沙特铜锌矿选矿厂自动控制策略.pdf

d o i 1 0 ．3 9 6 蛳．i s s n ．2 0 9 5 - 1 7 4 42 0 1 2 ．0 20 0 7 沙特铜锌矿选矿厂自动控制策略 圜马波，米建国 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要结合矿山所处的自然厦社会环境．介绍沙特A L M A S A N E 铜锌矿选矿厂碎磨、选别．脱水、 氰化等主要工艺的自动控制策略。 关键词控制策略。P L C ；视频监控 中图分类号T D 9 2 8 ．9 文献标识码A文章编号2 0 9 5 - 1 7 4 4 2 0 1 2 0 2 0 0 5 3 - 0 3 沙特A LM A S A N E 铜锌矿位于沙特阿拉伯王国， 年处理7 0 万t 矿石，主要产品为铜精矿、锌精矿及台 质金 金、银 。由于项目所处的社会及自然环境特殊， 对自动控制提出了很高的要求，而进行先进自动控制的 条件却不具备，因此在制定自动控制策略的时候势必需 要做出取合，本文结合环境和工艺要求，详细介绍选矿 厂的自动控制策略。 1 选矿厂的自然环境及社会环境 A LM A S A N E 选矿厂位于沙特阿拉伯王国西南崎岖 的半山区地带，北纬1 8 。0 n 东经4 3 45 1 ’，海拔约l6 2 0 m 。 该地区年降雨量大约1 0 2m m ，但是年平均32 5 0m m 蒸 发量使这个地区成为极端干旱的地区，植被稀少，气候 炎热，光照极强，常年温度在0 - - 5 0 ℃。 沙特阿拉伯王国拥有现代化的公路、港1 1 1 ，航空， 但是工业结构单一、基础薄弱，原因是地广人稀但经济 发展迅速．劳动力严重缺乏。近年来，沙特政府正致力 于改变严重依赖原油出口的单一经济结构，建设一个多 样化的综合性的现代化工业体系，积极开发本国的矿产 资源，当地人对中国较为认可，国内企业在沙特矿产资 源开发利用中有很多机会。 2 工艺流程介绍 选矿厂处理量为2k t ／d 。处理量不大但是流程复杂 主要工艺流程包括碎磨作业，选别作业 图I ．铜粗精 矿再磨作业、浓缩脱水作业，氰化浸出作业，贵金属回 收及冶炼作业。 碎磨作业采用一段粗碎一半自磨一顽石破碎一球 磨，选别作业包括滑石浮选选铜一选锌。由于原矿滑 石含量的不稳定性，当原矿滑石含量极少甚至没有时， 矿浆可直接进入选铜作业，否则预先浮选脱除滑石，浮 选滑石的尾矿进行铜浮选。铜粗精矿再磨由再磨机与旋 流器构成闭路磨矿，铜粗选的精矿经磨矿后进入铜精选。 图lA L M A S A N E 选矿厂浮选2 段 收稿日期2 0 1 1 - 1 1 - 2 5 作者简介马波 1 9 8 3 一 ．男，山东淄博人．助理工程师．主 要从事有色金属选冶自动化仪表等方面的研究。 有色金属工程2 0 1 2 年第2 期5 3万方数据 I 者五瓦程NONFERROUSMETALSE N G I N E E R I N G 选别作业最终产品分别为滑石、铜精矿、锌精矿和锌尾 矿。滑石矿采用压滤机脱水后贮存，铜精矿采用高效浓 缩一压滤两段脱水，锌精矿采用浓缩机浓缩脱水后进入 氰化浸出，锌尾矿直接进入氰化浸出。 氰化浸出流程包括锌尾矿氰化和锌精矿氰化。锌尾 矿氰化，将锌浮选尾矿过滤、调浆、氰化、洗涤，洗涤 后的贵液送往贵金属回收及冶炼车间回收金银，经带式 过滤机过滤后的尾渣送往尾矿堆场。锌精矿氰化，将锌 浮选精矿调浆、氰化、洗涤，洗涤后的贵液送往贵金属 回收及冶炼回收金银，过滤后的锌精矿送往锌精矿仓。 贵金属回收及冶炼采用锌粉置换工艺，贵液经过净化过 滤、脱氧，加入锌粉泵入压滤机进行置换，得到金泥。 滤液进入贫液池，然后返回氰化工段继续使用。采用全 湿法处理金泥回收金银，在感应电炉中冶炼，最终产品 为金银合金。 3 控制策略 3 ．1 控制系统的总体目标 选矿厂地处偏远山区，能源运输的成本大。沙特工 业基础薄弱，生产所需的大量材料需要进口，生产成本 高，且劳动力不足，非常依赖外来劳动力，人力成本高。 同时，恶劣的自然环境对于正常的生产影响也较大。 如果自动控制系统采取复杂、先进的控制策略，系 统维护的工作量大并对维护人员的要求非常高，而由于 社会及自然环境所限，选矿厂的人力物力均不足以满足 要求。因此，生产过程自动化控制的总体目标是稳定工 艺生产过程，提高破碎机、磨机等主要工艺设备的台时 处理量和利用率，减轻劳动强度，减少人员成本，降低 能源和材料消耗。 3 ．2 控制策略 1 工艺流程顺序启停控制。控制系统按照功能将整 个生产流程化分为若干流程，对每个子流程，系统按工 艺设备的启停顺序进行控制。整个工艺流程的启停控制 只需要几步操作即可完成，大大降低了操作的工作量， 缩短了整个工艺流程的启停时间。 2 粗碎及顽石破碎。粗碎工段及顽石破碎工段的控 制重点是设备的控制及保护。粗碎和顽石破碎工段设置 了顺序启停控制，控制破碎机、皮带输送机及给矿机等 设备的运行和连锁。破碎流程采用了一台颚式破碎机和 一台圆锥破碎机。在控制室实时显示设备温度，电机电 流，润滑系统温度、压力等运行状况，及时发现并解决 可能出现的问题。圆锥破碎机自带控制系统进行润滑系 统与主电机连锁并且可以根据矿石性质自动调整排矿口 大小。 3 半自磨恒定给矿及给矿浓度控制。半自磨恒定 给矿的目的是稳定磨机给矿量，保证磨机的处理量p l 。 在半自磨给矿皮带上设置电子皮带秤计量半自磨机给矿 量，并通过控制中板给矿机的给矿频率实现恒定给矿。 设置磨机前给水流量控制回路，根据半自磨机给矿量比 例给水，调节半自磨机内矿浆浓度。 4 磨矿及旋流器给矿系统控制策略。磨矿系统设置 了磨机给水流量控制、旋流器给矿浓度控制、旋流器给 矿压力控制、泵池液位控制等回路。对旋流器入口和溢 流的流量和浓度进行检测，同时对磨矿的处理量进行考 核。其中，旋流器给矿压力和浓度控制是磨矿系统的重 点，在正常情况下需要稳定旋流器给矿压力，但由于生 产过程中存在许多干扰因素以及磨矿泵池体积有限，为 避免泵池液位过高溢出或者过低导致渣浆泵出现气蚀事 故，需要调节渣浆泵的转速，这将必然影响旋流器给矿 压力的稳定，因此控制策略需要兼顾二者。因为现场环 境较差，而选矿厂工作制度是3 5 0d ／a ，控制策略以稳定 工艺生产过程为首要目标，设计时采取了以控制泵池液 位为主的方案。 5 磨机保护。在碎磨流程中，半自磨机与球磨机是 核心设备，保护磨机正常运行是保证生产稳定的必要条 件。因此，本工程在磨机轴承，电机定子绕组线圈上分 别安装多支热电阻，在润滑系统中设置液位、压力和流 量检测仪表，在控制室内实时监测磨机的运行状况，当 磨机的温度、润滑系统的压力、流量等信号出现异常时 进行报警，通知操作人员及时进行处理。 6 在渣浆泵出口和入口设气动开关阀。根据顺序启 停程序及连锁关系自动控制泵的启停和阀门开闭。启动 时，按照开入口阀一启泵一开出口阀的顺序；停泵时， 按照关出口阀停泵一关入口阀的顺序。 7 浮选工艺切换。在滑石浮选工段和铜浮选工段前 各设置一个气动开关阀，进行滑石浮选与铜浮选的切换。 8 浮选作业控制策略。将浮选作业按照功能分为滑 石浮选、铜浮选、锌浮选等几个工段，每个工段按程序 顺序启停所有的电机。在浮选流程过程检测控制方面， 设置了浮选槽液位控制、加药量定量给药控制、药剂制 备连锁控制、矿浆p H 值控制。 9 浓缩过滤设备。浓缩过滤设备包括浓密机、压滤 机和带式过滤机。浓密机控制系统实现自动升耙、降耙 和旋转，旋转和提耙同时通过压力和电流控制，如果压 力开关出现问题转为电流控制，以保证系统的可靠性。 压滤机控制系统根据入口压力和逻辑关系自动控制压滤 机给矿、压榨，清洗、反吹等步骤，但由于无法检测滤 板上物料滤板的四个密封面有无夹料和夹渣，进料口是 否堵塞，所以进料过程无法实现全自动控制，需要人工 干预压滤机的启停。带式过滤机自身具备完善的保护装 置，通过检测滤饼厚度调节带式过滤机的运行速度，带 式过滤机主电机与真空泵以及给矿泵之问连锁控制。 1 0 氰化浸出。浮选的尾矿和锌浮选精矿通过氰化 浸出产出含贵金属的贵液，然后送贵金属冶炼车间进行 提炼。影响氰化浸出作业效果的因素主要有调浆浓度、 5 4 工程设计E n g i n e e r i n gD e s i g n万方数据 矿浆溶氧含量、矿浆p H 值。因此在氰化浸出作业中设 置了调浆浓度控制，氰化钠溶液流量控制，压缩空气流 量控制．矿浆p H 值控制，矿浆溶氧含量检测、在线氟 离子含量检测l 上及氰化钠制备控制。 1I 水源供水系统。水源供水系统包括3 口水井． 二级泵站以及高位水池。根据水井及水池液位连锁控制 潜水泵及加压泵。在供水系统设置流量检测，计量水井 抽水量以及全厂的用水量。 1 2 水处理系统。水处理系统有给水处理系统、生 产废水处理系统，生活污水处理系统。水处理系统通过 水池液位和管道的压力连锁控制水泵及控制阀的开停。 1 3 视频监控系统。因为现场环境恶劣，本工程设 置了视频监控系统，操作员不需要奔波于现场，在控制 室中就可以实时、直观地监视重点区域的现场情况，提 早发现并解决生产过程中出现的问题。重点监视区域包 括破碎机，原矿堆场．皮带转运处，磨机，浮选机泡沫槽、 药剂制备区域、浓密机，精矿矿仓、压滤机、带式过滤机、 氰化槽．黄金冶炼车间、氰化钠制各车间、金库。其中 由于氰化钠有剧毒．因此在氰化钠仓库和制备车问设置 全方位的视频监控系统，保证氰化钠制备过程的安全。 4 自动控制系统结构 为实现控制系统的目标以及具体的控制策略，要求 自动控制系统具有很高的可靠性和稳定性，不能因为控 制系统出现故障而影响生产过程，因此采用西门子冗余 P L C 系统。通过冗余控制器，冗余电源、冗余网络来保 证系统稳定运行。 自动控制系统采用了常用的。3 2 ”网络结构 图2 ， 即3 层设备、2 层网络。3 层设备包括执行层 传感器， 分析仪、调节阀，电动机等 ，控制层 控制器 、管理 层 操作员站和工程师站 。2 层网络为控制网 冗余 P R O F I B U S ．D P 、监控网 以太网环网 。为保证网络通 讯的可靠性，距离较远的设备之间采用光缆连接。 主要工艺设备均设置独立的西门子P L C 系统进行 控制，为减少维护的工作量以及保证系统的兼容性。所 有工艺设备自带P L C 系统均与主控系统保持一致，根 据复杂程度不同采用s 7 3 0 0 系统或者s 7 2 0 0 的系统。 因为数据量较小，工艺设备自带控制系统没有采用冗余 系统．而是作为子系统通过Y - L I N K 连接到主控系统冗 余P R o F I B U S D P 网络。 图2 选矿厂自动控制系统 5 视频监控系统 视频监控系统主要由前端摄像机、信号传输介质、 图像处理设备、控制设备、显示系统等组成。 前端摄像机采用一体式定点摄像机和带云台的球形 摄像机，摄像机均采用彩转黑可变焦摄像机。信号传输 介质主要采用同轴电缆．距离较长时采用光缆传输。图 像处理及存储设备采用嵌入式硬盘录像机。控制设备为 与硬盘录像机配套的专用视频控制键盘，操作人员通过 控制键盘可方便地控制摄像头的位置、焦距。控制键盘 与硬盘录像机及摄像头之间通过R S - 4 8 5 通讯。在主控 室设置了一套D L P 大屏幕显示系统，D L P 大屏幕系统 的投影墙由2 4 块5 0 英寸的显示单元拼接而成．可在 屏幕上任意组合、分割、跨屏漫游显示视频信号及计算 机信号 图3 。 11 _ _ _ ．o - o - 图3 选矿厂视频监控室 6 结论 本工程自动控制系统特点是稳定．全面，针对工艺 流程中的重点内容设置了必要的检测或控制装置，在试 车过程中基本实现了总体目标，同时降低了操作人员的 劳动强度，提高了生产效率。由于沙特对放射性同位素 的管理极其苛刻，射线浓度计放射源至今未能获得使用 许可，致使与之相关的功能无法实现．在做同类工程时 应予以重视。 参考文献 【l 】孙云东，杨金艳国内选矿自动化技术应用及进展棚．黄金。 2 0 1 0 ．3 l 4 3 5 - 3 8 【2 】李瑾，姜浩刚，衣成玉焦家金矿6 0 0 0 t ／d 新选厂建设 实践[ 刀．中国矿山工程，2 0 1 0 ，3 9 【4 3 3 3 6 ． 【3 】王庆凯．夏平，尚海洋．等冗余控制系统在尼古拉选矿 厂的应用明，有色金属 选矿部分 ，2 0 0 8 2 4 6 4 8 有色金属工程2 0 1 2 年第2 期 5 5万方数据