Utilization of digital twin in model-based control of flotation cells

Abstract

Optimization of flotation plants has become an important field of research as the demand for minerals is growing rapidly. The goal of the optimization is to reach the maximum recovery while keeping the grade of the product within limits. The trend in optimization controllers is moving towards model-based control as the long delays and time constants make it hard for other type of control laws to operate while getting the response models for the controllers requires long tests at the plant. In this thesis, a flotation model is created with HSC tool by Outotec and it was fitted according to real plant data. The model is then tested as a tool for producing the response models for the grade-recovery optimizer by making steps to froth speed models which are operated by controlling the air flowrates of the cells. Results showed that the model produced dynamics that were close to those of the real plant but estimation of the plant gain proved to be difficult with the available plant data. The gain is mostly affected by the relations between mineral kinetics, the change in air flowrate during the step and the cell by cell recovery. The results show that it is possible to use HSC to produce a priori model, but the gain of the response would have to be fitted with the traditional plant tests. Getting the model to produce correct gain would require more analysis points with more analyzed elements which would make kinetics fitting possible.

Vaahdotusrikastuksen optimoinnin merkitys on kasvanut, koska mineraalien tarve on kasvanut voimakkaasti. Optimoinnin tavoitteena on saavuttaa mahdollisimman korkea saanti pitäen mineraalipitoisuus sille asetettujen rajojen sisällä. Optimoinnin trendi on suuntautumassa mallipohjaisiin säätöihin sillä pitkät viiveet sekä aikavakiot tekevät prosessista vaikeasti säädettävän muille säätöratkaisuille, mutta mallien aikaansaaminen kuitenkin vaatii pitkiä testejä laitoksella. Tässä tutkielmassa tehtiin vaahdotusrikastuksen malli HSC-sovelluksella ja se sovitettiin saatavilla olevaan laitosdataan. Mallin soveltuvuutta pitoisuussaanti optimoijan tarvitsemien vastemallien tuottamiseen testattiin tekemällä askelmaisia muutoksia vaahdon nopeusmalliin, joka sääti rikastuskennojen ilmansyöttöä. Tuloksista selvisi, että malli tuotti laitosdataa vastaavat dynamiikat, mutta vahvistus oli vaikea saada oikeaksi. Vasteen vahvistukseen vaikuttaa voimakkaasti mineraalien kinetiikkojen suhde, vaadittava ilmavirtauksen muutos askeleen aikana sekä kennokohtaiset saannit. Tuloksien pohjalta HSC:llä on mahdollista tuottaa a priori mallit vasteille, jotka kuitenkin vaatisivat vahvistuksien sovituksen laitoksella. Vahvistuksen oikeaksi saaminen vaatisi lisää analyysipisteitä sekä enemmän analysoitavia elementtejä, jolloin kineettisten vakioiden sovitus olisi mahdollista.