使用球磨機給礦量優化浮選液位控制的應用

彭秀云，范凌霄，黃玉珍，梁劍峰，李晶兵

(1.北京礦冶研究總院，北京102628;2.江西銅業集團公司德興銅礦，江西 德興334200)

1 引言

選礦廠工藝流程一般包括碎礦、磨礦、浮選及精礦脫水幾個工段。浮選過程是有用礦物成分的選別和富集過程，浮選槽的礦漿在攪拌、充氣和浮選藥劑的作用下，有用金屬成分被活化吸附后，帶到泡沫層中，經刮出就成為了精礦，相反，礦漿中的脈石和其他成分經藥劑作用下沉為尾礦［1］。

對于浮選過程的主要控制目標是:保持合格的最終精礦品位;提高有用成分的回收率;降低藥劑等原材料的消耗量［1］。

隨著浮選機容積的增大和自動控制技術的不斷革新，為了滿足選礦生產過程中安全性、產品質量、生產效益、環境保護等要求，浮選過程自動控制程度越來越高［2］。浮選槽液位的變化直接影響精礦品位和回收率，因而，浮選槽液位的穩定控制是浮選過程穩定生產的關鍵參數［3］。然而，對于浮選過程而言，品位指標與關鍵控制變量間具有強非線性、不確定性等綜合復雜性，常規或單一控制方法難以實現工藝指標的優化控制［4］。

本文針對浮選生產過程的特點，將反饋與前饋相結合，使用球磨機給礦量變化的參數，優化了浮選液位控制系統。

泗州選礦廠作為德興銅礦的主要產能企業，承擔著日處理量3.8萬t的生產任務。選礦廠分一期和二期兩個選礦車間，一期共12臺球磨機，日處理量約達到18000t/d，二期共10臺球磨機，日處理量約達到20000t/d。因此，如何保證浮選工藝流程的穩定是控制系統需要解決的問題。因一期和二期配置相同，我們選取二期作為主要研究對象。

粗選作業分四個作業，分別為粗一、粗二、掃一和掃二，每個作業由兩臺浮選機組成。浮選機選用北京礦冶研究總院KYF-130立充氣攪拌式浮選機。其控制系統為每作業配置一套液位回路，共4套液位回路，每個回路由檢測裝置，控制器和執行機構組成。系統可以通過就地的控制箱進行就地手動控制，也可以通過遠程PLC集中控制系統進行遠程手動和遠程自動控制。由于粗一是浮選的關鍵作業，也是首先受到給礦量擾動的作業，同時也是影響后續作業穩定性的主要原因。因此，本文重點研究粗一作業的給礦量擾動對控制系統的影響。

2 浮選液位優化控制算法

2.1 液位控制控制算法

圖2為典型的PID控制回路。液位控制算法中，常規PID已經不能再滿足大型浮選機液位系統的非線性和大滯后性要求［5］。為減少在球磨機開停球時，給礦量的擾動對浮選作業的影響，增加了等可浮作業(粗選一)的前饋控制，使系統即時響應這種變化，穩定后續作業流程。

2.2 擾動量計算

圖3為PID子程序內擾動前饋量的計算原理。

2.3 模擬給礦量擾動

由于控制系統無法讀取到給礦量的適時數據，因此采用了人工手動設定開停球信息，估算開停球時給礦量的變化，以及延遲時間、作用時間。

圖1 浮選過程P＆I圖

圖2 PID控制算法

二期共10臺球磨機，其處理量為826.5t/h，按照給礦濃度32%，礦漿比重1.25g/ml計算，額定的給礦流量為2066.25m3/h。

二期的球磨機給礦量分別為:228t/h(大球磨)，66.5t/h(小球磨)*9。

(1)按照一臺大球停開車或者兩臺小球停車時，加入前饋控制。

給礦延時時間為30s，給礦作用時間為60s，給礦系數為FK。

ΔQlmt=FK* Qmax/Num=FK*2066.25/10=FK*206.625。

此時，要求166.25＜ΔQlmt＜332.5m3/h，即0.8＜FK＜1.6。

初步設定 FK=1.5。按照如下公式計算前饋量。

Bias=K*100* ΔQ/Qmax。

(2)按照兩臺小球66.5t/h(332.5m3/h)停車或者開啟時，加入前饋控制其前饋量為:

Bias=K*100*133/756=K*17.59。

初步設定為 K=0.3，則 BIAS=5.277。建議Kmax=0.4。

3 控制效果及運行指標分析

3.1 球磨機給礦量擾動條件下浮選液位的控制效果

控制系統分析了在球磨機不同開停工況下，測試了不同的前饋控制系數K對控制效果的影響。得到K=0.3時效果最佳。

(1)K=0.2時，13∶43∶00開了2臺66.5t/h球磨機，Δ(PV-SP)max=563-545=18mm。

圖3 PID子程序內擾動前饋量計算

圖4 K=0.2開2臺小球磨5分鐘控制曲線

(2)K=0.4 時，14∶01∶55 停了1 臺228t/h，3 臺66.5t/h球磨機，Δ(PV-SP)max=559-545=14mm。

圖5 K=0.4停1臺大3臺小球磨5分鐘控制曲線

(3)K=0.3 時，14∶06∶10 開了1 臺228t/h，3 臺66.5t/h球磨機，Δ(PV-SP)max=554-545=9mm。

圖6 K=0.3開1臺大3臺小球磨5分鐘控制曲線

3.2 球磨機給礦量擾動條件下運行指標

優化后的控制系統在7月經過調試后8月1日投入使用，從表1中可以看到粗選回收率較7月份的87.2%提高到了8月份的88.3%，大約1%左右。

表1 運行指標統計表

4 監控畫面優化

優化后的監控系統增加了球磨機開停信息手動設定功能及其信息。

(1)選擇開停球磨機信息。以及當前運行球磨機數量和總的球磨機數量顯示。

(2)各球磨機處理量顯示和設定。以及當前給礦量和額定給礦量統計顯示，當前給礦量流量和額定給礦流量量統計顯示。

(3)給礦變化延遲時間、作用時間和給礦系數的設定和顯示。

5 總結

經過優化后的浮選液位控制系統運行穩定。在正常給礦穩定的情況下，系統運行穩定;給礦量發生變化后，控制系統能及時調整。

由于浮選過程比較復雜，除了物理反應外，還包括化學反應。且浮選過程內部機理復雜，內部工況無法直接測量，浮選槽之間的連接也很復雜，能夠直接監測的物理量也很少［6］。未來的研究工作可分析不同的工藝條件對生產指標和回收率的影響，這將是一個很重要的研究課題。

［1］蔡幼忠.浮選槽的液位檢測控制探討［J］.有色礦山，2002，31(6):35-45.

［2］沈政昌.浮選機發展歷史及發展趨勢［J］.有色金屬(選礦部分)，2011，(1):34-46.

［3］邵之苗，高揚.銅選礦廠浮選過程控制系統的研究與應用［J］.礦冶，2012-03，21(1):73-76.

［4］李海波，鄭秀萍，柴天佑.浮選過程混合智能優化設定控制方法［J］.東北大學學報(自然科學版)，2013-1，33(1):1-5.

［5］武濤，楊文旺，李強等.大型充氣機械攪拌式浮選機控制系統的設計與應用［J］.有色金屬(選礦部分)，2012，(5):62-73.

［6］王云峰.浮選機液位在線檢測分析與神經網絡預測研究［J］.電子設計工程，2012-1，20(2):171-173.