浅谈现代矿山选矿厂工程设计的理念和方向

2021-11-28马庆军

中国金属通报 2021年5期

马庆军

（山西中条山工程设计研究有限公司，山西运城 043700）

经济社会生产领域对于矿产资源的需求量是非常大的，作为国民经济中的重要产业，矿山行业每年为国家贡献了巨大的财富。伴随着我国战略目标的调整，矿山行业在长期的发展过程中已然突破了传统发展的发展模式限制，新的发展理念和模式加快了矿山行业的可持续发展。现代矿山发展中，对于选矿厂的工程设计也提出了新的要求，各个选矿厂都应该充分从自身的实际情况出发，加强先进机械设备的配置，通过科学的工程设计来提高选矿厂的机电化水平，用机电化带动现代化。

1 新时期矿业选矿工程设计理念的转变

在矿产工程项目的实施过程中，选矿厂工程设计是其中的一个关键环节，其设计是否合理将会关系到矿产开发和利用，对行业发展具有重要的意义。近年来，伴随着技术的日渐成熟，在矿山行业中的选矿工艺越来越先进，各种功能多样的选矿设备已经在很多的选矿厂中得到了有效的配置，原矿贫、细、杂的处理，尾矿、冶炼中间产品再利用等已然取得了一定的发展成就[1]。但因为矿山行业属于高污染、高排放的产业，而国家在近年来的发展中，对于排放标准提出了越来越高的要求，再加上环保政策、安全标准的陆续出台，传统选矿厂的工程设计理念显然已经不适用了，因为传统选矿厂的工程设计理念相对落后，选矿厂选矿作业中的成本支出较大，一些限制性因素的存在严重影响了选矿厂生产效率和效益的提升，而现代化的工程设计理念和方法应用，完全符合当下可持续发展的现实需求，推进了行业进步。随着国家政策、行业规范的不断引导，矿山工程设计规范和原则日渐完善和提高，各个选矿厂都引入了新的设计思路，“高效、安全、健康、环保”是当前及未来的主要方向。

在上世纪八十年代，破碎设备作为选矿厂中的重要设备，呈现出大型化的发展趋势，破碎设备的这一发展趋势使得破碎产品粒度大大减小，磨矿中的电能损耗有所降低，达到了“多碎少磨”的目标。在当时的技术条件下，前苏联使用的是2200mm惯性圆锥破碎机，美国使用的是2100mm超细碎圆锥破碎机，在我国，江西德兴铜矿选矿厂采用的是2100mm超重型圆锥破碎机，处理能力非常高[2]。伴随着我国工艺的日渐进步，我国选矿厂破碎机的破碎能力有所改进，实现了一定的自动化处理，简化了破碎处理的流程，整体的处理效率较高，自磨、半自磨、半自磨+球磨工艺都得到了一定的发展，取得了一定的发展成就，在一些中大型的选矿项目中，这些工艺都有着一定的应用。在重选厂中，窄级分级、多段磨矿、流膜选矿工艺、多层摇床等都得到了一定的应用，而在浮选设计中，串支分流、载体浮选、絮凝浮选等都得到了极为有效的利用。总之，虽然选矿厂中的各种工艺设计日渐发展，但这些工程设计并不完全符合当下“高效、安全、健康、环保”的发展趋势。

“高效、安全、健康、环保”工程设计在选矿厂中的应用，彻底突破了传统工程设计理念的局限，与传统的设计思路相比，无论是设计内容和工艺方面，都更具实用性和可行性。当前的发展条件下，在项目实施的初期阶段，有关设计人员就将环保、安全和健康的理念充分融入到了项目全过程中，依据环境保护和安全标准的总体设计思路，选矿厂工程设计更为合理与科学，与“高效、安全、健康、环保”的理念相符合，这些新的设计理念下，选矿厂的设备设施性能和功能都有所增强，有效减轻了选矿时对环境造成的严重污染，降低了各类选矿设备的安全风险，具有环保性和安全性的特点。

2 现代矿山选矿厂工程设计理念转变的重要意义

2.1 提高生产效率

随着信息时代的到来，各种新型技术日渐出现且被应用在各行各业中，尤其是在矿山选矿领域，随着矿山资源需求的增加，各个矿山选矿厂的生产任务都有所扩大，在选矿任务日渐艰巨的过程中，传统选矿厂的工程设计弊端逐步暴露，而新工艺和技术在选矿厂工程设计中的利用，提高了选矿厂中的整体生产效率[3]。选矿厂的各项选矿作业开展中，对于各种机电设备的依赖性非常大，而新的工程设计理念下，在选矿厂生产系统中融入了信息技术，在一些环节实现了自动化和智能化，也就提高了整体的生产效率。选矿厂在最初的出现阶段，因为工艺技术比较落后，使得其多以人工选矿为主，而现代化的发展条件下，机械化、自动化成为了主要的方向，不仅突破了传统人工作业的限制，减少了人工工作量，还大大提升了生产效率，为选矿厂创造了更高的经济和社会效益。

2.2 提高生产安全系数

矿产资源的开发和利用中，选矿流程尤为重要，这一流程执行的过程中同样伴随着诸多的安全风险，增大了整个作业中的安全事故发生几率。因此，现代矿山选矿厂的工程设计理念转变，同样提高了选矿厂的生产安全性，即使是大规模的选矿作业，也可以由机械和人工选矿的有效配合来完成相应的目标，因为在此过程中人员的参与度相对较低，也就使得其工作量有所减少，生产安全性有所保障[4]。总之，现代矿山选矿厂的工程设计中，机械化和自动化的实现改变了传统的人工作业模式，为人员创造了相对安全的选矿环境和条件，再加上各种监控系统和设备的配备，使得在选矿的过程中可以实现全过程、全方位的监控，也就可以帮助有关人员快速识别出选矿过程中的安全风险，及时向有关模块发送相应的安全预警信息，在接收到安全问题反馈以后，立即根据现场的具体情况来进行相应的安全处理，在最短的时间内制定了应急预案。

2.3 有效降低环境污染

矿产资源本身就是一种高能耗、高污染的资源，尤其是在各种矿产资源的选矿和冶炼过程中，都伴随着一定的污染物质排放，造成的环境污染问题非常严重。现代矿山选矿厂的工程设计更新，有效降低了环境污染，因为在设计过程中采用了环保节能的设计理念，再加上新型工艺、设备的使用，有效减弱了选矿厂现场的环境污染。传统的选矿厂工程设计下，选矿作业实施中存在着水污染、空气污染、地磁辐射污染和噪音污染等诸多的问题，给矿产资源的开发和利用带来了极为严重的后果，不利于可持续发展目标的推进[5]。而现代矿山选矿厂工程设计理念的改变下，有效缓解和降低了环境污染。

3 现代矿山选矿厂工程设计方法

3.1 CAD技术

当前的现代矿山选矿工程设计中，传统的人工设计方法存在着效率低下、误差过大的特点，为符合现代化的发展趋势，CAD技术是一种新的、广受人们青睐的现代化设计技术。专业从事选矿厂设计的相关人员，在具体的设计过程中，通过专门计算机软硬件系统的利用，就可以结合选矿厂的设计标准，利用CAD软件的相关功能来完成相应的设计分析、工程分析、文档绘图和制作，有效实现了设计的一体化与模块化。当前，随着CAD技术的日渐发展，一些设计人员在CAD技术的应用过程中，还逐步形成了CAPP系统，这一系统应用以后，就在整个的选矿厂设计中，通过编程，实现了计算机内产品模型的直接套用，有效提高了设计效率和质量。

3.2 绿色设计理念

选矿厂的选矿作业进行中，一般需借助于专门的机械设备方可完成，由于矿产资源的特殊性，伴随着机械设备的运转，所产生的污染物质也是非常多的，环境污染问题极为严重，比如，机械设备使用时的噪音、颗粒物。因此，当前的可持续发展背景下，现代矿山选矿厂工程设计中，设计理念已然突破了传统的设计局限，绿色设计理念的应用成为了主要方向。为达到绿色设计的标准，需从以下方面来开展：

（1）加强选矿厂工程设计中的数据管理技术应用，在各种数据管理基础上，有关设计人员可以充分整合和利用全部的数据信息，在数据共享的基础做好设计的总体和细节优化。

（2）科学使用建模与仿真技术，因为选矿厂的工程设计难度较大，在设计过程中需要注意的要点非常多，在建模与仿真技术下，直接通过专有模型的构建，就可以在整个的设计过程中直观呈现出最终的设计成果，进而快速发现设计中存在的问题并有效处理。

（3）加强评价技术的应用，在初步设计完成以后，经由评价技术，就可以有效进行工程设计方案的综合评价[6]。数据管理技术的中，PDM的应用非常多，是一种绿色设计技术，经由先进的数据管理技术，可以将在选矿厂工程设计中的关于工程规范、机械设计技术等方面的数据信息充分集成起来，实现统一化管理，在最终的数据基础上开展有效的设计，提高最终的设计质量。建模与仿真技术下，在前期充足的资料收集和数据分析基础上，也就使得建模更为规范，仿真与建模的有效结合，实现了对选矿厂工程设计的直观呈现，不断的细节优化下，克服了传统人工设计的弊端，不仅提高了设计质量，还使得设计误差有所减少。

3.3 有限元法

选矿厂的生产流程极为复杂，其中配备了各种的机械设备，在整个的机械设备运转过程中，设备面临的各种条件非常复杂，且运行的稳定性和可靠性都存在着较大的威胁。在选矿厂的传统工程设计中，设计人员一般会通过人工计算的方式来进行相应的机械设备运行分析，通过人工计算的方式来使得选矿厂的生产系统保持在最佳的运转状态下，因为采用的人工方式，导致各种机械设备中的每个部件应力分布情况并不能完全掌握。而在现代化的工程设计思路下，有限元法是十分有效的设计方式，这种设计方式下的相应计算和模拟具有一定的自动化特征，也就实现了设计改进和优化，使得各种机械设备的性能最佳。