矿山企业浮选全自动加药系统实施研究

矿山企业浮选全自动加药系统实施研究

聂玉虎

五矿矿业控股有限公司  安徽合肥  230000

摘要：全自动加药系统不再需要人工定期检测药剂量及通过手动阀门调整药剂量，可以降低职工劳动强度，提高工作效率[1]；同时浮选药剂均为碱性药剂，对人体有一定的伤害，减少在碱性环境暴露时间有利于职工身体健康，降低职业病出现的风险。使用全自动加药系统之后，可以实现精准加药，避免因人工检测误差而造成的药剂浪费，降低生产成本。

关键词：全自动加药系统；浮选；精准加药；生产成本；

一、选题背景及研究意义

（一）选题背景

智慧矿山建设是五矿矿业发展战略的重要组成部分，五矿矿业以安徽开发矿业为智慧矿山建设的试点，打造以“安全、绿色、高效、互联、协同、智能”为特征的示范性智慧矿山建设。智慧矿山建设的主要意义在于进一步实现企业精细化管理、优化劳动效率、降低生产成本、改善作业环境[2]、增强本质安全度，提高企业竞争力，为五矿矿业打造冶金矿山国家队和未来高质量发展奠定坚实基础。当前智能选厂建设内容主要集中在感知和控制层级，其目的在于进一步提高选厂自动化水平，以实现全面的生产工艺和设备状态感知、提高作业效率和操作精准度、降低职工劳动强度，为下一步实现少人选厂、透明选厂、智能管理与决策打下牢固的基础。

安徽开发矿业选矿车间浮选工艺环节现有30台浮选机，分2个系作业，是镜铁矿工艺流程中非常重要的一个环节。浮选是指采用能产生大量气泡的表面活性剂-起泡剂，浮选时使用各种药剂来调节浮选物料和浮选介质的物理化学特性，以扩大浮选物料间的疏水-亲水性(即可浮性)差别[3]，提高浮选效率，鉴于浮选工艺的特点，药剂添加是浮选工艺的重要环节。

（二）研究意义

选矿车间浮选过程需要添加4种药剂，分别是石灰、氢氧化钠、淀粉、捕收剂。浮选分南系和北系，共16个加药点。加药方式为高处恒压重力自流装置加药，添加方式为持续添加，加药量检测靠人工掐表计算，加药量调节靠人工调节手动阀门开度。此种加药方式存在很多弊端：①加药点多，手动阀门多，导致工人检测加药量工作量大，药剂量调整麻烦，费时费力；②因手法差异，不同工人检测的药剂量存在一定的误差，且同一人每次检测的药剂量也存在误差，这就造成药剂添加的不确定性，不利于浮选工艺系统的精准控制，从而影响镜铁矿指标控制，同时也会造成药剂的浪费，增加生产成本；③浮选药剂量统计全靠人工填写记录本，不利于数据收集和保存，不能对浮选工艺系统研究提供大数据支持。所以，浮选工艺系统精准加药是浮选工艺系统迫切需要解决的问题。在AI智能时代，我们需要与时俱进，利用先进技术解放劳动力、优化生产，提高我们的生产技术水平，同时提高我们职工的幸福指数。

二、项目方案设计

（一）浮选工艺条件分析

浮选车间现使用恒压自流来调节整个系统的捕收剂、石灰、氢氧化钠、淀粉四种药剂，南北两系共计18个加药点，但是当环水硬度较高的时候，需要额外添加Na2CO3。

影响因素：矿浆浓度、粒度、泡沫厚度；主要调节精矿品位，保持在65%及以上。

当采用3对1生产时，矿浆流量330-340m³/h，浓度46%。

当采用2对1生产时，矿浆流量300-310m³/h，浓度40-45%。

加药量统计：

已有统计浮选单系列各个加药点最大加药量：

表1 浮选单系列加药量统计表（单位：ml/min）

加药设备选型技术要求：

1.该设备需满足具有四路进药管道，18路出药管道，各路管路需满足各加药点加药量。

2.各加药点加药量易于调节,满足500-15000ml/min加药量程，加药量准确，易于校准。

3.该设备需满足20米扬程,耐碱腐蚀，安装方便，易于维护。

4.自动化程度高，易扩展，可接入选矿自动化系统。

阀门控制自流加药方案所存在的问题：

1.完全靠人工进行阀门开度的调节，误差较大，且需要频繁标定，

人工工作量较大。

2.全人工统计药剂用量，无法及时生成统计报表。

3.自流管道容易堵塞，导致维护量较大。

4.跑冒滴露现象严重，影响现场环境，导致车间药剂气味较大，对

操作人员的健康有一定的影响。

5.药剂泵故障率高，一旦出现问题，导致药剂添加不及时，影响生

产。

（二）方案设计

本方案拟采用VLB（容积式）数控给药系统。该系统主要由主机（执行机构）、数控柜（控制）和动力模组（动力输出）组成；选用带有反冲洗功能的VLB加药系统，该加药系统为模块化组合，安装简单，药剂箱和加药系统分离全密闭式药剂输送，设备运行过程无味、无跑冒滴漏现象，操作简单维护方便，无需标定。该系统能有效解决选矿车间浮选加药系统所存在的各项问题。

图1 加药系统机柜

工作原理：主机是整套数控给药系统的执行机构，它负责药剂输送，主机各支路的核心部件“Driver box”，中文名“驱动罐”，可以想象是由2片类似“飞碟”的零件口对口合在一起，飞碟底部分别连接药剂管和水管，中间夹着1张膜片，2片“飞碟”合成的驱动罐，上半部分“飞碟”为药剂腔，下半部分飞碟为“水腔”，2个腔体分别承装药剂和水并被中间的膜片隔离；水腔内能产生正、负压，使中间的膜片往复运动，将药剂腔内吸满药剂后推出，一吸一推完成一个加药动作，通过控制水腔内的正负压变化频率即可控制药剂的输出流量。驱动罐的容积决定了每次输出流量的大小和单位时间内输出流量的范围，比如，当一个容积为500ml的驱动罐每分钟10次加药动作，则单位时间内的流量就是5000ml/min，当更换10ml容积的驱动罐，他每分钟的药剂输出流量区间就是10~100ml/min。

图2 驱动罐示意图

设备操作时根据实际加药需求，在触摸屏上直接输入加药量，如果加药量大于5000ml/min，则加药机会根据需求自动开启第二路支管增大单点加药量。

图3 可视化控制

由于Na2CO3在异常情况下添加，石灰存在沉积快现象，为节省设备投资及考虑可行性，本方案不考虑此两种药剂添加，保留原设计加药系统。从设备技术参数上看，VLB数控给药系统可以输出18路，每路最大输出量为5000ml/min，对比上述浮选单系列加药量统计表，本方案最终选择2台VLB（容积式）数控给药系统并列运行，分别对浮选2个系列进行全自动加药。

（三）设备安装及原理

1、工作原理

加药主机单支路核心部分是一台驱动罐，每条支路由电控阀，动力水输入、输出管路，动力水腔、驱动膜片，药剂腔，药剂输入、输出管路和逆止阀组成。数控柜通过PLC控制每条支路电控阀在单位时间内开关频率来控制支路的药剂输出流量。该主机所有支路驱动罐动力由1台恒压水动力模组提供，加药主机结构简洁，易维护。

2、技术特点

（1）药剂高位输送，可以直接输送到高位，不需要药剂泵提升药剂，不怕输送管道弯曲、进空气。

（2）加药系统具有自吸功能，安装灵活、简便，可直接从储药槽吸药，不需要恒定液位的加药箱。

（3）该加药系统驱动罐容积固定，加药量精确度高，不受液位及粘度变化影响，调试完毕后终身免标定。

（4）加药系统与药剂接触部件均为UPVC防腐材质，全密闭式结构，抗腐蚀性能高，杜绝跑冒滴漏现象。

（5）该加药系统具备反冲洗功能，消除管道内壁的结晶，防止管道堵塞。

（6）该加药系统结构简单、易损件少，后期维护成本低；模块化组合，安装方便，无需地基。

3、设备配置

该加药系统主要由数控柜、主机、动力水模组、格栅过滤药剂箱、循环水箱及附件构成。

（1）数控柜，输出控制点数有36个，可同时对2台主机各药剂点进行药剂量实时监控和对易损件监控，对检修进行记录，可生产各种报表，具备历史记录查询功能，在操作上简单实用，并配备标准profibus通信接口，可方便地与目前的自动化系统衔接。

（2）主机内安装耐高压驱动罐，电控阀，全直流数控总成。耐高压驱动罐泵体及隔膜采用耐高压耐腐蚀材质，可以满足浮选药剂的需要。1台主机共计18个药剂输出点，6种药剂吸入口，单点输出5000ml/min。

（3）动力水模组为高压驱动罐提供恒定压力。

（4）格栅过滤药剂箱，由格栅网、药剂过滤器、药剂箱体组成，可以防止杂物堵塞。

（5）循环水箱为动力水模组提供循环水。

图4 VLB数控给药系统示意图

三、项目可行性研究

（一）加药量核计

选矿车间浮选工艺系统单系列需要添加4种药剂，本方案所采用的VLB（容积式）给药系统可以同时吸纳6种药剂，满足现场需求；浮选工艺系统单系列最大药剂量添加情况为：粗选捕收剂15000ml、精选捕收剂10000ml、扫选捕收剂5000ml、粗选氢氧化钠20000ml、粗选淀粉12000ml、精选淀粉10000ml、扫选淀粉10000ml，VLB（容积式）给药系统1个驱动罐可以输送5000ml药剂，以5000ml为一个支路计算，需要17条支路，而1台VLB（容积式）给药系统配备18条支路，满足现场单系列加药需求，选择2台，分别对浮选2个系列进行全自动加药。

（二）设备技术可靠性

1、本次设计方案中所选设备，技术成熟，经过市场考验多年，实践效果良好，能实现药剂精准添加，目前市场上宝钢梅山矿业、紫金矿业、内蒙矿业等10多家企业都采用了VLB（容积式）给药系统。

2、该设备结构简洁，便于维护，直接执行PLC输出的开关指令（无需变频器、冲程调节器等），控制简单，没有机械传动部件，故障少、维护运行费用低，驱动罐制成后容积固定，泵数计量法准确度高，不受液位及粘度变化影响，可以通过含颗粒液体，不容易堵塞。

四、项目实施效益分析

（一）浮选精准控制

采用VLB（容积式）数控给药系统，避免了因不同人的手法差异、加药点多而造成的加药量检测的误差，实现药剂精准添加，提高浮选工艺系统控制的精确性，优化镜铁矿生产指标，实现提质增效。

（二）降低药剂单耗

药剂精准添加，可以避免因药剂量检测误差而造成的药剂浪费，起到降低药剂单耗的作用，降低生产成本，预计全年能降低药剂用量3%。

（三）降低职工劳动强度，提高工作效率

改造完成后，岗位人员不再需要定时通过现场掐表和手动开关阀门来计算调整流量，可以直接通过触摸屏观察药剂流量，并对药剂进行精确调整，降低职工劳动强度，提高工作效率。

（四）技术支撑

不再需要通过人工记录的方式统计数据，数据统计方便可靠，可以长期保存，为浮选工艺系统精准控制提供数据支持，为浮选工艺优化研究提供大数据支撑。

五、结论及建议

浮选工艺系统全自动加药是发展的必然趋势，契合五矿矿业智慧化矿山建设的先进理念。本次全自动加药系统设计方案实用可靠，技术成熟，有利于浮选工艺系统的精准控制，能优化浮选工艺指标，且经济效益可观。

浮选工艺全自动加药系统是实现浮选系统自动化控制的基础，该系统稳定运行后，可以进一步探索研究浮选自动化，通过相应的泡沫层图像分析技术及可靠的设备仪表，监控浮选机矿浆浓度、流量、粒度等工艺参数[4]，计算并自动调节加药量，实现浮选工艺系统全自动化控制，目前部分铁矿厂已实现浮选全自动化控制，这也是未来浮选工艺系统控制的发展方向。

参考文献

[1]郭伟华.动滑轮在综采支架运输过程中的应用[J].硅谷,2014.

[2]罗英涛.中国电解铝技术创新模式研究[D].长沙：中南大学,2007.

[3]李顺喜.白云鄂博氧化矿反浮选新工艺试验研究及应用[D].包头：内蒙古科技大学，2017.

[4]许志安等.提高铜炉渣选矿回收率的研究[J].中国有色冶金,2015.