高倍“強(qiáng)化重力”的特性，進(jìn)一步提高了重力選礦效率。實(shí)踐證明，尼爾森選礦機(jī)能很好地適用于貴金屬選礦和許多其他礦物的選別，如從礦石及其他固體物料中回收金、銀和鉑族等貴金屬，是一種高效的重力離心選礦設(shè)備，已成為各種規(guī)模黃金、有貴金屬伴生的有色金屬選礦廠選用的重力選礦設(shè)備[2-3]。

隨著國內(nèi)對環(huán)保問題的重視和要求的提高，采用尼爾森選礦機(jī)等綠色高效的重力選礦方式配合浮選作業(yè)已經(jīng)是貴金屬選礦廠的重要生產(chǎn)工藝模式。但是，由于該設(shè)備的特殊運(yùn)行模式，容易出現(xiàn)傳動皮帶斷裂故障，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并處理，會導(dǎo)致金屬流失和環(huán)保安全隱患。因此，研發(fā)尼爾森選礦機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)，保障尼爾森選礦機(jī)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，對提高選礦作業(yè)金回收指標(biāo)、提高環(huán)保安全系數(shù)極為重要。

1 工程背景

某礦山主要產(chǎn)品為金精礦及合質(zhì)金（礦金）。為適應(yīng)新形勢下的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，該礦山積極推進(jìn)3 000 t/d改擴(kuò)建工程，將生產(chǎn)方式落后的礦山改建為擁有高新技術(shù)的高度自動化現(xiàn)代化礦山，原處理礦石2 000 t/d的生產(chǎn)規(guī)模提升到3 000 t/d，進(jìn)一步把資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，于2018年完成改擴(kuò)建工程并投入生產(chǎn)運(yùn)營。該礦山開采方式為地下開采，開拓方式主要為平硐開拓和平硐斜井聯(lián)合開拓，采礦方法以中深孔房柱采礦法為主。破碎工藝采用兩段一閉路，顎式破碎為粗碎，圓錐破碎為中細(xì)碎，磨礦作業(yè)采用溢流型球磨機(jī)磨礦和旋流器分級，選礦方式為浮選加重選選礦工藝，尾礦由砂泵輸送到尾礦庫。

重選設(shè)備選用2臺KC-QS40間斷排礦型尼爾森選礦機(jī)，平均產(chǎn)金量為1 600 g/d。在磨浮選別作業(yè)中加入了重選工藝流程，可以實(shí)現(xiàn)顆粒金的預(yù)選回收，彌補(bǔ)了浮選無法捕收粗粒金的短板，避免粗粒金在浮選流程中進(jìn)入尾礦直接排放，造成金屬流失。因此，2臺尼爾森選礦機(jī)在選別作業(yè)中對提高金回收率起到極其重要的作用。但是，在使用過程中尼爾森選礦機(jī)經(jīng)常發(fā)生傳動皮帶斷裂故障，為此

運(yùn)用變頻技術(shù)解決尼爾森選礦機(jī)因頻繁啟停造成的傳動皮帶斷裂問題及斷帶后帶來的不利影響[4-6]。同時，根據(jù)傳動皮帶斷裂后電動機(jī)電流突然發(fā)生變化的現(xiàn)象，利用電流監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)自動識別故障，及時發(fā)現(xiàn)故障，自動關(guān)閉進(jìn)漿閥并給出報警動作，可以避免金屬流失和環(huán)保安全隱患。

2 尼爾森選礦機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)

2.1 工作原理

尼爾森選礦機(jī)由分選機(jī)構(gòu)和給礦管、排礦管、供水裝置、驅(qū)動、自動控制系統(tǒng)和機(jī)架等組成。

其中，分選機(jī)構(gòu)是一個內(nèi)壁帶有反沖水孔的雙壁錐，由2個可一同旋轉(zhuǎn)的立式同心錐構(gòu)成，外錐與內(nèi)錐之間構(gòu)成一個密封水腔，內(nèi)錐的內(nèi)側(cè)有數(shù)圈溝槽，稱為富集錐，并有按一定設(shè)計排列的進(jìn)水孔，稱為流態(tài)化水孔。設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

尼爾森選礦機(jī)是基于離心原理的強(qiáng)化重力選礦設(shè)備，通過設(shè)備的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，將礦漿輸送至設(shè)備中帶有溝槽的富集錐進(jìn)行選別，電動機(jī)帶動富集錐進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，在高倍的強(qiáng)化重力場內(nèi)，礦漿中密度大和密度小的礦物重力差被放大，在流態(tài)化水和干涉沉降的相互作用下，重礦物顆粒通過富集錐旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力向富集錐的溝槽中沉積，而輕礦物顆粒則無法沉積在溝槽中，在離心力作用下沿富集錐壁向上排出，作為尾礦處理，從而實(shí)現(xiàn)礦物顆粒按重力分選，達(dá)到對礦物選別的目的。

當(dāng)選別作業(yè)持續(xù)一定時間時，選別層富集錐的溝槽內(nèi)富礦越集越多，最終失去富集作用。因此，設(shè)備自動控制系統(tǒng)會設(shè)定一個富集時間，達(dá)到該設(shè)定時間后，將自動關(guān)閉進(jìn)漿閥停止進(jìn)漿，富集錐停止旋轉(zhuǎn)，通過反沖水將溝槽內(nèi)的富礦沖下，收集引入富礦收集箱，進(jìn)行下一步工藝處理。

2.2 斷帶原因

1）在實(shí)際作業(yè)中，每完成一次沖洗、進(jìn)漿、富集動作就必須啟動一次富集錐，每排礦一次需停轉(zhuǎn)一次富集錐，每47 min需直接啟動富集錐主電動機(jī)，且尼爾森選礦機(jī)主電動機(jī)原為直啟方式（主電路與控制回路控制原理如圖2所示），傳動皮帶為齒形同步皮帶，對傳動皮帶的負(fù)荷沖擊是導(dǎo)致皮帶斷裂的主要原因。

2）應(yīng)用尼爾森選礦機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)前，尼爾森選礦機(jī)只有水壓及水流量監(jiān)測和報警功能，沒有電流監(jiān)測和報警功能。當(dāng)設(shè)備發(fā)生傳動皮帶斷裂故障時，電流已經(jīng)發(fā)生很大變化，但不能及時發(fā)現(xiàn)故障，無法給出報警信號，也無法給出相應(yīng)的應(yīng)急保護(hù)動作。同時，由于傳動皮帶安裝在安全防護(hù)保護(hù)罩中，故障較隱蔽，操作人員無法及時發(fā)現(xiàn)，最終造成尼爾森選礦機(jī)發(fā)生斷帶故障，在富集錐停轉(zhuǎn)狀態(tài)下，未能及時停止供漿，最終導(dǎo)致礦漿外溢，造成停機(jī)停產(chǎn)。

2.3 斷帶保護(hù)措施

2.3.1 主電動機(jī)由直啟變軟啟

利用變頻器優(yōu)良的軟啟功能，在原來的主電路中加入英威騰Goodrive200型變頻器，在控制回路中，將主電路通電閉合信號采集作為變頻器啟動信號，原來直接啟動電動機(jī)的信號，變?yōu)閱幼冾l器的信號，再由變頻器帶動電動機(jī)，使原來直啟方式變?yōu)樽冾l器軟啟方式，解決了尼爾森選礦機(jī)容易斷帶的故障，改進(jìn)后的尼爾森選礦機(jī)主電路和控制回路控制原理如圖3所示。

由圖3可知：變頻器功能端子S1為啟動端子，由電動機(jī)主電路接觸器常開觸點(diǎn)K1作為變頻器啟動信號，系統(tǒng)發(fā)出啟動信號，主電路接觸器常開觸點(diǎn)K1閉合，變頻器自啟動，按加速時間加速，完成軟啟動。停機(jī)時，主電路接觸器常開觸點(diǎn)K1斷開，變頻器關(guān)閉，富集錐停轉(zhuǎn)。

2.3.2 電流突變監(jiān)測和保護(hù)

尼爾森選礦機(jī)發(fā)生斷帶故障時，主電動機(jī)因突然失去負(fù)荷，電流會突然下降，超出正常值。通過電流傳感器采集主電動機(jī)電流模擬量信號，再將其傳輸?shù)阶詣踊刂葡到y(tǒng)中的可編程控制器中，由可編程控制器的模擬量模塊將電流模擬量信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再將該數(shù)字信號發(fā)送到可編程控制器中的電流突變保護(hù)程序，程序?qū)Ξ?dāng)前電流值進(jìn)行實(shí)時比較和監(jiān)測，判斷當(dāng)前主電動機(jī)電流值是否在正常范圍內(nèi)。如果設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下，電流突然下降，超出正常值，程序則通過比較，判斷設(shè)備出現(xiàn)斷帶故障，輸出保護(hù)動作，控制進(jìn)漿閥門關(guān)閉，同時給出報警信號，確保故障能及時處理，避免造成不利影響。

采用西門子S7-400可編程控制器作為自動化控制系統(tǒng)，西門子PC-S7作為編程軟件，程序采用梯形圖編程方式，電流保護(hù)程序梯形圖如圖4所示。由圖4可知：程序段45為1號尼爾森選礦機(jī)斷帶保護(hù)程序，程序段46為2號尼爾森選礦機(jī)斷帶保護(hù)程序。在程序段中， CMP

程序段中，首先由M134.4和M134.6判斷當(dāng)前設(shè)備是否處于開機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如果未接通，表明設(shè)備處于停機(jī)狀態(tài)，則不需要運(yùn)行保護(hù)程序，程序段不再進(jìn)行電流值比較計算。

如果M134.4和M134.6接通，表明設(shè)備處于開機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，則說明需要投入保護(hù)狀態(tài)，程序段需要運(yùn)行保護(hù)程序，進(jìn)行下一步比較工作，由CMP

3 應(yīng)用效果

尼爾森選礦機(jī)從2018年12月正式投產(chǎn)，至2019年12月未應(yīng)用尼爾森選礦機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)，2臺尼爾森選礦機(jī)平均每2個月發(fā)生1次斷帶故障，由于故障隱蔽，都未能及時發(fā)現(xiàn)，只有第二天發(fā)現(xiàn)精礦溢出，通過檢查才發(fā)現(xiàn)尼爾森選礦機(jī)傳動皮帶斷裂故障。每次故障發(fā)生后最快要12 h才能發(fā)現(xiàn)，造成12 h的貴金屬流失，按日均產(chǎn)金1 600 g，黃金價格340元/g計算，每次貴金屬損失達(dá)20多萬元。

2019年12月應(yīng)用尼爾森選礦機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)后，一年內(nèi)2臺尼爾森選礦機(jī)只發(fā)生過1次斷帶故障，且由于應(yīng)用了尼爾森選礦機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)，及時關(guān)閉了進(jìn)漿閥，并給出報警信號，在第一時間發(fā)現(xiàn)了故障，并及時搶修更換，使設(shè)備恢復(fù)了正常生產(chǎn)，不僅保障了生產(chǎn)的順利進(jìn)行，同時也防范了安全環(huán)保事故。

4 結(jié) 論

1）利用變頻器優(yōu)良的軟啟功能，變尼爾森選礦機(jī)電動機(jī)直啟為軟啟，解決了尼爾森選礦機(jī)因需要頻繁啟停導(dǎo)致的斷帶故障，增加了設(shè)備使用壽命，提高了設(shè)備生產(chǎn)效率。

2）尼爾森選礦機(jī)發(fā)生斷帶故障時，設(shè)備電流是最好的反映對象，通過編寫電流保護(hù)程序，利用自動化控制系統(tǒng)對尼爾森選礦機(jī)的電流進(jìn)行監(jiān)測，能夠在傳動皮帶斷裂導(dǎo)致電流出現(xiàn)異常時，及時關(guān)閉設(shè)備的進(jìn)漿閥并向中控室發(fā)出警報，有效防范了斷帶故障引起的停機(jī)停產(chǎn)、貴金屬流失、溢漿等嚴(yán)重影響生產(chǎn)效益和安全環(huán)保的事故，提高了生產(chǎn)效率和安全環(huán)保系數(shù)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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Belt break protection technology and its application to Nelson concentrator

Xu Genquan，Zhang Yunpeng，Jiang Xu，Wu Jie，Wu Pingkun

（Jiangxi Jinshan Mining Industry Co.，Ltd.，China National Gold Group Co.，Ltd.）

Abstract：Gravity separation with Nelson concentrator assisted by flotation is an important production process pattern adopted in precious metals concentrators.The convey belt frequently breaks when a mine uses Nelson concentrator in actual production，causing pulp overflows and precious metal loss，probably leading to economic loss and environmental accidents.By studying the technical characteristics of Nelson concentrator and finding out the reasons of frequent conveyor belt break，belt break protection technology for Nelson concentrator is developed.The addition of frequency convertor to the starting circuit of Nelson concentrator converts direct start of electric motors to soft start，and alleviates the impact of frequent start to conveyor belt;based on the current anomaly characteristics after the belt break，current protection is programmed.Automated control system is used to monitor Nelson concentrator so that the belt break can be found in time.The application of the technology can reduce precious metal loss that is worth about 0.2 million yuan annually.

Keywords：Nelson concentrator;belt break protection;automated control;current monitor;frequency convertor

收稿日期：2021-10-22; 修回日期：2022-03-14

作者簡介：徐根全（1970—），男，浙江巨縣人，工程師，從事電氣自動化設(shè)備管理工作;江西省德興市花橋鎮(zhèn)，中國黃金集團(tuán)江西金山礦業(yè)有限公司，334213;E-mail：104522908@qq.com