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案例研究: Mogale 金矿 OPTO 控制系统在南非尾矿处理系统中的应用-北京奥普图科技有限公司-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2009-05-28  浏览次数:80

  背景
  尾矿是矿石开采后被碾磨的余渣。这些尾矿必须以符合成本的环保要求存储处理。尾矿库和尾矿坝以及其他堆放方式都是如今比较常见用的堆放方式。?然而,?这些都构成了严重的环境问题,这是由于尾矿经常含有微量的、有时甚至是大量的只能在主矿中找到的金属,以及含有大量的化学品、和在采矿过程中所使用的大量的化合物?。因此,建立和维护尾矿堆放场对于矿业公司是重要的支出成本。
  一种新的策略:?尾矿再加工
  从以往来看,由于要求粉碎、研磨和冶金处理,?选矿工艺效率低下,有些有价值的金属物质会残留在余渣中。?但最近,?改进的开采技术和不断增长的黄金价格已经打开了市场机遇,使许多矿业公司收购老的矿场、并在尾矿上使用冶金技术来得到残余的黄金。
  南非的Mintail矿业有限公司目前重点研究,评估和处理位于Witwatersrand的成千上亿吨的含金的尾矿。在该地区,据专家称,已开产的金矿占全世界开采量的40%。黄金回收利用的方法从来没有100%的有效,因此自动化和控制技术在提高冶金制作工艺上正起着重要的作用。在Opto控制系统集成商的帮助下,每月该地区都能在尾矿中收集到大量的有价值的金属。同时,通过这种处理,?公司正在减少土地的消耗和有碍观瞻的垃圾场来积极改善环境。
  尾矿堆的整个外景
  Opto?控制
  Opto?控制公司是一个已经超过10年的,且在工业自动化,远程监控,及数据采集与应用方面的硬件及软件的供应商和集成商。专业于解决使用Opto?22?的部件和系统,?Opto?控制涉足广泛的项目和工业解决方案,包括过程控制和安全,印刷生产监控,及工厂自动化。?公司总裁Mike?Harrison和过程控制及编程工程师Adam?Carless率领一个小组,为Mintails’?Mogale?Sands?Plant?(“Mogale?Gold.”)的尾矿处理构建自动化系统。这个系统与现场设备及仪器仪表进行通讯,监测,控制和采集数据,?同时也管理一些机械和化学的处理,从而从尾矿中分离出黄金?。Opto?控制系统的重要组成部分包括Opto?22基于机架式的独立可编程自动化控制(PAC)和处于各地区金矿的尾矿库处理厂现场的I/O站。
  Harrison解释说“起初,这些控制器将通过光纤电缆进入网络,但是Mintails管理层最后决定为Mikro?Tik设计一套无线解决方案,以此避免挖掘地沟及铺设电缆。”
  MikroTik的平台特征包括基于Linux的操作系统、全方位天线、和802.11(a/b/g/n)在工业频率范围、科学及医用频段(ISM)内的无线通信能力。系统也具备网络划分力,数据传输速度可达350Mbps,传输范围轻松的覆盖了Mogale站点与控制器间的平均距离(约150米)。
  尾矿处理
  尾矿处理先从从矿井泵水送至尾矿堆放场,那里作冲洗及制造泥浆。
  Opto?控制系统管控泵每小时抽取约600立方米的水,控制器将数据传输到数字输出模块,用于启停水泵、以及改变管道内的阀门驱动器状态;而输入模块采集流量反馈情况、水位开关、和差分压力传感器的数字,以保证水泵正常工作。
  Harrison说:“我们也用电磁流量计检测与监控流量,模拟输入模块得到从流量计反馈的数据”,“这些流量计没有运动机件(故障率性低且适用于抽取脏水)。
  多数I/O模块是8、16、32通道的高密度模块,可显著节省成本并节省机架的空间。然而在一些案例中,Harrison决定实用Opto?22?I/O产品较早期的G4系列,它的每个模块都可导通更高额定电流(达3安培),事实证明对于驱动大型任务的电动机及水泵,这是个更好的选择,就像在Mogale金矿区一样。
  当水被抽取上来,大型喷水口喷射水,所形成的泥浆重回矿井。泥浆通过一系列的筛选,过滤掉残屑及其他矿物。
  炭浸法与洗脱
  “溶浸”指的是冶金提取,它是种化学处理,通过边溶解边从固体变为液体的转移中分离尾矿。接着,融化的金子转变成浓缩的固态。在吸收并融化金子成为活性炭后处理被完成。这种炭的形式非常易于渗透(一克炭的表面积可以达到小型停车场大小),这使它更适合吸收金子。
  在洗脱阶段,通过腐蚀性物质及氰化物的化学混合去除金子表面的炭。通过操作人员的指令,Opto?Controls系统打开了必要的阀门,启动一系列进水泵,开始输送水,腐蚀性物质(氢氧化钠)及氰化钠进入洗脱罐。启动大型柴油燃烧机,氰化物解决方案是通过热量交换不断循环,温度控制在80-90°C,这套解决方案为洗脱罐提供原料。Opto?Controls系统在这些过程中占据重要的角色。
  Harrison解释道:“在这个工程中有多种设备及许多类型的仪器,我们的系统连接到监测器和(或者)控制器,几乎包括所有的这些东西:提供腐蚀性物质及氰化物原料供给泵的电动机、压力指示器、存储罐温度探针、空气阀、流量计”。变速器(VSD)是特别重要的环节,它是调控泵的电动机。为了确保设备运行在最佳状态,保持适当流量,Carless已设立了许多PID回路。
  PID?控制
  通过PID回路控制,过程变量与设定的期望值之间的误差能被计算出来,控制器通过调节程控制输出,将误差最小化。Mogale金矿项目中,之间所需的流速和实际流速的误差被测量,两者的不一致可通过控制器校正,然后通过连续调节VSD速度的模拟输出模块通信,调节泵的运作。
  人机界面屏幕详细介绍了尾矿再加工洗脱过程
  工程师Adam?Carless设计在Mogale金矿过程编程中处理PID调节的温度和流量。
  分布式架构
  显而易见,PID回路控制无需Opto?22控制器控制其运算,但是可远程控制众多分散于Mogale的多机架式I/O。PID不断进行着运算,并做适当调整,从而分担控制器的一些功能到分布式架构的I/O,这将有众多好处。最重要的是,显著减少了整个系统运行的故障率,因为即使主PAC控制器故障,独立的I/O处理器将不中断地继续工作。
  “对于Mogale金矿,这意味着如果一个中央控制器因某种原因掉线了,所有从PID控制的流程将继续工作,像泥浆溢出等潜在事故将被有效避免”,Carless解释道。PID控制在Mogale金矿的氰化物相关的工程中担当重任。
  氰化物
  在炭浆浸出与洗脱过程中,如何避免转化与释放氰化氢液体成为氰气是关键的,它是有剧毒的。氰化物通过获得自由质子转化为气态。因此,在通过Mogale金矿工程中,?通过外加碱性物质,确保氰化物质子低浓度,如添加生石灰(氧化钙),可确保PH值超10.5。
  “氰化物是极其危险的,我们必须设计一些特定的工程,在无人操作下全自动运作”,Carless说道。
  氰化物分析仪及PH传感器与模拟输入模块相连接,它提供连续的数据采集,PID回路控制计算出所需的化学量,增加适量的石灰。为了确保安全,如果PH值低于10,氰化物将不再增加,洗脱也将自动暂停直到问题被纠正。
  Opto?Control系统也控制燃烧炉和用作腐蚀性物质/氰化物洗脱加热的温度监控仪,与泵一同通过CIL提取炭浆及泥浆,并计算补料。液位探头通过模拟输入模块连接到控制器进行数据通讯,当计量满了,炭浆输送会自动停止。
  Opto?控制系统放置于如图的大型储油罐边上
  炭浆接着从料斗输送到脱洗罐。这一步的起停是手动的,但Harrison说最终目标是使这个过程完全实现自动化(其他大部分工艺都是人工)。
  洗脱时,腐蚀性物质/氰化物洗脱金子表层,使它容易提取。用电解的方法使金子分离。该解决方案先是被测试,目的是为下一炉运作所需的腐蚀性物质及氰化物的容量作参考。氧气帮助清洁洗脱管道,残余的液体被送回洗脱罐。固体炭浆接着通过流动的水流运送到可计量的加料斗中。随着洗脱管道水流尽了,就准备下一炉运作了。
  报警&人机界面
  泥浆过程花费18至20小时,整个洗脱过程大约20小时。整个从尾矿到金子的恢复及提炼过程,平均花费两天时间,因此每个阶段的无故障运行显得极其重要。?为了确保安全Opto?控制器在控制程序的设计中包含了大量的警报处理。?例如,为水流、泥浆、众多阶段的化学试剂的计量都进行仔细地监测,操作者看到计算机屏幕上人机界面(HMI)发出警报,操作终端界面遍及整个网络。?通过收到各种警报,操作人员随即适当调节泵、阀门和其他设备及仪器。
  “我们也设置了一些报警,用于当PH值过低,或者一些我们所采集到的一些相关的压力数值时。”?Carless说?。?“设备运行失败及安全喷射站我们也安置了警报,就如我们所计划的使用PAC?Control(控制程序软件)我们用许多条件状况去定义功能,然后‘下一步’操作人员就知道何时警报触动。”
  PAC?Display?是人机界面开发工具,?是PAC?Control配套软件。?Mintails?管理层考虑到使用Invensys’?Wonderware,它是在矿业及其他过程工业中最广泛使用的HMI套件之一。然而,事实上,在Wonderware的使用许可权上的花费是非常昂贵的,幸运的是,PAC?Display?HMI套件已被认定包含所有所需功能,而且花费便宜得多。
  最终,在Rand的Mintails金矿挖掘行动共处理了3.22亿吨的表面残渣。在公司的日常记录中,Mogale沙处理厂(Mogale一号金矿)2009财政年度的共产170万吨,金产量为571公斤(18,365盎司)
  环境效益
  历史上,尤其是遍及南非及Rand地区,矿业对环境造成了不义的影响,在这方面Mogale项目具有纠正、弥补这种负面影响的额外优势,Mogale金矿尾矿堆除了不雅观,更是尘埃和水污染的源头。也是潜在的易泄漏流入地下水的污染物,有可能影响陆地水资源的质量。Mintails移除这些尾矿堆将减少尘埃,也可降低对地表及地下水的污染。通过清洗,Mintails有效地为遍及西兰德的土地发展提供帮助。
  未来计划:
  Mogale二号金矿
  二号金矿项目场地临近一号金矿,几乎已全部完工,工厂设施最近刚生产出首块金条。一旦可实现运营,估计Mogale二号金矿每月将需要分离35万顿尾矿。
  关于Opto?22
  Opto?22研发并制造可靠,灵活,易于使用的软硬件产品用于工业自动化,远程监控及数据采集应用。Opto?22?产品使用商业化标准网络及计算机技术,其简便实用、技术创新、质量保证、可靠耐用已在全世界范围内建立了极高的声誉。我们的产品适用于终端用户、原始设备制造商、IT从业人员等。公司创建于1974年,位于美国加州的Temecula。Opto?22产品在世界范围内通过分销商,合作伙伴或系统集成商销售。更多信息,请联系?Opto?22?上海代表处?:021‐58358249?邮箱:optochina@opto22.com

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