CC BY
122
© В.В. Морозов, В.Ф. Столяров, Н.М. Коновалов, 2005
УДК 622.765
В.В. Морозов, В. Ф. Столяров, Н.М. Коновалов
АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ФЛОТАЦИИ НА ОСНОВЕ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПУЛЬПЫ
Семинар № 21
ТТ овышение эффективности регулиро-
-Ж-Ж вания флотации достигается применением одновременного контроля параметров твердой и жидкой фаз пульпы и использованием методов регулирования, основанных на физико-химических моделях флотации.
Алгоритм управления процессом флотации в оптимальном варианте должен учитывать как оперативную информацию о состоянии технологического процесса, так и накопленные знания о его основных закономерностях. Попытка реализовать такой комплексный подход привела нас к рассматриваемому алгоритму, основой для которого явились наши работы в области адаптивно-детерминированного управления
процессом флотации [1] и работы по управлению процессом флотации на основе контроля сортности руды. На рис. 1, в общем виде, представлен предлагаемый алгоритм управления процессом флотации.
Рис. 1. Блок-схема алгоритма управления реагент-ным режимом флотации
Основой для эффективного управления является оперативное и надежное измерение состава продуктов обогащения и физикохимических параметров пульпы. Комплекс этих параметров является основой, как для последующей типизации руд, так и адаптивно-детерминированного управления реагентным режимом флотации.
Реализация алгоритмов управления с использованием физико-химических параметров пульпы возможна на основе использования комбинированных систем контроля и регулирования, например системы автоматического управления процессом флотации РА-931, разработанной ЗАО «Элскорт» [2]. Система РА-931 состоит многоканального рентгенофлюоресцентного анализатора, предназначенного для контроля элементного состава твердой фазы пульпы и электрохимического анализатора состава жидкой фазы пульпы. Благодаря конструктивным особенностям измерительного блока, система без затруднений оснащается измерителями расхода, давления и температуры пульпы [3].
Рентгенофлюоресцентный анализатор определяет элементы от Т до и. Диапазон продолжительности измерения от 15 до 300 с. Одновременно измеряются содержания трех элементов и плотность пульпы. Минимальный предел обнаружения составляет 0,01-0,2 % для пульпы и 0,005-0,01 % - для растворов. Стандартное относительное отклонение не более 1 %. Блок для электрохимического контроля состава жидкой фазы пульпы в технологическом потоке включает электрохимический датчик концентрации водородных и сульфидных ионов. Блок оснащен приспособлением для подачи и отвода калибровочных растворов.
Датчики позволяют контролировать параметры процесса с запаздыванием не более 5 минут, что вполне удовлетворяет известным
5 6 со/ержа&іе в ІІДілеМіежА?кон4^<тр^: 16 17
требованиям с учетом инерционности объекта регулирования.
За этапом определения параметров твердой и жидкой фаз пульпы следует этап математического моделирования процесса флотации, задачей которого является установление связей между входными и выходными параметрами объекта. Моделирование представляет собой трудную задачу из-за сложности объекта, значительных колебаний свойств руды и применения значительного числа флотационных реагентов. Сложность процесса обусловлена также значительным взаимовлиянием параметров, не позволяющим с необходимой эффективность применить стандартные методы статистического регрессионного анализа.
Основным методологическим принципом при моделировании процесса флотации является комбинирование статистических и физикохимических методов, позволяющих использовать накопленные знания о природе протекающих при флотации физико-химических процессов, а также полученную из экспериментов информацию. Для получения адекватной модели процесса флотации используются данные о механизме и динамике физикохимических процессов, протекающих в пульпе. В том числе в модель включены параметры, определяемые закономерностями массоперено-са во флотомашинах.
Разработанная модель, независимо от используемого метода моделирования, воспроизводит объективно существующие передаточные функции моделируемого процесса, связывающие конечные технологические показатели процесса с контролируемыми параметрами исходного сырья, работы технологического оборудования и технологическими параметрами (расходами реагентов, воздуха и т.д.).
Рис. 2. Зависимости извлечения меди в товарный концентрат (1) коллективный концентрат (3) и суммарного извлечения меди в товарный концентрат (4) от содержания меди в коллективном концентрате.
- уровень извлечения.п£.и.Указанном отклонении ( ) содержаниям^^^^йллективном концентрате от оптимального
Модель учитывает влияние на технологический процесс неконтролируемых или косвенно контролируемых параметров руды и технологического процесса. В наибольшей мере должно быть учтено наличие колебаний этих параметров во времени и их влияние как на конечные технологические показатели, так и на контролируемые параметры.
Оценка сортности перерабатываемой руды основывается на физико-химической модели процесса флотации и может быть осуществлена с использованием метода расчета долей принадлежности к нескольким типовым сортам руд. Типовые руды выделяются технологами опытным путем и являются для решения нашей задачи областью нахождения оптимального решения. При поступлении руды на флотацию необходимо определить, к какому типу, и в какой мере относиться поступившая руда.
Графоаналитический метод заключается в нахождении доли принадлежности полученной точки к определенным точкам в многомерном пространстве. Суть расчета долей принадлежности руды к определенному типу состоит в том, что поступившую руду можно отнести в различных пропорциях к каждому из известных типов руды (фр).
На основании полученных результатов при анализе сортности руды рассчитывается расход реагентов для поступившей руды. В наиболее простом варианте рекомендуемый расход реагентов может рассчитываться как средневзвешенный относительно расходов реагентов для каждого сорта руды:
- расход извести:
РИ = < х РИ1 + 4 х РИ2 + < х РИ3 + ар х РИ4 (1)
- расход собирателя:
РС = ар х РС1 + аР х РС2 + ар х РС3+аР х РС4 (2)
- расход вспенивателя:
РВ = а? х РВ1 + й2Р х РВ2 + азР х РВ3 + йР х РВ4 (3)
где РИ! - расход извести для руды Типа 1, РИ2 -расход извести для руды Типа 2, РИ3 - расход извести для руды Типа 3, РИ4 - расход извести для руды Типа 4 и, соответственно, РС1, РС2, РС3, РС4 - расход собирателя, РВ1, РВ2, РВ3,
100 90 ■ | 0) *80 • 1 г а к—3 €-4
ЫЦ=3
ф 1 5 70 • 60 Г 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 N \
Нор! 1 □ 1 1 1 1 1 1 1 1 ч 1
7'8 8 8’2 pH {Иолле$&ной $&>таци|£ 9,2 9,4 9,6
РВ4 - расход вспенивателя. На практике необходимо учитывать взаимодействие между сортами руды, вследствие чего оптимальный расход каждого реагента будет отличаться от средневзвешенного.
Вышеописанный блок управления реагент-ным режимом по сортности руды не учитывает влияние экономических факторов.
Корректировка реагентного режима осуществляется посредством оптимизационной программы «АДДЕФЛОТ» [4]. Сутью разработанного адаптивно - детерминированного метода регулирования является реализация регулирования на двух уровнях. Нижний уровень осуществляет регулирование расходов реагентов на основе контроля ионного состава жидкой фазы пульпы. Задачей регулирования является поддержание в жидкой фазе пульпы соотношений между параметрами ионного состава. Соотношения между концентрациями в жидкой фазе пульпы задаются уравнениями типа:
рН = сош!; р8 = сош!; ар8 + ЬрН = сош!; а рС + Ь рН = сош! (4)
здесь: р8 - функция концентрации сульфидных ионов, рС - ионов собирателя.
К примеру, нижний уровень регулирует расход извести с использованием модели рН = К1 (5)
Принцип оперирования второго контура заключается в определении и внесении в функцию-задатчик нижнего уровня такого значения параметра К1, при котором достигается наибольшая экономическая эффективность процесса.
В качестве критерия экономической эффективности процесса целесообразно использовать функцию потерь ценных компонентов, принимающая в расчет стоимости теряемых метал-
Рис. 3. Зависимости извлечения меди в коллективной флотации (3) и общего извлечения меди в товарный концентрат (4) от величины рН в коллективной флотации.
лов. Для двухкомпонентной руды в упрощенном виде функция имеет следующий вид:
= 8*1Ц1а1 + 8*2Ц2«2 (6)
где в*, Ц, а - потери, цена и содержание в руде ценных компонентов 1,2
Цена металла в концентрате здесь является функцией от содержания основного металла и примесей. Ее определение представляет собой несложную расчетную задачу.
Для циклов коллективной флотации задачей управления является поиск такого соотношения между извлечением ценных компонентов и их содержанием в коллективном концентрате, при которых сквозное извлечение ценных компонентов (от исходной руды - в товарный концентрат) и качество товарных концентратов было бы максимальным. Для решения поставленной задачи предлагается использовать в качестве промежуточного оптимизационного параметра содержание меди в коллективном концентрате, как связывающую величину между технологическими показателями коллективного и селективного цикла (содержанием меди в руде, в товарном концентрате и поцикловом извлечением ценных компонентов). Математическая задача управления упрощается при наложении на систему ограничений, например по содержанию основного компонента в товарном концентрате. В этом случае существует зависимость между извлечением ценного компонента, например меди, в товарный концентрат (вСи) в операциях селективной флотации и качеством коллективного концентрата (как питания селективного цикла) иллюстрируемая рис. 2. (завис.1). На рис. 2 изображены также зависимость извлечения меди в коллективный концентрат (завис.2) и зависимость суммарного извлечения меди в товарный концентрат от содержания меди в коллективном концентрате (3), рассчитанная как произведение извлечений в коллективном и селективном циклах. Как видно из рис. 4 при определенном качестве концентрата существует локальный максимум суммарного (сквозного) извлечения меди в товарный концентрат (при стабильном содержании металла в руде).
Учитывая, что существует однозначная зависимость между основными технологически-
10 10,2 10,4 10,6 10,8 11
pH пульпы
ми показателями коллективной флотации (в т.ч. содержанием меди в коллективном концентрате реи) и расходом извести, можно утверждать, что имеет место связь между критерием оптимизации - суммарным извлечением и рН пульпы (расходом извести), изображенная на рис. 6 и полученная путем использования связи между реи в коллективном концентрате и рН в коллективной флотации. Использование в качестве параметра оптимизации вместо содержания меди в коллективном концентрате величины рН (расхода извести) позволяет вести управление процессом в условиях изменения качества перерабатываемой руды (рис. 3).
Кроме извлечений ценных компонентов необходимо учитывать качество коллективного
Рис. 4. Зависимость извлечений меди (1), цинка (2) и пиритного железа (3) в концентрат и критерия оптимизации Qt (4) от щелочности пульпы в коллективной флотации
концентрата, определяющего показатели селективного цикла.
В наиболее простом случае для медно цинковых руд снижение качества медно-цинкового концентрата обусловлено извлечением в него пирита. Целевая функция описывается зависимостью
= в*сиЦсиаси + е*2пЦгпагп + ВруЦруару (7) где вРу , Ц Ру - извлечение в коллективный концентрат пирита и условная стоимость его удаления из коллективного концентрата.
Из рис. 4 видно, что отклонение значения рН пульпы в медно-цинковой коллективной флотации от оптимального ведет в рассматриваемом случае к росту приведенных потерь металлов в стоимостном эквиваленте в размере 0,7 доллара на 1 т перерабатываемой руды.
Таким образом, использование рассмотренного алгоритма автоматического регулирования процесса флотации на основе контроля и регулирования физико-химических параметров пульпы позволяет за счет ведения процесса флотации в оптимальных условиях как повысить извлечение ценных компонентов на 1-2 %, так и за счет учета экономических факторов увеличить стоимость товарной продукции на 23 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Морозов В.В., Авдохин В.М. Оптимизация обогащения полиметаллических руд на основе контроля и регулирования ионного состава пульпы и оборотных вод // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 1998. -N1. -с. 27-32.
2. Столяров В. Ф., Коновалов Н.М., Морозов В. В. Система оперативного контроля содержания металлов и плотности пульпы в потоке // 3-й конгресс обогатителей стран СНГ, 2001 г., МИСиС. - с. 201- 202.
3. Патент РФ №2201290 от 28.08.2001, опубл. 27.03.2003 Б.И. № 9.
4. Столяров В.Ф., Коновалов Н.М., Морозов В.В., Авдохин В.М. Оперативный контроль и регулирование процесса флотации полиметаллических руд с использованием физических и электрохимических методов анализа // Горный журнал, 2002, №11-12. -С. 58-62.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------------
Морозов Валерий Валентинович - профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой химии, Московский государственный горный университет.
Столяров В.Ф., Коновалов Н.М. - ЗАО «Элскорт».
