金属选矿厂磨矿分级优化控制研究应①
孙 伟1张雪娇1熊 伟2李 红2刘润清1
( 1．中南学 资源加工生物工程学院湖南 长沙 410083 2．长沙矿冶研究院限责公司湖南 长沙 410012)
摘 结合湖南省武县南方矿业金属选矿厂现场磨矿生产工艺动控制技术磨矿分级程进行研究采新型装
备模糊控制算法优化球磨机动化控制系统实现球磨机优化矿例水稳定磨矿浓度产品细度指标保证高
频细筛筛分效率终球磨机生产率提高 4．4原矿处理量提高 11．1企业创造济效益
关键词 磨矿 分级 优化控制
中图分类号 TD928 文献标识码 A doi 10．3969j．issn．0253－6099．2018．04．009
文章编号 0253－6099( 2018) 04－0036－05
Optimization Control of GrindingClassification Processes
in Polymetallic Ore Dressing Plant
SUN Wei1 ZHANG Xuejiao1 XIONG Wei2 LI Hong2 LIU Ｒunqing1
( 1．School of Minerals Processing and BioengineeringCentral South UniversityChangsha 410083HunanChina
2．Changsha Ｒesearch Institute of Mining and Metallurgy Co LtdChangsha 410012HunanChina)
Abstract The grindingclassification processes of polymetallic ore dressing plant in Linwu County Southern Mining
Company were investigated by combining onsite grinding operation and automatic control technology． A ball mill
automatic control system was optimized using new facilities and fuzzy control algorithm． Thus precise feeding and water
supply of the ball mill were actualizedthrough which the pulp concentration and grinding fineness were stabilized
ensuring screening efficiency of highfrequency fine screen． Eventuallythe productivity of ball mill was increased by
4．4 and the raw ore processing capacity was increased by 11．1bringing in more economic benefits．
Key words grinding classification optimization control
磨矿选矿厂动力消耗作业磨矿作
业设备球磨机属高耗高噪音低效率设
备磨机电消耗占选厂 50左右生产成
约占选厂生产成 35 ～60磨矿产品质
量续浮选等工艺指标整选矿厂生产效率
尤选矿厂济指标磨矿工段操作息息相
关磨矿分级工艺动化进行优化控制
仅高质量精矿产品幅度提升金属回收率
效控制选矿总成提高整选矿厂生产
力［1］
1 生产现场概况
1．1 存问题
湖南省武县南方矿业选矿厂设计处理力
1 000 td产品金属矿磨矿工艺具
非线性时变性滞性等特点［2－7］项目优化前操
作工根验手动恒定量矿水原矿矿粒
度硬度发生变化时球磨机胀肚磨现象
频繁发生［8］选矿指标波动频繁磨矿指标合格率低
产达标增加续选工艺难度
1．2 工艺流程
南方矿业金属选矿厂设计原矿采段磨
矿分级效率高高频细筛作闭路分级设备
减少合格细粒级矿物循环进入磨机降低
段磨矿循环负荷提高球磨机产
粉矿仓矿石通皮带输送溢流型球磨机球
磨机排料先直线筛隔粗筛粗粒物料返回球
磨机料皮带筛产品高频细筛形成闭路循环
① 收稿日期 2018－01－10
基金项目 国家重点研发计划项目( 2016YFE0101300)
作者简介 孙 伟( 1973－)男河北邯郸博士教授长江学者博士研究生导师研究方选矿药剂设计开发选矿废水处理
复杂难选矿物分离
通讯作者 张雪娇( 1991－)女河北邯郸硕士研究生研究方金属选矿动化工程
第 38 卷第 4 期
2018 年 08 月
矿 冶 工 程
MINING AND METALLUＲGICAL ENGINEEＲING
Vol．38 №4
August 2018高频细筛筛产品终粒度－0．074 mm 粒级占
63选厂磨矿分级流程图 1 示
图 1 选厂磨矿分级流程
2 优化控制研究
2．1 优化控制思路
实际操作中必须保证磨矿分级 3 指标 磨
矿浓度磨矿细度筛细度次磨矿分级工艺
程控制目标 ① 实现球磨机优化矿例水
动控制稳定磨矿浓度提高磨矿效率避免磨
跑粗达代工操作目 ② 佳磨球装载
量实现动补加球控制稳定球料实现精细化磨
矿降低球耗适度延长磨机衬板寿命 ③
佳矿量条件保证高频细筛产品粒度浓度稳
定确保设备正常运行佳矿率条件浮选
提供稳定合格产品
实现 1 000 td 金属选厂磨矿工艺段智
矿水稳定磨矿分级程浓度细度指标避
免球磨机胀肚现象提高球磨机时处理量
游浮选工艺创造良条件模糊控制理引入磨
矿分级工艺动控制中传统动控制方法基础
进行新型装备模糊控制算法提升球磨机高
频细筛产品指标研究
2．2 优化控制方案实现
球磨机磨矿效率 3 操作条件保证
合理介质充填率合理球料合适磨矿浓
度［9－11］
2．2．1 球磨机负荷检测控制
球磨机负荷磨矿分级产品指标重参
数否准确检测出球磨机负荷整球磨机优
化控制成败关键磨机工作程中磨音功率
磨机负荷间关系图 2 示
中矿物填充量少时磨机声音强频率较高
耳感觉清脆 着矿物填充量增声音逐渐减弱频
率逐渐降低耳感觉沉闷［12－13］ 功率直接反应钢
球装载量根消耗料量添加钢球保证合理
图 2 磨音功率磨机负荷关系
球料功率落佳区域范围球磨机效率
高保证磨矿工段细度指标
综合分析原型机实采集典型样
出磨机运行中音频集中 8 kHz
区域状态频谱组成特性
果简单效频谱变化区间划分低音区中
低音区中音区 3 部分球磨机运行程中磨
料充阻尼作负荷较重情况球料剧烈碰撞
量吸收低音部分含量显然高中低音中
音部分球磨机运行音频低沉 然着负荷减
轻阻尼减少低音部分见衰减中音中低音部分
含量越越球磨机运行音频高亢说明
声强信号频率中心值频率端幅值负荷变化
规律变化
采针色金属矿山研发磨音声强分析
仪通仿生物工程学设计模拟耳收集磨机部球
球球矿石碰撞产生特殊声强具备滤外
部噪音干扰采集耳法听特殊音频功
集成学记忆功模块反应磨机空载超载贴
粘等异常 状 态判断磨机运行状况分 析 磨 机 部
状况
钢球装载量实际生产程中难控系
统采回转式动加球机添加钢球动加球机控制
核心采 PLC 编程控制器采专业控制软件根
线检测矿量适时设定动加球机加球量补球
量结合磨音声强分析仪实现原矿钢球动
配添加利提高磨机磨矿效率降低磨机球
耗钢耗耗保证球磨机稳定磨球装载量降
低控制难度
2．2．2 模糊算法规
模糊算法利模糊数学基思想理结
合现场工操作验建立动控制模型控制模型
架构图 3 示
磨矿分级作业中参数选择体现球磨机工
作状态功率音频体现分级机工作状态电流
73第 4 期 孙 伟等 金属选矿厂磨矿分级优化控制研究应图 3 控制模型架构
控制球磨机矿处水模糊逻辑控
制器原理检测参数设定正常值相减数
值变换相应基域 E ［－x+x］取模
糊集域( －n－n+1…0…n－1n)量化子
Ken x输入数转换成合适语言值档
级{ PBPMPSP0N0NSNMNB} { 正
正中正正零负零负负中
负}形成 8 模糊子集
模糊控制规构成操作者根现场验总
结成系列推理语言组成例
IF磨机功率NBAND磨机音频PBTHEN
矿量PB
IF 磨 机 功 率 NBAND 磨 机 音 频 PM
THEN 矿量PB

IF磨机功率PBAND磨机音频NBTHEN
矿量NB
通推理规进行模糊推理规运算
控制量变化模糊集合反模糊化［14］
便出精确控制量 Yo 输出控制量例子
Ku y m 确定里 y 代表模糊输出变量变化区间
基域［－y+y］m 代表控制量取模糊子集
域( －m－m+1…0…m－1m) ［15］终控
制量 U Ku × Yo + 输出正常值 便完成模糊控
制器设计
3 优化控制
3．1 磨矿浓度优化控制
合理磨矿浓度提高磨机磨矿效率关键条
件保证磨机效率佳指标参数根选矿厂
原矿粒度矿石特性标定出正常返砂磨矿浓
度求计算出需返砂水量具体计算公式
Wf Qg
1
km
－ 1
kg
() + Qf
1
km
－ 1
kf
()
Qg × N1 + C × Qg × N2
Qg × N1 + CN2()
式中 Qg 磨机矿量 Qf 磨机返砂量 km 磨矿浓
度 kg 矿浓度 kf 返砂浓度 C 磨机返砂
中 kmkg kf 通现场测定数值认
常数返砂水量变化矿量密切相关
图 4 示磨矿浓度控制原理图中出佳磨矿
浓度值磨音声强磨机功率筛返砂量模糊控制
算法出解模糊输出量设定返砂水量进行
较 PID 整定输出返砂水电动调节阀样便
通动调节返砂水量控制磨矿浓度
图 4 磨矿浓度控制原理
根磨机矿量实现水量例控制方法
种效控制手段图 5 示磨机入口水量控
制通电磁流量计调节阀构成恒定水闭环控
制系统
图 5 球磨机优化矿例水控制
3．1．1 矿控制
球磨机矿控制受众素影响耦合性
强实现球磨机优化矿必须检测球磨机运
行功率音频时设定相关参数通模糊
控制器运算计算出矿量核子皮带秤检测实
际矿量较误差进行 PID 调节构成模糊
控制 + PID 调节复合控制回路
磨机功率音频隶属度分表 1 表 2 示
通磨机功率音频模糊推理求出相应模糊
关系反模糊化出终模糊控制表表 3
示通公式 U Ku × Yo + 输出正常值 出终
矿量
83 矿 冶 工 程 第 38 卷表 1 磨机功率隶属度
变
量
隶属度 Eg
－6 －5 －4 －3 －2 －1 －0 +0 +1 +2 +3 +4 +5 +6
NB 1．0 0．8 0．4 0．1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
NM 0．2 0．7 1．0 0．7 0．2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
NS 0 0 0．1 0．5 1．0 0．8 0．3 0 0 0 0 0 0 0
N0 0 0 0 0 0．1 0．6 1．0 0 0 0 0 0 0 0
P0 0 0 0 0 0 0 0 1．0 0．6 0．1 0 0 0 0
PS 0 0 0 0 0 0 0 0．3 0．8 1．0 0．5 0．1 0 0
PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0．2 0．7 1．0 0．7 0．2
PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0．1 0．4 0．8 1．0
表 2 磨机音频隶属度
变
量
隶属度 Eg
－6 －5 －4 －3 －2 －1 －0 +0 +1 +2 +3 +4 +5 +6
NB 1．0 0．8 0．4 0．1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
NM 0．2 0．7 1．0 0．7 0．2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
NS 0 0 0．1 0．5 1．0 0．8 0．3 0 0 0 0 0 0 0
N0 0 0 0 0 0．1 0．6 1．0 0 0 0 0 0 0 0
P0 0 0 0 0 0 0 0 1．0 0．6 0．1 0 0 0 0
PS 0 0 0 0 0 0 0 0．3 0．8 1．0 0．5 0．1 0 0
PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0．2 0．7 1．0 0．7 0．2
PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0．1 0．4 0．8 1．0
表 3 模糊控制表
Eg Ey
－6 －5 －4 －3 －2 －1 －0 +0 +1 +2 +3 +4 +5 +6
－6 6 5 6 5 6 6 6 6 3 3 1 0 0 0
－5 5 5 5 5 5 5 5 5 3 3 1 0 0 0
－4 6 5 6 5 6 6 6 6 3 3 1 0 0 0
－3 6 5 5 5 5 5 5 5 2 1 0 －1 －1 －1
－2 3 3 3 4 3 3 3 3 1 0 0 －1 －1 －1
－1 3 3 3 4 3 3 1 1 0 0 0 －2 －1 －1
－0 3 3 3 4 1 1 0 0 －1 －1 －1 －3 －3 －3
+0 3 3 3 4 1 1 0 0 －1 －1 －1 －3 －3 －3
+1 1 1 1 1 0 0 －1 －1 －3 －3 －2 －3 －3 －3
+2 1 1 1 1 0 －2 －3 －3 －3 －3 －2 －3 －3 －3
+3 0 0 0 0 －2 －2 －5 －5 －5 －5 －5 －5 －5 －5
+4 0 0 0 －1 －3 －3 －6 －6 －6 －6 －5 －6 －5 －6
+5 0 0 0 －1 －3 －5 －5 －5 －5 －5 －5 －5 －5 －5
+6 0 0 0 －1 －3 －3 －6 －6 －6 －6 －5 －6 －5 －6
3．1．2 矿水控制
球磨机矿水包含两部分 返砂水新水
确定正常返砂通检测振动筛运行电流
建立模糊控制器( 振动筛电流隶属度见表 4)运算
出返砂量
返砂含水量 返砂量 × 1 － 返砂浓度
返砂浓度
控制中保持磨矿浓度稳定非常必
时指导磨机矿水重球磨机
矿干矿含水分矿浓度 1返砂浓度
测定现场采样通化验分析出计算出矿
水量通 PID 控制器调节电动阀门达稳定水
表 4 振动筛电流隶属度
变
量
隶属度 Eg
－6 －5 －4 －3 －2 －1 －0 +0 +1 +2 +3 +4 +5 +6
NB 1．0 0．8 0．4 0．1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
NM 0．2 0．7 1．0 0．7 0．2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
NS 0 0 0．1 0．5 1．0 0．8 0．3 0 0 0 0 0 0 0
N0 0 0 0 0 0．1 0．6 1．0 0 0 0 0 0 0 0
P0 0 0 0 0 0 0 0 1．0 0．6 0．1 0 0 0 0
PS 0 0 0 0 0 0 0 0．3 0．8 1．0 0．5 0．1 0 0
PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0．2 0．7 1．0 0．7 0．2
PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0．1 0．4 0．8 1．0
3．2 高频细筛分级程控制优化
高频细筛分级稳定控制作 ① 保证细筛
筛产品粒度合格率利浮选生产程稳定
控制 ② 保证细筛筛分效率图 6 磨矿分级优化
控制原理图
图 6 磨矿分级程优化控制原理
影响高频细筛操作条件包括泵池液位细筛补
加水控参数细筛矿浓度矿流量
细筛补加水流量分级粒度细筛料负荷定
时 定 范 围 调节入筛浓度提高筛分指
标［15］
3．2．1 高频细筛矿流量检测
细筛矿流量细筛料负荷通检测矿
流量判断筛返砂量料负荷必须磨矿细筛
处理力匹配设计范围确保磨矿分级程协
调性通渣浆泵变频调速恒定渣浆泵池液位稳定
细筛矿流量保证细筛稳定工作
3．2．2 细筛泵池液位矿浓度控制
稳定细筛矿浓度保证筛分效率关键
细筛矿浓度受浆池补水流量影响进影响矿
浆池液位细筛进料浓度稳定定范围必须
放宽泵池液位约束超声波液位计检测
93第 4 期 孙 伟等 金属选矿厂磨矿分级优化控制研究应泵池液位矿浓度变化时需改变浆池补水量
防止泵池矿抽空需重新改变细筛矿流量找
浆池新液位衡点采分段控制策略确保泵池液
位细筛矿浓度稳定
3．2．3 细筛粒度检测控制
采超声波粒度仪检测细筛入筛粒度筛产品
粒度通检测实际粒度判断细筛筛分效率通
粒度约束控制磨机料细筛矿流量浓度
3．3 控制系统实现
整控制系统硬件部分包括电磁流量计电动
调节阀矿浆浓度计超声波液位计电子皮带秤电流
变送器温度变送器通讯设备工业计算机信号采集
模块控制器等控制系统采集量数字量
模拟量复杂控制算法限度保证生
产连续运行系统采西门子 PCS7 CPU410－5H
冗余控制站 AS1通讯链路采冗余设计样
控制系统线更换障模块线修改程序
影响正常生产软件部分采西门子程控制软件
PCS7 V8．1 版高效工程组态灵活扩展性强
数档查询功快捷图形编辑功友
界面程操作系统易数分析实现生产设备
操作动控制连锁保护数集中显示处理等
3．4 济效益
该系统投入选厂生产力日处理原矿
1 000 t年处理矿石 30 万吨日生产铅锑银混合精矿
约 52．6 t年产铅锑银混合精矿 17 358 t 日生产品位
45锌精矿约 14．9 t年产锌精矿 4 917 t 日生产品
位 55锡精矿约 18．7 t年产锡精矿 6 171 t回收
率精矿品位提高 3工操作相
仅稳定磨矿工艺段处指标浮选工艺段提供
良条件更利金属回收 优化磨矿
负荷衡减少设备磨损生产资料消耗钢球
单耗降 29．87优化效果见表 5
表 5 优化成果
项目
日处理
量
t
均矿
粒度
mm
磨机利
系数
［t·( m3 ·h) －1］
衬板
寿命
月
筛产品粒度
( －0．074 mm
粒级含量)
优化前 900 12 87．5 4～5 58．6
优化 1 000 12 91．4 ＞8 63
4 结 语
新型装备算法提供种新型磨矿分级工艺控
制手段提高磨矿产品合格率时提高球磨
机台时处理力降低单位耗产品应范围
广适冶金黑色金属色金属等行业该新型装
备算法成功应提高矿山行业设备技术水
提高设备效率等均具重意义
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引文 孙 伟张雪娇熊 伟等． 金属选矿厂磨矿分级优化控
制研究应［J］． 矿冶工程201838( 4) 36－40．
04 矿 冶 工 程 第 38 卷

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