Система автоматического регулирования плотности пульпы в перемешивателе при подготовке к флотационному обогащению

Н.В. Осипова, канд. техн. наук, Институт ИТАСУ НИТУ «МИСиС»

Д.В. Пипия, магистрант II курса, Институт ИТАСУ НИТУ «МИСиС»

Обогащение полезных ископаемых является главным промежуточным звеном между добычей горной породы и ее использованием. В основе данного процесса лежит анализ свойств минералов и их взаимодействий при разделении. От содержания металла в перерабатываемом сырье во многом зависят технико-экономические показатели работы горно-обогатительного комбината. При этом одним из универсальных методов, обеспечивающих повышение количества металла в рудном сырье в результате его обогащения путем удаления большей части пустой породы, является процесс флотации [8–11].

В его основе лежит свойство избирательного закрепления обработанных реагентами минеральных частиц на воздушных пузырьках. В условиях флотации значение удельного веса извлекаемых из руды компонентов уменьшается, потому что они более или менее прочно прилипают к пузырькам воздуха и вместе с ними всплывают, тогда как прочие минералы тонут [4, 5].

Известно [3], что флотируемость сырья, гранулометрический состав измельченного продукта обогащения, плотность исходного питания являются возмущающими факторами и во многом зависят от нестабильности физико-механических свойств пульпы. Ее плотность – один из основных параметров контроля и регулирования процесса флотации, в то время как остальные показатели достаточно трудно измеряемы и управляемы.

Технологическая схема процесса перемешивания пульпы при подготовке к флотации 1 – выходной сигнал контроллера для управления клапаном; 2, 6 – выходной сигнал расходомеров; 3, 4, 7, 8 – выходные сигналы контроллера для управления ножевыми задвижками; 5 – выходной сигнал плотномера

Технологическая схема процесса перемешивания пульпы при подготовке к флотации 1 – выходной сигнал контроллера для управления клапаном; 2, 6 – выходной сигнал расходомеров; 3, 4, 7, 8 – выходные сигналы контроллера для управления ножевыми задвижками; 5 – выходной сигнал плотномера

На рисунке показан пример технологической схемы процесса перемешивания пульпы при подготовке к флотации Михайловского ГОКа.

В перемешиватель ТК-13 поступает магнетитовый концентрат и добавляется вода, расход которой измеряется расходомером и зависит от степени открытия клапана. Из данной емкости пульпа откачивается основным или резервным насосом в зависимости от положения ножевых задвижек. Ее плотность и расход контролируют плотномер и расходомер соответственно. Далее пульпа поступает во второй перемешиватель ТК-14, откуда насосом подается во флотационную машину.

Стабилизация плотности пульпы в ТК-13 осуществляется промышленным контроллером по сигналу рассогласования между ее требуемым значением, вводимым оператором SCADA-системы с компьютера, и текущей величиной, измеренной плотномером. Регулирование происходит за счет манипуляции расхода воды посредством изменения степени открытия клапана, к электрической схеме которого подключен выход контроллера. При этом поток пульпы, поступающей во вторую емкость ТК-14, а следовательно, и на флотацию, также имеет постоянную плотность.

Приведем пример регулирования процесса перемешивания при отклонении режима работы обогатительного оборудования, вызванного изменением количества твердой фазы в суспензии. Его рост приводит к уменьшению расстояния между частицами и, как следствие этого, повышению плотности пульпы. Регулятор, используя пропорционально-интегральный алгоритм работы, заложенный в программу контроллера [1], выдает управляющий сигнал, открывая клапан, увеличивая расход воды в перемешивателе. При этом минералы станут отдалены друг от друга и плотность будет снижена. Регулирование будет осуществляться до тех пор, пока этот параметр не достигнет заданного значения.

Малое содержание твердой фазы в пульпе приведет к уменьшению плотности. Следовательно, контроллер выдаст сигнал на закрытие клапана, чтобы снизить расход воды, стабилизируя тем самым плотность суспензии.

Рассмотрим технические средства автоматической системы. Устройством регулирования потока пульпы является двухседельный клапан с электрическим механизмом типа МЭО-1,6/40 [6]. В качестве датчика плотности выступает поточный плотномер модели FD960 Sarasota с диапазоном измерений 0–2100 кг/м3, точностью 0,1 г/см3 [12]. Электромагнитный расходомер пульпы Siemens SITRANS FM MAGFLO MAG 3100 с преобразователем сигналов MAG 6000 имеет погрешность 0,25% и осуществляет контроль ее расхода [7]. Для управления и контроля процесса перемешивания пульпы используется промышленный логический контроллер фирмы Siemens Simatic S7-300. Он включает в себя модули ввода и вывода аналоговых величин с датчиков SM 331, SM 332, модули дискретных сигналов SM 321 для контроля неисправностей, процессор CPU 315-2 DR и блок питания PS 307 5А. Технические характеристики и принцип работы контроллера Siemens подробно изложены в пособиях [1, 2].

Система автоматического регулирования плотности пульпы в перемешивателе позволит осуществлять стабилизацию данного показателя в условиях изменчивости физико-механических свойств руды. Ее применение в составе АСУ ТП горнорудных предприятий обеспечит заданное качество вырабатываемых продуктов обогащения и уменьшит потери ценных компонентов при флотации.

Информационные источники:
1. Осипова Н.В. Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов: учеб. пособие. М.: Изд. Дом МИСиС, 2015. 80 с.
2. Осипова Н.В. Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов (лабораторный практикум и конспект лекций) для студентов специальности 220201 «Управление и информатика в технических системах»: учеб. пособие. М.: Изд. Дом МИСиС, 2015. 75 с.
3. Патент РФ 2567330, 10.09.2016. Куркин В.А., Народицкис А., Бабушкин А.А и др. Способ управления технологическим процессом флотации. 2016. Бюл. 25.
4. Патент РФ 2567330, 10.11.2015. Зимин А.В., Арустамян М.А. др. Способ автоматического контроля и управления процессом флотации. 2015. Бюл. 31.
5. Подоляк М.В. Автоматизация процесса флотации золотосодержащих сульфидных руд // Молодежь и наука: Сб. материалов VIII Всероссийской науч.*техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 155*летию со дня рождения К. Э. Циолковского [Электронный ресурс]. Красноярск: Сибирский федеральный ун*т, 2012. URL: http://conf.sfu kras.ru/sites/mn2012/section03.html
6. Устройство электрических исполнительных механизмов. URL: http://lektsia.info/1x4f1f.html (дата обращения 03.06.2017)
7. Электромагнитные расходомеры. Датчики MAG 1100, MAG 3100, MAG5100W. Преобразователи сигналов, MAG 5000, MAG 6000. URL: http://www.ste.ru/siemens/pdf/rus/MAGFLO_S.pdf (дата обращения 03.06.2017)
8. B. D. H. Knights. Performance improvements provided by Mintek’s FloatStar Advanced Control System on reverse*flotation of iron ore// The Southern African Institute of Mining and Metallurgy (SAIMM) 2011 Iron Ore and Manganese Ore Metallurgy Conference, Johannesburg, South Africa, July 2011, pp. 1–4. http://conf.sfu kras.ru/sites/mn2012/section03.html.
9. Li Lin, Liu Jiong*tian, Wang Yong*tian, Cao Yi*jun, Zhang Hai*jun, Yu He*sheng. Experimental research on anionic reverse flotation of hematite with a flotation column// The 6th International Conference on Mining Science & Technology, 2009, pp. 791–798.
10. Hasan Ali Taner, Vildan Onen. Control of clay minerals effect in flotation. A review// E S Web of Conferences, 2016, pp. 1–6.
11. Xianping Luoa, Bo Fenga, Cunjian Wonga, Jiancheng Miaoc, Bin Mac, Hepeng Zhou. The critical importance of pulp concentration on the flotation of galena from a low grade lead–zinc ore, Journal of Materials Research and Technology. 2016, vol. 5, pp. 131–135.
12. Sarasota FD910, FD950, FD960. User’s manual. URL: https://tools.thermofisher.com/content/sfs/manuals/D20488~.pdf (дата обращения 03.06.2017)
Ключевые слова: флотация, перемешиватель, клапан, ножевая задвижка, насос, промышленный контроллер, SCADA-система, регулятор, расходомер, плотномер

Журнал "Горная Промышленность"№3 (133) 2017, стр.92