自動化控制在金誠信尾礦膏體處置技術工程實驗室的應用

趙占斌， 王國立(北京金誠信礦山技術研究院有限公司， 北京 100070)

1 前言

尾礦膏體綠色處置技術近年來在國內外得到快速發展，就是通過特定濃縮和攪拌工藝及膠凝技術，將尾礦漿制備成具有流動性、可管道泵送的膏體，這種膏體在一定時間后能夠凝結成具有一定強度的固體。這種尾礦膏體處置方式，對于尾礦毒害金屬的封存、減輕或消除尾礦對地表或井下環境污染方面有著不可替代的優勢，成為最終徹底解決尾礦環保、安全等問題的有效途徑[1]。專業化、系統化尾礦膏體處置技術研究實驗室可以為尾礦膏體處置技術理論及工藝試驗研究提供了良好的科研平臺。

2 中試試驗系統工藝流程

中試試驗系統總體規劃設計實現4個試驗功能模塊：尾砂旋流分級試驗模塊、尾砂深錐濃密試驗模塊、膏體制備試驗模塊和泵送環管試驗模塊，還規劃設計了為實現上述4個試驗功能模塊所需配套的輔助系統模塊：試驗開始前的配料計量系統模塊和試驗完成后的廢棄物環保處理系統模塊。每個功能模塊可以根據實驗目的獨立運行，在最小樣品量級條件下，獲得穩定的、足夠多的實驗數據，也可以通過切換開展模塊之間的影響試驗。中試試驗系統工藝流程如圖1所示。

圖1 中試試驗系統工藝流程圖

3 中試試驗系統主要測控功能及儀表選型

1)液位、物位檢測

檢測儀表包括超聲波液位計、壓力液位計、雷達料位計、浮球液位開關。超聲波液位計用于攪拌桶液位檢測；壓力液位計用于絮凝劑制備灌液位檢測(受限于空間)；雷達料位計用于膏體制備單元臥式雙軸攪拌機料位檢測[2]；浮球液位開關用于廢棄物環保處理模塊振動篩下集料斗液位控制(精度要求低且空間受限)。

2)流量檢測

選用電磁流量計用于清水流量，絮凝劑添加量，旋流器進料量，深錐濃密機進料量、溢流量、底流量，PM充填泵出口量等流量測量。其中，當被測介質為鐵礦尾礦時，尤其是高濃度，電磁流量計不再適用，可嘗試聲吶流量計，后者不受礦漿磁性的影響；當被測介質濃度(鐵礦、銅礦等)較高時，根據被測介質的種類不同，適用性依然需要驗證，價格為普通電磁流量計的十幾倍。

3)深錐濃密機底流濃度檢測

深錐濃密機底流濃度較高，傳統檢測儀表是射線濃度計，存在安全、環保及后期維護等問題；利用超聲波能量衰減原理的超聲波濃度計，適用于中低濃度檢測，在高濃度領域使用效果不好[3]。荷蘭的Rhosonics阻抗法超聲波濃度計以測量被測介質聲阻抗為基礎，求得被測介質的密度，進而求出其濃度值，可用于高濃度檢測。某鐵礦尾礦經深錐濃密機后，深錐濃密機底流濃度68%～72%，9次取樣，平均誤差在2%以內。

4)壓力檢測

選用表壓測量型，法蘭式隔膜密封(耐磨)，用于深錐濃密機不同泥層壓力、泵送環管單元不同點壓力和清水泵出口壓力測量。

5)濁度檢測

濁度儀用于記錄深錐濃密機溢流水的濁度。

6)稱重檢測

S型拉力傳感器用于尾砂、粗骨料、膠結材料和水的稱重。

4 控制系統結構及技術特點

4.1 系統結構

中試試驗系統模擬量儀表較多，且多參與函數運算，同時還有主要設備需要執行順序控制，比如PM柱塞充填泵、板框壓濾機、絮凝劑制備，所以實驗室最終采用DCS和PLC相結合的混合式控制系統，既能完美地實現邏輯控制及順序控制，又能很好地完成過程控制。控制系統結構圖如圖2示，中控室設置DCS控制系統，現場設置PLC控制系統。控制系統實時采集、處理現場檢測儀表數據、設備運行狀態、故障報警等信息，并通過上位機畫面在中控室集中顯示。

圖2 控制系統結構

4.2 技術特點

(1)三種操作模式：手動非聯鎖、手動聯鎖和自動聯鎖。手動非聯鎖，即遠程點動，適用于早期單點調試使用；手動聯鎖，即設備啟動聯鎖，實現設備順序啟動，適用于各模塊間的聯合調試；自動聯鎖，即設備按設定好的參數自動運行，目前只有部分實驗可以實現該功能。

(2)非核式高濃度檢測：阻抗法超聲波濃度計是以測量被測介質聲阻抗Z為基礎，求得被測介質的密度，進而求得濃度值。經某鐵礦尾礦膏體處置中試系統試驗驗證，平均誤差達到2%以內。

(3)環管試驗管徑一鍵選擇：泵送環管試驗模塊有DN50、DN100、DN150、DN200四種不同規格的管道，通過液壓換向閥實現不同管徑間的切換。實驗時，為確保漿液的流向正確，除控制液壓換向閥進行對應切換外，還需要開啟或關閉相應管道上的閥門。在本控制系統中，經上位機選擇試驗用管徑后，點擊確定按鈕，系統自動控制液壓換向閥進行對應切換以及相應閥門開啟或關閉，操作方便，降低選擇管徑時出錯的概率。

5 結論

本控制系統檢測儀表71臺，全面采集、存儲試驗過程數據，便于后期的研究、數據分析。目前，該中試系統已完成兩次橫向課題任務，系統運行穩定，數據采集準確。