铅锌矿品位在线检测系统设计.pdf

2 0 1 9 年第6 期有色金属 选矿部分 8 9 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 6 ．0 1 7 铅锌矿品位在线检测系统设计 刘谊兵1 ，郑康1 ，魏振园2 ，鲁恒润2 ，张 飒 1 ．兰州有色冶金设计研究院有限公司，兰州7 3 0 0 0 0 ； 2 ．中国矿业大学 北京 ，北京1 0 0 0 8 3 ； 3 ．贝恩讯谱光电科技有限公司．北京1 0 0 0 1 2 摘要针对锡铁山矿的特点开发了矿浆品位在线智能检测与控制系统。以贝恩光电能量色散x 射线荧光光谱分析仪 为核心的矿浆品位在线检测系统实现了6 路矿浆的分时自动检测，数据分析，存储及上传，实时优化品位检测的模型，能够消 除矿浆波动、现场环境因素等引起的测量误差。s 7 12 0 0 为核心的控制系统实现了检测控制系统中设备的自动运行、定时进 料、定时测量、定时排料和数据的存储，并能够实现测量结果的优化与上传。锡铁山铅锌矿生产线矿浆2 4h 连续试验表明检 测结果可以准确反映现场矿浆实时品位变化趋势，其准确性能够满足指导生产需求。 关键词铅锌矿；矿浆品位检测；P I 。c 中图分类号T D 9 2 8 ．9 文献标志码A文章编号16 7 1 9 4 9 2 2 0 l9 0 6 一0 0 8 9 一0 6 D e s i g no fO n l i n eD e t e c t i o nS y s t e mf o rG r a d eo fL e a d z i n cO r e L 儿，H 6 i ”9 1 ，Z H E N ；K “髓9 1 ，W E JZ J f 2 P ， y ““”2 ，L UH P ”g r “”2 ，Z H A N GS “3 01 ．L n n z h O uE n g t n e e r i n g ＆R es P n r c h1 ns f i t u t eO fN n j ’e r r o usM e t u l l H r g ≯c o ．，l 。t a ．， L n ”z o “7 3 0 0 0 0 ，C 矗 ”“； 2 ．C i 行“L 肠i 训P r s i f y J 厂M j ”i ，2 9 T P f ， J f J g y B P i j i 卵g ，B F i j j ”gj O 0 0 8 3 ，C i ”“； 3 ．B n i ”X i 行p “0 户￡o P f P f f ，．o 钾i 、T P ’，2 ”o Z o g y o ．，L f d ．，B P i J i 卵gj 0 0 0 j 2 ，C i 卵以 A b s t r a c t A c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fX i t i e s h a nm i n e ， a ni n t e l l i g e n to n l i n ed e t e c t i o na n d c o n t r o ls y s t e mf o ro r ep u l pg r a d ei sd e v e l o p e d ．W i t hB a i np h o t o e l e c t r i ce n e r g yd i s p e r s i v eXf l u o r e s c e n c e a n a l y z e ra st h ec o r eo fp u l pg r a d eo n l i n ed e t e c t i o ns y s t e m ，w h i c hh a sr e a l i z e dt h e6p u l pa u t o m a t i ct i m e s h a r i n gd e t e c t i o n ，d a t aa n a l y s i s ，s t o r a g ea n du p l o a d i n g ，t h em o d e lo fr e a l t i m eo p t i m i z a t i o ng r a d ed e t e c t i o n c a ne l i m i n a t ep u l pf l u c t u a t i o na n dt h em e a s u r i n ge r r o rc a u s e db yt h ee n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ，e t c ．T h ec o n t r o I s y s t e mw i t hS 7 一1 2 0 0a st h ec o r er e a l i z e st h ea u t o m a t i co p e r a t i o n ， t i m i n gf e e d i n g ，t i m i n gm e a s u r e m e n t ， t i m i n gd i s c h a r g ea n dd a t as t o r a g e o ft h ee q u i p m e n ti nt h ed e t e c t i o nc o n t r o ls y s t e m ，a sw e l la st h e o p t i m i z a t i o na n du p p r o d u c t i o nl i n eo fX o a d i n go ft h em e a s u r c m e n tr e s u I t s ． t i e s h a nl e a d z i n cm i n es h o w st h a tt h e T h e2 4 一h o u rc o n t i n u o u st e s to fs l u r r yi nt h e t e s tr e s u l t sc a na c c u r a t e l yr e f l e c tt h er e a l t i m e g r a d ec h a n g et r e n do ft h es l u r r yo ns i t e ，a n di t sa c c u r a c yc a nm e e tt h eg u i d i n gp r o d u c t i o nd e m a n d K e yw O r d s l e a d z i n cm i n e ；s l u r r yg r a d ed e t e c t i o n ；P I 。C 在矿物浮选生产过程中，原矿、精矿品位等选矿 工艺操作参数指标数据是在实时不断发生变化，这 也带来了生产过程中工艺系统运行的不稳定性进而 导致最终精矿指标的波动，如何能及时更新调整最 优化操作参数，规避生产中工艺系统控制后滞性风 险，从而稳定提高浮选最终工艺指标．开发一种矿浆 品位在线检测系统是具有重要的意义。目前，T 业 现场的检测方法多为化学实验室分析法和人工经验 法、H 。化学分析法由于其操作环节复杂，实时性差。 人工经验法对于操作人员的依赖性强，不同的工人 给出的品位值可能会出现较大的差异旧⋯。 近年来，国内外信息技术领域专业技术人员已 近进行了大量有关矿浆品位在线检测的研究，主要 采用双能伽马射线吸收法、波长色散X 射线荧光分 收稿日期2 0 1 9 一0 3 一0 8修回日期2 0 l9l o1 1 作者简介刘谊兵 1 9 6 9 一 ，男。E 海人，高级T 程师，从事有色、黑色金属、非金属矿物T 程设计、技术咨询及相关领域的科技研发工作。 万方数据 9 0 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 析法和能量色散X 射线荧光光谱分析。其中，双能 伽马射线吸收法需要用到放射源，且辐射较大，易产 生放射性污染。目前，较成熟的矿浆品位X 射线光 谱分析设备采用的主要是 u t o t e c 公司的技术方 案，我国关于这方面的研究主要有北京矿冶研究总 院的B X A 系统和马鞍山研究院的W D P F 系统，上 述方案单独使用波长色散X 射线分析法或波长与能 量色散结合的X 射线荧光光谱分析法，该方法测量 的元素范围广泛、稳定性好、分辨率低、准确性好，但 体积大且对环境要求高，还需要配备大型冷却设备， 结构复杂导致维护成本较高。能量色散X 射线荧光 光谱分析法，设备体积小、分析速度快，是目前最受 关注的矿浆品位检测方法[ 3 J 。但由于工业现场矿浆 浓度变化对较大且为流动态，其物理形态与基体不 稳定是矿浆品位在线检测的重要影响因素0 1 ‘5 ‘。国 内一些学者针对这一问题进行了研究。北京矿冶研 究总院采用经验系数法，根据矿浆浓度变化分段建 立工作曲线，以减小基体变化对检测结果的影响[ 6 j 。 成都理工大学团队通过研究铁矿浆沉淀过程，提出 ．I 鬃磊拳精矿浆 矿浆系统 I 。I 铅精矿精矿浆 删球尔现 I 、锌精矿矿浆 0i j 尾矿矿浆 矿浆分配 蛩 ／ 器 ＼． 1．．．．．．．．．一 了一种矿浆沉淀稳定条件下的E D X R F 矿浆品位在 线检测法[ 7 ‘8 ] 。但要想实现矿浆品位的在线检测，除 了需要合适的检测仪器，还需要一个完善的矿浆采 样、输送、返回系统，才能保证检测的顺利进行。 基于上述原因，本文设计了能量色散X 射线荧 光法铅锌矿矿浆在线品位检测系统。系统设计包括 检测系统工艺设计、监控系统设计、数据通讯系统设 计，并在锡铁山选矿厂进行了调试运行。 1 测量装置与工艺系统 1 ．1E D X R F 矿浆在线测量装置 系统采用贝恩讯谱能量色散X 荧光光谱仪为光 谱采集设备构建矿浆品位在线检测系统。其X 射线 管采用M o 靶，最大功率5 0W ；采用S i P i n 探测器，铍 窗厚度2 5 ．4 肛m 。在E D X R F 检测时，选取Z n 的K 。 线为分析线。对于P b 元素，由于原矿样中含F e 较 高，F e 在P b 的1 吨线处存在明显的合峰且不易分析。 综合考虑所有矿样的元素组分特点，选取P b 的L a 线 为分析线。矿浆在线检测系统框架如图1 所示。 ⋯。。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。。⋯- E D x R F 光谱仪 I 图1矿浆在线检测系统结构示意图 F i g ．1 S t r u c t u r ed i a g r a mo fo r e p u l po n l i n ed e t e c t i o ns y s t e m 1 ．2 工艺系统设计谱分析仪进行不同矿浆品位的检测，测量后的矿浆 系统工艺流程如图2 所示，根据使用方的要求，和多余的矿浆分类返回生产系统。 X R F 矿浆在线分析仪器需要分析原矿矿浆、铅精矿对于金属平衡计算或过程控制的取样样品，无 矿浆、铅尾矿矿浆、锌精矿矿浆、硫精矿矿浆和尾矿用的部分需要返回工艺流程。返回系统采用泵送方 矿浆的品位。原矿矿浆取自矿浆预处理器的溢流出式，根据选矿厂的要求，各路矿样在返回工艺流程时 口与浮选机入料口之间，铅精矿矿浆和锌精矿分别分别返回到各自的来处，多余的矿浆经过预留的缓冲 取自各自的精选之后的矿浆管路中；铅尾矿取自铅池，然后通过泵送打回原系统。因此需要考虑以下几 扫选的尾矿矿浆管路上；硫精矿取自锌硫分离粗选个问题1 由于铅、锌的密度大，矿浆留到缓冲池中可 和锌硫分离扫选之间的管道上；尾矿取自铅精选与能会发生沉淀，为了防止矿浆沉淀的过快，在缓冲池 锌精选的尾矿管路上。矿浆自流进入荧光分析室的底部增加了机械搅拌装置，减缓颗粒的沉降；2 在泵 二次分配器中，二次实现矿浆的分类分时送人X 能的选择时，适量增加泵的扬程和容量，防止返回管路 万方数据 2 0 1 9 年第6 期刘谊兵等铅锌矿品位在线检测系统设计 9 1 可能造成矿浆倒流至取样器或检测设备，造成金属 平衡计算或过程控制所需的样品被污染，最终检测 结果也是不正确的；3 设计5 个1 ．2m 泵池 渣浆泵 过程流一．◆ 一次取样- - 一◆ 二次取样，I ． 日取样目 标定取样 令 吸入口距池底约3 0 0m m ，池底做V 字形斜坡，角 度在3 0 。～4 5 。。 自流 ●●●●● 一次取样7 0 ．1 2 0I J ，m i n 2 控制系统 图2 矿浆在线检测系统工艺图 F i g ．2D i a g r a mo fo r e p u l po n l i n ed e t e c t i o ns y s t e m 为了更好的完成矿浆品位的检测，本文开发了 基于西门子S 7 1 2 0 0 P L C 和力控组态软件控制系统， 实现了检测控制系统中设备的自动运行、定时进料、 定时测量、定时排料和数据的存储，并能够实现测量 结果的优化与上传。 2 ．1 硬件设计 控制系统配置如图3 所示，采用C P U l 2 1 4 作为 整个控制系统的控制器，扩展两块1 6 人1 6 出数字 量模块，1 块1 6 出的数字量模块，1 块4 输入的模拟 量模块，1 块R S 2 3 2 模块和1 块P r o f i b u s D P 模块。 控制系统采用R S 2 3 2 通讯方式与能量色散型X 荧 光光谱仪进行数据的传输，采用P r o f i b u s D P 主从的 通讯方式实现测量数据与全场控制系统通讯，就地 监控主机采用1 2 1 4 本身的以太网接口进行通讯。 2 ．2 软件设计 1 监控画面 监控画面系统采用力控组态软件开发，系统具 有以下功能开机后进入矿浆在线监控系统开机画 面；然后进行登录操作如界面 提示输入用户名和登 录密码 ；用户配置操作界面，可以进行密码和用户 名的配置；界面关机确认画面；模式选择界面，模式 选择画面后可以选择进入自动模式运行界面；报警 界面、报表界面和矿池界面。图4 为监控系统的监 控主画面。 万方数据 9 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 图3 控制系统硬件配置 F i g ．3 H a r d w a r ec o n f i g u r a t i o no fc o n t r 0 1s y s t e m 图4 监控主画面 F i g ．4M a i nm o n i t o r i n gs c r e e n 2 自动控制流程 系统采用循环分时测量的方法分别测量六路矿 浆，一路矿浆测量完成，切换到下一路矿浆测量，直 到六路矿浆都测量完成，再从第一路矿浆开始测量。 六路矿浆测量完整测量一次需要1 5m i n 。图5 为每 一路矿浆测量的原理，为了避免不同回路矿浆的污 染，测量开始先用清水冲洗测量管路3 0s ，冲洗完成 后自动打开矿浆给料阀，1 0s 后向X 荧光分析仪发 启动测量信号，收到信号后开始测量，5 0s 后测量结 束，复位相应的阀门，进入下一路管路矿浆的测量。 万方数据 2 0 1 9 年第6 期刘谊兵等铅锌矿品位在线检测系统设计 9 3 图5 单循环自动流程 F i g ．5S i n 9 1 ec y c l ea u t o m a t i cf l o w 3现场矿浆品位在线检测 图6 为矿浆品位在线检测值与实验室化验结果 的比较，X R F 表示E D X R F 能量色散型X 射线荧 光 在线检测品位日平均值，I ．A B 表示实验室分析 品位日平均值。铅精矿平均绝对误差为o ．6 ％，锌精 矿平均绝对误差为1 ．1 ％，原矿中P b 平均绝对误差 为o ．6 3 ％，原矿中S n 的平均绝对误差为o ．8 1 ％。 检测结果表明仪器检测结果可以准确反映现场矿浆 实时品位变化趋势。并与矿山实验室离线检测结果 对比可以证明，其准确性基本可以满足指导生产 需求。 4结论 论文针对锡铁山矿的特点开发了X 射线能谱分 析系统的智能检测与控制系统，该系统能够自动实 现6 路矿浆的分时自动检测，数据分析，存储及上 传，实时优化品位检测的模型，能够消除矿浆波动、 现场环境因素等引起的测量误差。 万方数据 a 铅精矿 图6 矿浆品位在线检测值与实验室化验结果的比较 F I i g 6 C o m p a r i s o no fo n l i n et e s tr e s u l t so fp u l pg r a d ew i t hl a b o r a t o r yt e s tr e s u l t s 参考文献 [ 1 ] H A A V I S T 0 ，K A A R T I N E NJ ，H Y T Y N I E M IH ． p t i c aJs p e c t r u mb a s e dm e a s u r e m e n to ff I o t a t i o ns I u r r v c o n t e n t s[ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f M i n e r a l P r o c e s s i n g ，2 0 0 8 ，8 8 3 4 8 0 一8 8 ． [ 2 ] K H A J E H Z A D E HN ，H A A V I S T 0 ，K R E S A A RI 。． n s t r e a ma n dq u a n t i t a t i v em i n e r a li d e n t i f i c a t i o no ft a i l i n g s l u r r i e su s i n gI ．I B st e c h n i q u e [ J ] ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ， 2 0 1 6 ，9 8 1 0 卜1 0 9 ． [ 3 ] 曾云南．现代选矿过程在线品位分析仪的研究进展[ J ] ．有 色设备，2 0 0 8 5 1 2 一l5 ． [ 4 ] 曾云南．现代选矿过程在线品位分析仪的研究进展 续 [ J ] ． 有色设备，2 0 0 8 6 2 6 2 9 ． [ 5 ] 赵建军，曾荣杰．载流X 荧光品位分析仪的研究与应用 现状[ C ] ／／2 0 0 9 年全国复杂难处理矿石选矿技术学术会 议太原，2 0 0 9 ． [ 6 ] 李杰，赵建军，于代林．Ⅸ x A 型载流x 荧光分析仪本底校 正技术的研究与实现[ J ] ．中国矿业，2 0 1 6 ，2 5 增刊1 4 7 6 4 7 9 ． [ 7 ] 李哲，庹先国，成毅，等．基于E D x R F 的钛铁品位在线分 析系统及应用研究[ J ] ．原子能科学技术，2 0 1 3 ，4 7 3 5 0 8 5 1 2 ． [ 8 ] 朱琦．铁矿石品位在线检测生产系统的研究和应用[ J ] ． 丁、l k 计萤，2 0 1 0 ，2 0 5 ．2 5 2 8 帅踮∞巧加3∞鲐如 万方数据