矿业新形势下选矿自动化技术的应用分析

张金福

在矿石资源日渐减少、市场竞争日趋激烈的背景下，矿产企业要保持竞争优势，实现长续发展，必然需要利用先进技术手段进一步提高资源利用效率、优化生产技术经济指标。选矿自动化技术正是选矿企业用来提升生产效率、降低生产成本的重要手段。简单来讲，选矿自动化技术，就是在选矿作业过程中利用传感器、仪表及计算机等装置和技术，对生产过程中各机械设备的工作状态及选矿作业流程状态进行实时的监测模拟和控制，并对生产过程进行管理的技术。选矿自动化技术从最早应用到现在经过近80年的不断发展已经取得了巨大的发展。目前在选矿作业过程中，选矿自动化控制技术可以动态追踪作业过程里的各个环节，精准指示每项参数变化，可以依据实时参数对有关的变量做出及时精准的调节，对确保选矿流程稳定高效运行发挥了关键作用。然而得益于相关技术的进步，选矿自动化技术仍具有很大发展空间，典型的如近年来计算机、网络信息、自动控制、物联网等相关技术的飞速发展给选矿自动化技术带来了新的发展方向即：自动化、集成化和智能化。因此，对选矿自动化技术的应用现状进行系统分析，找出目前选矿自动化技术在应用中存在的问题和面临的机遇，并对未来自动化技术的发展方向给出合理建议，对于选矿自动化技术的进一步发展及矿产资源的高效利用都具有重要的意义。

1 选矿自动化技术应用现状

选矿自动化技术因为具有提高选矿作业指标，改善工人作业环境和降低生产成本等众多优势，在选矿厂的应用越来越普遍。近年来，选矿自动化技术也取得了较大发展，自动化技术的功能也越来越完善。目前，在选矿厂内的破碎、磨矿分级和浮选三大主要生产工序中都有自动化技术的应用，选矿自动化技术的应用有效减轻了作业工人的劳动负荷，大大提高了选矿厂各生产工序的作业效率。下文中将分别具体介绍选矿自动化技术在选厂的破碎、磨矿分级和浮选三大主要生产工序里的应用现状。

1.1 破碎工序的应用

破碎工序的主要作用是利用破碎设备将矿石破碎到适合后续加工的粒度范围，破碎效果的好坏与破碎设备有直接关系。选矿自动化技术在破碎工序的最初应用即是通过在破碎设备上安装相关的检测与自动控制装置，从而达到保护破碎设备，稳定生产过程的目的。随着技术的不断进步，目前破碎工序自动化技术已经普遍实现了破碎设备的连锁控制，主要体现在以下方面：即可以通过使用先进检测仪器对破碎设备油温与油压进行监测，进而监测破碎机的负荷状态和运行状况，有效保护破碎设备；可以在监测和分析破碎机负荷状态的过程中，对破碎设备的给矿控制做出优化；可以通过监测料仓料位与分析破碎设备的破碎能力，实现自动布料和破碎负荷的平衡控制。目前通过应用破碎自动化技术，破碎工序基本可以实现破碎设备稳定高效的自动运行，并且可以有效提高破碎作业过程的安全性。典型的，国内马钢集团的南山矿业公司建立了一套破碎全流程控制系统和视频监控系统，可以通过以太网实现监控视频及生产数据的同步传送。主控系统可以按照接收的信号，给破碎机械发出粗、中、细碎的指令，进而做到对破碎机械的动态控制。

1.2 磨矿分级工序的应用

磨矿分级是继破碎后原料准备的最后一道重要工序，磨矿分级加工效果会直接影响矿物单体解离程度，进而影响浮选作业技术经济指标。在磨矿分级工序中，因为磨机转速、钢球量、物料填充率、加水量等众多因素都会影响磨矿效果，所以在实际生产中通过人工很难将参数调整到最佳，在磨矿分级中采用自动化技术实现各参数变量的精准调控对于提高磨矿分级效果具有重要的意义。目前在磨矿分级工序中应用的自动化技术的工作过程如下：首先通过对磨机进行多维度和全方位的信息监测追踪并采集参数信号，然后利用在线数据分析和大数据挖掘提取等技术手段对采集的信号进行处理，最后实现磨机工作状态的及时调整。磨矿分级自动化技术可以确保磨机始终在最佳的状态下运转、有助于磨矿指标达到最优，同时还能提高磨矿分级系统的稳定性。国内学者王彩霞和贾鹏昆带领的团队各自分别在山东招远夏甸金库和山东莱州望儿山金矿选厂的磨矿工序的自动化控制系统中使用Fuzzy-PID自适应模糊控制器进行复合控制，发挥了PID控制器自动校正参数的作用。毛益平在磨矿工序中，借助神经网络系统的学习、联想记忆等功能，构建了以神经网络为基础的球磨专家系统的基本框架。

1.3 浮选工序的应用

浮选工序是依靠捕收剂、起泡剂、抑制剂等浮选药剂的作用将有用矿物和脉石矿物分离的过程。浮选过程中浮选药剂、矿浆浓度，温度等因素都会影响精矿品位、回收率等生产指标。传统浮选作业中，药剂添加量、矿浆浓度及液位等技术参数的调控往往是依靠作业工人依据自身经验来完成，人工调控不可避免存在调节滞后的缺陷，这会造成有用矿物进入尾矿，降低有用矿物回收率。在浮选工序中应用自动化技术就可以实时监测浮选过程的各项参数，做出及时调控，避免有用矿物的损失。对于自动化加药系统，可以通过在线元素监测设备实时监测浮选过程中各元素含量，进而准确的确定浮选药剂的最佳添加剂量，保证浮选指标。选矿厂目前采用的自动加药系统，普遍使用流量控制的方式，整个系统主要包括控制和执行机构两部分，其中控制部分通常使用PLC控制，执行机构一般由电磁阀和加药泵组成。国内铜陵有色集团目前采用的200m3充气机械搅拌式的浮选机使用了自动矿浆液位控制系统，该系统主要是由矿浆液位监测装置和气动执行机构等部分构成。但是，因为机械搅拌式的浮选机存在搅拌强度太大的问题，所以在实际应用中矿浆液位自动控制的精准度较差。

2 选矿自动化技术应用存在的问题

经过近年来的高速发展，选矿自动化技术已经逐渐成熟，在选矿厂内的应用也已经越来越普遍。目前选矿厂内破碎、磨矿分级和浮选三大主要生产工序中都有自动化技术的广泛应用，且自动化技术的应用大大提高了各生产工序的作业效率和生产质量。但是，因为国内选矿自动化技术的基础研究仍不够深入，相关技术仍不成熟，所以选矿自动化技术在实际生产应用中仍然存在着一定的问题。笔者经过分析总结出选矿自动化技术存在的问题主要有三点即：设计不合理、核心设备精度不高及维护成本高。

2.1 设计不合理

由于国内选矿自动化技术的研发起步较晚，所以在技术方面仍不成熟，设计上仍然存在较多不合理的地方。典型的目前国内选厂使用的自动控制系统的设计就不太合理，普遍存在无法长期有效运行的缺陷。而且由于国内的矿山资源种类多且储量差别较大，选矿厂入选的矿石性质并不稳定、品位波动较大，所以国内选矿厂对自动化技术的要求高。很多选矿厂做自动化设计时，因为没有结合选厂的实际情况进行深入研究、未充分考虑与建厂设计之间的匹配，所以经常出现自动化设备与实际环境不能较好衔接，运营过程中故障多、控制效果不好的问题。此外，国内选矿厂做自动化设计时，还存在控制程序设计不合理及检测仪表选型不合理的问题，因此在实际应用中会出现控制系统不能发挥其设定功能，仪表检测不准无法进行准确预测的问题。国内选矿自动化技术存在的设计不合理的问题是目前迫切需要解决的，因为它制约了自动化技术的应用效果。笔者认为要克服设计缺陷，不仅仅要从技术和理论上创新，还要做好实践工作，只有与现场实际相贴合的设计才能更好的适应现场生产。

2.2 核心设备精度不高

对选矿自动化技术而言，传感器是最关键的核心部分之一。选矿自动化技术应用过程中需要使用各种传感器来进行信号的监测和采集，生产过程中自动化系统执行的各种指令也是依赖于传感器反馈的信息，因此传感器的精度会直接影响选矿自动化技术的反应速度。目前国内应用于选矿自动化技术的传感器仍存在诸多问题，其中比较典型的问题包括性能不佳、精准度差、反馈信号偏差大、数据传送可靠性差、质量偏低、安装难度大等。此外，由于选矿厂本身的生产环境就比较恶劣，恶劣的生产环境会加速传感器的损坏。正是因为传感器存在上述缺陷，所以其在选矿厂里的实际应用效果不佳，进而影响了选矿自动化技术的使用效果。然而，选矿自动化技术的使用是高度依赖传感器的，所以今后国内仍需要高度重视传感器的研究与创新。值得指出的是，对于选矿自动化高度依赖的传感器，未来不仅仅要通过设计改进来克服现有技术缺陷，更重要是要在现有技术的基础上进行不断创新，开发出性能更好、功能更多的新型传感器，这样才能够进一步促进选矿自动化技术的进步。

2.3 维护成本高

选矿厂中的自动化技术投入使用后，还需要大量的人工对设备和系统进行维护和保养。因为选矿自动化技术任一环节发生故障，都有可能导致生产异常，影响选厂的产品指标和经济效益。此外，如果控制系统的技术支撑不够，大概率会发生系统故障，而且工况改变及作业人员的错误操作都可能造成自动化系统不能顺畅运行。目前，虽然选矿自动化技术维护工作量较大，且非常重要，但是大部分选厂却没有在维护工作上引起足够的重视。这主要是因为观念意识上存在误区，目前选厂普遍认为只要引进技术先进的自动化选矿设备就能够达到很好的生产效果，而没有意识到需要培养专业的技术人员进行操作和日常维护。并且，大部分选矿厂出于短期成本考虑，不愿意花费大量的时间精力去培养自动化方面的技术骨干。但是，需要指出的是，即使再先进的技术也需要工人懂得正确应用才能发挥作用，所以现有的选矿自动化技术虽然维护成本投入较高，但是从长远角度来讲各选厂还是需要重视维护，这样自动化技术才能充分发挥其价值帮助企业提升生产效益。

3 选矿自动化技术的发展趋势

虽然目前选矿自动化技术在实际应用中仍存在较多的问题，但是能够看出国内选矿自动化技术一直在不断进步，帮助选厂大幅提高了生产效益。因为选矿自动化技术本身与电子、计算机、物联网及控制技术是紧密相关的，在电子、计算机、物联网及控制技术不断发展进步的背景下选矿自动化必然会迎来大的发展，更好的适应选矿厂的实际需要。下文将具体介绍未来选矿自动化技术发展的三大主要趋势即：加强核心检测设备的研发、加强自动控制理论及系统的研究、向智能化和网络化方向发展。

3.1 加强核心检测设备的研发

选矿自动化技术在实际应用中，主要依靠系列传感器和控制系统作用。其中传感器是自动化技术的核心检测设备即传感器的先进水平直接关系到选矿自动化技术的应用效果。目前选矿自动化技术使用的传感器仍然存在精度差、性能不佳和安装难度大的诸多缺陷。因此要提升选矿自动化技术的应用水平就必须加强核心检测设备的研发，通过技术创新提高现有传感器的性能。自动化技术中使用的传感器的先进程度主要与电子技术的发展水平密切相关，所以加强核心检测设备传感器的研发，重点在于先进电子技术的研发与应用。典型的，新型高性能传感器的研发过程中，可以充分使用高分辨率和低噪声的半导体传感器。此外，还可以积极的开发新型的载流矿石品位分析装置，可以将相邻元素和微量元素的测定做有效改进，进而有效提升分析装置的使用性能。可以确定加强先进传感器的研发将是未来选矿自动化技术发展的重要方向之一，高性能、多功能的新型传感器是未来进一步提升自动化技术应用效果的基础。

3.2 加强自动控制理论及系统的研究

选矿自动化系统可以准确的将作业现场传感器或仪表测得的数据用无线的形式传送到处理器，经过处理后反馈到选矿机械上，实现选矿机械的自动运行与控制。目前选矿自动化系统的开发是以互联网应用程序为基础的，在计算机和互联网技术不断进步的环境下，选矿自动化系统仍有很大发展空间，可以继续进行优化和创新，进一步提高系统的准确性和便捷性，方便作业人员进行管理和操作。控制系统的进步离不开控制理论的突破，因此深入研究控制理论对选矿自动化技术的进步具有重要意义。从目前选矿自动化技术的发展趋势来看，其将不仅仅停留于PID控制策略，必然会逐步开发比值、串级、均匀前馈、预测鼓励等更加成熟复杂的多元控制系统。新型的控制系统可以实现单一变量自控系统的某些较为特殊的要求。先进的自动控制理论与操控系统，不仅能方便作业工人操控，还可以提高生产过程的稳定性，必然可以进一步改善自动化技术的应用效果，提高选厂的生产效率。自动控制理论和系统的研究也将是未来选矿自动化技术发展的重要方向之一。

3.3 向智能化和网络化方向发展

随着技术的进步，传统的选矿工艺存在的能耗大、环境危害大和作业效率低的缺陷正在日益凸显。目前国内大部分选矿厂已经进行了选矿工艺和设备的改造，并且通过将自动化技术和先进工艺及设备相结合，有效降低了生成过程的能耗和污染，大大提高了生产效益。然而现有的自动化技术智能化和网络化程度低，很多时候还是需要作业人员参与判断和操控，生产效率仍有提升空间。并且当前相关技术的进步也有利于选矿自动化技术朝智能化和网络的方向发展。典型的，目前市场上已经开发出可以自行在网络上传输数据的仪器，并且现有设备正朝着能够减少连接成本和支持智能设备的高性能数字网络与分布式测控的方向发展。并且仪器之间互为独立，都能够专注于各自的主要任务，能够进一步提高程序的运行效率。此外，节点之间依靠网络传输信息，可以实现相互关联的目的。若其中某一个节点的计算机发生了故障，系统依旧能够运行，这样可以极大的提高系统的可靠性。然而值得指出的是，仪器要实现远方测量与控制、集中数据收集和处理的功能，就需要具备优异的连通性能。

4 结论

在市场竞争日益激烈，节能降耗的任务日渐紧迫的矿业新形势下，重视生产技术的创新，积极发展选矿自动化技术是选矿厂继续保持良性发展的重要手段。本文主要从三个方面即：选矿自动化技术应用现状、选矿自动化技术应用存在的问题、选矿自动化技术的发展趋势，对国内选矿自动化技术进行了系统的论述。首先分别详细介绍了国内选矿自动化技术在选矿厂内的破碎、磨矿分级和浮选三大主要生产工序中都有广泛应用的现状；然后指出了选矿自动化技术在选矿厂应用时存在的三大主要问题即：设计不合理、核心设备精度不高、维护成本高；最后根据选矿自动化技术的应用现状和目前应用中存在的问题，指出了未来自动化技术的主要发展方向，即需要加强核心检测设备的研发、加强自动控制理论及系统的研究、要向智能化和网络化方向发展。虽然我国选矿自动化技术研究的起步稍晚，但是在国内广大科研技术人员的努力下目前已经取得了较大发展，帮助选厂有效提高了生产效率，相信只要坚持继续创新，选矿自动化技术定能日趋完善，进一步促进国内选矿企业的可持续发展，帮助我国实现矿产资源的高效利用。