趙占斌， 王國立(北京金誠信礦山技術研究院有限公司， 北京 100070)

1 前言

尾礦膏體綠色處置技術近年來在國內(nèi)外得到快速發(fā)展，就是通過特定濃縮和攪拌工藝及膠凝技術，將尾礦漿制備成具有流動性、可管道泵送的膏體，這種膏體在一定時間后能夠凝結(jié)成具有一定強度的固體。這種尾礦膏體處置方式，對于尾礦毒害金屬的封存、減輕或消除尾礦對地表或井下環(huán)境污染方面有著不可替代的優(yōu)勢，成為最終徹底解決尾礦環(huán)保、安全等問題的有效途徑[1]。專業(yè)化、系統(tǒng)化尾礦膏體處置技術研究實驗室可以為尾礦膏體處置技術理論及工藝試驗研究提供了良好的科研平臺。

2 中試試驗系統(tǒng)工藝流程

中試試驗系統(tǒng)總體規(guī)劃設計實現(xiàn)4個試驗功能模塊：尾砂旋流分級試驗模塊、尾砂深錐濃密試驗模塊、膏體制備試驗模塊和泵送環(huán)管試驗模塊，還規(guī)劃設計了為實現(xiàn)上述4個試驗功能模塊所需配套的輔助系統(tǒng)模塊：試驗開始前的配料計量系統(tǒng)模塊和試驗完成后的廢棄物環(huán)保處理系統(tǒng)模塊。每個功能模塊可以根據(jù)實驗目的獨立運行，在最小樣品量級條件下，獲得穩(wěn)定的、足夠多的實驗數(shù)據(jù)，也可以通過切換開展模塊之間的影響試驗。中試試驗系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 中試試驗系統(tǒng)工藝流程圖

3 中試試驗系統(tǒng)主要測控功能及儀表選型

1)液位、物位檢測

檢測儀表包括超聲波液位計、壓力液位計、雷達料位計、浮球液位開關。超聲波液位計用于攪拌桶液位檢測；壓力液位計用于絮凝劑制備灌液位檢測(受限于空間)；雷達料位計用于膏體制備單元臥式雙軸攪拌機料位檢測[2]；浮球液位開關用于廢棄物環(huán)保處理模塊振動篩下集料斗液位控制(精度要求低且空間受限)。

2)流量檢測

選用電磁流量計用于清水流量，絮凝劑添加量，旋流器進料量，深錐濃密機進料量、溢流量、底流量，PM充填泵出口量等流量測量。其中，當被測介質(zhì)為鐵礦尾礦時，尤其是高濃度，電磁流量計不再適用，可嘗試聲吶流量計，后者不受礦漿磁性的影響；當被測介質(zhì)濃度(鐵礦、銅礦等)較高時，根據(jù)被測介質(zhì)的種類不同，適用性依然需要驗證，價格為普通電磁流量計的十幾倍。

3)深錐濃密機底流濃度檢測

深錐濃密機底流濃度較高，傳統(tǒng)檢測儀表是射線濃度計，存在安全、環(huán)保及后期維護等問題；利用超聲波能量衰減原理的超聲波濃度計，適用于中低濃度檢測，在高濃度領域使用效果不好[3]。荷蘭的Rhosonics阻抗法超聲波濃度計以測量被測介質(zhì)聲阻抗為基礎，求得被測介質(zhì)的密度，進而求出其濃度值，可用于高濃度檢測。某鐵礦尾礦經(jīng)深錐濃密機后，深錐濃密機底流濃度68%～72%，9次取樣，平均誤差在2%以內(nèi)。

4)壓力檢測

選用表壓測量型，法蘭式隔膜密封(耐磨)，用于深錐濃密機不同泥層壓力、泵送環(huán)管單元不同點壓力和清水泵出口壓力測量。

5)濁度檢測

濁度儀用于記錄深錐濃密機溢流水的濁度。

6)稱重檢測

S型拉力傳感器用于尾砂、粗骨料、膠結(jié)材料和水的稱重。

4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及技術特點

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

中試試驗系統(tǒng)模擬量儀表較多，且多參與函數(shù)運算，同時還有主要設備需要執(zhí)行順序控制，比如PM柱塞充填泵、板框壓濾機、絮凝劑制備，所以實驗室最終采用DCS和PLC相結(jié)合的混合式控制系統(tǒng)，既能完美地實現(xiàn)邏輯控制及順序控制，又能很好地完成過程控制?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2示，中控室設置DCS控制系統(tǒng)，現(xiàn)場設置PLC控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)實時采集、處理現(xiàn)場檢測儀表數(shù)據(jù)、設備運行狀態(tài)、故障報警等信息，并通過上位機畫面在中控室集中顯示。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2 技術特點

(1)三種操作模式：手動非聯(lián)鎖、手動聯(lián)鎖和自動聯(lián)鎖。手動非聯(lián)鎖，即遠程點動，適用于早期單點調(diào)試使用；手動聯(lián)鎖，即設備啟動聯(lián)鎖，實現(xiàn)設備順序啟動，適用于各模塊間的聯(lián)合調(diào)試；自動聯(lián)鎖，即設備按設定好的參數(shù)自動運行，目前只有部分實驗可以實現(xiàn)該功能。

(2)非核式高濃度檢測：阻抗法超聲波濃度計是以測量被測介質(zhì)聲阻抗Z為基礎，求得被測介質(zhì)的密度，進而求得濃度值。經(jīng)某鐵礦尾礦膏體處置中試系統(tǒng)試驗驗證，平均誤差達到2%以內(nèi)。

(3)環(huán)管試驗管徑一鍵選擇：泵送環(huán)管試驗模塊有DN50、DN100、DN150、DN200四種不同規(guī)格的管道，通過液壓換向閥實現(xiàn)不同管徑間的切換。實驗時，為確保漿液的流向正確，除控制液壓換向閥進行對應切換外，還需要開啟或關閉相應管道上的閥門。在本控制系統(tǒng)中，經(jīng)上位機選擇試驗用管徑后，點擊確定按鈕，系統(tǒng)自動控制液壓換向閥進行對應切換以及相應閥門開啟或關閉，操作方便，降低選擇管徑時出錯的概率。

5 結(jié)論

本控制系統(tǒng)檢測儀表71臺，全面采集、存儲試驗過程數(shù)據(jù)，便于后期的研究、數(shù)據(jù)分析。目前，該中試系統(tǒng)已完成兩次橫向課題任務，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集準確。