国内外选矿自动化的现状与发展 中钢集团马鞍山矿山研究院 曾云南

目录 一、选矿技术及其设备的新发展 二、选矿自动化的进展与发展趋势 1、自动化仪表的数字化、智能化和虚拟化 2、控制系统的集成化、分布化、开放性 3、自动控制理论和方法、先进控制软件的新发展 4、网络化测控技术的迅速发展 三、中信泰富西澳铁矿项目介绍

一. 选矿技术及其设备发展的特点 特点1：选矿厂规模越来越大 中信泰富Sino铁矿为世界级特大型选矿厂，处理量8400万t/a，铁精矿2400万t/a。 太钢袁家村铁矿为中国单体矿山特大型选矿厂，处理量2200万t/a，铁精矿741万t/a。 唐钢司家营铁矿选矿厂，为中国复合矿山特大型选矿4300万吨/a，其中一期投产800万t/a（红矿）。二期施工1500万t/a（400万t/a红矿，1100万t/a磁矿），三期设计阶段为1500万t/a（磁矿），四期完成可研500万吨/a。 本钢徐贾铁矿800万吨/a，正在建设中。

特点2：选矿厂磨矿设备大型化 中信泰富Sino铁矿6台Φ40 ′×36′（Φ12.19×10.97m）自磨机（环型电机28000KW），1400万t/a台。二段6台Φ36 ′ ×44.5′（Φ7.92×13.56m）球磨机（2×7800KW）。 太钢袁家村铁矿3台Φ34 ′×18′（Φ10.36×5.49m）半自磨机（2×5500KW），733万t/a台。二段3台Φ24 ′×41′（Φ7.31×12.5m）球磨机（2×6750KW）。三段3台Φ24 ′×37′（Φ7.31×11.28m）球磨机（2×5500KW）。

江西铜业集团Φ10.37×5.19 m半自磨（2×5586KW）1台，Φ7.32×10.68m球磨机（2×5586KW）1台。 Φ5.5×8.8m球磨机已经不是最大，Φ6.2、Φ6.4、Φ6.7、Φ7.3、Φ7.9 、Φ8.5m直径球磨机正在各类矿山广泛应用。

中信重机设计制造Φ7.92×13.56m最大溢流型球磨机出厂前预组装

特点3： 自磨工艺流程正在崛起 中信泰富sino铁矿全自磨+顽石破碎+球磨（ABC）。 太钢袁家村铁矿半自磨+球磨+球磨（SAC）。 凌钢保国铁矿Φ8.0×2.8 m全自磨+顽石破碎+球磨（ABC）。300万t/a。 昆钢大红山铁矿Φ8.53×4.32 m半自磨+球磨+球磨（SAC）。400万t/a。 铜陵冬瓜山铜矿Φ8.53×3.96 m半自磨+球磨+球磨（SAC）。400万t/a。 中国黄金集团乌努格吐铜矿2台Φ8.8×4.8 m半自磨+球磨（SAC）。1000万t/a，500万t/a，已投产。

特点4：磁选机、浮选机朝着大型化、高性能发展 沈矿研制的 Φ1500×4500特大型高效磁选机已在本钢南芬选矿厂做工业试验,处理量280-320t/h,矿浆量800m3/h,入选颗粒-3~0mm。目前在齐大山铁矿做处理量试验。 北矿院、沈矿联合中标的世界上最大磁选机订单的中信泰富Sino铁矿312台Φ1200×3000磁选机。这标志着中国磁选机制造技术处于国际领先。 北矿院200m3/h大型浮选机，德兴铜矿19台，正在研制世界上最大的300m3/h的浮选机。

特点5：高压辊磨机的成功应用 马钢南山铁矿凹山选厂应用德国魁伯恩Φ1700× 1400mm高压辊磨机是我国第一家成功应用在铁矿山选厂，实践证明，技术指标先进，设备运行可靠，经济效益显著。 司家营二期工程选用洪堡公司Φ1700×1800mm高压辊磨机。山东黄金集团昌邑铁矿选用德国魁伯恩Φ1400× 1100mm高压辊磨机。 世界上最大规格高压辊磨机为Φ2.1×2.3m，最大处理量为3000t/h，最大给料粒度90mm，破碎产品比表面积可达2000cm2/g，最大特点是增产节能增效，其能耗仅为自磨机或常规球磨机的25-50%。用于球团厂可增加铁精矿比表面积。

高压辊磨机

特点6：管道输送技术和压滤技术成为新宠 美国PSI管道输送技术 太钢尖山铁矿是中国首条铁精矿管道输送，全长104公里，输送成本0.1元/t左右。 鞍钢调军台选厂铁精矿管道输送25km。 昆钢大红山铁矿铁精矿管道输送171km，从标高670m输送到标高2010m，净高程1340m，三个输送泵站的标高分别为670 m、1454 m、1845 m，其输送距离分别为12.5 km、54.5 km、104 km，中间设有4座压力检测站，是世界上输送高程最高，地形最复杂的管道输送技术。 包钢白云鄂博西矿150 km。 中信泰富Sino铁矿从乔治帕尔玛矿区27km管道输送至港口的压滤车间。

大红山长距离管道输送实景

压滤技术 随着铁精矿粒度越来越细，压滤技术将成为我国微细粒级铁精矿选择的高效过滤设备。 太钢尖山铁矿是我 国第一座铁精矿采 用压滤技术的选矿 厂，压滤 成本8元/t。 而其它过滤成本在 5～20元/t。 中信泰富sino铁矿2400万t/a 铁精矿全部采用压滤技术。 随着铁精矿粒度越来越细，压滤技术将成为我国微细粒级铁精矿选择的高效过滤设备。

二 选矿自动化的进展与发展趋势 2.1 选矿自动化仪器仪表的新进展 A、矿浆粒度分析仪：芬兰奥托昆普的 PSI-500TM 美国热电的 PSM-400 MPX 俄罗斯的 PKI-074P B、矿浆品位分析仪：芬兰奥托昆普的 Courier 6SL 美国热电的 Duplex AnStat-200 马鞍山矿山研究院的 WDPF 北矿院、丹东东方测控对上述产品都有研制。 C、浮选泡沫图像分析、磨机声学传感器、矿浆流量计等。

PSI-500TM粒度分析系统 光学传感器头具有一个固态的二极管激光器，由它发送相干光束穿过稀释后的样品流。 在测量时，样品连续地流过一个带有平行坚硬窗口的样品盒。 有一个透镜将光束放大，由一个环形探测器在样品盒另一侧测量散射光分布。 样品盒为样品流提供了一个平滑的输送通道。 样品流处于紊乱状态，以便使较大的颗粒良好地呈现。

PSM-400 MPX 粒度分析仪

PKI-074P 粒度仪 探测杆5 的上部通过摇杆9 紧紧地与电感探测杆5 和带连接板7的端轴承6 组成了探针，探测杆5 的上部通过摇杆9 紧紧地与电感应变换器10连接杆相连。这个变换器用来测定夹住的分子11的规格，并以输出变换器电压12 的方式传递到微处理测量变换器МИП-2上。 13 12 10 8 7 11 6 3 4 5 1 2 9 流动的泥浆

在管道中安装粒度探头

在流槽中安装粒度探头

Courier 6SL 品位分析系统

WDPF 矿浆品位分析仪 中钢集团马鞍山矿山研究院 研制

矿浆泡沫分析系统

声学传感器

磨机负荷分析系统

该产品为一个传感器阵列组，可以安装在管道中测量液体的体积流量以及存在于液体和连续相工艺流体中的空气／气体含量。 声纳阵列技术 流 量 计

传感器的数字化、智能化实现了同控制装置网络的连接，通过现场总线实现多方向、多变量数据通讯，取代传统的单变量、单方向的直接输入、输出的模拟、离散的控制装置。数字化的执行器可以直接接受数字信号，控制调节阀开度和其他机构的行程。一些自动化仪表不再是传统意义上的有形仪表，而是软件的虚拟功能体。以此为动力，新的数字化、智能化和虚拟化传感器必将出现。

2.2 综合自动化系统 控制理念：计控管一体化 系统结构：网络化（现场总线） 控制策略：智能优化 人机交互：人性化 数字化矿山

酒钢选矿厂 综合自动化系统模式 管控一体化实现： 信息共享， 动态分析， 精细核算， 降低成本。 主要有：基础自动化系统 优化控制系统 生产执行系统等

某矿山的 FCS系统结构图

FCS的关键要点： FCS系统的核心是总线协议，即总线标准。 FCS系统的基础是数字智能现场装置。 FCS系统的本质是信息处理现场化。 FCS系统采用全数字化技术，数字智能现场装置发送多变量信息，而不仅仅是单变量信息，并且还具备检测信息差错的功能。FCS系统采用双向数字通信现场总线信号制。因此，它可以远程对现场装置（含变送器，执行机构等）进行诊断、维护和组态。 DCS系统是封闭式系统，各公司产品基本不兼容。而FCS系统是开放式系统，用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线，达到最佳的系统集成。 FCS系统由于信息处理现场化，与DCS系统相比，可以省去相当数量的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜。因此，FCS系统投资起点低，可以边用、边扩、边投运。

优化、智能化控制 　1)优化控制（OC）：利用现有生产能力创造最大的经济效益是选矿厂的目标，选矿生产是一个由多个生产工序组成的连续生产过程，在各个单元过程优化运行的基础上实现全流程优化、协调控制，将带来可观的经济效益。选矿过程控制以集散系统作为底层控制平台，基于集散系统的设定值优化控制将是今后的重要方向。 　 2)智能优化控制（IOC）：针对磨矿过程当中存在的大惯性、时变、非线性、工艺参数（磨矿粒度、磨矿质量浓度、磨机负荷）难以在线测量等综合复杂性，提出了由磨矿智能优化设定系统和磨矿回路控制系统组成的实现磨矿粒度和磨机处理量优化控制的磨矿过程智能优化控制策略。结合选矿厂生产过程，提出了由智能优化控制系统、运行过程管理系统组成的两层结构的磨矿过程综合自动化系统。

破碎机挤满给矿控制

典型的磨矿旋流器分级控制系统

先进浮选控制系统

结合磨矿的生产技术要求及工艺特点，从稳定产品质量、提高磨矿效率、降低能耗的总体控制目标出发，基于优化关键生产工艺指标的实际出发，结合专家系统、案例推理等人工智能技术，提出了过程管理系统和过程控制系统组成的二层结构的磨矿过程综合自动化系统。 东北大学赵大勇等

人机交互—控制室设计人性化 “随着软硬件技术的发展，由控制室采集到的各种信号和反馈信息已经越来越可信和准确了。那么我们的控制室中为什么仍然会出现那么多的错误和低效率现象呢？” “因为我们不仅常常忽视那些可能立即导致错误发生的因素（沟通不良、理解不当以及对信息的错误解读），还常常忽视存在于控制室中的众多影响操作人员正常发挥、并增加其疲劳累积的负面因素。” “简而言之，对疲劳问题的处理，至少在控制室内，主要在于如何尽可能地让操作员们的注意力始终保持高度集中的状态。”

充分考虑减轻劳动强度的方法： 减少噪音、 减轻视觉疲劳、 减少左右侧交替 操作等。 控制室的人性化设计原则： 盘台布局、 显示画面组织与色彩调配， 服从人机工程学的基本要求， 符合运行人员的操作习惯。 30个操作员自如地控制着这个世界上最大的甲醇制造厂的生产过程。

　Statoil Hydro下属Tjeldbergodden甲醇制造厂的新控制室是过程控制和人机工程学的最新科技成果结晶。它采用了ABB的System 800xA Extended Operator Workplace，称得上是未来的交互式操作员环境的教科书样板。

人机界面设计人性化 简要回顾和分析人机交互技术的变化过程，进而展望未来发展的趋势。 1　命令语言用户界面：真正意义上的人机交互开始于联机终端的出现，此时计算机用户与计算机之间可借助一种双方都能理解的语言进行交互式对话。 2　图形用户界面： 图形用户界面(GUI-Graphics User Interface)是当前用户界面的主流，广泛应用于各档台式微机和图形工作站。图形用户界面和人机交互过程极大地依赖视觉和手动控制的参与，因此具有强烈的直接操作特点。 3　直接操纵用户界面：直接操纵(Direct manipulation)用户界面是Shneiderman首先提出的概念，直接操纵用户界面更多地借助物理的、空间的或形象的表示，而不是单纯的文字或数字的表示。

4　多媒体用户界面：多媒体技术引入了动画、音频、视频等动态媒体，特别是引入了音频媒体，从而大大丰富了计算机表现信息的形式，拓宽了计算机输出的带宽，提高了用户接受信息的效率。 5　多通道用户界面：多通道用户界面主要关注人机界面中用户向计算机输入信息以及计算机对用户意图理解的问题。国外的研究涉及键盘、鼠标器之外的输入通道主要是语音和自然语言、手势、书写和眼动方面，并以具体系统研究为主。 6　虚拟现实技术：虚拟现实系统向用户提供身临其境(immerse)和多感觉通道(multi-sensory)体验， 作为一种新型人机交互形式，虚拟现实技术比以前任何人机交互形式都有希望彻底实现和谐的、“以人为中心”的人机界面。 总之，虚拟现实技术和多通道用户界面的迅速发展显示出未来人机交互技术的发展趋势是追求所谓“人机和谐”的多维信息空间和“基于自然交互方式的”的人机交互风格。

数字矿山建设的整体架构 全面集成 全程贯通 四级 三级 二级 一级 ERP企业资源计划 ERP企业资源计划 ERP企业资源计划 制造执行系统 计量及检测系统 生产过程自动化系统 制造执行系统 ERP企业资源计划 制造执行系统 制造执行系统 三级 生产过程自动化系统 生产过程自动化系统 二级 计量及检测系统 计量及检测系统 一级

三、中信泰富西澳铁矿项目介绍 3.1 项目特点 Ｓｉｎｏ铁矿属于世界特大型铁矿山，工艺流程先进可靠，选矿工艺过程全部实现自动控制。顶级的技术装备，特大型及高效化的设备，成为21世纪规模最大，现代化程度最高的典范。高效、节能、无污染、绿色环保是该采选联合企业的最大特点。 3.2 矿石特性 Ｓｉｎｏ磁铁矿石属于难磨易选矿石，矿石晶体嵌布粒度极细，细磨至Ｐ80为25μｍ才能单体解离。选矿工艺经过二次磨矿，三段磁选的阶段磨选后，最终铁精矿品位可达到67％ ～69％，磁性铁回收率达91％。

3.3 设备大型化 露天铲装作业采用RH400型45ｍ３ 挖掘机，开采方式采用汽车-可移式破碎站-胶带联合运输方式，汽车运输采用MT6300型360ｔ自卸汽车，破碎采用60ˊ×89 ˊ半移动式破碎机（重量1000ｔ/台），B＝ 2.2ｍ胶带运输机。两段磨矿采用全自磨加顽石破碎的ABC流程，Φ12.19×10.97ｍ的自磨机和Φ7.93×13.6ｍ溢流型球磨是目前世界上直径最大、筒体最长的特大型磨矿设备，自磨机台年处理原矿石达1400万ｔ。自磨机传动方式为滑环电机，2.8万KW，主体重量1900ｔ／台。球磨机为双斜齿传动，0.78×2＝15.6万KW，主体重量1200ｔ/台。

3.4 厂房特点 根据西澳的气候特点，本设计选矿厂厂房为露天式，240ｔ移动吊车＋固定天车，精矿过滤为压滤式过滤机，矿浆输送和供水采用的渣浆泵和水泵均无备用泵，这与国内一工一备的设计相比，凸现选择先进可靠设备的重要性，很值得国内同行借鉴。 3.5 尾矿干堆 由于本项目中使用的工业用水全部采用海水淡化工艺，水资源非常宝贵，充分回收利用水资源是工艺设计过程中重点考虑的一个因素。鉴于生产过程耗水量较高，因此在尾矿堆存上采用72％高浓度尾矿膏体堆存方案，以最大程度地节省水资源。

3.6 国内制造的大型设备 中信重工制造的自磨机和球磨机，沈矿和北矿院制造的磁选机，抚顺隆基制造的脱磁器，沈矿制造的皮带输送机和重板给料机，大连重工制造的堆料机等中国产品，在此项目中进入澳洲市场。特别是中信重机通过该项目成为世界上继美卓、福勒后第三大大型磨矿设备制造商，实现了中国制造到中国创造的跨越性发展。 3.7 意义思考 该项目生产的铁精矿产量相当于鞍钢、本钢所有矿山产量的总和，它的实施对我国充分利用国内外两种资源两个市场，扩大海外资源开发利用力度，稳定国内铁精矿市场价格，对中国钢铁工业可持续发展和国家经济安全，具有高度的战略、经济和政治意义。

Sino铁矿项目的实施，把中国处理贫磁铁矿的先进选矿技术与特长输送到澳大利亚，也把澳大利亚的先进管理经验和方法引进中国。特别需要指出的是，到澳大利亚投资需要认真研究学习澳大利亚的法律、法规，特别是矿产资源开发有关的政策；遵守当地政府的法律法规，符合当地行业规范和惯例，尤其是在设计和设备选型方面，要完全遵守澳大利亚的苛刻的技术要求和安全标准。同时还要正确面对因地域、种族、文件和思维方式的不同所带来的沟通、融合方面的困难。另外面对复杂细微的工作过程和决策的反复多变，需要有充分的耐心和耐力，需要有做艰苦细致工作的思想准备，这点应引起想去澳大利亚投资的同行们关注和思考。

谢谢选矿专家段其福先生 为本文撰写提供的技术资料！ 谢谢各位领导和专家！