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堆积型铝土矿选矿厂址与配矿的综合优化研究

2015年12月30日 14:03  admin  人气:2844

  基金项目:国家自然科学基金资助项目50374031)。

  平果铝土矿是我国比较独特的岩溶堆积型铝土矿床类型,矿石为中铝、低硅、高铁一水硬铝石。由于二氧化硅的含量一般较低,适合先进的纯拜尔法工艺冶炼生产氧化铝,但纯拜尔法氧化铝生产工艺对矿石铝硅比要求较高,铝硅比小于7的堆积型铝土矿石不适合直接用于纯拜尔法氧化铝生产工艺,通常把铝硅比小于7的铝土矿称为低品位矿石。因此,必须通过配矿把高、低品位铝土矿进行配矿来满足氧化铝生产工艺的要求,如何在实现采场与选场匹配的基础上,确定选场的位置和个数,以及尽可能多地利用低品位矿石,贫富搭配,延长铝土矿山作业年限,顺利地完成资源接替问题,成了铝土矿山企业的难题,将选矿厂址与配矿方案从宏观上统一起来,建立了混合整数的优化模型,然后用先进的DashOptimation软件求解。最后以一实际矿山为例,验证了该方法的可行性。

  1岩溶堆积型铝土矿1.1岩溶堆积型铝土矿特点岩溶堆积型铝土矿是我国华南地区特有的岩溶堆积型铝土矿床类型,矿石为中铝、低硅、高铁一水硬铝石,分布广泛,储量多,经济效益巨大。它具有以下特点:矿体大小不一,连续性差,矿体极为分散,分布点多面广;矿体埋藏浅,总体上覆盖层较薄,部份直接出露于地表;矿层平均厚度不大,但变化幅度大从半米到十几米不等);底板或为粘土,或为灰岩:石牙),顶、底板均起伏变化多端;矿石与泥土共生,原矿含泥量高达60%左右,故称泥巴矿);矿体品位变化大,含矿率每立方米原矿含铝矿石量)、铝硅比在平面上和垂直方向上均变化不一;矿石已破碎,无需爆破即可直接铲装。

  铝土矿生产工艺流程铝土矿生产工艺流程如所示。

  可见,在岩溶堆积型铝土矿生产工艺过程中,采矿场、选矿厂和堆场的合理配矿是铝土矿厂运营的核心,它们贯穿于采场和配矿的整个流程中。因此,对整个堆积型铝矿厂而言,特别是对于一些面临着资源接替的矿山,选矿厂址的位置和个数、配矿方案的选择显得尤为重要。

  2选矿厂址和配矿方案2.1选矿厂址解决方案采场一选矿厂)物流网络规划模型:平果铝矿的选矿厂选址问题,实际上是一个物流网络规划问题,简单地说,就是一个选址、运输、生产与需求匹配的问题这个问题涉及到多个供应点:矿体上采矿现场)和多个需求点:选矿厂),用一般的线性规划方法无法确定选矿厂个数的多少和生产规模大小,因此达不到铝土矿资源利用效率最大、投资最少的目的。然而,运用物流网络规划的理论思想,建立起混合整数规划模型,就能很好地解决这一问题。

  选矿厂的位置和个数:选矿厂的位置并不可以定在规划区内的任意一点。考虑到选矿厂要建在交通、水电、废石与尾砂堆积便利的情况下,这样才能使矿山顺利、高效地运营。可见,在一个矿区内,能够建选矿厂的地方还是有限的。不妨假设在每一个可选择位置都建设一个选矿厂,然后在整数规划方程中设置相应的开关变量进行求解,从而解决选矿厂的位置和个数问题。

  基于以上简化,再把上述选矿厂址和配矿方案结合起来,建立选矿厂址和配矿的混合整数规划模型。

  3.1问题抽象不妨假设有n个开采单元,第1个开采单元保有矿石量为Q其中,矿石中AI2O3和SiO2的质量百分含量分别为Ai、S)。有m个备选选矿厂位置用X表示,若第个位置建立洗矿厂时为1,不建厂时为0),第个选矿厂的年生产能力和建设费用分别为q和F.第1个开采单元每年运往第个洗矿厂的矿石量为C,洗矿后,不含泥的净矿石量为G',且相应开采单元洗后的净出矿率记为hi,第1个开采单元与第个选矿厂距离为Di.配矿堆场的矿石破碎后经过调配,使得矿石的品位在与K2之间。第个配矿堆场每年运往冶炼厂的矿石量为P,并且第个配矿堆场与冶炼厂的距离为D.若洗矿厂年处理矿石总量为Q,配矿要求的洗矿厂每年洗后矿总量为Q2,矿山作业年限为N年。试确定应该修建哪些选矿厂,并合理安排各个采场和配矿堆场的年生产计划,使得各个配矿堆场在保证品位达到设计要求的情况下,建厂费用和运输费用的总投资最小,如所示。

  铝土矿石运价珞线3.2数学模型3.2.1基础变量令a为卡车运输成本,万元/万fkm);F为第个洗矿厂建厂费用,万元;q为第个洗矿厂生产能力,万t/年;C为第1个开采单元的保有矿石量,万t;C为第1个开采单元运往第个洗矿厂的矿石量,万t/年;D为第1个开采单元与第个洗矿厂的距离,km;X为第个位置,建立洗矿厂时为1,不建厂时为0;L为卡车单次运输距离上限,km;Ki为配矿堆场品位下限;K2为配矿堆场品位上限;D为第个配矿堆场与冶炼厂的距离,km;P为第个配矿堆场运往冶炼厂的矿石量,万t/年;为C不含泥的净矿石量,万t/年;Ai为第1个开采单元的矿石中AI2O3的质量百分含量,Si为第1个开采单元的矿石中S12的质量百分含量,Qi为洗矿厂处理矿石总量,万t/年;Q2为氧化铝厂要求的洗矿厂洗后矿总量,万t/年;N为铝土矿山服务年限,年;为C洗矿后的净出矿率,x%. 3.2.2目标函数在整个矿山服务期间,要实现经济效益最好,则必然要求在满足配矿品位达到设计标准的情况下,实现总运输量最小、建厂数最少的目标。建立总投资目标函数如下:3.2.3约束条件开采单元资源保有量洗矿厂年生产能力限制开采单元到洗矿厂的卡车运输距离限制洗矿厂处理矿石总量第个配矿堆场P资源保有量配矿厂年处理矿石任务配矿堆场P矿石品位限制K1建厂与不建厂约束3.3混合整数规划模型4应用实例为了验证上述模型的合理性,现举例如下:某岩溶堆积型铝土矿共有42个开采单元:C),3个备选选矿厂X),1个氧化铝厂Y)。各开采单元的存矿概况以及和备选选矿厂的距离如表1所示,各个备选选矿厂的生产能力和建厂费用如表2所示。

  表1各开采单元存矿概况以及和备选选矿厂的距离Tab.1ThedepoStm1neoverv1ewofeach开采单元保有原矿量/万t净矿量/万t矿石品位/%到备选选矿厂的运距/m合计备选选矿厂年生产能力q/万t建厂费用F/万元若洗矿厂处理矿石任务Q1为250万t/年,要求洗矿厂洗后矿总量Q2为100万t/年,卡车运输成本为1.2万元/万fkm),卡车单次运输距离不得超过11km,配矿堆场Pi、P2、P3到氧化铝厂距离分别为34.7km、34.8km、32.3km,供矿综合A/S为10±0.5,矿山服务年限为11年。试确定应该修建哪些选矿厂,并合理安排各个开采单元和配矿场的年生产计划,使得各个配矿场在保证品位达到设计要求的情况下,建厂费用和运输费用的总投资最小。根据铝土矿数学模型3,运用英国DashOptimation公司开发的Xpress-MP优化软件进行编程求解9,结果如表3所示。

  表3计算结果表变量名值变量名值变量名值变量名值1)表示洗矿厂年处理矿石任务,Q2)表示每年要求洗矿厂洗后矿总量,X)表示备选选矿厂。

  在整个矿山服务期间,根据X不为可知,只需要建立选矿厂X就可以实现总投资最小的目的。Q1)、Q 2)和Min的结果表明:洗矿厂处理矿石任务总量为250万t/年,配矿场处理矿石任务总量为100万t/年,总投资最小为875357万元。Ci,)数值表示第i个开采单元运往第个洗矿厂的总矿石量,由于取1,那么该堆积型铝土矿年生产计划为:第i个开采单元运往第1个洗矿厂的矿石量为CU)/11;配矿场Pi计划年处理矿石量为100万t,配矿所需要的矿石直接来源于选矿厂X的洗后矿。

  5结论对于一些面临着资源接替的堆积型铝土矿山而言,在满足配矿后出矿的品位达到设计标准的情况下,尽可能地延长矿山服务年限和实现最大的经济效益是他们共同的目标。作者借助于现代物流规划、运筹学等理论,结合矿山生产实践经验,将选矿厂址与配矿方案从宏观上统一起来,建立了综合优化数学模型,解决了如下问题:在铝土矿资源储量及分布已知的情况下,保证了采场与选矿厂之间的相互匹配,并确定了合理的选矿厂址的位置和个数,这种从规划层面进行厂址位置和数量的优化方法可大量节省建设选矿厂及开拓运输道路的投资;在实现采场贫富兼采的基础上,通过对高、低品位矿石进行合理的调配,使得配矿后出矿的品位满足氧化铝生产要求,降低了生产成本,延长了矿山作业年限;由于该模型约束条件较为灵活,Xpress-MP优化软件编程简单、计算速度快的特点,矿山企业可以根据实际生产要求,灵活地调整矿山的年作业计划,从而达到投资最省的目的;通过对约束条件的增减,该模型也可用于其他它类型的铝土矿山;本模型为实现下一步运矿卡车的实时调度提供了良好的宏观层面的基础。

(完)

 
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