基于負載動態平衡過程控制在濕法冶金中的應用

方 文，徐 寧，謝典順，高 健

(1.北京礦冶研究總院 礦冶過程自動控制技術北京市重點實驗室，北京100160；2.山東黃金礦業（萊州）有限公司精煉廠，山東 萊州 261441)

基于負載動態平衡過程控制在濕法冶金中的應用

方 文1，徐 寧1，謝典順2，高 健2

(1.北京礦冶研究總院 礦冶過程自動控制技術北京市重點實驗室，北京100160；2.山東黃金礦業（萊州）有限公司精煉廠，山東 萊州 261441)

在濕法冶金工業生產中，針對洗滌-鋅粉置換生產過程存在的生產問題，本文設計并應用了基于負載動態平衡過程控制，該自動控制系統投入使用后，在穩定生產、提高效率、保護設備、降低勞動強度等方面取得了良好的效果。

濕法冶金；洗滌；鋅粉置換；自動控制；負載平衡

1 前 言

隨著濕法冶金工業的發展，生產過程趨于大型化、集中化和連續化。為達到提高產品質量、降低成本、降低能耗、減輕污染的目的，除不斷改進現行工藝、引進新設備、優化生產過程外，自動控制技術在濕法冶金生產中起到的作用愈加顯著。自動控制技術根據有色金屬濕法冶金工藝過程測量和控制的需求，將智能儀表、計算機、自動控制等高新技術用于生產過程，輔助工藝生產達到較高水平，有利于企業節能降耗、提升生產效率、提高產品質量、改善工作環境和降低工作強度[1-3]。

本文的研究對象是黃金精煉廠氰化生產工藝流程中的洗滌-鋅粉置換過程，針對該工藝生產的特點和需求，設計并應用了基于負載動態平衡過程控制，在穩定生產、提高效率、保護設備、降低勞動強度等方面取得了良好的效果。

2 工藝簡介

2.1 工藝流程

傳統的氰化法提金工藝主要包括浸出、洗滌、置換三個工序。礦石經氰化浸出后，產出由含金溶液和尾礦組成的礦漿，通過濃密使含金溶液與固體尾礦分離。濃密洗滌采用濃密機對浸出礦漿進行洗滌，在浸出礦漿或待洗礦漿進入濃密機的同時，用脫金貧液作為洗水進行沖稀洗滌，經過濃縮后的礦漿隨濃密機底流排走（或排到下一級濃密機再次洗滌），上部清液中的已溶金隨溢流進入下一工序而被回收（或作為上一級的洗滌水），本文流程是以三臺濃密機組成的三級逆流洗滌流程。

鋅粉置換是一種從含金貴液中置換金的方法，由貴液凈化、脫氧和置換過濾三個作業組成。經過洗滌流程的含金貴液中含有一定數量的懸浮物，為避免影響置換效果和金泥質量，鋅粉置換前經過兩次凈化過程將其除去，凈化后的貴液通過射流真空系統進行脫氧，脫氧后的貴液進入鋅粉置換壓濾機完成最終置換和金泥過濾，脫金貧液返回濃密洗滌流程后再次作為洗滌水進行使用。貴液的凈化、脫氧和置換三部分在生產過程中需要連續進行，避免中間間斷[4][5]。

2.2 生產問題

在該洗滌-鋅粉置換生產過程中，洗滌水使用過程是一個貧液和貴液轉換的負載循環過程，如圖1所示。

圖1 洗滌-鋅粉置換過程負載循環圖

影響洗滌-鋅粉置換生產過程中水量負載循環的主要因素有：

（1）氰化浸出流程進入洗滌濃密機的礦漿量。

（2）硫精礦壓濾濾液進入洗滌濃密機的水量。

（3）進入硫精礦壓濾流程的三洗濃密機底流排礦量。

（4）流入該生產過程的雨水量。

由于以上因素的影響，生產過程的循環水量是動態變化的，造成生產上的主要問題有：

（1）各個泵池的水量調配不均勻平衡，容易造成在循環過程中的個別泵池水量過多或過少，導致冒槽或打空，甚至影響整個循環的正常生產。

（2）洗滌和置換的生產工位于不同崗位，在操作過程中只根據本工序情況進行調節。

（3）人工調節不及時，容易發生跑冒問題，甚至損壞設備。

（4）生產工操作頻繁，工作量大。

3 控制方案

針對以上的生產問題，使用單回路控制已無法實現較好的解決。根據該生產過程的特點和情況，提出了基于負載動態平衡的過程控制策略，即根據當前整個生產過程的循環負載率，動態優化調整各個泵池液位設定值，使泵池水量負載保持在合理范圍內，如圖2所示控制框圖。具體的控制策略如下。

圖2 控制框圖

3.1 泵池控制優先級

在整個循環生產過程中，首先根據各個泵池情況制定控制優先級順序，如表1所示。

表1 控制優先級

3.2 負載率計算

通過計算生產過程的負載率判斷當前循環水量的多少程度。

以上公式中，PV為各個泵池當前液位值；H為各個泵池液位工藝上限；L為各個泵池液位工藝下限，S為各個泵池橫截面積。

3.3 設定值優化

（1）計算液位設定值。各個泵池當前設定值：

（2）修正洗滌貴液池、置換一次凈化池、置換二次凈化池液位設定值。洗滌貴液池、置換一次凈化池、置換二次凈化池分別與置換貴液池有相關性（化工泵的進口與出口關系），考慮在特殊情況下置換貴液池較高時，將流程水量均衡到這三個泵池，增加液位系數，對這三個泵池的液位設定值進行修正：

以上公式中，PV2為置換貴液池當前液位值；SP2為優化計算的置換貴液池設定值；a為液位系數。

（3）計算置換貧液池液位聯鎖上下限。置換貧液池的化工泵為工頻控制，根據設置泵池液位上下限進行聯鎖控制。該泵池的工藝上限為H5，工藝下限為L5，在工藝上下限范圍內，聯鎖上下限根據整個流程循環負載情況自動進行調整。在流程負載較少時不積壓在該池，避免洗滌貧液池水量少影響洗滌效果；在流程負載較多時該池能緩存水量，避免洗滌貧液池冒槽。根據計算優化的液位設定值在工藝上下限范圍內劃分為四個區間，每個區間的液位聯鎖上下限如表2所示：

表2 聯鎖上下限表

（4）修正洗滌貧液池液位設定值。洗滌貧液池液位受到置換貧液池的影響，在置換貧液池化工泵運行和停止時，液位存在周期性變化，同時需要綜合考慮洗滌貴液池的液位變化情況。

上式中，SP6為計算優化的洗滌貧液池液位設定值；a1、a2為對應泵池的液位系數；PV1為洗滌貴液池液位檢測值；SP1為洗滌貴液池液位設定值；Hset為置換貧液池液位聯鎖上限；PV5為置換貧液池液位檢測值。

3.4 聯鎖控制保護

根據泵池液位控制優先級順序，設置對應泵池液位聯鎖上下限，保證優先級別較高泵池處于正常狀態。以洗滌貴液池液位控制為例，該池化工泵（圖1中泵①）優先保證置換貴液池不冒槽，設置置換貴液池液位聯鎖上限和聯鎖下限，在超過上限時停泵，在低于下限時開泵，在液位上下限范圍內，根據模型優化計算的該池液位最優設定值，調節化工泵轉速控制液位達到最優設定值。

3.5 控制效果

以置換一次凈化池液位控制為例，如圖3所示。上圖所示為人工調整化工泵轉速的情況，在一個班內（8小時）操作頻繁，工作量大，并且液位波動大，不穩定，甚至存在液位較低影響生產的情況。下圖所示為實施自動控制后的情況，在一個班內化工泵轉速自動調節較為平穩，液位控制穩定。

圖3 控制效果圖

4 結束語

在濕法冶金氰化生產工藝流程中的洗滌-鋅粉置換過程，投入使用了基于負載動態平衡過程控制，解決了該生產過程中存在的問題，在保證工藝生產穩定性和連續性、提高生產效率、保護設備、降低勞動強度等方面取得了良好效果。

[1]付子忠.從礦石和廢料中回收有色金屬的常用濕法冶金工藝和設備[J].濕法冶金,2011(03):175-183.

[2]張春生,劉剛.談談濕法冶金新技術在礦產資源開發中的應用[J].有色金屬設計,2006(04):6-9.

[3]周俊武,徐寧.我國選冶自動化的現狀和未來[J].有色冶金設計與研究,2011（04):6-10.

[4]陳淑萍.從氰化貴液(礦漿)中回收金技術進展[J].黃金,2012(02):43-48.

[5]全忠.黃金生產工藝學[M].沈陽:東北大學出版社,1994.