选矿自动化在高原矿山的应用

1、59 2013 年第 2 期有色金属（选矿部分）doi：1 0.396 9/j.i ss n.1 67 1-9492.2013.02.016选矿自动化在高原矿山的应用 杨世中 1，宋春雷 2，南 2（1. 云南金鼎锌业，云南 兰坪 671400；2. 长沙易控工业自动化，长沙 410011） 摘 要：简要介绍了选矿自动化系统在高原矿山的应用。针对高原环境，通过一系列措施提高系统的可靠性，优化工艺生产过程控制，稳定和提高工艺技术指标，从而提高设备作业效率，降低劳动强度，平衡各工序的作业能力和效率，改善 工作环境，达到提高产量、回收率，降低成本，保证最终产品的最大化和合格率。 关键词：选矿自动化；

2、高原环境；多金属矿山 中图分类号：TD928.9文献标志码：A文章编号：1671-9492（2013）02-0059-06The Application of Beneficiation Automation at the Plateau MineYANG Shizhong1，SONG Chunlei2，HU Jiangnan2（1. Yunnan Jinding Zinc Industry Co.，Ltd.，Lanping Yunnan 671400，China；2. Changsha Easy Control Automation Co.，Ltd.，Changsha 410011，Chin

3、a） Abstract：The application of beneficiation automation in plateau environment is briefly introduced inthis paper. Based on the characteristic of the plateau environment， a series of measures areadopted to aim of the and ensureimprove the reliability of the system， and the process control is also op

4、timized to achieve the stabilizing and improving process indexes. To realize to the purpose of output，decrease the costthe maximum recovery and FPY of the products， a lot of improvement is conducted from the aspect of increasing the equipment efficiency， reducing labor intensity， balancing the capac

5、ity and efficiency of the working procedures， improving the working environment.Key words：beneficiation automation；plateau environment；ploymetallic mine天仁矿业位于墨竹工卡县，是自治区“九旋流器组成， 将矿石粒度由-12 mm 磨至-0.074 mm 占 70。粉矿仓下设置 14 台座式圆盘给料机交错排列，通过胶带运输机转运向 2 台 4.0 m 8.0 m 球磨机给矿。球磨机的排矿用泵扬至 600 mm 旋流器分级，旋流器底流返回球磨机再磨，

6、旋流器溢流自流入浮选作业。选别采用铜铅钼混浮再分离、混浮尾矿浓缩脱水再浮锌、铜钼混合精矿再磨后再分离流程。铜铅钼混浮为一次粗选、三次精选、三次扫选，精选尾矿和扫选精矿顺序返回，扫选尾矿进入预留的选锌系统。铜铅分离为一次粗选、四次精选、两次扫选，泡沫产品为铜钼混合精矿，槽中产品为铅精矿。铜精矿、铅精矿均采用浓密、过滤两段脱水流程，钼精矿的脱水采用浓密、压滤、干燥三段脱水流程。尾矿浓密脱水作业采用浓密机，浓密机的溢流直接作为生产用水回用，浓 五”、“十五”期间重点矿产勘查项目，矿区海拔标高 4 350 m，设备安装海拔标高 4 100m，铜铅多金属矿带通过的铅山、铜山分别高 5 042、5 302

7、 m。坡度大、海拔高、相对高差大是本区地形三大特点。选矿厂位于塔隆普沟的南侧山坡，设计标高为 3 9764 089 m，地形自然坡度 20左右。矿山建设规模为采选铜、铅、锌多金属矿石 6 000 t/d，选矿产品为铜精矿、铅精矿和锌精矿。 1工艺流程 选矿厂设计由破碎、磨矿、选别、精矿脱水、 尾矿脱水等工段组成。采矿出窿矿石粒度为-500 mm，破碎采用三段一闭路，作业设定的最终粒度为-12 mm。磨矿采用一段闭路，回路由球磨机与 收稿日期：2012-12-27作者简介：杨世中 （1977-），男，四川人，工程师，主要从事选矿技术、管理等工作。 60 有色金属（选矿部分）2013 年第 2 期

8、密机的底流采用压滤机过滤，滤饼干堆。 原空气温度的日温差大，较大的温度变化使产品外壳容易变形、龟裂，密封结构容易破裂。 2.1.3空气绝对湿度减小的影响 平均绝对湿度随海拔升高而降低。绝对湿度降低时，电子产品的外绝缘强度降低，因此要考虑工频放电电压与冲击闪络电压的湿度修正。 2.2 高原环境下使用电器产品的对策 1） 温升补偿问题。为减少高原环境对电器自动化产品温升的影响，采取：设备在户内使用，盘柜选用大功率散热风扇，增加散热风道；在户外环境温度直减率影响下，对产品的极限温度有明显的补偿作用。户外需防阳光直射，因为高原地区紫外线强，阳光直射可能会造成设备本体温度上升较多，增加设备的温升。 2）

9、 低压电器。尽量采用动作特性受海拔影响较小的智能电子型产品。 3） 电寿命。电寿命是产品的一个综合参数， 受产品的通断性能、短路分断性能、操作频率和次数、温升性能等因素的影响，高原地区使用的电器产品作适当降容选择。 4） 尽可能采用较高绝缘等级产品。 5） 正确选择接地点，完善接地系统。自动化系统中有许多需要接地的部分。由于回路性质和接地目的的不同，需要分成若干独立接地子系统，然后连在一起实行总接地。 自动化中接地的种类主要有系统接地、屏蔽接地和保护接地三种。 系统接地是三类接地中最重要的一类。一套集散控制系统有多个现场控制站或数据采集站时，整套设备的系统接地只有一点接地 （见图 1）。 22

10、.1高原气候条件对选矿的影响及对策 高原气候条件对选矿的影响 高原具有较恶劣的自然气候条件，其特征主要有，空气压力或空气密度较低、空气含氧量少，空气温度较低、气温的年差较小、日差较大，空气绝对湿度较小，太阳辐射照度较高，降水少，冬季风力强劲，土壤温度较低，且冻结期长。这些特征对电器产品性能有以下影响： 2.1.1 空气压力或空气密度降低的影响 1） 对绝缘介质强度的影响。空气密度或空气压力的降低， 致使外绝缘强度降低。在海拔至5 000 m 范围内，每升高 1 000 m，外绝缘强度降低 8%13%。 2） 对电器间隙击穿电压的影响。由于电器产品电器间隙已经固定，随空气压力的降低，其击穿电压也

11、下降。 3） 对电晕及放电电压的影响。高海拔低气压使电力电容器内部气压下降，导致局部放电起始电压降低；高海拔低气压使避雷器内腔电压降低，导致工频放电电压降低。 4） 对开关触点灭弧性能的影响。空气密度或空气压力的降低，使空气介质灭弧的开关触点灭弧性能降低，通断能力下降以及电器寿命缩短。 5） 温升的影响。空气密度或空气压力的降低， 致使空气介质冷却效果的降低。对于以强迫通风、空 气散热器或自然对流为主要散热方式的电子产品， 由于散热能力的下降，温升增加。在海拔至 5 000 m范围内，每升高 1 000 m，温升增加 3%10%。6） 对产品机械结构和密封的影响。引起低密 度、低浓度、多孔性材

12、料 （如电工绝缘材料、隔热材料等） 的物理和化学性质变化；润滑剂的蒸发及塑料制品中增塑剂的挥发加速；由于内外压力差的增大，气体或液体易从密封容器中泄漏或泄露率增大，有密封要求的电器产品，间接影响到电器性能。 2.1.2 空气温度降低及温度变化 （包括日温差） 增大的影响 1） 高原环境空气温度对产品温升的补偿。平 均空气温度和最高空气温度均随海拔升高而降低， 电工绝缘材料的热老化寿命决定于平均空气温度。高原环境空气温度的降低可以部分或全部补偿因气压降低而引起电器产品运行中温升的增加。 2） 日温差或温度变化对产品结构的影响。高 图 1干线式一点接地示意图 Fig.1 Trunk-style p

13、oint grounding diagram屏蔽接地是为了抑制变化电场的干扰，在控制系统中广泛采用多种静电屏蔽。所有作静电屏蔽用的导体都必须良好接地才能发挥作用，即使是作电磁屏蔽用的导体也以接地为好。与系统地线一点接地的道理相同，控制系统屏蔽接地也必须一点接地。各屏蔽接地就近接到汇流排，通过汇流排接地。 61 2013 年第 2 期杨世中等：选矿自动化在高原矿山的应用安全接地是自动化采用综合接地方式，系统内部已按一点接地原则将系统接地、屏蔽接地和安全接地接到同一汇流排上。 自动化系统接地示意图如图 2。 UPS 隔离变压器 保安电源 隔离变压器 冗余电源 冗余电源 电源切换装置 电源切换装置保

14、护地主控单元备用主备控用单元工程师站操作员站屏蔽地I/O 站I/O 站I/O 站安全架柜本安地接地线图 3电源系统配置图 Power system configuration diagramFig.3操作员站操作员站工程师站（2） 冗余系统。现场考虑有必要对控制器、网络、直流电源进行冗余， 同时考虑操作员站的N： 1 冗余结构，这样避免由于出现硬件故障造成设备停运。冗余配置如下：所有操作员站互为冗余；各级网络通讯设备和部件及网络线 1： 1 冗余；控制站的处理器 1： 1 冗余；所有 I/O 站电源 1： 1冗余；I/O 站控制总线及接口卡 1： 1 冗余。 （3） 采用后备措施。对于重要的控

15、制回路，采用手动后备的方法来提高可靠性。一旦自动控制失灵，用手动直接进行操作。 公共连接板服务站接地总干线 大地接地体图 2自动化系统接地示意图 Fig.2Automation system grounding diagram2.3 系统的可靠性措施 为保障系统在高原环境的可靠运行，在自动化系统中，采用了许多提高可靠性的技术措施。 1） 选择高质量的硬件产品。为了实现自动化系统的硬件可靠，我们对系统硬件的选择充分参考了同行业、同环境的成功应用案例。硬件设备全部选择了高可靠性的进口产品，如：PLC 系统选择了美国 AB 公司产品，仪器仪表选择了德国西门子产品。 2） 自动化系统的可靠性措施。为提

16、高系统的平均无故障时间，提高系统的可利用率，减小由于自动化系统故障而造成的设备停运影响经济效益的情况发生，根据现场的具体情况认真地考虑了系统以下几点可靠性措施： （1） 电源系统。自动化系统的供电系统是其运行的基础，电源负荷不要超过 60%，以免电源高负荷运行，同时采用高品质的 UPS 电源。电源系统设计了 1： 1 冗余并带切换，大幅提高了电源系统的可靠性。实现了 I/O 柜主控单元冗余不受电源影响。而电源切换装置故障只影响一组操作员站、工程师站等设备的供电，系统仍能正常运行。不论切换是否成功，都不会影响自动化的安全、稳定运行。电源系统配置图如图 3。 33.1现场条件 现场环境 中控室在隔

17、热、防尘、避开强电磁场的干扰及远离强振动、强噪音等方面做了相应的处理。地面采用无尘、无静电作用光滑地板，该地板用活动地板，下部空间高度 200 mm。计算机室将室内温度调节在 1825范围内，温度变化率小于 5 /h，相对湿度在 4570范围内，任何情况下不许结露。 3.2 电缆敷设 1） 控制盘、台、继电器柜等内部的连接线， 选用铜芯聚氯乙烯绝缘电线。 2） 模拟量模入模出信号和低电平的开关信号使用屏蔽电缆连接，信号电缆芯的截面 1.5 mm2。 3） 微弱信号及低电平信号，不与强电回路合用一根电缆或敷设在同一根保护管内。 4） 不同信号或不同电压等级的电缆，不在同一层托架中敷设；当在同一层

18、托架中敷设时，则分类布置，用隔板隔开。 4系统功能及实现 本控制系统的控制范围涵盖了选矿厂全厂工艺打印机操作员站62 有色金属（选矿部分）2013 年第 2 期流程，主要有破碎、筛分、磨矿、分级、浮选、精矿/尾矿浓密等作业流程。 1） 破碎筛分控制系统。破碎生产自动控制的关键在于如何充分发挥中、细碎机的生产效率，实现破碎各工艺设备的稳定运行。本碎矿流程的控制分为三段一闭路，即粗、中、细三个破碎段和一个由振动筛构成的闭路。 2） 矿仓料位检测和控制。矿仓主要为中间矿仓和中间矿堆。矿仓料位分布情况直接反映目前的矿源情况，对于组织整个流程的生产具有很重要的指导作用。对上述矿仓的料位实行检测，及时反馈

19、给控制系统，为生产调度提供分析数据，根据生产调度指令，对生产参数进行调整。见图 4。 传送到集中控制室，由计算机集中显示设备运行状态，并对设备进行自动保护 （包括过流、事故、皮带系统的跑偏、打滑、防堵）。所有设备在集中控制状态下遵循特定的开停顺序及合理的时间间隔。在集中控制状态下分为全线连锁和局部连锁两种方式；所有运输皮带有跑偏、打滑保护、过热、事故开关等与设备进行连锁，除铁设备与自动化系统的连锁控制，发生故障时报警或停车。 6） 磨矿分级控制系统。磨矿作业与选别作业 有很强的关联，选别指标的好坏很大程度上取决于磨矿的质量，同时磨矿又是选矿厂耗能最多的一个环节，因此实现磨矿过程的自动化不仅可以

20、改善磨矿作业，还可以提高磨矿产品质量，降低磨矿费 用，提高磨矿机的生产率，而且对降低选矿成本， 提高选矿厂的生产率具有重要的价值。 7） 球磨机给矿模糊控制。由于球磨机磨矿过程的复杂性和参数的时变性及大滞后特性，无法定量地判断磨机的工作状态和矿石的性质，只能定性地或趋势性地判断，这种判断是无法实现磨机的精确控制的。为了实现磨机的精确控制，我们采用Fuzzy+PID 的控制策略，实现磨机的精确控制。采用电耳检测声强信号、采用功率变送器同步检测球磨机功率信号，2 个信号的结合既可对矿石与球荷等因素进行准确的分析，又为系统磨矿效率的检测提供了基础数据。 图 4粉矿仓布料控制 Fig.4 Fine o

21、re bin distribution control3） 布料控制。粉矿仓实施均匀布料控制，对保证设备工况的稳定性和供矿的连续性有着十分重要的作用，尤其当有部分设备出现异常或不能连续运转时，均匀布料或优先布料就显得十分必要。我们采用矿仓料位计实时检测矿仓料位情况，根据现场工艺指导配料和结合设备运转情况信息，对“分矿车”实行定位控制，自动调整矿仓储存量，保证整个系统的连锁控制和前后各工序的优化平衡控制，实现矿仓自动均匀布料或自动优先布料。 4） 金属探测与报警控制。在破碎机正常生产过程中，当不能被破碎的物料块进入破碎腔时，假如不及时采取措施就会导致破碎机设备出现损坏， 影响破碎机的正常运转。为

22、防止破碎机设备损坏， 我们对破碎机给矿进行金属探测。系统在中碎机和细碎机给料皮带上安装高灵敏度智能金属探测器， 一旦检测到金属块的存在，系统会自动报警，并进入各种保护处理过程。 5） 破碎生产过程顺序控制。在集中控制室，实现一键式开车，所有在线运行设备启停信号均被 图 5Fig.5球磨机功率、声强与负荷关系图Ball mill power 、 sound intensity and load diagrams由磨矿负荷关系趋势图 （图 5） 可以看出，磨机运行过程中，在磨机给矿量小，磨机负荷低时， 磨机电耳信号高，磨机功率小；随着给矿量增加、磨机负荷大时，磨机电耳信号降低同时磨机功率消耗增高；

23、达到一定量时，电耳继续降低，但是磨机功率也开始下降。在球磨机功率最高时的磨矿效率 63 2013 年第 2 期杨世中等：选矿自动化在高原矿山的应用补加水量，达到旋流器给矿压力、给矿浓度以及矿浆池液位之间的关系平衡，从而稳定旋流器分级效果、矿浆池液位的目的。 10） 浮选控制系统。为了保证浮选获得较高的指标，必须保证磨矿阶段的粒度，过粗和过细都不利于浮选作业，只有中等粒度的颗粒具有最好的可浮性。在保证前面磨碎粒度的前提条件下，要控制好浮选矿浆浓度、浮选槽的液位和浮选泡沫以及浮选槽充气量等因素，从而保证最终精矿产品的指标达到工艺的要求。 11） 浮选给矿浓度的控制。浮选前浆体浓度的调节，是浮选过程

24、中的一个重要作业，是影响浮选工艺的重要因素之一。它的变化将影响浆体的充气程度、浆体在浮选槽中的停留时间、药剂在浆体中的浓度以及气泡与颗粒的黏着过程等。 浮选给矿浓度的调整主要调节浮选前矿浆搅拌槽 （调浆槽） 的补加水来保证浆体的浓度。进入粗选调浆槽前的矿浆流量和矿浆浓度可以通过流量计和浓度计直接检测到。这样就可以通过调节调浆槽补加水的大小来始终保证浆体浓度在合适的工艺要求范围内。 12） 浮选槽的液位控制。浮选槽液位的高低影响着浮选泡沫层的厚度。液位过低，虽然在一定的条件下对精矿品位有好处，但浮选泡沫刮不出，出现尾矿品位升高，造成有用矿物流失；反之，液位过高，矿浆流入泡沫槽，影响精矿品位。另外

25、，不同选别阶段液位的要求也不一样，所以保证浮选槽液位的稳定在实际生产中非常重要。 系统通过液位计实时地检测浮选槽中矿浆液位，如果液位发生变化时，则系统会快速分析矿浆的流量和浓度；如果浓度在允许的范围内，可适当调节补加水来增大或减小矿浆流量，达到稳定液位的目的；如果浓度超出允许范围，则可适当调节浮选槽底阀的开度，控制浮选槽中矿浆流量，达到稳定液位的目的。 13） 浮选槽充气量控制。浮选充气量的变化影响浮选泡沫层的厚度，从而影响精矿指标。由于空气压力对空气的流量影响很敏感，而空气的压力受鼓风机的工作状态影响而常常不稳定，所以保证浮选槽充气量的稳定对精矿指标的稳定有一定的作用。 14） 精矿/尾矿浓

26、密控制系统。精矿/尾矿浓密采用耙式浓密机作为浓密设备。浓密机属于重力作用的沉淀浓密设备，由浓密池、小车、耙架和卸料（下转第 78 页） 图 6浓密机底流控制 Fig.6 Thickener underflow control最佳，所以要控制系统保证球磨机工作在功率信号接近最佳值的邻域内。 8） 磨矿浓度控制。球磨机内的磨矿浓度控制在合适范围内可以使球磨机有较高的磨矿效率和获得较佳的排矿粒度组成。要控制磨矿浓度，就要根据加入球磨机的原矿量及返砂量，原矿、返砂中含水量，比例调节应该给入球磨机补水量 （即返砂水流量）。原矿量由电子皮带秤送来的信号确定，原矿的含水约 2%，磨矿浓度计算可知，旋流器底流

27、的浓度变化不大，基本在 72%左右 （具体的情况等旋流器运行过程中人工进行标定），所以给入球磨机的矿量、水量可以直接计算出，根据人工设定的浓度调节补加水量，这样可将磨矿浓度控制在设定的浓度范围内。 9） 旋流器分级控制。旋流器分级影响因素： 旋流器的分级效率受给矿压力、给矿浓度、给矿流量的影响很大，旋流器自动化控制系统对旋流器给矿压力、给矿浓度、给矿流量及泵池液位进行检测，通过控制泵池补加水和变频调速给矿泵，实现旋流器给矿浓度、给矿压力和泵池液位的优化控制。实际生产过程中发现，旋流器分级浓度控制30%50%时，浓度对分级效率影响不大，从理论上解释：浓度高时，矿浆的不同粒径的矿石颗粒在分级过程中

28、受周边颗粒的影响较大，分离的时间长，分级效率降低。浓度过低，矿浆的体积量增大，矿浆在旋流器内分离的时间短，分离不充分， 分级效率降低。旋流器分级控制的核心是控制旋流器的压力、浓度。 矿浆池液位过高会造成矿浆外溢，过低会出现渣浆泵喘气现象，所以对矿浆池的液位调节非常必要。矿浆池安装雷达液位检测仪表，旋流器给矿安装浓度检测仪表、压力检测仪表，将信号传输至控制系统，通过系统的控制渣浆泵频率，调节泵浆池 78 有色金属（选矿部分）2013 年第 2 期置吸收峰并没有发生显著变化，说明古尔胶在滑石表面产生了吸附，古尔胶吸附在滑石表面主要是通过OH。 Engineering，2006，19（6/8）：59

29、8-608.5 Wiese J， Harris P， Bradshaw D. The response of sulphide and gangue minerals in selected Merensky ores to increased depressant dosagesJ. Minerals Engineering， 2007，20（10）：986-995.6 Morris G E， Fornasiero D， John Ralston. Polymer depressants at the talc -water interface ： adsorption isotherm，m

30、icroflotation and electrokinetic studiesJ. Int. J. Miner. Process.，2002，67（1）：211-227.7 Wang J， Somasundaran P， Nagaraj D R. Adsorption mechanism of guar gum at solid -liquid interfacesJ. Minerals Engineering，2005，18（1）：77-81.8 陈万雄，陈 荩，余雪花，等. 浮选速率反应级数研究J. 中南矿冶学院学报，1981（2）：9-18.9 周剑平. Origin 实用教程（7.5

31、 版）M. 西安：西安交通3结论 1） 弱碱性条件下，CMC 和古尔胶均能够有效抑制滑石浮选，古尔胶的抑制作用强于 CMC。 2） CMC 和古尔胶作用下滑石浮选速率减小， 这是因为 CMC 和古尔胶吸附在滑石表面，使滑石表面润湿性增强、可浮性下降。CMC 使滑石表面负电性增强，古尔胶使滑石表面负电性减弱。 CMC 主要通过COO-和OH吸附在滑石表面，古尔胶主3）要通过OH 吸附在滑石表面。 参考文献 大学，2007：179-197.10 谢 兰，高东红. 非线性回归方法的应用与比较J.数学的实践与认识，2009，39（10）：117-121.111 闻 辂. 矿物红外光谱学M.重庆：重庆大

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