普来森界面仪参与中金内蒙矿业尾矿深锥智能监控项目

一、客户面临的实际问题

我们遇到的问题是在高10米、直径40米的大型深锥中，人工每1小时或2小时手动测试清水层和重泥层，通过人工绳索下放吊壶，估算到一定长度后提起，目视查看液体浑浊度来估计清液层高度。依赖人工经验和操作人员手法影响较大，数据不易准确，测量周期较长，数据比较滞后，不能及时发现跑浑等特殊情况。也无法准确得知沉降层和泥层的分布情况。另外在絮凝剂添加上，由于矿石性质等其它无法控制的因素，易出现过量添加导致清液层过大，或者在泥层呈上升趋势时添加絮凝剂不及时的情况，造成絮凝剂添加的波动，发生絮凝剂浪费甚至清液层失控造成的深锥跑浑停耙故障事故。

该客户始终坚持自主创新与技术改造相结合，通过科研成果转化，实现降低成本、优化指标、提高效益，助力环境保护和降本增效。

二、国内外技术现状

目前国内选矿尾矿大型深锥的界面检测采用的固定式深锥界面仪器测量的数据故障率高、稳定性和准确性差，仍以人工周期性测量为主。国内外控制主要参照重泥层检测，仍通过简单回路来控制深锥固液分离效果，人为经验操作较多，缺乏与深锥界面数据的相关性和趋势分析。

尾矿深锥流程虽然不直接作用于选矿产品的产品，但却直接制约选矿流程的稳定运行。随着数字化建设的发展，尾矿深锥流程具备了基本的数据采集和控制的能力，但如何让关键的过程反馈数据更为及时准确，如何在分析数据的基础上明细控制思想，需要我们在深锥浓密过程智能监控分析优化控制上进行更多的探索和研究。

三、项目研究主要内容

（1）研究应用实时性、准确性更强的深锥界面检测技术。

（2）优化絮凝剂控制，保障回水水质

（3）优化底流浓度控制

（4）研究如何提高尾矿回水利用率

（5）设计浓密机跑浑预警连锁机制，有效避免浓密机跑浑事故发生。

四、泥层界面仪安装使用数据对比

深锥直径40米，泥层界面仪安装在深锥上部过桥距离耙中心7米的地方。设备距离液面1.3米，探头根据实际应用设置大下潜深度 11.8米。除了安装界面仪主体设备，还加装了耙机旋转检测装置，防止探头下潜过程中与耙架发生碰撞，提高仪表使用的安全性。加装系统智能清洗装置及探头酸洗罐，每次探头检测完毕后使电磁阀自动控制清水对探头进行冲洗，维护人员定期会探头进行酸洗，避免了结钙对探头检测影响，提高数据精确性。

                                     图1，仪表现场安装图

图2，仪表显示数据图

 表1，人工与仪表测量数据对比表

根据数据对比，泥层界面仪测量数据更加精准，能够在线实时监控深锥槽内界面分层情况。

四、数据分析

4.1干矿量和清液层的关系

图3， 清液层增量与干矿量差值对应关系分析图

干矿量差值等于排矿干矿量减入矿干矿量，当干矿量差值为负值，表示入矿干矿量大于排矿干矿量，在絮凝剂添加量不变的情况下，清液层增量为负值或者增量放缓，当干矿量差值为正值，排矿干矿量大于入矿干矿量，清液层增加，增量为正值，而且增量大小还与干矿量差值的变化速率有关。

 图4， 清液层厚度与干矿量差值对应关系分析图

上图可以看出，清液层与干矿量差值的变化趋势有一定的跟随性，干矿量差值从序号8的18.77 t/h 开始下降，序号13下降到底端-140.68 t/h，从序号 21 的96.68t/h下降到序号28的-162.65t/h，清液层在序号9的5.78t/h 开始下降，到序号17的3.63t/h。从序号24 的 5.35 t/h 下降到序号30的3.65 t/h。因此清液层与干矿量差值的变化趋势跟随时间约为（10+40+30+20）/4=25 分钟（数据取样间隔为 10 分钟）

4.2絮凝剂和清液层、沉降层的关系

 图5，絮凝剂与清液层、沉降层数据分析图

 图6，絮凝剂变化趋势与清液层变化趋势数据分析

通过分析发现，沉降层与絮凝剂关系较大，呈现明显的反比趋势关系，说明絮凝剂效果越好，沉降层越小。

4.3底流浓度和干矿量差值及界面关系分布的关系

图7，干矿差值与底流浓度关系数据分析

2019 年 9 月 16 日13:20:00 到 9 月18 日 22:40:00，干矿量差值一直为负，表示入矿干矿量大于排矿干矿量，底流浓度在61%到 62%之间呈上升趋势。

2019 年 9 月 18 日 23:20:00 到 9 月 19 日 2:20:00，干矿量差值为正值，底流浓度从 62%降至 58%。

2019 年 9 月 19 日 2:30:00 到 9 月 19 日 9:00:00，干矿量差值为负值，底流浓度从 58%升至 61%。

图8，界面分层与底流浓度关系数据分析1

图 8采用的数据时间段同图 7，界面分布的数据体现的是深锥内的固体量。由图可以看出这个值与底流密度趋势有一定的跟随性。

 图9，界面分层与底流浓度关系数据分析2

图 9界面分布数据在 B 段与底流浓度趋势拟合较好，在 A 段趋势相关性不明显。

五、客户实现的控制目标

5.1 预防异常停机

异常停机会导致短时间内跑浑、压耙直至选矿流程中断。项目所用深锥是液压马达中心传动，预防停机的控制思路有：液压马达运行信号预警，扭矩报警上限设置来进行预警，耙机旋转位置检测延时报警来判断耙机实际旋转的情况。

5.2 清液层控制

通过控制清液层厚度，确保提供稳定、高质的深锥回水，预防深锥跑浑和压耙。公司年回水利用率约 80%，深锥回水是生产用水的主要来源，因此必须确保回水的澄清和稳定供应，否则跑浑和压耙事故会直接影响生产。

回水主要是絮凝剂对来料进行高效的固液分离得来的，因此重要的影响因素是絮凝剂控制。通过絮凝剂添加，确保清液层厚度，同时防止跑浑。

5.3 给出稳定易控的底流浓度

正常情况下，底流浓度要在输送泵和输送管道能力内，较高的底流浓度对尾矿坝有益，以65%到 66%为宜。另外在尾矿坝进行模袋筑坝实验时，在某时段需要较低的底流浓度（59%到 62%）。通过控制底流流量、絮凝剂沉降效果和深锥固体存量来实现目标浓度。

六、经济社会效益

6.1 经济效益

利用深锥优化控制技术，稳定、可靠测量深锥浓密机清液层、沉降层厚度、泥层厚度、重泥层厚度等数据，实现浓密机跑浑预警、稳定清液层和保证回水质量的同时，降低絮凝剂用量，优化絮凝剂自动添加，提高循环水回收利用率，节约尾矿坝回水输送能耗，且在符合生产要求条件下，提高了一系列浓密机底流浓度指标。

6.1.1 稳定清液层和保证回水质量的同时，降低絮凝剂用量

在一系列投入优化控制，二系列未投入优化控制的情况下，一二系列絮凝剂制备浓度相同3g/L，通过比较，2019 年一二系列 1 月份至 9 月份在正常生产的情况下，得出一系列 9 个月内共计节省絮凝剂干矿量为 16480.8Kg，月均絮凝剂干矿量为 1831.2Kg，预计年节省絮凝剂干矿量为 21974.4Kg，2019  年 1  月到 9  月已产生经济效益

16480.8*10=16.48万元。

2019年全年可产生经济效益为：21974.4*10=21.97 万元。

6.1.2 提高尾矿深锥回水利用率，节约电耗

客户生产用水大部分依赖自身内部的循环用水，因此生产回水量对于生产至关重要，不同季节对回水量需求也不同。深锥浓密机优化控制主要通过控制清液层厚度，在允许范围内提高底流浓度，进而稳定排料浓度，来提高深锥溢流回水量。一系列深锥回水量大于二系列。

深锥产生的回水一种是通过深锥溢流就近返回生产流程再利用，一种跟随底流尾矿通过长距离管道输送至尾矿坝后，再主要由浮船回水泵打回生产流程，一系列产生了较多的深锥回水，则节省了由尾矿坝浮船泵长距离返回的能耗。

图10， 一二系列浓密机每小时产生回水量平均值对比趋势图

经过测算，2019 年 1 月份到 9 月份，一系列在9个月中，每小时产生回水量较二系列 9 个月中每小时产生回水量平均值多130.25立方米，月均节省浮船回水泵返水电力能耗 2.21万元。

2019 年1月份到9月份，已产生经济效益 2.21*9=19.89 万元。

2019 年全年可产生经济效益2.21*12=26.52 万元。

6.1.3 防止跑浑、压耙事故，提高生产稳定性

深锥浓密过程智能监控优化控制投用后，实时监测清液层厚度， 结合以往跑浑数据，设置完善的浓密机跑浑预警机制，有效避免浓密机跑浑和压耙事故。防止了跑浑甚至压耙事故和造成的减矿和停车检修事故。

以一系列以往压耙事故的频率对比，投用后，未发生因压耙造成的停车检修事故。以往处理事故时，由于需要排空深锥、冲泥、耙架修复、重新注水等操作，会比正常检修至少多出 21.7 小时。因此由于避免了事故，创造效益 225.03 万元。

6.2 社会效益

项目的研究是公司对发展绿色矿山、科技矿山，以科技创新促进节能、促进生产的重要探索。

1、节约水资源通过稳定控制底流外排，提高了尾矿深锥回水利用率，节省了水资源，这一点在高寒缺水的大草原尤为可贵。

2、节能降耗，提高工作效率。通过深锥优化控制，实现了进一步的挖潜增效。节省絮凝剂使用量，降低回水泵输送能耗，减小人员劳动强度。

3、通过提供更为稳定的高浓度底流，提升了尾矿坝的安全性。实现浓密机底流在尾矿输送能力下底流浓度的增加，同时降低了浓度变化的波动，优化了深锥底流控制。

 表2，2018 年与 2019 年浓密机底流浓度月平均值和波动值对比表