盘 英

（南京宝地梅山产城发展有限公司矿业分公司）

矿产资源是保障国民经济和社会可持续发展的重要物质基础，铁矿资源是我国最为重要的战略资源之一，是钢铁工业的命脉［1］。我国是全球最大的钢铁生产和消费国，长期以来，铁矿石对外依存度一直在80%以上，每年花费大量外汇进口国外铁矿石。中央政治局在审议国家安全战略时提出，确保能源、矿产安全，矿产安全上升到国家战略。国务院结合钢铁工业布局，重点建设鞍本、冀东、攀西、包白、忻州—吕梁、宁芜庐枞等铁矿基地，引导区内资源向大型矿业集团集中。自然资源部将铁矿列为战略性矿产国内找矿行动主攻矿种，推动矿业高质量发展。

我国拥有丰富的铁矿资源，总储量744 亿t［2］，但人均占有量却远低于世界平均水平，而且我国铁矿资源贫矿多、富矿少，具有贫、细、杂的特点，复杂难选的铁矿石资源占比大，其中97%的铁矿石铁品位低于30%，需进行选矿处理。浮游选矿是分离矿物的一种主要方法，是利用被分离矿物被水润湿的性质不同，一般使疏水性的矿物富集在气-液界面或油-水界面上，而亲水性的矿物留在水中［3］。

在现代浮选过程中，浮选药剂的应用及精确添加变得尤为重要，因为经浮选药剂处理后，可以改变矿物的可浮性，能使目的矿物选择性地附着于气泡，从而达到选矿的目的。目前，智慧选厂、多变的矿石性质、更大的矿石处理量都给浮选药剂添加系统提出了更高的要求和挑战，现代化选厂的新工艺急需一种性能更强，更智慧的加药系统。

1 浮选给药系统发展历史

在逻辑电路尚未发明前，最早的浮选厂药剂添加采用人工添加，依靠浮选工的个人经验，人工进行药剂阀门开度的调节，以此来调整浮选药剂流量。

1.1 舀式给药机

20世纪60年代，随着电机技术的成熟，美国水利工程师Asses Andruos 利用水车原理，发明了舀勺式加药机（图1），通过改变舀盘上舀勺的容积和数量，改变药剂的添加量。

1.2 电磁阀加药机

1970 年以后，晶体管内嵌式的集成电路单片机由军工领域转向民用，规模化的生产使其成本缩减到过去的1/100。加拿大人Jack johns 利用业余时间搭建出了第1 个可将流量单位转换成开关量信号的逻辑电路，随后，美国费希尔阀门公司收购了该流量—开关量专利技术，并将其应用到了阀门控制领域。如今，随着PLC 可编程逻辑控制器的普及，人们可快速搭建出1 套拥有多点的电磁阀开关量控制系统，通常称该系统为电磁阀加药机或自流式加药机（图2）。

1.3 计量泵加药机

80 年代中期，变频技术已在多个领域得到广泛应用。使用变频原理控制机械隔膜泵能获得比电磁阀加药机和舀勺加药机精度更高的药剂流量控制，这在很大程度上降低了矿山药剂耗量及管理成本［4］。随着计量泵在选矿行业的广泛应用，其缺点也随之暴露出来，其中最大的几个问题：①输出流量精度的可控区间较小，当设定较小量时，可能会导致误差高达50%以上；②膜片破裂后导致药剂泄漏；③完全靠电机频率与泵头容积的线性关系来计算流量而非真实感应的输送流量，在不断调整流量的过程中，导致流量输出误差增加；④管道堵塞会造成泵头憋压爆裂，泄漏的药剂污染环境；⑤杂质较多的浮选药剂会造成泵头止回阀堵塞失效；⑥外部旁路控制电路和管路较多，维护安装较为复杂。计量泵加药机见图3。

1.4 数控式给药系统

近年，国内加药设备厂家威尔将文丘里原理［5］应用于浮选药剂输送中，设计了VLB 数控加药系统，以循环恒压水作为动力驱动膜片进行药剂添加，由厚膜逻辑控制电路控制加药系统，被称为水动力加药机。2020年9月，梅山选矿浮选给药系统升级改造并采用VLB 数控给药系统，系统中制备好的药剂由搅拌桶流入浮选厂房药剂储槽，主机将药剂从药剂储槽中吸入后输送到各浮选机；动力模组为主机提供0.3 Mpa 的水压，主机使用后的水再排至水箱；数控柜控制主机各药剂点的输出流量。数控给药系统见图4。

数控给药系统通过带压循环水为驱动罐提供动力，从而将药剂输送到各药剂添加点。当数控阀开通，水由虹吸器出口高速流出，虹吸口产生负压，将药剂吸入驱动罐药剂腔内；当数控阀关闭，水无法排出，虹吸口产生正压，将药剂由驱动罐药剂腔内排出。

2 数控给药系统在梅山浮选工艺中的应用及分析

为了分析梅山数控给药系统在浮选应用前后的指标变化，通过汇总入选原矿、浮选精矿、硫资源回收率等大量指标和捕收剂、起泡剂等药剂消耗指标进行了对比分析。

2.1 质量指标

2.1.1 入选原矿指标

根据图5 可知，入磨矿含硫量在使用前后均在1.0%～1.5%正常波动，前期均值为1.597%，后期均值为1.502%，使用前后浮选原矿性质相近。

2.1.2 精矿质量指标分析

加药系统使用前后，硫精矿品位为35%±3%（图6）。使用前后硫精矿品位均值分别为33.96%，34.37%，加药系统使用前后硫精矿品位无明显变化。

2.1.3 浮选回收率指标分析

根据图7可知，系统使用前后硫资源回收率均值分别为61.88%，67.51%，使用后硫资源回收率高于使用前硫资源回收率。

2.2 药剂耗量分析

2.2.1 捕收剂黄药耗量对比分析

根据表1 可知，加药系统使用前后，黄药月均用量和月均单耗均有所下降。黄药月均用量由16.17 t降低至14.88 t，单耗由66.07 g/t下降至58.07 g/t。

表1 黄药用量与单耗对比统计

2.2.2 起泡剂耗量对比分析

根据表2 可知，加药系统使用前后，起泡剂月均用量和月均单耗均明显下降。起泡剂月均用量由32.60 t 降低至11.21 t，单耗由133.19 g/t 下降至43.76 g/t。

表2 起泡剂用量与单耗对比统计

2.3 数控给药系统应用分析

数控加药系统在生产应用中具有以下优点。

（1）系统运行稳定。由于采用压力驱动输送，压力稳定，管道堵塞故障次数明显下降。所有药剂使用0.3 Mpa 压力输送至各药剂点，大幅降低了原高差自流输送药剂设计导致的管道堵塞等故障。

（2）系统采用全密闭式模块化结构设计，药剂输送过程无跑冒滴漏现象，现场干净整洁。

（3）药剂输出精度高，改造前原系统药剂输送误差10%～20%，数控系统药剂输送误差＜5%。

（4）备件寿命延长。电磁阀由于药剂腐蚀或堵塞易损坏，维护频率高；数控给药系统电磁阀不接触药剂，使用寿命长，大大降低了维护成本。

经统计，浮选给药系统改造后不仅提高了硫回收率，而且改善了精矿质量，捕收剂和起泡剂消耗均有所下降，其中起泡剂单耗下降明显。

3 结 语

数控给药系统在梅山选矿厂的成功应用表明，数控加药系统在管道防堵塞和改善现场环境方面具有一定的优势，且加药量精度高，可实现连续稳定给药，可有效节约药剂成本并提高资源回收率，促进智慧化矿山的建设。