USIM PAC

USIM PAC это программный пакет, предназначенный для расчета технологических схем переработки минерального сырья.

Основные направления применения

USIM PAC позволяет строить эскизы технологических схем проектируемых или действующих ОФ, или их участков, включая большинство основных операций от рудоподготовки до гидрометаллургии. Дальнейший расчет производится в зависимости от задач. Для проектируемых объектов программа рассчитывает предварительный материальный баланс схемы (на уровне качественно-количественной и водно-шламовой схем, или, при наличии начальных данных, более подробный), а также размерные, количественные и некоторые операционные характеристики основного оборудования, обеспечивающие такой материальный баланс. Встроенные средства для анализа чувствительности фабрики, позволят автоматизированным образом подбирать наиболее оптимальные конфигурации параметров аппаратов под заданные конечным заказчиком критерии.

Для действующих объектов система позволяет создавать комплексные математические модели (симуляторы) их технологических схем. С помощью таких симуляторов специалисты смогут тестировать возможные изменения в схеме, в операционных параметрах аппаратов, в питании фабрики и др., которые хотелось бы проверить или воплотить в жизнь, и прогнозировать влияние таких изменений на все последующие переделы (т.е. рассчитывать материальный баланс схемы, каким он будет в случае выполнения таких изменений), что открывает широкие возможности решения актуальных задач модернизации существующих ОФ.

Разработка и расширение базы математических моделей операций, реализованных в USIM PAC, ведутся с 1986 года. При необходимости добавления собственных уникальных моделей операций, пользователи могут создавать такие модели на языке Fortran и добавлять в библиотеки встроенных моделей системы.

Ключевые особенности USIM PAC

• единая рабочая область для:
  • комфортного составления эскизов схем с помощью мышки:
    • построение схем цепей аппаратов или блок-схем путем размещения иконок оборудования или блоков;
    • соединение элементов схемы потоками;
  • расчета составленных схем:
    • параметризация материала (классы крупности, вещественный состав, химический состав, и др.);
    • внесение показателей питания;
    • ассоциация с каждой иконкой или блоком математической модели соответствующей операции;
    • возможность создания базы данных моделей часто используемых специалистами марок оборудования;
    • расчет основных параметров твердого и жидкого всех потоков (схема одновременно является и качественно-количественной и водно-шламовой);
    • расчет количественных, размерных и операционных параметров оборудования, обеспечивающих достижение заданных показателей;
  • подготовки и просмотра типовых результатов в несколько щелчков:
    • расчет предварительного подробного материального баланса;
    • сводный отчет по основным технологическим показателям всех потоков схемы;
    • графики типовых кривых (разделения, гранулометрического распределения, и др.);
• существенное облегчение выбора наиболее подходящего технологического решения и оборудования:
  • оперативное создание и расчет нескольких технологических схем для выбора наиболее эффективного варианта;
  • оперативный подбор нескольких комплектов оборудования, обеспечивающих целевую производительность схемы и подходящих при этом под различные критерии заинтересованной стороны;
  • проверка большего числа гипотез при выборе технологических решений в единицу времени;
• значительное упрощение решения задач по оптимизации действующих ОФ:
  • построение существующей схемы и калибровка математических моделей основных операций в соответствии с данными последнего генерального опробования / минералогических исследований / исследований на обогатимость, для получения имитационной модели (симулятора) действующей ОФ;
  • компьютерное моделирование изменений в потоках, оборудовании, питании симулятора и оптимизация эффекта таких изменений на нижестоящие переделы в несколько щелчков мышки;
  • предварительная оценка инвестиционных затрат каждой гипотезы оптимизации схемы;
  • долгосрочное планирование производственных показателей предприятия.

Особенности моделирования материала (фазовая модель)

Модель материала, реализованная в USIM PAC, т.е. перечень свойств материала (например, руды), которые будут рассчитываться системой в каждом потоке построенной схемы, может быть как очень простой, так и подробной, в зависимости от доступного объема начальных данных по материалу. Технические особенности моделирования сырья:

• комбинирование классов крупности и классов плотности в рамках единой модели материала;
• USIM PAC может учитывать не только классы крупности и компоненты с их плотностью (например, минералы, химические элементы), но и типы частиц, описывающие частицы как есть - например, формы нахождения / классы раскрытия (раскрытые, включенные, в сростках, и др.), классы плотности, и др.;
• каждый тип частиц может иметь минеральную композицию, а каждый минерал – химическую композицию;
• пропорции типов частиц могут быть заданы по размеру.

Примеры конфигураций модели материала рудной фазы в USIM PAC:

• классы крупности;
• классы крупности + содержание ценного компонента в потоке;
• классы крупности + содержание ценного компонента в каждом классе крупности;
• классы крупности + минералогический состав в каждом классе крупности + химический состав каждого минерала;
• классы крупности + классы раскрытия и минералогический состав в каждом классе крупности + химический состав каждого минерала;
• и др.

Некоторые модели технологических операций, реализованные в USIM PAC, ведут себя по-разному в зависимости от модели материала.

Например, при описании руды через гранулометрическое распределение и компонентный состав по каждому классу крупности, модель классификации в гидроциклоне будет рассчитывать классификацию не только по размеру, но и по плотности. Это позволит моделировать обыкновенный гидроциклон как обогатительное оборудование.

По аналогии, задав руду через гранулометрическое распределение, минералогический состав по каждому классу крупности и химический состав каждого минерала, модель флотации будет учитывать различия минералов, что позволит получить различные результаты флотации для различных минералов.

Модели технологических операций

В USIM PAC существует следующая классификация моделей технологических операций:

• Модели уровня 0 это т. н. модели производительности, в качестве параметров позволяют задать целевые характеристики продуктов (d80 разгрузки мельницы, точку отсечения гидроциклона, целевой % извлечения при выщелачивании, и др.).
• Модели уровня 1 содержат размерные, количественные и некоторые операционные характеристики узлов, а также некоторые свойства материала потока, измеряемые в рамках типовых исследований (диаметр и % наполнения мельницы шарами, индексы Бонда, удельная энергия SAGDesign Test, параметры Drop Weight Test (A*b, Ta), количество и объем камер в флотомашине, и др.).
• Модели уровня 2 дополнительно включают некоторые специфические характеристики материала потока, измеряемые в рамках специализированных исследований (кинетика флотации, кинетика выщелачивания, изотермы Ленгмюра, Фрейндлиха, и др.)
• Модели уровня 3 могут включать параметры, которые потребуют выполнения специальных тестов, описанных в руководстве по моделям USIM PAC (брендированное лабораторное оборудование не требуется).

Для решения задач проектирования как правило применяются модели 0го и 1го уровней, при моделировании действующих схем – с 1го по 3й уровень. Большинство специализированных параметров моделей старшего уровня (1-3) также можно откалибровать на данных опробования соответствующих операций на действующей фабрике, доступных в рамках результатов ген. опробований, исследований на обогатимость, минералогических исследований, и др.

В USIM PAC заложено более 140 математических моделей операций, среди них:

• измельчение - дробилки, МПСИ (включая модели, основанные на результатах SAGDesign Test и Drop Weight Test), галечные/стержневые/шаровые мельницы, мельницы с раскрытием минералов, мельницы с мешалкой и др.;
• классификация - гидроциклоны, сита, гребковые/спиральные/гидравлические классификаторы и дп.;
• концентрация - флотация (в том числе колонная), гравитационная, магнитная сепарации, и др.;
• гидрометаллургия - выщелачивание, биовыщелачивание, CIP, CIL, CIC, осаждение, цементация, извлечение растворителем, электролиз и др.; при этом простые гидрометаллургические процессы можно моделировать без написания каких-либо уравнений, реакции можно выбирать без указания термодинамических данных;
• сепарация жидкостей и твердых материалов - фильтрация, осаждение;
• утилизация отходов - сбор, сортировка, сжигание, компостирование и др.

Анализ чувствительности

USIM PAC обладает функциональностью анализа чувствительности технологических схем. Суть функции сводится к возможности автоматизированного перебора/пересчета произвольного числа конфигураций параметров оборудования схемы и отслеживания значений ее целевых показателей для каждой такой конфигурации:

• активаторы – это любые параметры моделей оборудования схемы, для них возможно указать диапазон и шаг изменения (например, изменение расхода питания со 100 т/ч до 300 т/ч с шагом в 5 тонн, или количества камер основной флотации с 3 до 10 с шагом в 1 камеру);
• сенсоры – это любые параметры моделей оборудования или параметры производительности схемы (крупность в сливе ГЦ, содержание ценного компонента в целевом потоке, циркуляционная нагрузка, выход концентрата, извлечение, и др.);
• USIM PAC автоматически пересчитает схему столько раз, сколько требуется для перебора всех возможных конфигураций активаторов, и покажет значения сенсоров для каждой такой конфигурации;

Во многих случаях это позволит в автоматизированном режиме находить конфигурации параметров операций, обеспечивающих наилучшую производительность схемы.

Отраслевое применение и типы сырья:

• железные руды, руды цветных металлов, сульфидные и оксидные руды;
• драгоценные металлы, алмазы;
• фосфаты, калий;
• индустриальные минералы – каолин, шпаты, карбонаты, тальк и пр.;
• строительные материалы – цемент, гипс, смеси и пр.;
• уран, уголь;
• управление индустриальными и городскими отходами;
• биомассы.