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生物科學(xué)新進(jìn)展_選礦自動(dòng)化新進(jìn)展

發(fā)布時(shí)間:2016-10-03 18:27

  本文關(guān)鍵詞:選礦自動(dòng)化新進(jìn)展,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


2011年增刊1

有色金屬(選礦部分)

?47?

DOI:103639,j.issnl671-9492.2011.z1.005

選礦自動(dòng)化新進(jìn)展

周俊武,徐寧

(1.北京礦冶研究總院,北京100070;2.礦冶過程自動(dòng)控制技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100070)

要:對近5年來選礦自動(dòng)化領(lǐng)域的在線分析檢測技術(shù)、過程優(yōu)化控制技術(shù)、工廠建模仿真技術(shù)進(jìn)行綜述,分析選

礦自動(dòng)化技術(shù)服務(wù)與選礦工業(yè)生產(chǎn)所存在的問題和瓶頸。探討選礦工藝對自動(dòng)化控制技術(shù)的需求和選礦自動(dòng)化的未來發(fā)展

趨勢。

關(guān)鍵詞:選礦自動(dòng)化;在線分析;過程控制;優(yōu)化控制;軟測量中圖分類號:TD928.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號:1671—9492(2011)S0--0047-09

NewProgressin

Mineral

ProcessingAutomation

ZHOU

Junwu.XUNing

(1.BeijingGeneralResearchInstituteofMiningandMetallurgy,Beijing100070,China;

aBeijingKeyLaboratoryofAutomationofMiningandMetallurgyProcess.Beijing

100070,China)

Abstract:Theprogressofon-lineanalyzingandmeasuringtechnology,the

processoptimifingcontrolling

technology.andtheplantmodeling&simulatingtechnologyinthe

recent

5yearsissummarized.Thekey

problemsoftheapplicationinthemineralprocessingindustry

ale

analyzed.Theindustrialrequirementforthe

mineralprocessingautomationtechnologyandthedevelopingtrendofthistechnology

ale

approached.

Keywords:mineralprocessing;on-line舳aJyzing;processcontrolling;optimizationcontrol;soft-sensor

選礦是礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的主要工業(yè)流程,是來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇,同時(shí)也面臨著前所未有

由碎磨、浮選、濃縮、脫水工藝組成的連續(xù)生產(chǎn)過的挑戰(zhàn)。

程。選礦生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益是礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)國與國之間的礦業(yè)競爭,既是對資源占有率的的主要組成部分。進(jìn)入21世紀(jì)以來,國內(nèi)外選礦競爭,也是產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的競爭。由于起步晚、研工業(yè)規(guī)模以前所未有的速度發(fā)展。根據(jù)我國社會(huì)經(jīng)究基礎(chǔ)弱、發(fā)展速度慢。我國選礦自動(dòng)化技術(shù)的研濟(jì)發(fā)展目標(biāo),到2020年要再實(shí)現(xiàn)GDP翻兩番,究開發(fā)和工程轉(zhuǎn)化,,均與國際先進(jìn)水平有著較大的即便是按資源用量再翻一番考慮,也會(huì)形成全球性差距,并且長期處于被壟斷和被封鎖的局面。我國資源供給壓力[1l。由于陸地礦產(chǎn)資源的不可再生,政府注意到了這種問題的存在,在《國家中長期科隨著資源不斷開發(fā),優(yōu)質(zhì)礦體業(yè)已枯竭,礦石質(zhì)量學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006---2020年)》做出了下降成為選礦工業(yè)生產(chǎn)最大的不利因素。低品位、部署:

“重點(diǎn)研究深層和復(fù)雜礦體采礦技術(shù)及無廢

復(fù)雜難選礦石成為主要的原料,企業(yè)必須通過設(shè)備開采綜合技術(shù),開發(fā)高效自動(dòng)化選冶新工藝和大型大型化達(dá)到提高產(chǎn)能和勞動(dòng)效率、攤薄成本的目裝備,發(fā)展低品位與復(fù)雜難處理資源高效利用技的。由于對降低生產(chǎn)成本、穩(wěn)定質(zhì)量有著重要的作術(shù)、礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)”!笆晃濉逼陂g,用,選礦自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為大規(guī),F(xiàn)代選礦工業(yè)國家大力支持了選礦過程檢測與控制技術(shù)的研究與不可缺少的生產(chǎn)力要素和產(chǎn)業(yè)技術(shù)。選礦自動(dòng)化迎

開發(fā),并確立了到2020年的選冶工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)

收稿日期:201l_08—08

作者簡介:周俊武(1966-),男,江蘇南通人,博士后,研究員。

萬方數(shù)據(jù)

?48?

有色金屬(選礦部分)

2011年增刊1

發(fā)展路線圖。這為我國選礦自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

當(dāng)前,無論是在國內(nèi)還是國外,選礦自動(dòng)化技術(shù)的研究和應(yīng)用都得到了政府、企業(yè)的大力支持,因此發(fā)展迅速。本文通過對國內(nèi)外選礦自動(dòng)化進(jìn)展的介紹和比較,進(jìn)一步探討我國選礦自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展路線和發(fā)展方向,從而能夠?yàn)橹袊牡V山企業(yè)和世界礦業(yè)經(jīng)濟(jì)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。本文將從在線分析檢測技術(shù)、過程優(yōu)化控制技術(shù)、工廠建模仿真技術(shù)三個(gè)層次進(jìn)行比較和闡述。

1選礦過程在線分析檢測技術(shù)新進(jìn)展

在線檢測與分析技術(shù)是獲取生產(chǎn)過程知識(shí)與信息的先進(jìn)工具。對于選礦工業(yè)來講,礦石性質(zhì)的不確定性、不可測性、不可控性、復(fù)雜性和多變性對生產(chǎn)過程的穩(wěn)定、平衡破壞很大。因而選礦過程關(guān)鍵工藝參數(shù)的在線檢測和分析技術(shù)極其重要,同時(shí)也是選礦過程優(yōu)化控制、建模等技術(shù)能夠有效的決

定性因素。

選礦過程在線檢測分析的內(nèi)容可以分為兩類:一類是設(shè)備運(yùn)行狀況的在線檢測與分析;一類是過程工藝參數(shù)的在線檢測分析【副。

1.1設(shè)備運(yùn)行狀況在線檢測技術(shù)

選礦設(shè)備運(yùn)行狀況在線檢測的目的是及時(shí)掌握物料性質(zhì)及操作條件變化帶來的設(shè)備負(fù)荷、工作能力、生產(chǎn)效果的變化,將這些變化信息及時(shí)反映給控制系統(tǒng),通過調(diào)節(jié)保證設(shè)備在安全完成生產(chǎn)任務(wù)的前提下,發(fā)揮最大能力。選礦設(shè)備運(yùn)行狀況在線檢測的主要內(nèi)容有磨機(jī)負(fù)荷檢測技術(shù)、浮選狀態(tài)分

析技術(shù)、濃密機(jī)負(fù)荷監(jiān)測技術(shù)。

1.1.1磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測技術(shù)

磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測一直是國外礦業(yè)技術(shù)研究的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。AMIRA(澳大利亞工業(yè)研究協(xié)會(huì))、CSIRO(澳大利亞科學(xué)聯(lián)邦工業(yè)組織)、Outokumpu(芬蘭著名的礦業(yè)技術(shù)公司)、COREM(加拿大礦業(yè)技術(shù)研究組織,成立于1999年)都在這方面做了大量的研究工作。

AMIRA在2001年設(shè)立了P667A項(xiàng)目“基于振動(dòng)測量的磨機(jī)監(jiān)測”,研究建立磨機(jī)裝載量、物料分布的預(yù)測模型[}4]。2006年,CSIRO研制的慣性供電系統(tǒng)保證傳感器可以得到連續(xù)供電,開發(fā)了加速度計(jì)傳感器組和無線多通道信號采集計(jì)算機(jī)系

統(tǒng),并在Noah

Parkes

Mine進(jìn)行了試驗(yàn)f5]。2008

年AMIRA利用了離散元素法建模方法和振動(dòng)信號

萬方數(shù)據(jù)

分析技術(shù)相結(jié)合,在多項(xiàng)磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)檢測方面取得了進(jìn)一步研究成果,包括磨機(jī)負(fù)載、磨礦粒度、磨機(jī)襯板磨損狀況、磨機(jī)物料分布范圍等。這項(xiàng)技術(shù)被要求在P667項(xiàng)目贊助企業(yè)的廠礦里應(yīng)用,給這些企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

Outokumpu在2006年報(bào)道了他們通過分析磨機(jī)功率曲線中的脈動(dòng)信息預(yù)測磨機(jī)裝載量的研究成果【釗,并開發(fā)了磨機(jī)裝載量分析儀MillSenseoMillSense對磨機(jī)功率信號進(jìn)行頻譜分析,通過幅值和相位預(yù)測磨機(jī)物料的填充量和所在位置。基于Morrell壓力模型的假設(shè),Outokumpu采用擴(kuò)充卡爾曼濾波器建立一個(gè)以磨機(jī)功率、軸承壓力、電機(jī)轉(zhuǎn)矩為輸入?yún)?shù)的鋼球裝載率[鋼球裝載率=鋼球質(zhì)量/(礦石質(zhì)量+鋼球質(zhì)量)]預(yù)測模型,對鋼球裝載率的預(yù)測曲線見圖1。此外Outokumpu還進(jìn)行了利用功率曲線分析磨機(jī)襯板磨損和鋼球運(yùn)動(dòng)軌跡的預(yù)

測研究。

艱魯號∞

15.0I

16.01

17.01

18.Ol

19.0l20.0l

21.0l22.01

Date

圖1

MillSense對鋼球裝載率的預(yù)測結(jié)果

Fig.1

Predictionforballchargewithmillsense

COREM與McGill大學(xué)一直致力于磨機(jī)裝載率及裝載特征的研究,2006年開發(fā)了磨機(jī)裝載特征在線監(jiān)測系統(tǒng)SAG—ToolsTM,并在Brunswick選礦廠的8.5mx4.3m的半自磨機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)【引。試驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測出磨機(jī)內(nèi)部14個(gè)變量,包括磨機(jī)被填充的體積,磨機(jī)物料底部和肩部所在角度等,可以用于對磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測和控制。圖2是SAG—ToolsTM的工業(yè)應(yīng)用架構(gòu)和主顯示畫面。2010年COREM在年報(bào)中稱他們研制的一種儀器化專用檢測螺栓,用于分析磨機(jī)的負(fù)荷

特征。

COREM在磨機(jī)襯板磨損監(jiān)測方面進(jìn)行了探索損傳感器,并利用有限元的建模方法仿真了膜片在磨機(jī)襯板上的安裝位置及檢測效果。

。和試驗(yàn),據(jù)報(bào)道2006年他們研制了一款膜片式磨

2011年增刊1

周俊武等:選礦自動(dòng)化新進(jìn)展

圖像分析的方法獲得浮選泡沫狀態(tài),2008年開發(fā)出了BFIPS—I型浮選泡沫圖像分析系統(tǒng),該系統(tǒng)根據(jù)獲取的浮選泡沫圖像可以計(jì)算出浮選泡沫大小、個(gè)數(shù)、穩(wěn)定性、速度、顏色、紋理等特征參數(shù)”J。圖4是該系統(tǒng)在德興銅礦大山選礦廠銅鉬混合浮選

b)s^G..10如偵測器的主規(guī)翻

作業(yè)進(jìn)行的工業(yè)應(yīng)用,并利用泡沫特征參數(shù)對精礦

泡沫品位進(jìn)行了預(yù)測。

圖2

Fig.2

SAG一’lbols的應(yīng)用

ApplicationofSAG—Tools

我國同樣關(guān)注到了這項(xiàng)技術(shù)的研究,在“十一五”“863”研究計(jì)劃中立項(xiàng)支持了“磨機(jī)/半自磨機(jī)負(fù)荷監(jiān)測技術(shù)”課題。該課題由北京礦冶研究總院、清華大學(xué)共同完成,完全依靠自主研發(fā),在2010年取得了較好的成果。試驗(yàn)結(jié)果表明.該套裝置在硬件性能上已經(jīng)達(dá)到了振動(dòng)信號采集所需要的精度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。通過調(diào)整磨礦操作條件的試驗(yàn),證明了磨機(jī)振動(dòng)信號的特征參量口與磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài)之間有一定的必然聯(lián)系,如圖3所示。

闡;i前7

剄’A、矗j

‘√

}::羔二

圖(a)浮選泡抹圖像采集裝置

圖4

Fig.4

BFIPS圖像分析系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用

application

of

BFIPS

froth

image

Industrial

analyzer

800

700600

一蠹!翥

面150

姜1簍一,….。,、,.Il

6:00

7:00

8:00

高藩

9:00

10:00

11:00

1.I.3濃密機(jī)負(fù)荷監(jiān)測技術(shù)

濃密機(jī)負(fù)荷主要指的是存泥量,通過測量耙架扭矩、耙架電流、泥床壓力、泥層厚度等手段均可以間接反映。泥床壓力檢測通常需要預(yù)先在濃密機(jī)錐底進(jìn)行安裝時(shí)預(yù)埋壓力傳感器,泥層厚度可以通過超聲波物位計(jì)或浸入式紅外濁度儀來實(shí)現(xiàn),這兩種方式的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)存泥量更直接,缺點(diǎn)是需要做大量的標(biāo)定工作。利用耙架扭矩、耙架電流判斷濃密機(jī)存泥量很簡潔實(shí)用,但是反應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)信息很有限,失真率也較高。

北京礦冶研究總院自2009年開始研究濃密機(jī)負(fù)荷軟測量技術(shù),根據(jù)濃密機(jī)的工作原理.和輸入輸出物料、濃密機(jī)電流,扭矩等信號進(jìn)行泥床厚度的預(yù)報(bào)。該模型通過工業(yè)試驗(yàn)證明了濃密機(jī)負(fù)荷在線預(yù)測是可行的和準(zhǔn)確的。圖5是在江西德興銅礦工業(yè)水處理站分別利用超聲波泥水界面測量方式和濃密機(jī)負(fù)荷軟測量方式進(jìn)行的在線檢測。1.2工藝過程參數(shù)在線檢測技術(shù)1.2.1礦石粒度

美國SPLITENGEINEERING公司開發(fā)的Split—

OnlineoRockFragmentationAnalysis

500

400

300

200

圖3磨機(jī)振動(dòng)信號口值與給礦量的關(guān)系

Fig.3

Relationbetweenfeedchange

millvibrationsignal

1.1

and盧value

of

2浮選泡沫狀態(tài)分析

瑞典SGS公司開發(fā)了一款專用的浮選泡沫狀態(tài)分析儀METcam—FC,并已經(jīng)在工業(yè)流程上安裝

000臺(tái)以上。METcam-FC實(shí)時(shí)地采集和分析浮選

泡沫的圖像信息,可以測量泡沫的移動(dòng)速度、泡沫穩(wěn)定性、泡沫大小分布和6個(gè)圖像色彩輸出。METcam—Fc是通過無線網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

美國的KSX公司開發(fā)的PlantVision系統(tǒng)中包括了浮選泡沫圖像分析系統(tǒng),該系統(tǒng)可以分析泡沫大小、泡沫顏色成分(紅、綠、藍(lán)及灰度)、泡沫紋理、泡沫穩(wěn)定性、泡沫移動(dòng)速度。該系統(tǒng)可以完成對浮選設(shè)備、浮選作業(yè)、浮選系列乃至浮選流程完整的泡沫圖像在線分析,完全替代過去靠人工徒步往返觀察的模式。

北京礦冶研究總院自2000年開始就致力于用

system利用圖

像分割技術(shù)實(shí)現(xiàn)了皮帶上的礦石塊度在線分析,包括對粗碎、細(xì)碎的給礦礦石和破碎后礦石,自磨/半自磨機(jī)給礦礦石,以及皮帶J!二的鋼球、球磨機(jī)給礦等,以此為指導(dǎo)進(jìn)行碎磨控制.能夠提高碎礦和

萬方數(shù)據(jù)

?50

有色金屬(選礦部分)2011年增|{j

一一

’r;—i—i?—}Ⅲ●q?+o:===一=一…

’~——~一二—j¨t—i—;—;訓(xùn)i—i1-

一‘?—;一;—i●i;i—i—fl

按照篩分的等級或者用廣設(shè)定的粒級,劉礦石圖像處理后輸出小同粒級礦打所占的百分比:

一:

o~一一o-?iT;—;iTi‘-

網(wǎng)(a)基于超聲渡濃寄機(jī)泥層厚度測量圖{h)濃密機(jī)拋屢J早度軟刪量

圖5濃密機(jī)負(fù)荷直接測量和軟測量

Fig5

Physicalandsoftmeasuringofthickener’sload

a)應(yīng)惜上的礦石闈像采集裝置(b)礦右圖像分析軟件

圖8

Fig.8

BOSA—l型礦石圖像分析系統(tǒng)

BOSA—Imagingparliclesize

analyzer

磨礦生產(chǎn)效率和處理量。圖6是Split—online的系

統(tǒng)圖,圖7是該系統(tǒng)的標(biāo)定過程。

美國的KSX公司開發(fā)的PlantVision系統(tǒng)中同樣包括了礦石粒度圖像分析系統(tǒng),該系統(tǒng)可以分析礦石粒度分布信息、礦石顏色成分(紅、綠、藍(lán)及灰度)、F20/F50/F80、最小粒級百分比等信息。該項(xiàng)檢測用于半自磨機(jī)的前饋給礦量控制。PIantVision可以最多驅(qū)動(dòng)24臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行圖像的采集和分析。

北京礦冶研究總院自2008年開始BOSA型礦石粒度陶像分析系統(tǒng)的研究,圖8是該系統(tǒng)在焦家金礦4kt/d破碎工段進(jìn)行的工業(yè)試驗(yàn)。該系統(tǒng)可以

2.2礦漿粒度

礦漿粒度在線檢測已經(jīng)形成了穩(wěn)定的檢測方案

和產(chǎn)品.進(jìn)L』設(shè)備包括OUTOTEC公司的基于位移

原理PSl300和基于激光原理的PSl500分析儀,德

國SYMPATECGmbH生產(chǎn)的在線超聲衰減粒度儀OPUS(On—linePaniclesizeanalysisby

Ultrasonic

Spectroscopy),美國熱電公司的PSM一400型粒度

儀。同產(chǎn)設(shè)備包括北京礦冶研究總院研制的BPSM型多流道礦漿粒度僅和丹東東方測控開發(fā)的DF—PSM超聲波在線粒度儀。

1.2.3礦漿品值

自20世紀(jì)80年代以來,礦漿品位在線分析技術(shù)主要依賴于進(jìn)口,進(jìn)u品牌以OUTOTEC公司

霪颼爵囡

圖6

Split—Online@Rockfragmentationanalysis

Courier系列產(chǎn)品為豐,日前以Courier6SL為主。

與之前的Courier系列產(chǎn)品相比,Courier6SL增加了多模型功能,并采用了嵌人式T控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作

為人機(jī)界面。該儀器最多可以測量24個(gè)流道.每個(gè)流道最多可以測量6種元素。

。釜坦魁芻e釜趟2i。::叢I睦I

system用于破碎原礦礦石塊度分析

Fig.6

Crushfeed

particlesize

analyzerofSplit—

Online0rock

fragmentationanalysissystem

美國熱電成為另一個(gè)銷售礦漿晶位載流分析儀

器的進(jìn)口品牌,以MSA多流道載流分析儀為主,

可以測量3,18個(gè)流道。該儀器先后在澳大利亞、前蘇聯(lián)、英國、南非,贊比亞、新兒內(nèi)亞、菲律賓等同使用,往我國有色行業(yè)的應(yīng)用為數(shù)不多。

我曰在載流x熒光品位分析儀的研發(fā)l:取得

了突破成果:北京礦冶研究總院2008年開發(fā)成功了BOXA型鲅流x熒光分析儀系統(tǒng),并在2009.

lutl¨

●'●

¨

1■

2010年取得了12,1k應(yīng)用fi的成功.BOXA采用了波|:乏色散+能量色散的分析原理,并內(nèi)置了多模型技

術(shù):近一年來,根據(jù)有色行業(yè)的發(fā)展需要,在多金

圖7Split—Online。Rockfragmentationanalysis

system篩分取樣的標(biāo)定曲線

Fig7

Shearingcalibrationrockfragmentation

curve

屬硫化礦浮選流程卜進(jìn)行硫元素在線分析的探索,

通過BOXA可以較準(zhǔn)確的反應(yīng)硫元素的變化趨勢.1.2.4礦漿酸堿度

ofSplit—Online@

analysissystem

萬方數(shù)據(jù)


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