礦業新形勢下選礦自動化技術應用及建議

陳 軍，衛亞儒，王宇斌

(1.陜西黃金集團股份有限公司，陜西 西安 710054； 2.西北有色地質礦業集團有限公司，陜西 西安 710054； 3.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055)

1 前言

隨著我國經濟發展和人力成本的增加，資源變得稀缺，以及市場競爭加劇，選礦成本也逐年增加。為降低成本，選礦自動化技術和新設備越來越受到重視和發展。選礦自動化即利用現代化信息檢測技術，對選礦各作業流程進行自動化管控的過程。選礦自動化技術起步于20個世紀40年代，至今已取得巨大的發展和提高[1]。它促進了選礦技術的快速發展，克服了傳統選礦技術基本靠工人經驗造成的不可避免的浪費和損耗，穩定了藥劑添加量，使生產指標更加精確，同時降低勞動強度，節能降耗，優點明顯。一般而言，原礦的性質越穩定，選礦流程就越平穩，越容易實現自動化技術的應用。

2 選礦自動化技術的應用現狀

選礦廠工藝環節通常包括破碎作業、磨礦分級作業、選別作業，最終產品為精礦和尾礦。目前，常見的選礦自動化技術主要應用以下幾個環節[2～5]。

(1)破碎作業系統的自動化控制。破碎設備為礦山最主要的設備之一，近年來，很多設備廠商已經增加或改進了破碎設備的自動化配置系統，實現通過電腦監控來控制破碎作業的穩定和流暢，達到了高效節能效果。其原理即在破碎設備及傳送系統上安置了控制、檢測及監控等儀器，實現自動控制和調節破碎尺寸，自動調節給礦量大小，以及自動監測設備運行狀態參數等。

目前在大型新建選廠均有應用，如金堆城鉬業公司新建的萬噸選廠所使用的高壓輥磨機，操作人員在集控

室內即可完成對設備的調試及運行工作，大大節約了人力投入，提高了產能，優化了工作環境。美卓全自動化履帶式Lokotrack移動破碎站將先進的自動化控制系統應用破碎作業中，極大提高了破碎效率。其生產系統管理工具包含IC工藝控制系統、衛星傳送和美卓DNA報告入口，全程采集和顯示Lokotrack的有效運行時間、燃油消耗、各臺聯合作業設備的位置、警報與參數變化等[6]?？梢娢磥淼钠扑樵O備逐漸向以先進傳感器及檢測監控系統、高速數字通信網絡、新型工藝過程等集成化為主要技術特征的“無人破碎機”發展，開啟無人控制時代。

(2)磨礦分級作業系統的自動化控制。磨礦分級是選礦中最為關鍵的環節，磨礦作業系統參數穩定，才能保證磨礦產品的合格穩定，才能使后續選別作業獲得理想的選別指標。因此，磨礦環節的自動化精確控制尤為重要。

選礦廠通過控制磨機的轉速、給礦量、加入鋼球量、補加水量等來調節球磨機磨礦濃度、分級機溢流濃度和細度，獲得合格的選別細度。采用自動化技術可實現控制手段多元化，對磨機的監控監測逐步實現全方位、多維度的信息捕捉跟蹤，通過大量參數的采集反饋，以及在在線數據分析，大數據的挖掘提取，及時發現問題，或對球磨機工作狀態調整，使球磨機工作狀態達到最佳，系統平穩，指標達到最優化。目前應用的球磨機自動化系統包括在線監測磨機工作狀態、礦漿濃度、調控補加水、自動控制分級系統、調節皮帶給礦量等，通過采集數據調整設備工作狀態或者通過自動化系統反饋指令等。

(3)選別作業系統的自動化控制。傳統選礦作業系統藥劑加入量的控制往往是靠操作工根據經驗來實現，一般是等到最終指標出來以后或者出現跑冒滴漏現象后才開始調整，導致有用礦物不能及時回收而進入尾礦，造成資源浪費和損失，具有嚴重的滯后性。采用自動化技術設備則可以避免這些問題，甚至可以優化工藝流程，提高選別效率。常用的自動化設備主要有在線粒度檢測、在線元素分析、礦漿濃度測試儀、自動加藥設備及其他監控監測設備等。例如利用在線元素檢測儀器可以及時了解不同階段的元素含量，技術人員通過收集數據，發現問題，查找原因，確定解決方案，啟動自動加藥系統的調整，調節礦漿液位，調節礦漿濃度，控制沖洗水量等，從而保證浮選選別效果狀態最佳，達到提高有用礦物的回收率和降低互含指標的目的。

(4)產品及尾礦輸送的自動化控制。對濃縮池可以安裝自動化控制儀器和監控設備，配置液位監測儀器，安裝濃度檢測儀等，通過監測設備獲取對應數據，經過計算機系統的分析判斷，自動輸出調節指令，實現自動調節液位高低，根據濃度調節礦漿流量等，減少人工調節的不及時或者造成淤塞等。

尾礦輸送可通過自動化設備來分配礦漿量的自動分流，實現渣漿泵工作負荷最佳匹配，避免因負荷過大對設備的損害。

由以上各作業系統的自動化設備儀器形成綜合的自動化體系設備，再由相應的計算機系統將各部分自動化模塊集成，就構成了選礦廠的自動化體系，實現整個選礦廠的自動化信息集成處理，通過專職技術人員進行數據挖掘分析，完善自動化體系模塊，做到對整個選礦廠的數據全面分析，根據需要統一調度，實時監控，實時調節，同時，也可以隨時獲取生產成本，并將生產指標不斷優化。

第四，實行綠色生產：推廣生物肥料，施用農家肥；使用治標又治本的植物農藥；秸稈還田，改良土壤，減輕對化肥的依賴，減少環境污染。

從自動化技術在選礦技術中的應用歷史來看，經過了20世紀50年代部分過程變量的單項檢測和模擬儀表控制，20世紀60年代的計算機引入，開始逐步實現數字控制，20世紀70年代，最優化控制研究實驗，以及從靜態最優化到動態最優化的研究日趨被重視。澳大利亞、加拿大、南非等不僅重視選礦工藝、設備和技術的改進，還非常重視自動化技術的研究與應用，以及計算機監控和集散控制。隨著信息化和智能化的發展，計算機控制系統更加集成，往往是在一個控制室內即可對整個選礦廠實現統籌調配，未來將逐步實現智能控制。

3 我國選礦自動化技術現狀及存在問題

我國選礦自動化技術應用起步于20世紀80年代，多年來，許多礦山對成本效益重視不夠，科技投入欠缺，造成成本高、效率低等現象。近20年來，人們對自動化技術逐漸重視，尤其是近10年來，很多新建礦山增加了自動化的投入以期降低成本和提高收益。如近年來新建的金堆城鉬業公司的萬噸新選廠，太鋼袁家村2 200萬t/a新建選礦廠，唐鋼司家營鐵礦選廠4 300萬t/a新建選礦廠，均采用目前最先進的選礦自動化系統。紫金礦業更是在其下屬多家新建礦山大力推廣和建設選礦自動化系統，中國五礦集團安徽李樓鐵礦選礦廠年生產磁鐵礦250萬t，鏡鐵礦500萬t，是國內最大規模的鏡鐵礦選廠，該鐵礦裝備、自動化水平達到國內先進水平。盡管如此，我國選礦自動化技術的發展仍然存在一些需要改進的方面，主要有以下幾個方面。

(1)設計不合理，儀表儀器檢測效果不匹配，實踐工作不夠深入。由于我國礦山資源儲量大小不一，類型多，入選礦石品位缺少較好的穩定性，對選礦自動化要求高，因而很多自動化設計與建廠設計缺少匹配性，加之研究不夠深入，不夠專業化，導致設備和實際銜接性不配，實際運營中問題較多，控制效果不佳，儀表儀器功能針對性不好，適應性有待完善。

(2)傳感器材性能欠佳。傳感器材是選礦設備中最核心的組件，安裝復雜，精度低，數據傳輸缺少可靠性，質量不高，在實際環境中應用能力有限。

(3)選礦自動化技術專業人才匱乏。一直以來，由于自動化設備和計算機控制對專業性要求高，必須有專業選礦自動化人員維護，而很多礦山缺少這方面的人才，常常出現了問題，無法及時維護，造成數據獲取失靈或者無效，設備及系統處于半癱瘓狀態，影響對選礦自動化使用的信心。另外，對自動化重視程度還不夠高，缺少對自動化專業人才的重視和培養，新科技新技術普及跟不上信息時代的發展速度，從而對自動化認識不夠充分，礦業開發多數停留在依靠資源優勢維持而缺少對先進技術的充分挖掘升級。

(4)資源及管理因素制約。我國的礦產資源特點多為于貧、細、雜，多數礦山規模一般較小，生產服務期短，很多老礦山也逐漸進入資源瓶頸狀態，而自動化技術的應用和改造短期內相對成本高、困難多；同時，很多礦業開發政策僅對礦山開發主要指標進行規定，沒有提倡和普及或者進行技術準入制度。

與發達國家相比，我國選礦自動化水平還相對落后。隨著資源進入瓶頸狀態和市場競爭加劇，我國選礦企業唯有通過信息化和自動化來實現技術革新，才能提高企業創新能力，以抵消市場競爭帶來的被動局面。

4 選礦自動化技術的發展趨勢

(1)檢測感應技術、軟傳感器的數字化，虛擬化，智能化。感應器、集成器的出現，以及礦山專用儀器設備的研發，大大提高了監測的準確性和適應性。如磨礦系統，球磨機負荷的監測是球磨機自動控制的一項重要內容，靠單因素檢測不能實現球磨機負荷的準確檢測，雙因素檢測無法判斷球磨機的磨礦濃度，而多因素聯合檢測，則可以對磨礦過程優化控制提供準確有效的數據，通過收集大量傳感數據，模擬虛擬動態，自動判斷分析，通過具有智能功能的計算機系統，輸出指令調節設備工作狀態。

(2)自動控制技術和強大的軟件系統的研發結合。先進軟件系統開發，就是將先進的工藝制造技術、現代管理技術和以先進控制技術相結合，系統自動采集數據，自動提供解決方案并完成操作，實現企業的優化運行、優化控制與優化管理。將自動控制技術和礦山專用控制軟件集成一體，可以逐步實現人工智能控制。因此，未來選礦自動化技術的發展趨勢是實現集成工作系統。

(3)數據化礦山，人機交互，智能控制。隨著近幾年的大數據技術興起，選礦廠生產通過大數據統計的挖掘，進一步實現數據規律整合和利用。為管理者提供更有效、更精準、更可靠的數據支撐。未來將會是人機交互時代，優化控制、智能控制和模型預測控制等幾種控制方法將成為選礦過程控制的發展方向。

(4)資源、生產、管理整合。未來礦業自動化將不斷整合資源的調配、生產指標量化的調配、工藝的優化管理和優化企業管理。將資源條件、生產工藝、生產裝備、選礦廠的管理融合在一起。未來選礦自動化技術的發展將具有以智能化、信息化發展為導向，建設以智能高效的感知設備，精準快速的監控監測自動化體系為核心的數據采集監控體系，集成高效智能和綜合管控的企業管理模式。

總之，現代裝備技術和創新技術將廣泛應用于工業生產中，智能機器取代人工選礦工業的時代為之不遠。

5 老舊及中小型選廠選礦自動化技術的應用建議

由于我國很多選礦廠為老舊及中小型選廠，礦山設備老化，生產規模較小或者資源進入了瓶頸期，全面安裝自動化設備會導致一次性投入大，改造難度大，或者與原有設備無法匹配，同時也缺少相應的操作自動化設備的專業人才。隨著礦業成本不斷增加，礦山應進行自動化技術的改革?；诖?，筆者建議老舊及中小型選廠的自動化技術改造工作可先從破碎、磨礦分級和選別系統等部分重要環節開始，能降低一次性投入，回收成本時間短，對設備適應性強，對此討論如下。

(1)在諸多選礦設備中，磨機運行成本最高、能源消耗最大，磨機運行狀態和效率的控制是實現磨礦過程節能優化的關鍵。如果能夠及時掌握磨機內物料裝載量、磨機內物料濃度粒度狀態、襯板磨損程度等設備狀態信息，就能夠及時調整磨機操作條件，使得磨機處理量最佳、運轉效率最優、維護保養及時。因此，磨機狀態監測技術一直是礦業技術研究的焦點和熱點，可建議優先配置磨礦自動化監測技術。

(2)浮選泡沫狀態分析技術，在實際礦物選別生產中，浮選泡沫表面視覺特征，如顏色、大小、流速、紋理等依靠人工觀察，主觀性強、誤差大、效率低，無法實現浮選狀態的客觀評價與認知，造成生產過程不穩定，礦物原料流失嚴重，藥劑消耗量過大，為此，將機器視覺應用到礦物浮選過程的監控中，可以提高浮選過程的回收率。

總之，根據實際需求，挖掘選礦廠的經濟技術需求，選好合適的自動化儀器，是值得每個老舊及中小型選廠重視的新內容。

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