集散控制系统在云南金鼎锌业硫化矿选矿厂的应用-sup-①-_sup-_和智聪.pdf

集散控制系统在云南金鼎锌业硫化矿选矿厂的应用 ① 和智聪１, 筒鹤松１, 李 红２, 张建文２, 颜 娜２ （１．云南金鼎锌业有限公司，云南 怒江 ６７３２００； ２．长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 ４１００１２） 摘 要 针对云南金鼎锌业硫化矿选矿厂工艺流程特点，为该厂设计了集散控制系统（ＤＣＳ）。 ＤＣＳ 系统投产应用后，云南金鼎锌业 实现了生产监控集成化和管理精细化，产生了良好的经济效益与社会效益。 关键词 集散控制系统； 选矿； 铅锌浮选； 硫化矿 中图分类号 ＴＤ９２８文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１７．０６．０１６ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１７）０６－００６３－０３ Ａppｌｉcａtｉｏｎ ｏf Ｄｉstｒｉｂｕtｅｄ Ｃｏｎtｒｏｌ Ｓｙstｅm ｉｎ Ｓｕｌfｉｄｅ Ｏｒｅ Ｄｒｅssｉｎｇ Pｌａｎt ｏf Ｙｕｎｎａｎ Ｊｉｎｄｉｎｇ Ｚｉｎc Ｃｏmpａｎｙ ＨＥ Ｚｈｉ⁃ｃｏｎｇ１， ＲＵＩ Ｈｅ⁃ｓｏｎｇ１， ＬＩ Ｈｏｎｇ２， ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ⁃ｗｅｎ２， ＹＡＮ Ｎａ２ （１．Ｙｕｎｎａｎ Ｊｉｎｄｉｎｇ Ｚｉｎｃ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｎｕｊｉａｎｇ ６７３２００， Ｙｕｎｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１２， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂstｒａct Ａｄａｐｔｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｎ⁃ｓｉｔｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ， ａ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ（ＤＣＳ） ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｓｕｌｆｉｄｅ ｏｒｅ ｄｒｅｓｓｉｎｇ ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｙｕｎｎａｎ Ｊｉｎｄｉｎｇ Ｚｉｎｃ Ｃｏ Ｌｔｄ． Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＣＳ， ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｔ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｃｔｕａｌｉｚｅｄ， ｍａｋｉｎｇ ｉｔ ｒａｐｉｄｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎｔｏ ａ ｄｏｍｅｓｔｉｃａｌｌｙ ａｄｖａｎｃｅｄ ｍｏｄｅｒｎ ｍｉｎｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ． Ｋｅｙ wｏｒｄs ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ （ＤＣＳ）； ｍｉｎｅｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ； ｌｅａｄ⁃ｚｉｎｃ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ； ｓｕｌｆｉｄｅ ｏｒｅ 云南金鼎锌业有限公司成立于 ２００３ 年 ７ 月底，是 一家集采、选、冶一条龙生产的现代化铅锌矿山企业。 公司所属的兰坪铅锌矿是我国目前探明储量最大的铅 锌矿床，铅锌金属储量 １ ４８７ 万吨，保有金属储量近 ８００ 万吨。 目前已形成年采矿能力 １９０ 万吨，选矿日 处理量 ６ ８００ ｔ，年生产电锌 １２ 万吨、硫酸 ６ 万吨的生 产规模［１］。 云南金鼎锌业有限公司 ３ ０００ ｔ／ ｄ 硫化矿选矿厂 集散控制系统（ＤＣＳ） ［２－４］由湖南易控自动化工程技术 有限公司负责工程总承包，实现对选矿厂生产全过程 的自动化控制。 云南金鼎锌业有限公司硫化矿 ＤＣＳ 系统网络架构分为监控层、控制层和现场设备层三层。 ＤＣＳ 系统工艺测控［５］包括破碎筛分、磨矿分级、高效 优先浮选、药剂制备及添加、浓缩脱水、水系统（包括 生产水和厂前回水）等工段及公辅部分，在选矿厂设 有中央控制室（简称中控室）。 通过 ＤＣＳ 系统实现工 艺仪器仪表过程测控，电气及关键设备的运行状态监 控、远程控制和联锁保护，选矿厂工业实时数据与厂级 局域网客户端的交互等功能［６］。 １ 工艺流程概述 云南金鼎锌业有限公司 ３ ０００ ｔ／ ｄ 硫化矿选矿厂工 艺流程为根据供矿粒度－１ ０００ ｍｍ 和运输方式，确定 采用一段开路破碎，将矿石破碎到２６５～０ ｍｍ，破碎后的 矿石给入半自磨机，硫化矿磨矿细度为－０．０７４ ｍｍ 粒级 占 ８０％。 硫化矿采用单系列 ＳＡＢＣ 磨矿系统，该系统由 半自磨机、顽石破碎机和一段球磨机组成。 半自磨采用 双质体直线振动筛分级设备，球磨机与水力旋流器构成 闭路分级。 半自磨机产品自流经双质体直线振动筛分 级，筛下合格产品粒度－０．０７４ ｍｍ 粒级占 ２８％，自流进 入球磨泵池，筛上产品由皮带输送机转运至顽石破碎室 的顽石缓冲仓，仓下经可逆拖料胶带机排料至圆锥破碎 机进入细碎作业，排出产品送回半自磨机，以此形成半 自磨机的闭路磨矿；圆锥破碎机出现事故时，可逆拖料 胶带机还可将顽石直接卸至胶带机送回半自磨机，球磨 泵池的矿浆由渣浆泵泵送至水力旋流器分级，底流自流 ①收稿日期 ２０１７－０６－１４ 作者简介 和智聪（１９６９－），男，云南兰坪人，工程师，长期从事选矿生产技术管理工作。 第 ３７ 卷第 ６ 期 ２０１７ 年 １２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭIＮIＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡLLＵRＧIＣＡL ＥＮＧIＮＥＥRIＮＧ Ｖｏｌ．３７ №６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１７ ChaoXing 给入球磨机，球磨产品排入球磨泵池，以此形成球磨机 的闭路磨矿；水力旋流器溢流产品粒度为－０．０７４ ｍｍ 粒 级占 ８０％，作为球磨合格产品进入铅粗选搅拌槽。 浮选 采用先铅（一粗三精三扫）、后锌（一粗三精三扫）的优 先浮选流程。 硫化铅精矿脱水采用 １ 台 Ф１６ ｍ 浓密 机和 ２ 台 ＸＭＺＧ８０／１２５０ 厢式自动隔膜压滤机；硫化锌 精矿脱水采用 １ 台 Ф３８ ｍ 浓密机和 ３ 台 ＨＴＧ３０／５ 型 ３０ ｍ２陶瓷过滤机。 ２ ＤＣＳ 系统设计 ２.１ 系统网络架构 针对云南金鼎锌业有限公司 ３ ０００ ｔ／ ｄ 硫化矿选 矿厂工艺流程特点，ＤＣＳ 系统设计采用监控层、控制层 和现场设备层 ３ 层架构，采用两种系统网络，其中监控 层采用工业以太网、控制层采用现场总线结构网，ＤＣＳ 系统网络架构见图 １。 图 １ ＤＣS 系统网络架构 监控层由监控站、交换机和通讯介质组成，交换机 之间采用光纤连接，它们组成了监控层的骨干网。 监 控层设置工程师站和操作员站，操作员站赋予了操作 人员控制、监视系统的权力，同时也承担着与其他分站 交换信息的任务。 工程师站赋予了工程技术人员控制、 监视系统的权力，同时也承担着组织该系统的控制层和 设备层网络、编写控制程序、管理系统设备的任务。 控制层为主控自动化系统，是整个控制系统的核 心部分，上通过工业以太网连接监控层，下通过现场总 线网连接各 Ｉ／ Ｏ 站、智能仪表、成套设备等从站。 设备层主要指各车间现场的电气设备、仪器仪表 （检测仪表、变送器、传感器、执行机构等）以及各成套 设备 Ｉ／ Ｏ 接口。 本 ＤＣＳ 系统在厂区设置一个中央控制室和碎矿 车间操作室。 中央控制室设置工程师站、各工段（除 碎矿）操作员站以及全厂工业视频监视站，碎矿车间 操作室设置碎矿流程操作员站和碎矿车间视频监控 站，通过光纤与中央控制室相连。 ２.２ 控制系统 云南金鼎锌业有限公司 ３ ０００ ｔ／ ｄ 硫化矿 ＤＣＳ 系 ４６矿 冶 工 程第 ３７ 卷 ChaoXing 统工艺测控流程内容主要由破碎筛分安全联锁系统、 磨矿分级智能优化系统、高效优先浮选优化控制系统、 药剂制备智能加药系统、浓缩脱水控制系统、三水平衡 控制系统等部分组成。 ２．２．１ 破碎筛分安全联锁系统 碎矿与磨矿是选矿厂选矿准备作业中最关键的两 个工序，碎磨成本约占选矿厂总成本的 ３０％～５０％，因此 降低破碎和磨矿能耗是提高选矿厂经济效益和降低成 本的有效途径。 原有破碎工艺流程长、设备多、靠传统的 人工操作方法，无法获得理想的经济技术指标，难以满足 选矿过程高效、节能、环保等各方面日益增长的需求。 破碎筛分安全联锁系统由成套控制机柜、以太网 交换机、计算机等电子元器件以及电子皮带秤、矿仓雷 达料位计、半自磨电耳、半自磨功率变送器、电磁流量 计、气动调节阀、自动加球机等仪器仪表设备组成。 该 系统可实现对矿仓料位的检测与报警、破碎机工作状 态的监控及保护、半自磨机工作状态的监控及保护、带 式输送机跑偏打滑状态监视及报警、金属探测及报警、 除尘设备状态监控等等，此外还可进行破碎筛分设备 启停顺序控制及各工段的单独顺序控制，某个工段设 备故障而联锁停机不会影响另外工段的设备运行，并 且 ＤＣＳ 系统通过现场总线实现了对智能设备的远程 监视和联锁控制。 ２．２．２ 磨矿分级智能优化系统 磨矿作业是整个选矿厂生产工艺流程中最关键的 环节，它起着承上启下的作用，磨矿作业在选矿厂的基 建投资和生产费用（主要是电耗和钢耗）中占有很大 的比例。 同时磨矿作业也是整个选矿厂的“瓶颈”作 业，直接关系到选矿生产的处理能力、磨矿产品质量指 标，对后续浮选作业的指标乃至整个选矿厂的经济技 术指标都有很大的影响。 磨矿分级智能优化系统由成套控制机柜、以太网 交换机、计算机等电子元器件以及电子皮带秤、矿浆池 超声波液位计、球磨机电耳、球磨机功率变送器、电磁 流量计、超声波浓度计、气动调节阀、在线粒度分析仪、 自动加球机等仪表设备组成。 通过对磨矿分级过程智 能控制实现磨机负荷的检测与控制、磨矿浓度的检测 与控制及自动加球控制，水力旋流器入口矿浆压力、矿 浆浓度、溢流粒度等的检测与控制，泵池液位检测与控 制等功能，进而实现整个磨矿分级系统的智能优化，达 到最佳运行状态。 ２．２．３ 高效优先浮选优化控制系统 影响浮选过程的工艺因素包括矿石性质、浮选时 间、给料细度、矿浆浓度、药剂制度、矿浆 ｐＨ 值、充气 量、温度、水质条件等。 为保证浮选过程获得较好的精 矿指标，必须保证磨矿细度、矿浆 ｐＨ 值、矿浆浓度和 准确给药。 在保证关键因素满足条件下，同时控制好 浮选机的液位、浮选时间、充气量、水质、温度等因素， 从而确保最终精矿产品满足技术经济指标要求。 高效优先浮选优化控制系统由成套控制机柜、以 太网交换机、计算机等电子元器件以及计量超声波料 位计、气体流量计、气动执行机构等仪器仪表设备组 成。 通过优化控制系统可实现浮选矿浆浓度、矿浆 ｐＨ 值、浮选槽液位等检测与控制，浮选机充气流量、温度、 压力等的检测与控制，对浮选作业的搅拌槽、浮选机、 刮板电机等进行运行状态检测和启停联锁控制。 ２．２．４ 药剂制备智能加药系统 合理的药剂制度对稳定铅锌浮选工艺产品质量起 到关键作用，在浮选生产过程中精确地计量和控制浮 选药剂的添加量非常必要。 药剂制备智能添加系统由 成套控制机柜、计算机等电子元器件以及液位开关、浮 球阀、药剂恒压箱、加药电磁阀等仪表设备组成。 通过 该智能加药系统可实现药剂制备与液位控制、药剂的 精确智能添加。 加药系统通过对浮选流程矿量、浓度、 品位等参数进行分析计算，实现对铅锌浮选药剂添加 系统进行优化控制。 本系统根据工艺要求，对硫酸锌、 硫酸铜、乙黄药、丁黄药、松醇油、乙硫氮、碳酸钠等 ７ 种药剂设置了 ７ 个药剂恒压箱、３２ 个药剂添加点，实 现了浮选药剂的智能添加和浮选过程的生产稳定。 ２．２．５ 浓缩脱水控制系统 ＤＣＳ 系统对浓缩脱水控制相对简单。 对脱水系统 的检测控制内容包括将浓缩过滤设备自动控制系统采 用现场总线接入 ＤＣＳ 系统，对硫化铅精矿浓密机底流 渣浆泵变频控制与启停联锁，硫化铅精矿浓密机底流 搅拌槽液位检测与控制，硫化铅、硫化锌精矿浓密机底 流流量和浓度检测与控制等。 ２．２．６ 三水平衡控制系统 三水平衡控制系统主要实现金鼎锌业硫化矿选矿 厂工艺流程的生产新水、环水、静压回水的流量、压力 检测与用水平衡，实现对用水的有效监控与管理。 三 水平衡控制系统包括碎磨工段总新水管和总环水管流 量、压力检测，铅浮选工段总新水管和总环水管流量、 压力检测，锌浮选工段总新水管和总环水管流量、压力 检测，环水池液位检测与循环水泵的控制，高位水池水 位视频监控等。 ３ 结 语 ＤＣＳ 系统在云南金鼎锌业有限公司 ３ ０００ ｔ／ ｄ 硫 化矿选矿厂投入使用 ３ 年来，实现了对选矿生产全过程 （下转第 ７０ 页） ５６第 ６ 期和智聪等 集散控制系统在云南金鼎锌业硫化矿选矿厂的应用 ChaoXing 表 ７ 中矿单独再磨再选试验结果 流程产品名称产率／ ％铜品位／ ％回收率／ ％ 精矿 １２．２１９．９２８５．９３ 直接浮选精矿 ２０．３４．２４２．４９ 混合精矿２．５１８．０４８８．４２ 精矿 １１．６２４．２１７５．９５ 先磁后浮精矿 ２０．７７．８０１０．７１ 混合精矿２．３１９．２２８６．６６ ３ 结 语 １） 广东某含钨铜硫矿中可供选矿回收的主要组 分是铜和硫。 铜矿物主要为黄铜矿，硫矿物（黄铁矿 和磁黄铁矿）含量较多，钨矿物主要为白钨矿，仅有少 量黑钨矿。 黄铜矿不均匀嵌布，粒度变化大。 磨矿细 度为－０．０７４ ｍｍ 粒级占 ７５％时，铜矿物单体加上富连 生体达到 ９０％以上。 ２） 采用先磁后浮流程，原矿磨至－０．０７４ ｍｍ 粒级 占 ７５％，进行弱磁选，所得磁性精矿硫品位 ３７．１０％、硫 回收率 ３８．１１％、铁品位 ５６．６４％；弱磁尾矿以 Ｚ⁃２００ 作 捕收剂，石灰、腐殖酸钠和六偏磷酸钠作抑制剂，经一 粗二扫三精得到产率 ２．４３％、铜品位 １８．８１％、铜回收 率 ８８．３８％的合格铜精矿；选铜尾矿经 ＣｕＳＯ４活化后， 以丁基黄药作捕收剂，经一粗一扫一精可得产率 ２４．５５％、 硫品位 ４２．３５％、硫回收率 ５３．０４％、总硫回收率 ９１．４４％ 的合格硫精矿。 ３） 该矿石铜矿物粒度嵌布不均，可采用阶磨阶选 流程，先用开路流程获得合格铜精矿，再将中矿集中再 磨再选，可获得不同品质的铜精矿；也可将再磨后的中 矿先进行粗选，然后将粗精矿返回原矿粗选流程合并 处理。 参考文献 ［１］ 王鹏程，陈志勇，曹志明，等． 氧化铜矿石的选矿技术现状与展望［Ｊ］． 金属矿山， ２０１６（５）１０６－１０８． ［２］ 周 平，唐金龙，施俊法，等． 铜资源现状与发展态势分析［Ｊ］． 岩 石矿物学杂志， ２０１２，３１（５）７５０－７５６． ［３］ 黄万抚，王群迎． 某难选铜硫矿石选矿试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５（６）５４－５６． ［４］ 张文翰，李志春． 某高硫铜锌多金属矿综合回收试验研究［Ｊ］． 矿 冶工程， ２０１５（１）６４－６７． ［５］ 郭玉武，陈昌才，魏党生，等． 四川某伴生铜铅锌硫铁矿综合回收 选矿试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５（３）５８－６２． ［６］ 贾振宏，胡凤英． 低品位铜矿资源开发利用状况和选矿工艺技术 综述［Ｊ］． 有色矿冶， ２０１４（２）２２－２４． ［７］ 翁存建，马鹏飞，王鹏程，等． 我国铜硫矿选矿技术研究进展［Ｊ］． 有色金属科学与工程， ２０１４，５（５）１１７－１２２． ［８］ 陈 强，黎国进，黄火根． 大宝山矿铜选厂磁黄铁矿型铜矿石选矿 试验［Ｊ］． 南方金属， ２００３（２）１７－１９． ［９］ 吴熙群，李成必，何国勇，等． 提高铜硫矿石铜选矿指标的有效途 径［Ｊ］． 有色金属（选矿部分）， ２００５（１）１－５． 引用本文 李辉跃． 广东某铜硫矿铜硫综合回收选矿流程试验研究［Ｊ］． 矿冶工程, ２０１７,３７６６６－７０． （上接第 ６５ 页） 的自动化控制，在选矿厂的生产管理中发挥着积极与 重要作用。 通过可靠的仪表检测控制，电气与关键设 备的运行状态监控、远程控制和联锁保护等功能，不仅 大大降低了劳动强度和人工成本，而且对稳定精矿指 标、流程参数及设备运行状态发挥着关键作用，同时为 企业管理和技术人员提供了稳定可靠的工业数据以指 导选矿生产。 ＤＣＳ 系统生产数据远程显示与控制，使 厂级领导实时掌握选矿厂日常生产状态，从而及时下 达生产指令。 用于金鼎锌业的 ＤＣＳ 系统具有运行稳 定可靠、性价比高、维护简便、技术先进、投资成本低、 适应性强等优点，为云南金鼎锌业带来巨大的经济效 益和社会效益。 通过应用 ＤＣＳ 控制系统，金鼎锌业实 现了生产监控集成化和管理精细化，迅速发展成为一 家具有国内先进水平的现代化矿山企业，为企业数字 化矿山建设奠定了坚实的基础。 参考文献 ［１］ 杨绍刚，许江淳，薛晓军． 金鼎锌业公司一选厂 ＰＬＣ 自动加药控 制系统设计［Ｊ］． 云南大学学报（自然科学版）， ２００９，３１（Ｓ２） １７５－１７７． ［２］ 仓冰南，王俊鹏，李云庆，等． 采用 ＤＣＳ 和 ＦＣＳ 相结合的自动化系 统在黄金选矿厂中的应用［Ｊ］． 山东工业技术， ２０１４（２３）５８－６０． ［３］ 胡志平． ＤＣＳ 系统在选矿厂的应用［Ｊ］． 湖南有色金属， ２００３，１９ （２）５２－５４． ［４］ 蒋鲲鹏． 分散控制系统（ＤＣＳ）在选矿厂中的应用［Ｊ］． 冶金自动 化， ２０１１（Ｓ２）６－８． ［５］ 唐雅婧． ＤＣＳ 控制系统在 １３ ０００ ｔ／ ｄ 选矿厂的应用［Ｊ］． 冶金自动 化， ２０１３（Ｓ２）１７－２０． ［６］ 郭振宇，刘继明，欧阳希子，等． 基于和利时 ＬＫ 系列 ＰＬＣ 的选矿 ＤＣＳ 系统搭建［Ｊ］． 有色金属（选矿部分）， ２０１５（５）７７－８１． 引用本文 和智聪,筒鹤松,李 红,等． 集散控制系统在云南金鼎锌业 硫化矿选矿厂的应用［Ｊ］． 矿冶工程, ２０１７,３７６６３－６５． ０７矿 冶 工 程第 ３７ 卷 ChaoXing