礦業新形勢下選礦自動化技術的應用分析

張金福

在礦石資源日漸減少、市場競爭日趨激烈的背景下，礦產企業要保持競爭優勢，實現長續發展，必然需要利用先進技術手段進一步提高資源利用效率、優化生產技術經濟指標。選礦自動化技術正是選礦企業用來提升生產效率、降低生產成本的重要手段。簡單來講，選礦自動化技術，就是在選礦作業過程中利用傳感器、儀表及計算機等裝置和技術，對生產過程中各機械設備的工作狀態及選礦作業流程狀態進行實時的監測模擬和控制，并對生產過程進行管理的技術。選礦自動化技術從最早應用到現在經過近80年的不斷發展已經取得了巨大的發展。目前在選礦作業過程中，選礦自動化控制技術可以動態追蹤作業過程里的各個環節，精準指示每項參數變化，可以依據實時參數對有關的變量做出及時精準的調節，對確保選礦流程穩定高效運行發揮了關鍵作用。然而得益于相關技術的進步，選礦自動化技術仍具有很大發展空間，典型的如近年來計算機、網絡信息、自動控制、物聯網等相關技術的飛速發展給選礦自動化技術帶來了新的發展方向即：自動化、集成化和智能化。因此，對選礦自動化技術的應用現狀進行系統分析，找出目前選礦自動化技術在應用中存在的問題和面臨的機遇，并對未來自動化技術的發展方向給出合理建議，對于選礦自動化技術的進一步發展及礦產資源的高效利用都具有重要的意義。

1 選礦自動化技術應用現狀

選礦自動化技術因為具有提高選礦作業指標，改善工人作業環境和降低生產成本等眾多優勢，在選礦廠的應用越來越普遍。近年來，選礦自動化技術也取得了較大發展，自動化技術的功能也越來越完善。目前，在選礦廠內的破碎、磨礦分級和浮選三大主要生產工序中都有自動化技術的應用，選礦自動化技術的應用有效減輕了作業工人的勞動負荷，大大提高了選礦廠各生產工序的作業效率。下文中將分別具體介紹選礦自動化技術在選廠的破碎、磨礦分級和浮選三大主要生產工序里的應用現狀。

1.1 破碎工序的應用

破碎工序的主要作用是利用破碎設備將礦石破碎到適合后續加工的粒度范圍，破碎效果的好壞與破碎設備有直接關系。選礦自動化技術在破碎工序的最初應用即是通過在破碎設備上安裝相關的檢測與自動控制裝置，從而達到保護破碎設備，穩定生產過程的目的。隨著技術的不斷進步，目前破碎工序自動化技術已經普遍實現了破碎設備的連鎖控制，主要體現在以下方面：即可以通過使用先進檢測儀器對破碎設備油溫與油壓進行監測，進而監測破碎機的負荷狀態和運行狀況，有效保護破碎設備；可以在監測和分析破碎機負荷狀態的過程中，對破碎設備的給礦控制做出優化；可以通過監測料倉料位與分析破碎設備的破碎能力，實現自動布料和破碎負荷的平衡控制。目前通過應用破碎自動化技術，破碎工序基本可以實現破碎設備穩定高效的自動運行，并且可以有效提高破碎作業過程的安全性。典型的，國內馬鋼集團的南山礦業公司建立了一套破碎全流程控制系統和視頻監控系統，可以通過以太網實現監控視頻及生產數據的同步傳送。主控系統可以按照接收的信號，給破碎機械發出粗、中、細碎的指令，進而做到對破碎機械的動態控制。

1.2 磨礦分級工序的應用

磨礦分級是繼破碎后原料準備的最后一道重要工序，磨礦分級加工效果會直接影響礦物單體解離程度，進而影響浮選作業技術經濟指標。在磨礦分級工序中，因為磨機轉速、鋼球量、物料填充率、加水量等眾多因素都會影響磨礦效果，所以在實際生產中通過人工很難將參數調整到最佳，在磨礦分級中采用自動化技術實現各參數變量的精準調控對于提高磨礦分級效果具有重要的意義。目前在磨礦分級工序中應用的自動化技術的工作過程如下：首先通過對磨機進行多維度和全方位的信息監測追蹤并采集參數信號，然后利用在線數據分析和大數據挖掘提取等技術手段對采集的信號進行處理，最后實現磨機工作狀態的及時調整。磨礦分級自動化技術可以確保磨機始終在最佳的狀態下運轉、有助于磨礦指標達到最優，同時還能提高磨礦分級系統的穩定性。國內學者王彩霞和賈鵬昆帶領的團隊各自分別在山東招遠夏甸金庫和山東萊州望兒山金礦選廠的磨礦工序的自動化控制系統中使用Fuzzy-PID自適應模糊控制器進行復合控制，發揮了PID控制器自動校正參數的作用。毛益平在磨礦工序中，借助神經網絡系統的學習、聯想記憶等功能，構建了以神經網絡為基礎的球磨專家系統的基本框架。

1.3 浮選工序的應用

浮選工序是依靠捕收劑、起泡劑、抑制劑等浮選藥劑的作用將有用礦物和脈石礦物分離的過程。浮選過程中浮選藥劑、礦漿濃度，溫度等因素都會影響精礦品位、回收率等生產指標。傳統浮選作業中，藥劑添加量、礦漿濃度及液位等技術參數的調控往往是依靠作業工人依據自身經驗來完成，人工調控不可避免存在調節滯后的缺陷，這會造成有用礦物進入尾礦，降低有用礦物回收率。在浮選工序中應用自動化技術就可以實時監測浮選過程的各項參數，做出及時調控，避免有用礦物的損失。對于自動化加藥系統，可以通過在線元素監測設備實時監測浮選過程中各元素含量，進而準確的確定浮選藥劑的最佳添加劑量，保證浮選指標。選礦廠目前采用的自動加藥系統，普遍使用流量控制的方式，整個系統主要包括控制和執行機構兩部分，其中控制部分通常使用PLC控制，執行機構一般由電磁閥和加藥泵組成。國內銅陵有色集團目前采用的200m3充氣機械攪拌式的浮選機使用了自動礦漿液位控制系統，該系統主要是由礦漿液位監測裝置和氣動執行機構等部分構成。但是，因為機械攪拌式的浮選機存在攪拌強度太大的問題，所以在實際應用中礦漿液位自動控制的精準度較差。

2 選礦自動化技術應用存在的問題

經過近年來的高速發展，選礦自動化技術已經逐漸成熟，在選礦廠內的應用也已經越來越普遍。目前選礦廠內破碎、磨礦分級和浮選三大主要生產工序中都有自動化技術的廣泛應用，且自動化技術的應用大大提高了各生產工序的作業效率和生產質量。但是，因為國內選礦自動化技術的基礎研究仍不夠深入，相關技術仍不成熟，所以選礦自動化技術在實際生產應用中仍然存在著一定的問題。筆者經過分析總結出選礦自動化技術存在的問題主要有三點即：設計不合理、核心設備精度不高及維護成本高。

2.1 設計不合理

由于國內選礦自動化技術的研發起步較晚，所以在技術方面仍不成熟，設計上仍然存在較多不合理的地方。典型的目前國內選廠使用的自動控制系統的設計就不太合理，普遍存在無法長期有效運行的缺陷。而且由于國內的礦山資源種類多且儲量差別較大，選礦廠入選的礦石性質并不穩定、品位波動較大，所以國內選礦廠對自動化技術的要求高。很多選礦廠做自動化設計時，因為沒有結合選廠的實際情況進行深入研究、未充分考慮與建廠設計之間的匹配，所以經常出現自動化設備與實際環境不能較好銜接，運營過程中故障多、控制效果不好的問題。此外，國內選礦廠做自動化設計時，還存在控制程序設計不合理及檢測儀表選型不合理的問題，因此在實際應用中會出現控制系統不能發揮其設定功能，儀表檢測不準無法進行準確預測的問題。國內選礦自動化技術存在的設計不合理的問題是目前迫切需要解決的，因為它制約了自動化技術的應用效果。筆者認為要克服設計缺陷，不僅僅要從技術和理論上創新，還要做好實踐工作，只有與現場實際相貼合的設計才能更好的適應現場生產。

2.2 核心設備精度不高

對選礦自動化技術而言，傳感器是最關鍵的核心部分之一。選礦自動化技術應用過程中需要使用各種傳感器來進行信號的監測和采集，生產過程中自動化系統執行的各種指令也是依賴于傳感器反饋的信息，因此傳感器的精度會直接影響選礦自動化技術的反應速度。目前國內應用于選礦自動化技術的傳感器仍存在諸多問題，其中比較典型的問題包括性能不佳、精準度差、反饋信號偏差大、數據傳送可靠性差、質量偏低、安裝難度大等。此外，由于選礦廠本身的生產環境就比較惡劣，惡劣的生產環境會加速傳感器的損壞。正是因為傳感器存在上述缺陷，所以其在選礦廠里的實際應用效果不佳，進而影響了選礦自動化技術的使用效果。然而，選礦自動化技術的使用是高度依賴傳感器的，所以今后國內仍需要高度重視傳感器的研究與創新。值得指出的是，對于選礦自動化高度依賴的傳感器，未來不僅僅要通過設計改進來克服現有技術缺陷，更重要是要在現有技術的基礎上進行不斷創新，開發出性能更好、功能更多的新型傳感器，這樣才能夠進一步促進選礦自動化技術的進步。

2.3 維護成本高

選礦廠中的自動化技術投入使用后，還需要大量的人工對設備和系統進行維護和保養。因為選礦自動化技術任一環節發生故障，都有可能導致生產異常，影響選廠的產品指標和經濟效益。此外，如果控制系統的技術支撐不夠，大概率會發生系統故障，而且工況改變及作業人員的錯誤操作都可能造成自動化系統不能順暢運行。目前，雖然選礦自動化技術維護工作量較大，且非常重要，但是大部分選廠卻沒有在維護工作上引起足夠的重視。這主要是因為觀念意識上存在誤區，目前選廠普遍認為只要引進技術先進的自動化選礦設備就能夠達到很好的生產效果，而沒有意識到需要培養專業的技術人員進行操作和日常維護。并且，大部分選礦廠出于短期成本考慮，不愿意花費大量的時間精力去培養自動化方面的技術骨干。但是，需要指出的是，即使再先進的技術也需要工人懂得正確應用才能發揮作用，所以現有的選礦自動化技術雖然維護成本投入較高，但是從長遠角度來講各選廠還是需要重視維護，這樣自動化技術才能充分發揮其價值幫助企業提升生產效益。

3 選礦自動化技術的發展趨勢

雖然目前選礦自動化技術在實際應用中仍存在較多的問題，但是能夠看出國內選礦自動化技術一直在不斷進步，幫助選廠大幅提高了生產效益。因為選礦自動化技術本身與電子、計算機、物聯網及控制技術是緊密相關的，在電子、計算機、物聯網及控制技術不斷發展進步的背景下選礦自動化必然會迎來大的發展，更好的適應選礦廠的實際需要。下文將具體介紹未來選礦自動化技術發展的三大主要趨勢即：加強核心檢測設備的研發、加強自動控制理論及系統的研究、向智能化和網絡化方向發展。

3.1 加強核心檢測設備的研發

選礦自動化技術在實際應用中，主要依靠系列傳感器和控制系統作用。其中傳感器是自動化技術的核心檢測設備即傳感器的先進水平直接關系到選礦自動化技術的應用效果。目前選礦自動化技術使用的傳感器仍然存在精度差、性能不佳和安裝難度大的諸多缺陷。因此要提升選礦自動化技術的應用水平就必須加強核心檢測設備的研發，通過技術創新提高現有傳感器的性能。自動化技術中使用的傳感器的先進程度主要與電子技術的發展水平密切相關，所以加強核心檢測設備傳感器的研發，重點在于先進電子技術的研發與應用。典型的，新型高性能傳感器的研發過程中，可以充分使用高分辨率和低噪聲的半導體傳感器。此外，還可以積極的開發新型的載流礦石品位分析裝置，可以將相鄰元素和微量元素的測定做有效改進，進而有效提升分析裝置的使用性能。可以確定加強先進傳感器的研發將是未來選礦自動化技術發展的重要方向之一，高性能、多功能的新型傳感器是未來進一步提升自動化技術應用效果的基礎。

3.2 加強自動控制理論及系統的研究

選礦自動化系統可以準確的將作業現場傳感器或儀表測得的數據用無線的形式傳送到處理器，經過處理后反饋到選礦機械上，實現選礦機械的自動運行與控制。目前選礦自動化系統的開發是以互聯網應用程序為基礎的，在計算機和互聯網技術不斷進步的環境下，選礦自動化系統仍有很大發展空間，可以繼續進行優化和創新，進一步提高系統的準確性和便捷性，方便作業人員進行管理和操作。控制系統的進步離不開控制理論的突破，因此深入研究控制理論對選礦自動化技術的進步具有重要意義。從目前選礦自動化技術的發展趨勢來看，其將不僅僅停留于PID控制策略，必然會逐步開發比值、串級、均勻前饋、預測鼓勵等更加成熟復雜的多元控制系統。新型的控制系統可以實現單一變量自控系統的某些較為特殊的要求。先進的自動控制理論與操控系統，不僅能方便作業工人操控，還可以提高生產過程的穩定性，必然可以進一步改善自動化技術的應用效果，提高選廠的生產效率。自動控制理論和系統的研究也將是未來選礦自動化技術發展的重要方向之一。

3.3 向智能化和網絡化方向發展

隨著技術的進步，傳統的選礦工藝存在的能耗大、環境危害大和作業效率低的缺陷正在日益凸顯。目前國內大部分選礦廠已經進行了選礦工藝和設備的改造，并且通過將自動化技術和先進工藝及設備相結合，有效降低了生成過程的能耗和污染，大大提高了生產效益。然而現有的自動化技術智能化和網絡化程度低，很多時候還是需要作業人員參與判斷和操控，生產效率仍有提升空間。并且當前相關技術的進步也有利于選礦自動化技術朝智能化和網絡的方向發展。典型的，目前市場上已經開發出可以自行在網絡上傳輸數據的儀器，并且現有設備正朝著能夠減少連接成本和支持智能設備的高性能數字網絡與分布式測控的方向發展。并且儀器之間互為獨立，都能夠專注于各自的主要任務，能夠進一步提高程序的運行效率。此外，節點之間依靠網絡傳輸信息，可以實現相互關聯的目的。若其中某一個節點的計算機發生了故障，系統依舊能夠運行，這樣可以極大的提高系統的可靠性。然而值得指出的是，儀器要實現遠方測量與控制、集中數據收集和處理的功能，就需要具備優異的連通性能。

4 結論

在市場競爭日益激烈，節能降耗的任務日漸緊迫的礦業新形勢下，重視生產技術的創新，積極發展選礦自動化技術是選礦廠繼續保持良性發展的重要手段。本文主要從三個方面即：選礦自動化技術應用現狀、選礦自動化技術應用存在的問題、選礦自動化技術的發展趨勢，對國內選礦自動化技術進行了系統的論述。首先分別詳細介紹了國內選礦自動化技術在選礦廠內的破碎、磨礦分級和浮選三大主要生產工序中都有廣泛應用的現狀；然后指出了選礦自動化技術在選礦廠應用時存在的三大主要問題即：設計不合理、核心設備精度不高、維護成本高；最后根據選礦自動化技術的應用現狀和目前應用中存在的問題，指出了未來自動化技術的主要發展方向，即需要加強核心檢測設備的研發、加強自動控制理論及系統的研究、要向智能化和網絡化方向發展。雖然我國選礦自動化技術研究的起步稍晚，但是在國內廣大科研技術人員的努力下目前已經取得了較大發展，幫助選廠有效提高了生產效率，相信只要堅持繼續創新，選礦自動化技術定能日趨完善，進一步促進國內選礦企業的可持續發展，幫助我國實現礦產資源的高效利用。