Hình vẽ: Bộ mô phỏng bán tự nghiền ở trạng thái ổn định của SVEDALA

I. K HÁI QUÁT CHUNG

Cuối thập kỷ 70, nguời ta bắt đầu đưa các ứng dụng công nghệ thông tin vào áp dụng cho lĩnh vực tuyển khoáng. Khởi đầu, các chương trình tính đơn giản được xây dựng dựa trên cơ sở các công thức lựa chọn thiết bị có sẵn trong ''sổ tay tuyển khoáng'', viết bằng ngôn ngữ BASIC, chạy trong DOS, (như : Flomod-1, Cyclone-1,...). Các chương trình này có thể giúp cho người sử dụng tính chọn nhanh thiết bị tuyển và lập bảng cân bằng kim loại cho một sơ đồ tuyển tĩnh cho trước.

Trong thực tế, tuyển khoáng là một quá trình động, luôn biến đổi, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: loại hình quặng, loại khoáng vật đi kèm, phân bố độ hạt, nồng độ rắn lỏng, thời gian nghiền, tải trọng tuần hoàn, độ pH, sự hấp phụ thuốc tuyển, kích thước và mật độ bóng khí, áp lực nước, chi phí thuốc tuyển, các điều kiện tuyển v.v... Hơn nữa, các yếu tố này lại liên quan mật thiết và có ảnh hưởng tương tác với nhau, khó xác định đựơc quy luật nên không thể dùng cách ghép nối cơ học những chương trình tính đơn giản như trên để thiết kế một xưởng tuyển hoàn chỉnh hoặc áp dụng chúng trong các xưởng đang sản xuất.

Mô phỏng quá trình tuyển khoáng là gì ?

Đây là phương pháp phân tích sử dụng trong các trình ứng dụng của máy tính, trong đó, ngưòi lập trình nghiên cứu các đặc tính riêng của quá trình bằng cách xây dựng những mô hình mô phỏng quá trình đó, tạo lập các điều kiện giả định giống như trong thực tế, rồi thăm dò phản ứng của mô hình khi thay đổi các điều kiện yếu tố bên ngoài. Đối với những quá trình phức tạp như tuyển khoáng người ta thường chia lưu trình thành nhiều phần rồi xây dựng các mô đun đơn vị để mô phỏng từng phần nhỏ. Cách lập trình dựa vào các môđun đơn vị được gọi là lập trình theo môđun (modular programming). Thông thường, mỗi môđun đơn vị thực hiện một chức năng tuyển và phải chứa đủ tất cả các mã cũng như các biến cần thiết để thực hiện chức năng đó. Các mã và biến trong môđun đơn vị thường là những đại diện dạng toán học hoặc dạng hình vẽ của một thiết bị tuyển hoặc một khâu tuyển đang tồn tại trong thực tế. Mục đích của việc xây dựng các môđun đơn vị là nhằm mô tả rõ bản chất của từng chức năng nhỏ trong toàn bộ lưu trình tuyển, thay đổi các đặc tính gây ảnh hưởng tới chức năng đó, nghiên cứu các khả năng tương tác giữa các chức năng để rút ra phương thức xử lý toàn bộ quá trình tuyển một cách tối ưu với chi phí hợp lý nhất. Trên cơ sở này, nhiều phần mềm tuyển khoáng hoàn chỉnh (package software) đã ra đời, được hoàn thiện dần theo thời gian. Đa số các phiên bản gần đây của các phần mềm Tuyển khoáng đều sử dụng ngôn ngữ Fortran, tương thích với Windows, bao gồm nhiều môđun liên kết với nhau, cho phép mở rộng bằng cách bổ xung thêm các môđun chức năng mới và có khả năng dự tính đựơc các hoạt động của xưởng tuyển khi đặc tính quặng cấp liệu và các yếu tố gây ảnh huởng bên ngoài thay đổi [1]. Đặc biệt, từ năm 2000 trở lại đây, nhiều phần mềm tuyển khoáng đã hoàn thiện hơn vớí việc sử dụng công nghệ web, cho phép kết nối phần mềm vào mạng dữ liệu toàn cầu, nâng cao hiệu quả sử dụng, tính linh động, có khả năng tích hợp cả hai chức năng điều khiển xưởng tuyển và tối ưu hoá như PLANSTAR [5], IP DataArchive [6] v.v...

Thành phần chính của phần mềm mô phỏng xưởng tuyển :

- Bộ mô phỏng: là công cụ có khả năng thực hiện các giao tiếp giưã người sử dụng và phần mềm mô phỏng, đồng thời có khả năng tổng hợp toàn bộ các phép tính. Đây là thành phần duy nhất của phần mềm mà ngưòi sử dụng có thể quan sát, nhìn thấy được.

1. Phân loại theo chức năng:

- Phần mềm tổng hợp: có đủ các chức năng ứng dụng để thiết kế các loại xưởng tuyển (từ đơn giản tới phức tạp) hoặc có thể áp dụng trong các xưởng tuyển đang vận hành nhằm điều chỉnh, tối ưu hoá quá trình sản xuất. Ví dụ: USIMPAC của BRGM (Pháp), PLANT STAR của Mintek (Australia), JKSIMMet của JKTech (Autralia)....

 - Phần mềm chuyên sâu: các chức năng được hạn chế cho từng loại đối tượng quặng, từng phương pháp tuyển họăc công đoạn tuyển. Ví dụ: JKSIM Coal chỉ dùng cho xưởng tuyển than, JKSIM Quary chỉ dùng cho các xưởng đập- sàng-rửa đá, Echant dùng cho lấy mẫu xưởng tuyển, BILCO dùng để tính cân bằng kim loại xưởng tuyển, JKSIM Float dùng chuyên cho tuyển nổi v.v..., ngoài ra, còn có các phần mềm đồng thời có chức năng ứng dụng và chức năng dùng cho đào tạo như: MODSIM, IES.

2 Phân lọai theo trạng thái mô phỏng :

- Phần mềm mô phỏng trực tiếp (direct simulation ): quá trình mô phỏng có khả năng dự tính đựoc dòng quặng, dòng nước của nhà máy đang vận hành ở những điều kiện cho trước được gọi là mô phỏng trực tiếp.

- Phần mềm mô phỏng ngựơc (reverse simulation): quá trình mô phỏng có thể tính ngựơc các thông số của các khâu tuyển đầu tiên dựa vào yêu cầu chất lượng và sản lượng của sản phẩm cuối cùng.

3. Phân loại theo nhà sản xuất phần mềm.

Hiện nay chưa có thống kê chính xác để biết đã có bao nhiêu phần mềm ứng dụng cho ngành tuyển khoáng, nhưng có thể kể tên những nhà sản xuất phần mềm tuyển khoáng có tiếng trên thế giới gồm: MINTEK, BRGM, JKTech(KMRG), OSISOFT, CSIRO, SVEDALA, MinnovEx v.v... Sau đây xin giới thiệu một số phần mềm tuyển khoáng được phân loại theo nhà sản xuất và phạm vi ứng dụng của chúng.

III. Sử dụng phần mềm tuyển khoáng

Nguyên tắc sử dụng phần mềm tuyển khoáng tổng hợp cho các mục đích khác nhau được mô tả trong hình 5 và 6.

1. Thiết kế sơ bộ: các bước tiến hành theo trình tự sau:

Nạp dữ liệu cơ sở → Xác định sơ đồ tuyển → Thiết kế, chọn thiết bị →

Dự tính vốn đầu tư → In báo cáo → So sánh các phương án →

(Quay lại ban đầu nếu cần) → Phương án tối ưu

2. Thiết kế chi tiết và tối ưu hoá sản xuất.

Vì các mô đun đã lập sẵn không thể tính toán, dự báo tất cả các chi tiết của thực tế tuyển diễn biến phức tạp nên khi sử dụng phần mềm tuyển khoáng với mục đích thiết kế kỹ thuật và ứng dụng trong sản xuất cần phải bổ xung thêm các môđun điều chỉnh trong đó chứa một số thông số điều chỉnh gồm:

- Các thông số về quặng ( các đặc tính vật lý)

- Các thông số đặc biệt của các môđun mô phỏng thiết bị cho phép điều chỉnh để đạt kết quả phù hợp với các kết quả thí nghiệm.

- Các thông số điều chỉnh đưa vào các môđun bổ xung được xác định từ các kết quả thí nghiệm bán công nghiệp, hoặc từ các xưởng tuyển xử lý quặng tương tự.

-

IV. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀ HỌC TẬP VỀ PHẦN MỀM TUYỂN KHOÁNG Ở VIÊT NAM

Căn cứ vào những thông tin về ứng dụng phần mềm tuyển khoáng trên thế giới và hiện trạng ngành tuyển khoáng ở nước ta hiện nay, có thể dự kiến một số khả năng áp dụng vào thực tế Việt nam như sau:

- Sử dụng các phần mềm để thiết kế các xưởng tuyển quy mô nhỏ do Việt nam tự đầu tư như các xưởng đập nghiền sàng đá, các xưởng tuyển quặng sa khoáng ilmenit, các mỏ vàng, than, quặng có công suất nhỏ

- Áp dụng các phần mềm vào việc nghiên cứu cơ bản: động học quá trình tuyển tại các viện nghiên cứu.

- Áp dụng phần mềm quản lý sản xuất, tối ưu hoá các chỉ tiêu tuyển vào các xưởng tuyển lớn như: apatit Lào cai, than Quảng Ninh, đồng Sin quyền, chì-kẽm Thái nguyên, tuyển đất hiếm Đông Pao, tuyển vàng, các nhà máy xi măng v.v...

Hiện nay, nguồn thông tin, sách vở và tài liệu về phần mềm tuyển khoáng ở nước ta còn rất hạn chế. Chưa có cán bộ kỹ thuật tuyển khoáng nào đựơc đào tạo cơ bản về lĩnh vực này. Để có thể bứơc đầu tiếp cận với một lĩnh vực hoàn toàn mới chúng ta có thể có một số giải pháp sau:

- Các viện nghiên cứu thiết kế, các trường đào tạo cán bộ tuyển khoáng cử người ra nước ngoài để học tập.

- Các cơ quan có đầu tư xưởng tuyển lớn bỏ tiền mua phần mềm, xây dựng đội ngũ học tập và sử dụng các phần mềm đó

- Học kiến thức cơ bản về phần mềm và thực hành xây dựng phần mềm tuyển khoáng qua mạng Internet.

Tháng 3-2001

Nguyễn Thị Đoàn Hạnh

Tài liệu tham khảo.

[1] Getting started with USIMPAC tutorial- BRGM 1996.

[2] MODSIM - modular Simulator for Mineral Processing Plants. February-2000

[3] JKSimMet version 5 and JKTech Software Courses- July 2000

[4] Flotation 2000 - International Mineral Processing - August 2000

[5] Planstar 2000-New process-control platform launchd. Mintek Bulletin- October 2000

[6] OSI 's new package -PI DataArchive3.2 - OSI software Bulletin-November 2000

[7] SVEDALA's computer based Mill and Flotation Education Programs- February 2001