基于负载动态平衡过程控制在湿法冶金中的应用

方 文，徐 宁，谢典顺，高 健

(1.北京矿冶研究总院 矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室，北京100160；2.山东黄金矿业（莱州）有限公司精炼厂，山东 莱州 261441)

基于负载动态平衡过程控制在湿法冶金中的应用

方 文1，徐 宁1，谢典顺2，高 健2

(1.北京矿冶研究总院 矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室，北京100160；2.山东黄金矿业（莱州）有限公司精炼厂，山东 莱州 261441)

在湿法冶金工业生产中，针对洗涤-锌粉置换生产过程存在的生产问题，本文设计并应用了基于负载动态平衡过程控制，该自动控制系统投入使用后，在稳定生产、提高效率、保护设备、降低劳动强度等方面取得了良好的效果。

湿法冶金；洗涤；锌粉置换；自动控制；负载平衡

1 前 言

随着湿法冶金工业的发展，生产过程趋于大型化、集中化和连续化。为达到提高产品质量、降低成本、降低能耗、减轻污染的目的，除不断改进现行工艺、引进新设备、优化生产过程外，自动控制技术在湿法冶金生产中起到的作用愈加显著。自动控制技术根据有色金属湿法冶金工艺过程测量和控制的需求，将智能仪表、计算机、自动控制等高新技术用于生产过程，辅助工艺生产达到较高水平，有利于企业节能降耗、提升生产效率、提高产品质量、改善工作环境和降低工作强度[1-3]。

本文的研究对象是黄金精炼厂氰化生产工艺流程中的洗涤-锌粉置换过程，针对该工艺生产的特点和需求，设计并应用了基于负载动态平衡过程控制，在稳定生产、提高效率、保护设备、降低劳动强度等方面取得了良好的效果。

2 工艺简介

2.1 工艺流程

传统的氰化法提金工艺主要包括浸出、洗涤、置换三个工序。矿石经氰化浸出后，产出由含金溶液和尾矿组成的矿浆，通过浓密使含金溶液与固体尾矿分离。浓密洗涤采用浓密机对浸出矿浆进行洗涤，在浸出矿浆或待洗矿浆进入浓密机的同时，用脱金贫液作为洗水进行冲稀洗涤，经过浓缩后的矿浆随浓密机底流排走（或排到下一级浓密机再次洗涤），上部清液中的已溶金随溢流进入下一工序而被回收（或作为上一级的洗涤水），本文流程是以三台浓密机组成的三级逆流洗涤流程。

锌粉置换是一种从含金贵液中置换金的方法，由贵液净化、脱氧和置换过滤三个作业组成。经过洗涤流程的含金贵液中含有一定数量的悬浮物，为避免影响置换效果和金泥质量，锌粉置换前经过两次净化过程将其除去，净化后的贵液通过射流真空系统进行脱氧，脱氧后的贵液进入锌粉置换压滤机完成最终置换和金泥过滤，脱金贫液返回浓密洗涤流程后再次作为洗涤水进行使用。贵液的净化、脱氧和置换三部分在生产过程中需要连续进行，避免中间间断[4][5]。

2.2 生产问题

在该洗涤-锌粉置换生产过程中，洗涤水使用过程是一个贫液和贵液转换的负载循环过程，如图1所示。

图1 洗涤-锌粉置换过程负载循环图

影响洗涤-锌粉置换生产过程中水量负载循环的主要因素有：

（1）氰化浸出流程进入洗涤浓密机的矿浆量。

（2）硫精矿压滤滤液进入洗涤浓密机的水量。

（3）进入硫精矿压滤流程的三洗浓密机底流排矿量。

（4）流入该生产过程的雨水量。

由于以上因素的影响，生产过程的循环水量是动态变化的，造成生产上的主要问题有：

（1）各个泵池的水量调配不均匀平衡，容易造成在循环过程中的个别泵池水量过多或过少，导致冒槽或打空，甚至影响整个循环的正常生产。

（2）洗涤和置换的生产工位于不同岗位，在操作过程中只根据本工序情况进行调节。

（3）人工调节不及时，容易发生跑冒问题，甚至损坏设备。

（4）生产工操作频繁，工作量大。

3 控制方案

针对以上的生产问题，使用单回路控制已无法实现较好的解决。根据该生产过程的特点和情况，提出了基于负载动态平衡的过程控制策略，即根据当前整个生产过程的循环负载率，动态优化调整各个泵池液位设定值，使泵池水量负载保持在合理范围内，如图2所示控制框图。具体的控制策略如下。

图2 控制框图

3.1 泵池控制优先级

在整个循环生产过程中，首先根据各个泵池情况制定控制优先级顺序，如表1所示。

表1 控制优先级

3.2 负载率计算

通过计算生产过程的负载率判断当前循环水量的多少程度。

以上公式中，PV为各个泵池当前液位值；H为各个泵池液位工艺上限；L为各个泵池液位工艺下限，S为各个泵池横截面积。

3.3 设定值优化

（1）计算液位设定值。各个泵池当前设定值：

（2）修正洗涤贵液池、置换一次净化池、置换二次净化池液位设定值。洗涤贵液池、置换一次净化池、置换二次净化池分别与置换贵液池有相关性（化工泵的进口与出口关系），考虑在特殊情况下置换贵液池较高时，将流程水量均衡到这三个泵池，增加液位系数，对这三个泵池的液位设定值进行修正：

以上公式中，PV2为置换贵液池当前液位值；SP2为优化计算的置换贵液池设定值；a为液位系数。

（3）计算置换贫液池液位联锁上下限。置换贫液池的化工泵为工频控制，根据设置泵池液位上下限进行联锁控制。该泵池的工艺上限为H5，工艺下限为L5，在工艺上下限范围内，联锁上下限根据整个流程循环负载情况自动进行调整。在流程负载较少时不积压在该池，避免洗涤贫液池水量少影响洗涤效果；在流程负载较多时该池能缓存水量，避免洗涤贫液池冒槽。根据计算优化的液位设定值在工艺上下限范围内划分为四个区间，每个区间的液位联锁上下限如表2所示：

表2 联锁上下限表

（4）修正洗涤贫液池液位设定值。洗涤贫液池液位受到置换贫液池的影响，在置换贫液池化工泵运行和停止时，液位存在周期性变化，同时需要综合考虑洗涤贵液池的液位变化情况。

上式中，SP6为计算优化的洗涤贫液池液位设定值；a1、a2为对应泵池的液位系数；PV1为洗涤贵液池液位检测值；SP1为洗涤贵液池液位设定值；Hset为置换贫液池液位联锁上限；PV5为置换贫液池液位检测值。

3.4 联锁控制保护

根据泵池液位控制优先级顺序，设置对应泵池液位联锁上下限，保证优先级别较高泵池处于正常状态。以洗涤贵液池液位控制为例，该池化工泵（图1中泵①）优先保证置换贵液池不冒槽，设置置换贵液池液位联锁上限和联锁下限，在超过上限时停泵，在低于下限时开泵，在液位上下限范围内，根据模型优化计算的该池液位最优设定值，调节化工泵转速控制液位达到最优设定值。

3.5 控制效果

以置换一次净化池液位控制为例，如图3所示。上图所示为人工调整化工泵转速的情况，在一个班内（8小时）操作频繁，工作量大，并且液位波动大，不稳定，甚至存在液位较低影响生产的情况。下图所示为实施自动控制后的情况，在一个班内化工泵转速自动调节较为平稳，液位控制稳定。

图3 控制效果图

4 结束语

在湿法冶金氰化生产工艺流程中的洗涤-锌粉置换过程，投入使用了基于负载动态平衡过程控制，解决了该生产过程中存在的问题，在保证工艺生产稳定性和连续性、提高生产效率、保护设备、降低劳动强度等方面取得了良好效果。

[1]付子忠.从矿石和废料中回收有色金属的常用湿法冶金工艺和设备[J].湿法冶金,2011(03):175-183.

[2]张春生,刘刚.谈谈湿法冶金新技术在矿产资源开发中的应用[J].有色金属设计,2006(04):6-9.

[3]周俊武,徐宁.我国选冶自动化的现状和未来[J].有色冶金设计与研究,2011（04):6-10.

[4]陈淑萍.从氰化贵液(矿浆)中回收金技术进展[J].黄金,2012(02):43-48.

[5]全忠.黄金生产工艺学[M].沈阳:东北大学出版社,1994.