自动化控制在金诚信尾矿膏体处置技术工程实验室的应用

时间：2024-07-28

赵占斌，王国立(北京金诚信矿山技术研究院有限公司，北京 100070)

1 前言

尾矿膏体绿色处置技术近年来在国内外得到快速发展，就是通过特定浓缩和搅拌工艺及胶凝技术，将尾矿浆制备成具有流动性、可管道泵送的膏体，这种膏体在一定时间后能够凝结成具有一定强度的固体。这种尾矿膏体处置方式，对于尾矿毒害金属的封存、减轻或消除尾矿对地表或井下环境污染方面有着不可替代的优势，成为最终彻底解决尾矿环保、安全等问题的有效途径[1]。专业化、系统化尾矿膏体处置技术研究实验室可以为尾矿膏体处置技术理论及工艺试验研究提供了良好的科研平台。

2 中试试验系统工艺流程

中试试验系统总体规划设计实现4个试验功能模块：尾砂旋流分级试验模块、尾砂深锥浓密试验模块、膏体制备试验模块和泵送环管试验模块，还规划设计了为实现上述4个试验功能模块所需配套的辅助系统模块：试验开始前的配料计量系统模块和试验完成后的废弃物环保处理系统模块。每个功能模块可以根据实验目的独立运行，在最小样品量级条件下，获得稳定的、足够多的实验数据，也可以通过切换开展模块之间的影响试验。中试试验系统工艺流程如图1所示。

图1 中试试验系统工艺流程图

3 中试试验系统主要测控功能及仪表选型

1)液位、物位检测

检测仪表包括超声波液位计、压力液位计、雷达料位计、浮球液位开关。超声波液位计用于搅拌桶液位检测；压力液位计用于絮凝剂制备灌液位检测(受限于空间)；雷达料位计用于膏体制备单元卧式双轴搅拌机料位检测[2]；浮球液位开关用于废弃物环保处理模块振动筛下集料斗液位控制(精度要求低且空间受限)。

2)流量检测

选用电磁流量计用于清水流量，絮凝剂添加量，旋流器进料量，深锥浓密机进料量、溢流量、底流量，PM充填泵出口量等流量测量。其中，当被测介质为铁矿尾矿时，尤其是高浓度，电磁流量计不再适用，可尝试声呐流量计，后者不受矿浆磁性的影响；当被测介质浓度(铁矿、铜矿等)较高时，根据被测介质的种类不同，适用性依然需要验证，价格为普通电磁流量计的十几倍。

3)深锥浓密机底流浓度检测

深锥浓密机底流浓度较高，传统检测仪表是射线浓度计，存在安全、环保及后期维护等问题；利用超声波能量衰减原理的超声波浓度计，适用于中低浓度检测，在高浓度领域使用效果不好[3]。荷兰的Rhosonics阻抗法超声波浓度计以测量被测介质声阻抗为基础，求得被测介质的密度，进而求出其浓度值，可用于高浓度检测。某铁矿尾矿经深锥浓密机后，深锥浓密机底流浓度68%～72%，9次取样，平均误差在2%以内。

4)压力检测

选用表压测量型，法兰式隔膜密封(耐磨)，用于深锥浓密机不同泥层压力、泵送环管单元不同点压力和清水泵出口压力测量。

5)浊度检测

浊度仪用于记录深锥浓密机溢流水的浊度。

6)称重检测

S型拉力传感器用于尾砂、粗骨料、胶结材料和水的称重。

4 控制系统结构及技术特点

4.1 系统结构

中试试验系统模拟量仪表较多，且多参与函数运算，同时还有主要设备需要执行顺序控制，比如PM柱塞充填泵、板框压滤机、絮凝剂制备，所以实验室最终采用DCS和PLC相结合的混合式控制系统，既能完美地实现逻辑控制及顺序控制，又能很好地完成过程控制。控制系统结构图如图2示，中控室设置DCS控制系统，现场设置PLC控制系统。控制系统实时采集、处理现场检测仪表数据、设备运行状态、故障报警等信息，并通过上位机画面在中控室集中显示。

图2 控制系统结构

4.2 技术特点

(1)三种操作模式：手动非联锁、手动联锁和自动联锁。手动非联锁，即远程点动，适用于早期单点调试使用；手动联锁，即设备启动联锁，实现设备顺序启动，适用于各模块间的联合调试；自动联锁，即设备按设定好的参数自动运行，目前只有部分实验可以实现该功能。

(2)非核式高浓度检测：阻抗法超声波浓度计是以测量被测介质声阻抗Z为基础，求得被测介质的密度，进而求得浓度值。经某铁矿尾矿膏体处置中试系统试验验证，平均误差达到2%以内。

(3)环管试验管径一键选择：泵送环管试验模块有DN50、DN100、DN150、DN200四种不同规格的管道，通过液压换向阀实现不同管径间的切换。实验时，为确保浆液的流向正确，除控制液压换向阀进行对应切换外，还需要开启或关闭相应管道上的阀门。在本控制系统中，经上位机选择试验用管径后，点击确定按钮，系统自动控制液压换向阀进行对应切换以及相应阀门开启或关闭，操作方便，降低选择管径时出错的概率。