《武汉工程大学学报》  2012年10期 37-40   出版日期：2012-11-06   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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昆阳磷矿数字配矿优化模型与配矿工艺规程


1昆阳磷矿配矿现状随着开采的不断深入，昆阳磷矿富矿比例减小，中低品位矿比例增大，须通过合理均衡配矿后才能满足磷酸和高浓度磷复肥等的生产要求\[1\].为了达到磷矿质量指标，昆阳磷矿针对品位高低及其有害成分不同的磷矿石，仅按目标元素含量进行加权平均互混搭配，供选矿厂加工后销售使用，但是昆阳磷矿大多数的矿石都不能达到磷矿石质量指标，以这种加权平均的配矿方式不能满足生产及其销售的要求.因此，采用数字配矿优化模型合理均衡配矿以实现多目标精细配矿，这不仅能降低原料成本、降低有害杂质的含量、稳定工艺指标，且有利于企业进一步优化生产工艺指标，提高产品质量\[2\].2配矿计算模型及评价2.1配矿计算的研究现状配矿计算方法有多种，其中按照目标矿石的品位与矿石重量可分为简易的理论计算方法，按照工程实例类比可分为验算法，按照目标矿石品位与杂质等各种要求可分为线性规划法.（1）简易理论计算法.这是一种较为简便的计算方法，可采用两种配比，即是品位配矿比与质量配矿比来计算配矿，这种方法简单，在矿种少，不复杂的矿山配矿中可以采用\[3\].为了使不同品级的矿石搭配后达到质量指标,必须进行采场质量中和的计算，不同情况可采用不同的计算方法，主要方法有品位配比率计算法（品位搭配法\[4\]）和重量搭配法. （2）验算法.验算法是结合实际的工程数据，利用操作者丰富的工作经验来实时的调整配矿的相关数量，现在随着计算机的广泛使用，单靠人为及一些数据，不结合计算机的使用，这种验算法已经基本被淘汰了.安阳钢铁公司，利用了计算机Excel的数据强大的处理功能，来指导配矿工作的计划、实施与调整，在配矿上起到了很大的效果\[5\].综合来说，该方法简单易用，适用于现场配料的配矿工作.（3）线性规划法.通过各种约束条件如磷矿石的品位与各种杂质的限制，计算目标函数即矿山效益的最大值\[3\]. 2.2多目标优化配矿方法在配矿计算的三种方法中，应用最多且最广泛的是线性规划配矿.近年来，随着线性规划在矿业中的应用大幅扩大，能用来解决的问题越来越多, 诸如配矿、运输、分配、采掘进度计划的制定以及资源的规划和合理利用等问题\[6\]. 多目标线性规划配矿方法是在露天矿配矿动态管理系统中, 针对矿山实际情况,使用线性规划制定短期生产质量计划,以利用来配矿\[7\]；能够处理多品种问题是此方法的最大优点\[8\].作为运筹学最重要的一个分支，它主要用于有限资源最佳分配问题的研究，在理论上最完善，实际应用也最广泛.在MATLAB软件的支持下，多目标线性规划能得到较好的实施，只需要在满足各种约束条件下，列出利润最大的目标函数，使用MATLAB软件编程，就可得到所需要的计算结果.综上所述，能总结出多目标线性规划是一种实用、精确合理的计算配矿的方法.昆阳磷矿生产矿石，其最终的目标是追求更好的矿山经济效益.合理配矿即是要考虑矿石品位与有害杂质的含量，因此可设目标函数如下\[3\]：第10期陈鹏能，等：昆阳磷矿数字配矿优化模型与配矿工艺规程
武汉工程大学学报第34卷
M=Max∑mi=1∑nj=1CijXij(1)
式(1)中：M为最终矿石的最大销售价值；Cij为第i矿段第j个品级矿石的价格；Xij为第i矿段产出的矿石的第j品级磷矿使用量；m表示有m个矿段，n表示有n个品级范围的矿石.采用线性规划方法同时需要配矿的约束函数.（1）品位的约束如下： ≥α(2)即：∑mi=1∑nj=1Xijαij/∑mi=1∑nj=1Xij≥α(3)
式（3）可转化为：∑mi=1∑nj=1Xijαij-∑mi=1∑nj=1Xijα≥0(4)
式（4）中：为配矿后矿石平均品位；α为加工用矿要求的矿石品位；αij为第i矿段第j品级的矿石品位；Xij为第i个矿段中第j品级矿石使用量. （2）有害元素约束条件为：① MgO约束：≤η(5)即：∑mi=1∑nj=1Xijβij/∑mi=1∑nj=1αijXij≤η(6)式(6)可转化为：∑mi=1∑nj=1Xijβij-η∑mi=1∑nj=1αijXij≤0(7)
式（5）~(7)中:为配矿后Mg元素和P2O5含量比值；η为MgO总量与P2O5总量比值的要求比率；βij为为第i矿段第j品级MgO的含量.② 二氧化硅约束：≤χ(8)即：∑mi=1∑nj=1Xijχij/∑mi=1∑nj=1Xij≤χ(9)式（9）可转化为：∑mi=1∑nj=1Xijχij-∑mi=1∑nj=1Xijχij≤0(10)=∑mi=1∑nj=1Xijχij/∑mi=1∑nj=1Xij(11)其中：χij为第i矿段第j品级倍伴氧化物要求的百分含量；为为配矿后二氧化硅含量；χ为生产用矿中二氧化硅要求的含量.(3)使用量的限制约束：0≤Xij≤Xij(15)
式（15）中：Xij为第i矿段第j种品级的可使用矿石总量.3配矿优化模型的建立3.1分析配矿质量的影响因素配矿质量的影响因素主要有两种，即品位与配矿方法\[9\].品位因素：由于矿山配矿工作主要根据矿石品位进行，若品位不定，会极大地影响配矿的质量.在现场，由于地质采样不能概括每个区域矿石的品位，人为的操作失误，加上个别职工责任心不强等都易导致所获得的矿石地质品位失真；矿山实际出矿品位肯定与地质勘探出的品位有误差等种种因素，都可能导致品位的差异，影响配矿质量.配矿方法因素：配矿中，简易理论计算法，即品位搭配法和重量搭配法，虽然简单，但是没考虑杂质的影响，相比较线性规划法，其配矿的质量没有线性规划法优越.3.2数字配矿优化模型实现磷矿效益是磷矿企业的首要目标，决定着企业的成败.为了提高企业的整体效益，企业在将自产的矿石进行深加工的同时，其下游的产业会与自产的矿石质量有密切的关系，为了保证下游产品的质量，必须在考虑主要产品的同时，考虑其他的一些要求.昆阳磷矿的下游生产工艺主要为湿法磷酸工艺，因此在制定矿石有害元素的影响目标时主要考虑的是酸法工艺\[10\].因此，昆阳磷矿配矿时按照其P2O5的品位以及各种杂质的限制性要求，制定出相应的配矿次序，昆阳磷矿的目标实现次序如图1\[11\] 所示.
P2O5
的要
求MgO
的要
求SiO2
的要
求CaO
的要
求Fe2O3
的要
求Al2O3
的要
求其他
要求图1目标实现次序图
Fig.1taiget sequence diagram因此，建立数字配矿优化模型如下：Z=c1x1+c2x2+…+cmxmj=1，2，…，m约束条件为：a11x1+a12x2+…+a1mxm≥b1a21x1+a22x2+…+a2mxm≤b2
…an-1,1x1+an-1,2x2+…+an-1,mxm≤bn-1an,1x1+an,2x2+…+an,mxm≤bmxj≥0j=1,2,…,maij≥0bi≥0i=1,2,…,n其中，Z表示最大配矿的配矿量；cj表示各个配矿点的矿石总量；xj为所用的矿石占预配矿的比值；aij为各种对应第i种约束条件中，第j种矿对应的第i中物质的含量；bi为各种约束条件给定的指标.在配矿过程中，各矿石的品位，数量以及杂质的含量通过化验数据获取.基于以上约束条件，利用MATLAB线性规划软件便能实现配矿的最优化，以达到最佳的经济效果.4优化配矿工艺规程（1）优化品位管理.不同作业位置品位常有较大的差异，若根据爆区所有炮孔品位来计算该爆区平均品位，这种方法的不精确性只会误导配矿工作\[9\].为了达到更高的配矿要求，须在地质平均品位基础上，将爆区断面取样化验和爆区供矿量计算结果标识在现场爆堆上\[12\]，以提供更精确的作业位置，现场作业人员可据此直观地分辨出作业地点和范围.（2）优化产量管理.配矿人员可根据各平盘供矿量和品位确定各平盘的适时供矿量\[13\]，因为70%的供矿任务由矿石堆场承担，所以对配矿整体质量的影响最大.由于矿石堆场可以进行首次配矿，因此，应最大发挥矿石堆场的首次配矿作用.① 堆场配矿原则.采场首次配矿的配矿量可自由控制，配矿较为主动灵活，而二次配矿情况就被动受限了.因此矿石堆场配矿应立足于矿石堆场的矿石品位相对稳定，遵循“首次配矿为主，二次配矿为辅”的原则，以矿石堆场二次配矿为辅助手段，来调整供矿品位，达到配矿的目的.② 企业所属矿山基本情况、各矿矿石堆场吞吐量及矿石品位的确定.掌握各堆场吞吐量及品位是选择合理均衡配矿工艺的依据，据此，在单座矿山配矿不能达到目标的情况下，可以考虑多做矿山多目标规划综合配矿，以满足更高的矿石配矿要求.（3）优化现场的管理与监督.① 强化对配矿工作的领导与管理.明确责任及主管部门，实行专人负责制.② 强化配矿点的地质动态监察，细化现场管理.③ 加大考核力度，维护配矿指令的严肃性.5结语a. 合理均衡配矿可降低后续生产成本，提高资源的利用率，并能保持供矿品位的稳定性.b. 数字配矿优化模型及解算技术能够实现多元目标的配矿要求.c. 多目标优化配矿新理论与新技术，将给矿山企业带来更大的经济效益.