選礦在線測量儀改進優化應用研究

師維俊，吳金娟

金川集團股份有限公司選礦廠 甘肅金昌 737100

隨著國家對資源循環利用、節能減排、環境等方面越來越重視，企業對生產過程進行檢測的要求也就越來越高。國內大型有色選礦生產企業已逐步重視對選礦流程的礦漿粒度、品位、pH 等生產指標數據的在線分析，在線檢測數據實時傳給自控系統，完成數據采集、顯示、存儲、查詢、班組統計、金屬回收率計算等功能[1]。其中韶關凡口鉛鋅冶煉廠已將選礦品位分析數據作為生產操作的主要依據；江銅大山、泗洲和永平選廠將礦漿粒度、品位、pH 等分析結果接入現有 DCS 控制系統和廠級管理系統，供相關人員決策參考[2]；會澤鉛鋅將粒度、品位分析結果納入生產管理，技術開發項目實施方案同時在車間大屏幕和企業短信平臺實時更新發布。

1 存在問題

金川集團選礦廠在浮選作業工段，由于入選礦漿黏性大，普通礦漿的 pH 計和濃度計存在著黏結、零點漂移嚴重的現象。現有檢測方式對磨機排礦粒度和品位缺乏在線檢測手段，生產指標與異常波動的矛盾無法得到有效解決，往往出現顧此失彼的情況，造成磨礦作業很難達到整體聯動協調控制的目標。

針對以上問題，選礦廠一選車間引進在線 OPUS粒度儀，雖取得了一定效果，但仍存在著分析誤差大的問題，具體原因主要有以下幾點：①安裝位置不合理，取樣不具有代表性；②現場由于冒礦導致OPUS 粒度儀多次進礦漿，損壞電路板，導致無法正常運行；③OPUS 粒度儀本身屬于精密設備，在使用過程中，管道經常堵塞，產生報錯導致停止運行，出現故障后無法及時處理，使故障長期擱置，造成管路堵塞、腐蝕儀器等后果，進一步加快儀器損壞；④分析誤差大，儀器對磨礦入選粒度的分析誤差過大，超過 10%，不能實時為浮選提供最佳作業指標。因此，針對上述存在的問題需要對 OPUS 粒度儀進行改進，以滿足實際生產的需要。

2 優化解決方案

OPUS 粒度儀的改進工作主要包括拆除取樣、反沖洗截止閥、重新建立模型和編寫控制程序。

2.1 在線粒度儀優化解決方案

根據車間近一年的設備運行情況和現場一次取樣管路實際狀態，更換現有一次取樣管線，重新制作取樣、過濾裝置，將一段和二段溢流礦漿粒度在線檢測接入控制系統，為一段一次磨礦過程控制提供決策參考數據。

OPUS 粒度儀 2010 年完成現場安裝調試，共安裝9 個閥門，其中8 個氣動球閥，1 個手動截止閥。由于礦漿黏稠，而且腐蝕性強，容易造成球閥卡位和閥門定位器電路板腐蝕。其結果主要表現在：①閥門不能正常關閉或者關閉不到位，極易引起管路堵塞；② 所有閥門的開關動作在邏輯上都有一定的聯鎖，也就是說任何一臺球閥出現問題都將導致粒度檢測程序中斷，即閥門越多、故障點越多。

對 OPUS 粒度儀進行改造，拆除分析主機過濾器、沖洗截止閥、反沖洗截止閥，并對取樣箱、過濾網、連接法蘭等加工件進行制作和安裝調試，對損壞的通信光纜進行更換，取樣裝置的現場應用情況如圖1 所示；OPUS 粒度儀基本控制流程如圖 2所示。

圖1 OPUS 粒度儀Fig.1 OPUS particle size analyzer

圖2 OPUS 粒度儀基本控制流程Fig.2 Control process of OPUS particle size analyzer

改造后，一段、二段流道的一次取樣管線由OPUS 粒度儀對礦漿取樣、管線沖洗進行控制，原有截止閥拆除后取樣控制和礦漿粒度分析程序重新編寫。原有密閉式過濾器內礦漿過濾后殘留的大顆粒、炮皮、編織袋等雜物主要靠反沖洗帶走，現場運行情況表明效果不好，經常堵管，造成 OPUS 粒度儀測量窗口產生氣泡，影響測量結果。改造后的取樣裝置采用過濾網，清洗方便，維護操作簡單。

經過幾個月的現場運行，發現還存在著異常情況，當礦流量較大時，礦漿易從取樣箱內冒出；而礦流量較小時，分析主機則出現氣泡，影響分析結果。為進一步提高 OPUS 粒度儀的現場適應性，擬對取樣裝置、取樣和排尾管線進行改進。在基于取樣箱容積不變的前提下，減小現有取樣箱寬度，加高高度，使分析礦漿中的殘留氣泡盡可能釋放，同時在改進后的取樣箱下部加裝音叉液位開關，為防止取樣箱溢流排尾管堵塞，溢流排尾的沖洗水（溢流排尾管沖洗水量約500 L/h，直接排到負一層的液下泵池，再由液下泵返回二段泵池）長流。取樣箱改造如圖 3所示，當發生停產檢修和小礦流等異常情況時可停止化驗分析，起到保護分析主機裝置的作用。在線粒度儀取樣流程如圖 4所示。

圖3 取樣箱改造Fig.3 Reconstruction of sampling device

針對現有不銹鋼取樣箱易黏結和腐蝕情況，粒度儀取樣箱材料擬采用 PVC 板制作，部分部件采用316L 耐腐蝕不銹鋼加工，在不銹鋼表面噴涂環氧樹脂，提高取樣箱的抗黏結和耐腐蝕性能。

2.2 在線粒度儀控制策略優化改進

在線粒度儀控制策略改進主要包括修改控制程序，增加液位信號，分析未滿足時，停止測量，降低氣泡對測量結果的誤差，修改上位分析器腳本程序，修改下位 S7-300 控制器程序，完善液位聯鎖。跟蹤生產班組，提取磨礦工藝質量數據，一段粒度數據分別采用10 組離線化驗和在線測量數據進行擬合，得出一段的粒度修正參數。制定參數標定模型，修正參數直接決定輸出結果的大小，計算粒度離線化驗數據和測量數據的標定系數[3-5]，如圖5、6 所示。

圖5 在線測量數據采集Fig.5 Acquisition of online measurement data

圖6 離線化驗和在線測量數據擬合Fig.6 Fitness of offline test data and online measurement data

控制策略優化改進后，粒度儀投入運行階段，粒度分析結果接入現有控制系統進行統計記錄分析，為一段控制模型參數設定提供了決策支持。

3 改造效果分析

OPUS 粒度儀改造后的運行數據如表1 所列，改造后與實驗室離線化驗結果相比測量誤差小于 5%，滿足生產工藝的需要，達到了改造的目的。

表1 OPUS 粒度儀改造后的運行數據Tab.1 Operation data of modified OPUS particle sizer %

在線粒度儀對浮選作業穩定工藝過程控制、提升磨浮銅鎳分選指標具有以下作用[6-8]：

（1）磨礦粒度的準確測量可以為控制球磨機提高效率提供參考依據；

（2）將選礦在線檢測粒度分析結果直接參與磨機給礦、給水、緩沖泵池液位、旋流器組分級等過程控制回路的調節，即使在選礦生產工藝異常波動的條件下，選礦生產仍能運行平穩，有效緩解了一線操作人員的勞動強度；

（3）通過對磨礦粒度的在線分析，能及時有效地指導操作人員調整磨礦作業，為后續工藝提供精確的生產數據。

4 結語

在線粒度測量儀誕生之前，選礦車間操作人員只能依靠經驗添加藥劑，因此操作人員的技術及工作態度對生產的影響是很大的，而且分析周期長，滯后于生產，無法用于指導生產，難以適應生產要求。在新技術發展過程中，在線檢測技術及監測技術的發展和應用造就了在線分析檢測技術。將在線分析檢測技術和自動控制技術應用到現場，生產崗位人員可根據實際生產情況及時調整藥劑，這樣既可提高金屬回收率，也可減少不必要的浪費。

為了提高選礦的經濟效益，實現選礦生產的過程自動化，將分析儀和散料稱、電子皮帶秤、流量計及濃度計作為檢測元件，結合選礦車間的生產實際情況，建立數學模型，將變頻器、調節閥及自動加藥機、液位自動控制系統等作為執行機構，實時調控過程量，最終實現選礦生產過程的自動化控制。