選礦新工藝及自動(dòng)化控制技術(shù)研究

楊曉微

（艾法史密斯貿(mào)易（北京）有限公司，北京 100010）

引言

目前，我國在采礦技術(shù)方面，已摸索出一套屬于自己的工業(yè)化流程，尤其在選礦過程中的應(yīng)用，已經(jīng)相當(dāng)純熟。我國礦產(chǎn)資源的開采工藝和水平，已經(jīng)通過大量的潛精研思和不斷的深化改良，得到了有效提升。但是對(duì)我國礦產(chǎn)資源開采技術(shù)的研究卻未從止步。自動(dòng)化選礦技術(shù)的應(yīng)用主要是通過信息化檢測(cè)技術(shù)，發(fā)展選礦全過程的自動(dòng)化控制，減輕傳統(tǒng)選礦的成本負(fù)擔(dān)。而今，不勝枚舉的自動(dòng)化選礦新工藝和新設(shè)備正在逐步開發(fā)，并在不斷發(fā)展壯大中。雖然，自動(dòng)化選礦技術(shù)，仍處于開發(fā)階段，但是不可忽視它給我國礦產(chǎn)資源帶來的巨大的積極影響。

1 選礦新工藝及自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用的重要性

1.1 新工藝及自動(dòng)化控制技術(shù)符合生產(chǎn)需求

自動(dòng)化的控制技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展可實(shí)現(xiàn)人力能耗的降低、流程的簡化、提高產(chǎn)品合格率等。隨著選礦廠自動(dòng)控制技術(shù)的引入，一般會(huì)增加設(shè)備生產(chǎn)能力的10%～15%、能源消耗降低5%～40%、生產(chǎn)成本降低3%～5%、勞動(dòng)生產(chǎn)率提高25%～50%。因此，在選礦過程投入自動(dòng)化設(shè)備，是現(xiàn)代社會(huì)在選礦實(shí)踐生產(chǎn)中不可或缺的條件之一。

1.2 自動(dòng)控制技術(shù)，滿足現(xiàn)階段選礦過程要求

俗話說“士別三日，當(dāng)刮目相看”。自改革開放以來，選礦自動(dòng)化技術(shù)一直在穩(wěn)步的前進(jìn)中，并取得了日新月異的進(jìn)展。選礦自動(dòng)化技術(shù)是衡量選礦冶煉流程狀態(tài)的技術(shù)，在過往選礦工藝?yán)?，人們憑借自己的經(jīng)驗(yàn)，手動(dòng)選礦，不能精確無誤的把握生產(chǎn)，且欲速則不達(dá)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足業(yè)務(wù)需求。在實(shí)現(xiàn)選礦生產(chǎn)自動(dòng)化后，通過一些自動(dòng)化程度高的設(shè)備的使用，不僅可以實(shí)現(xiàn)降本增效，還可以減少原材料的損失，節(jié)省人工，既嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，又開源節(jié)流。

選礦過程自動(dòng)化，主要包括礦山的破碎、磨礦分級(jí)、選別、過濾濃縮脫水、尾礦輸送等生產(chǎn)過程的自動(dòng)化輸送控制，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)管理生產(chǎn)控制和調(diào)整，從而優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)工藝和回收率、精礦品位和產(chǎn)量，最終實(shí)現(xiàn)減少消耗并提高質(zhì)量。

1.2.1 礦山破碎的自動(dòng)控制

破碎機(jī)是制造工藝中的關(guān)鍵裝置，具有粒度均勻、能量小、產(chǎn)率好、粉碎比高等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過近幾年的完善與開發(fā)，破碎系統(tǒng)與裝備均取得了很大的提升。眾多廠商也對(duì)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行了優(yōu)化，在促進(jìn)效益達(dá)成最大化的同時(shí)，打造出高效、安全的生產(chǎn)體系，通過在破碎裝置上安裝自動(dòng)控制裝置和測(cè)量儀表，達(dá)成提高生產(chǎn)、控制運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和便于設(shè)備維護(hù)等宗旨。

破粹自動(dòng)化控制中有兩個(gè)優(yōu)化關(guān)鍵：優(yōu)化粗、中、細(xì)碎的負(fù)荷配置；優(yōu)化碎礦與磨礦之間的負(fù)荷配置，提供最佳的原料入磨。

1.2.2 磨礦分級(jí)的自動(dòng)控制

磨礦作業(yè)是選礦技術(shù)中不可或缺的關(guān)鍵要素，磨礦分級(jí)不僅是破碎的后續(xù)步驟，也是對(duì)選材前所有準(zhǔn)備工作的完美收官。它直接影響到后續(xù)的各項(xiàng)作業(yè)。因此，尋求高效的方法，釋放磨礦分級(jí)工作的全部能量，實(shí)現(xiàn)磨礦系統(tǒng)的自動(dòng)化控制是符合發(fā)展需求的必須舉措。

1.3 浮選過程的自動(dòng)控制

1.3.1 浮選自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)

在浮選過程中，加藥是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，隨著我們選礦企業(yè)系統(tǒng)化和工業(yè)化的快速發(fā)展，百尺竿頭更進(jìn)一步，加藥系統(tǒng)自動(dòng)化的質(zhì)量與技術(shù)愈發(fā)精益求精。浮選自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)是一種可遙控的精確計(jì)量裝置，可同時(shí)控制多種藥品，通過自動(dòng)控制程序，定時(shí)加藥，有用礦物的附著是直接影響浮選配料和加藥濃縮的指標(biāo)，自動(dòng)浮選控制過程針對(duì)人工的局限進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，發(fā)揮有利條件，回避因人工產(chǎn)生的不利缺陷。

1.3.2 浮選pH自動(dòng)控制

pH值是浮選作業(yè)中最重要的參數(shù)，pH值是否合理直接影響生產(chǎn)指標(biāo)。礦漿的pH值很難直接測(cè)量，礦漿與電極的粘附和氣泡在電極表面的粘附對(duì)測(cè)量精度有很大影響。礦漿pH測(cè)量一般需要輔助測(cè)量裝置，以保證pH電極在良好的條件下進(jìn)行測(cè)量。

1.3.3 浮選槽液位自動(dòng)控制

在浮選生產(chǎn)過程中，精確控制浮選槽內(nèi)液位，保持浮選槽內(nèi)礦漿液位穩(wěn)定，對(duì)提高浮選指標(biāo)起著重要作用，不僅效果更穩(wěn)定，而且有利于提高有用礦物的回收率和品位等浮選指標(biāo)。

2 選礦新工藝及自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展勢(shì)在必行

2.1 礦業(yè)新形勢(shì)下的必然趨勢(shì)

據(jù)有關(guān)資料顯示，盡管我國礦山豐富，資源儲(chǔ)量多，但是礦產(chǎn)資源卻較為貧乏，礦石品位不高，礦粒細(xì)，呈多組分共生，所以選礦難度加大，而且由于選礦設(shè)備老舊，選礦回收率低，一些礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)就在所難免。目前，我國有色金屬礦山綜合采收率僅為60%～70%，例如鐵礦，每年排放數(shù)億噸尾礦，平均含鐵量約為11%，造成大量金屬鐵尾礦損失。因此，提高自動(dòng)化水平，將自動(dòng)化控制技術(shù)與選礦新工藝相結(jié)合，能極大推動(dòng)“高效低能耗無污染”的生產(chǎn)模式，優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)工藝和回收率、精礦品位和產(chǎn)量，減少消耗，已成為大勢(shì)所趨。

2.2 全流程自動(dòng)化控制

近些年來，選礦自動(dòng)化的普及程度得到空前發(fā)展，雖然新老選礦廠都已基本實(shí)現(xiàn)選礦自動(dòng)化，但是實(shí)際實(shí)施的效果卻是參差不齊的。本著結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)可靠、操作方便的原則，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少異常生產(chǎn)狀況，減輕人力資源壓力，引入全流程自動(dòng)化控制，對(duì)全過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)、調(diào)整，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作極為必要。選礦全流程自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低損耗、加強(qiáng)對(duì)選礦廠現(xiàn)代化和科學(xué)化的管理，具有深遠(yuǎn)影響。

選礦全流程自動(dòng)化分為破碎、一段磨礦、二段磨礦、搖床、配藥、解析、原礦取樣等七個(gè)獨(dú)立工段。

碎礦自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了圓磨機(jī)自動(dòng)給礦，提高圓磨作業(yè)效率，皮帶機(jī)一鍵啟動(dòng)、停止和遠(yuǎn)程控制，自動(dòng)除鐵，礦倉料位測(cè)量，皮帶跑偏和打滑告警，設(shè)備實(shí)現(xiàn)電壓電流測(cè)量和過載告警，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

一段磨礦自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)恒量自動(dòng)供礦和供水，磨礦濃度測(cè)量，通過檢測(cè)棒磨機(jī)負(fù)載電流的最大值與最小值之差，得出棒磨做拋物線的寬度，實(shí)現(xiàn)“漲肚”與絞棒預(yù)先告警，絞盤通過檢測(cè)傳動(dòng)齒輪的振動(dòng)、波線溫度、電機(jī)功率等提前進(jìn)行語音警告。通過棒磨的自動(dòng)化，穩(wěn)定了磨礦粒度和濃度，為下一步選礦工藝、提高選礦穩(wěn)定性和選礦回收率提供了前提條件。

二段磨礦自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)注球，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼球在磨機(jī)內(nèi)的拋物線運(yùn)動(dòng)，球磨載荷測(cè)量，傳輸波溫度和振動(dòng)，空氣離合器氣壓報(bào)警和鏈條停止控制，泵池液位測(cè)量和旋流器壓力檢測(cè)和恒壓控制、堵塞檢測(cè)和語音告警。

搖床自動(dòng)化，自動(dòng)采礦機(jī)器人可以準(zhǔn)確找到搖床礦區(qū)的金礦邊界和尾礦邊界，根據(jù)礦區(qū)變化自動(dòng)跟蹤變化，確保了搖床的回收率，減少搖床工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

配藥自動(dòng)化、配藥桶與配藥箱液位自動(dòng)控制，定時(shí)自動(dòng)出水?dāng)嚢瑁詣?dòng)恒溫，液位自動(dòng)警告，防止溢藥、干藥現(xiàn)象的產(chǎn)生，確保精準(zhǔn)配藥，保證了藥劑的質(zhì)量、增強(qiáng)選別效果，減少浮選工、配藥工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

浮選與解析自動(dòng)化析，根據(jù)工藝的需求和浮選自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)浮選槽選別效果進(jìn)行定時(shí)監(jiān)控，幫助操作人員及時(shí)了解各個(gè)浮選槽的選別情況，實(shí)現(xiàn)解析自動(dòng)恒溫控制。

礦石自動(dòng)采樣與烘干機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了在棒磨給料機(jī)出口，定時(shí)自動(dòng)獲取原礦樣，并對(duì)原礦樣進(jìn)行自動(dòng)恒溫定時(shí)烘干，減少取樣人員的人工成本和操作壓力。

待全流程自動(dòng)化控制系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行后，仍需進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和工藝條件，不斷助力推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“數(shù)字礦山”。

2.3 自動(dòng)化技術(shù)的遠(yuǎn)程化發(fā)展

大部分選礦廠都位于相對(duì)偏遠(yuǎn)的地方，如果選礦設(shè)備發(fā)生了問題，沒有相關(guān)技術(shù)人員的幫助，就只有等著選礦設(shè)備廠家來派人進(jìn)行修復(fù)，而從設(shè)備出現(xiàn)問題到設(shè)備完成修復(fù)的時(shí)間里，對(duì)選礦企業(yè)會(huì)造成一連串無法估量的損失。若選礦設(shè)備制造廠家能夠?qū)υO(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，就可以對(duì)選礦廠里的相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)維護(hù)設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障，問題也能得到及時(shí)的處理和解決。雖然目前國內(nèi)的選礦自動(dòng)化仍有很多問題，但是從總體上看，我國的選礦自動(dòng)化程度有了很大的提高，近幾年來，我國的科技水平不斷得到提升，各選礦企業(yè)的競爭也愈發(fā)激烈，選礦自動(dòng)化朝著遠(yuǎn)程發(fā)展的方向不斷升級(jí)、優(yōu)化，隨著礦山管控一體化系統(tǒng)的應(yīng)用，數(shù)字化管理已成為必然。

2.4 選礦技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展關(guān)鍵是可持續(xù)發(fā)展

選礦技術(shù)如何改進(jìn)，一方面要考量最基本的選礦設(shè)備，同時(shí)還要選擇正確濃度的選礦試劑，再應(yīng)用具有高價(jià)值的選礦技術(shù)。

1）新型選礦設(shè)備研發(fā)。高效的技術(shù)離不開高效的設(shè)備，技術(shù)和設(shè)備應(yīng)當(dāng)共同創(chuàng)新、共同發(fā)展。

2）環(huán)保高效的浮選藥物制劑研發(fā)。傳統(tǒng)工藝的金屬礦產(chǎn)選礦技術(shù)對(duì)其他資源和周邊環(huán)境都造成巨大破壞和污染。對(duì)此，低污染藥劑的實(shí)際應(yīng)用不僅有著非常廣闊的前景，而且對(duì)周圍環(huán)境的污染也盡可能降到最低。

3 深耕選礦自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，助力綠色發(fā)展

3.1 選礦自動(dòng)化的問題與機(jī)遇

目前我國選礦自動(dòng)化在應(yīng)用方面仍存在較多問題，如選礦設(shè)計(jì)與實(shí)際設(shè)計(jì)不符，缺少估算；選礦廠自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)成本高，工作量大，缺少專業(yè)人員維護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，問題不能得到及時(shí)有效地解決，極易造成系統(tǒng)崩潰；自動(dòng)化選礦測(cè)量設(shè)備缺乏創(chuàng)新，核心設(shè)備研發(fā)尚未取得突破，一些重要參數(shù)仍然存在精密測(cè)量問題，設(shè)備使用壽命短；設(shè)備安裝后，選礦廠沒有準(zhǔn)備必須的固定裝置和配件，導(dǎo)致出現(xiàn)問題后無法修復(fù)，嚴(yán)重影響整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)程。所以企業(yè)需要不斷提高生產(chǎn)水平和自動(dòng)化創(chuàng)造力，實(shí)現(xiàn)礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 自動(dòng)化控制技術(shù)助力綠色發(fā)展

我國礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)和利用，使得開礦的復(fù)雜程度愈發(fā)加大，尤其“雙碳”改革的提出，老舊傳統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在選礦行業(yè)的發(fā)展，富礦少、貧礦多、選礦難度增加等問題亟待解決。

雖然在過去的幾年里，核電、風(fēng)電和太陽能等新能源產(chǎn)業(yè)的快速應(yīng)用，使我國能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多元化趨勢(shì)和可持續(xù)發(fā)展體系，但是礦業(yè)的行業(yè)主導(dǎo)地位依然穩(wěn)固，所以礦產(chǎn)資源的長期開發(fā)仍然需要得到大力支持。2020年以來，全國各行業(yè)都力求升級(jí)為“綠色產(chǎn)業(yè)”，提出減排為基本目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，采礦業(yè)作為碳排放的重點(diǎn)行業(yè)之一，也必須積極應(yīng)對(duì)，迎接挑戰(zhàn)。“十四五”規(guī)劃中提出綠色采礦已成為行業(yè)發(fā)展的首要要求，尤其在人工智能的應(yīng)用背景下，“綠色礦山”已形成一種新的發(fā)展模式和引領(lǐng)方向。

采礦業(yè)已有千年的歷史，面對(duì)不斷發(fā)展的新型科技，行業(yè)也需朝著智能化和綠色化轉(zhuǎn)型。從礦石中去除廢石的采礦過程，產(chǎn)生大量的沉淀物，如果可以提高分選效率，就能減少在采礦過程中采光、電力、水、化學(xué)物質(zhì)等的損耗，減少垃圾的產(chǎn)生，降低生產(chǎn)成本。礦石分選技術(shù)最開始是由人工尋找礦石，通過肉眼觀察礦物在產(chǎn)地中顏色、外觀等的不同進(jìn)行選擇。效率極低，人工成本又高，選錯(cuò)的幾率也頗高。隨著環(huán)境惡劣情況的加劇，金屬采礦難度居高不下，成本也居高不下，減少成本提高生產(chǎn)力即是壓力也是需求。

在節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標(biāo)下，向選礦設(shè)備自動(dòng)化轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、信息化、智能化發(fā)展，提高生產(chǎn)率和利用率，減少資源浪費(fèi)，是必然發(fā)展趨勢(shì)。尤其我國的可持續(xù)礦業(yè)的資源開發(fā)面臨嚴(yán)峻困難，傳統(tǒng)技術(shù)開發(fā)難以與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相匹配，隨著智能科技的創(chuàng)新發(fā)展，越來越多的企業(yè)參與、推進(jìn)智慧綠色礦業(yè)建設(shè)，推動(dòng)部署高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)平衡，布局優(yōu)質(zhì)礦業(yè)戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”和數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)。目前，我國正在重構(gòu)綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式和先進(jìn)的礦業(yè)健康發(fā)展體系，引領(lǐng)礦業(yè)變革成綠色環(huán)保新動(dòng)力。

4 結(jié)語

2022年作為“十四五”開局的第二年，必須堅(jiān)持“以科技創(chuàng)新帶動(dòng)全面創(chuàng)新”不動(dòng)搖，搭建科技創(chuàng)新平臺(tái)，構(gòu)建系統(tǒng)管理體系。當(dāng)前選礦技術(shù)的研究空間仍然巨大，在各技術(shù)方面融合發(fā)展的道路上，選礦技術(shù)人員和研究人員仍要不斷探索和創(chuàng)新，組建專門攻關(guān)的研究團(tuán)隊(duì)，聚焦疑難雜題，加強(qiáng)核心技術(shù)攻關(guān)，如，如何更好的解決磨礦分級(jí)效率低下等問題，追求“0”到“1”的突破，開創(chuàng)選礦業(yè)高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的新局面，為我國多金屬礦產(chǎn)選礦事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。堅(jiān)決遵守行業(yè)“智能、信息、綠色”的發(fā)展需求，各選礦廠要迎難而上，將智慧選礦作為終極戰(zhàn)略目標(biāo)，以無人化操控為核心，把過程數(shù)據(jù)和全流程自動(dòng)化控制相結(jié)合，以結(jié)果為導(dǎo)向，激發(fā)活力，全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字選礦、信息選礦、智能選礦的歷史轉(zhuǎn)變。實(shí)現(xiàn)選礦高質(zhì)量發(fā)展的同時(shí)，要注意完善環(huán)保領(lǐng)域的保護(hù)工作，時(shí)時(shí)刻刻對(duì)環(huán)保領(lǐng)域進(jìn)行督查，盡量避免對(duì)環(huán)境造成的各種污染，為我國的可持續(xù)發(fā)展做出努力，為實(shí)現(xiàn)選礦業(yè)的振興勇往直前。