線性移動刀口取樣器在鉛鋅礦選礦廠的應用

周 成 ，劉英俊 ，孫 振 ，孫學方 ，袁建明

（1.北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160；2.礦冶過程自動控制技術國家重點實驗室，北京 100160；3.礦冶過程自動控制技術北京市重點實驗室，北京 100160；4.扎蘭屯市國森礦業有限責任公司，內蒙古扎蘭屯 021008）

隨著選廠自動化和智能化的發展趨勢，以及對取樣代表性觀念的轉變，全自動的取樣系統及成套設備正成為現代化選礦廠必不可少的一部分，用以取代人工手動取樣所產生的較高人力成本以及消除不可控的人為取樣偏差；同時，選廠對經濟效益的追求對金屬量計算的準確性也提出了很高的要求，因此具有取樣代表性的全自動取樣器及系統對選廠具有重要的實用意義[1]。

北京礦冶科技集團有限公司為國森礦業有限公司二道河鉛鋅礦選廠設計了成套的BOXA在線X熒光品位和BPSM在線粒度濃度一體化分析系統，包含10多套全自動TMC型管道取樣器用于1、2系列磨浮原、精、尾礦及中間工藝流程的取樣。整套系統于2016年完成安裝調試并投入運行，現已穩定運行約兩年。隨著生產工藝運行穩定和礦體的深入開采，原礦中Pb品位出現了較大變化，Pb品位變高且有一定波動。經過一段時間運行，該廠發現當Pb品位高于1%時，原有管道取樣器系統取出的班樣樣品用于金屬量計算會導致每月Pb精礦盤庫脹庫現象，而Zn精礦處于可控范圍。

本文針對上述問題和廠方實際需求，于2018年初對現場進行了原因排查和問題分析，分階段定制化設計了M1350線性移動刀口一次取樣器和M1860二次縮分取樣器，替換1、2系列旋流器溢流原礦取樣點原有的TMC管道取樣器系統，有效改善了出現的問題，滿足了現場的需求。

1 存在的問題分析及解決方案

1.1 原系統問題分析

二道河鉛鋅礦廠有兩個呈對稱分布的磨礦浮選系列。兩個系列旋流器溢流原礦礦漿都采用TMC固定刀口一次取樣器進行取樣，取樣樣品流量70～150 L/min。取樣系統受BOXA熒光品位分析儀控制，當需要測量時，取樣器氣控箱接到BOXA的取樣指令進行前沖洗、取樣、后沖洗等動作，所取得的樣品通過敷設的高分子管道自流到熒光房MAX多路分配器平臺，多路分配器一方面按照設定的頻次和周期進行礦漿樣品取班樣動作，另一方面將礦漿樣品輸送到BOXA儀進行品位測量，測量后的樣品和多路器旁路樣品流入泵池最終泵送返回到工藝流程，如圖1所示。

圖1 1、2系列旋流器溢流原礦取樣分析系統

TMC型管道取樣器結構原理圖如圖2所示。其取樣為重力自流的原理，根據礦漿流動性質進行流體力學仿真專門設計的箱體和D字型刀口保證進入刀口的樣品能全部流出，從而保證取樣代表性。此外，由于管道取樣器采用固定刀口，其取樣代表性會受到礦漿混合均勻性的影響，因此取樣器安裝位置的選擇便至關重要。

圖2 TMC固定刀口取樣器結構原理

二道河鉛鋅礦為新建礦山，隨著采礦生產的深入推進，Pb品位＞1%、Zn品位＞10%的高品位礦石越來越多。系統穩定運行一年半后，發現原礦TMC管道取樣器系統在高品位礦石生產時取樣偏差變大，出現Pb精礦脹庫現象。分析認為導致問題出現有以下幾個原因：1）Pb屬于重金屬，原礦中Pb品位變高后礦漿物理性質發生變化，導致礦漿更易分層，TMC管道取樣器取樣受此影響；2）TMC取樣器到MAX多路器樣品管道長約130 m，且為自流管道，樣品中Pb在管道中逐漸分層以及富集Pb的泡沫掛壁，導致MAX多路分配器的取班樣出現偏差。

1.2 解決方案

為了從根本上解決出現的問題，通過實地考察和測繪，擬采用最具代表性的M1350線性移動刀口取樣器替換現有的TMC固定刀口管道取樣器，通過取樣對比來鎖定問題的最終原因，再根據實際效果決定是否采用就地班取樣器。

線性移動刀口取樣器取樣原理[2]可簡單地概括為：取樣刀口在電機或氣缸的帶動下以穩定的線速度垂直于礦漿流動的方向切割整個礦漿流，從中取出一定量的礦漿以滿足在線檢測或實驗室化驗需求。如圖3所示，線性移動刀口取樣器的主要技術特點是：1）根據礦漿粒度、濃度和流量參數專門設計的“D”型刀口結構，保證切下來的每“一片”礦漿以無阻力、無噴濺的方式全部進入取樣刀口；2）線性移動刀口以合理的速度截取整個工藝流的礦漿，切“一片”礦漿出來，而不是取固定的1個或是幾個位置的礦漿作為樣品；3）根據礦漿濃度、粒度、流速等參數進行線性移動刀口的尺寸和移動速度的定制性設計，保證礦漿中的每一個顆粒都有均等的機率流入刀口。

圖3 M1350移動刀口取樣器結構原理

2 移動刀口取樣器應用試驗

2.1 取樣器設計

由圖2和圖3取樣器結構原理圖可判斷，TMC管道取樣器的安裝基本不占用工藝管道的高差，而線性移動刀口取樣器由于需要形成礦漿瀑布面，對出入口工藝管道的高差有一定的要求。通過現場測繪，旋流器溢流管道規格為DN350，按照移動刀口取樣器的標準設計，現場無安裝空間。為此，根據實際測繪結果定制化設計了滿足現場安裝條件的M1350移動刀口取樣器。

取樣器的設計關鍵點和難點在于：1）旋流器溢流豎直管道向下直接進直線振動除雜篩，如何在旋流器和除雜篩之間形成平穩的礦漿流以滿足取樣器的安裝使用條件；2）如何小型化設計取樣刀口，在有限的高差下滿足取樣量和取樣代表性的問題；3）由于取樣器工藝入口和出口高差有限的原因，如何防止工藝礦漿流濺射進入取樣樣品箱中污染樣品進而影響取樣代表性的問題。

旋流器溢流管道從上方平臺豎直向下布置，而M1350移動刀口取樣器入口為帶有一定傾角的水平管道，為降低較高的礦漿流速，在取樣器入口前增加方形的轉角箱體用以改變礦漿流向，同時降低流速。將取樣器礦漿入口設計成放射狀的喇叭口，可進一步降低流速，還能形成穩定的礦漿瀑布面。礦漿入口的設計由于將寬度方向上的尺寸拉長了一倍以上，因此取樣器入口的高度降低至原來的二分之一以下。這樣便于取樣刀口的小型化設計截取全礦漿流，同時也降低了取樣器出入口的高差要求，滿足了安裝條件。定制版MB50移動刀口取樣器見圖4。

圖4 定制版M1350移動刀口取樣器結構圖（左）和現場安裝圖（右）

礦漿入口轉角箱的設置和放射狀礦漿入口管的設計，都能有效降低礦漿流速，形成平穩的瀑布面。礦漿進入取樣器箱體后，按照設計軌跡下降到底部箱壁，避免了與側壁碰撞導致礦漿飛濺。M1350取樣器ICE箱體與樣品箱之間增設防濺橡膠簾子，可以滿足刀口樣品出口管的來回線性移動，同時防止工藝礦漿飛濺進入樣品箱中。

由于取樣器安裝在除雜篩之前，移動刀口取樣器能夠取到大顆粒礦物以及雜質，為防止樣品中的雜質堵塞輸送距離超過100 m的自流樣品管路，在取樣器樣品箱出口單獨設計了除雜箱用于過濾礦漿樣品中的雜質。

2.2 取樣對比試驗

2018年6月初，技術人員將1、2系列原礦TMC管道取樣器替換成M1350線性移動刀口取樣器，并在完成取樣器改造后，進行了取樣對比試驗。由于原系統TMC管道取樣器是全封閉的，無法就地取樣；而M1350移動刀口取樣器在樣品出口部分增加了除雜箱，可就地手動取樣。為判斷原礦礦漿樣品流經一百多米的高分子樣品管道樣后是否會產生取樣誤差，選取M1350移動刀口取樣器樣品出口的除雜箱和MAX多路器的取樣口兩處作為對比試驗采樣點，樣品都來源于M1350移動刀口所取下的一次礦漿樣品。取樣對比試驗結果如表1所示。

表1 1系列、2系列原礦多路分配器和M1350取樣器處班樣對比 %

由表1可以看到，1系列Pb平均品位1.33%，Zn平均品位9.3%；2系列Pb平均品位1.07%，Zn平均品位8.36%。1系列多路器處班取樣Pb、Zn的化驗結果比M1350處的班樣化驗結果普遍偏低，且Pb的相對偏差較大，Zn的結果在正常偏差范圍內；2系列多路器處班樣Pb、Zn的化驗結果與M1350處的班樣化驗結果偏差在可接受控范圍內，化驗結果數據互有高低。1、2系列數據對比，從圖5可以直觀地看出1系列Pb品位偏差明顯高于2系列，1、2系列Zn品位偏差值大小基本一致。分析結果表明，采用M1350移動刀口取樣器后，2系列取樣偏差滿足金屬平衡計算要求，而1系列Pb取樣偏差有所改善，但仍然不滿足金屬平衡計算要求。導致這一結果的主要原因是1系列樣品管道比2系列樣品管道長度更長、管道走向更加復雜，使得多路器入口出的礦漿混合不均勻，取班樣仍然存在較大偏差。的自流管道，1系列原礦在多路器處取得的班樣仍然不能滿足金屬平衡計算要求。為進一步提高取班樣的準確性，決定在M1350一次取樣器和除雜箱之間就地安裝M1860班樣器，以排除相關的影響因素，安裝示意見圖6。M1860班樣器取樣原理與M1350取樣器類似，按照設定頻次和周期，通過氣缸帶動取樣刀口來回移動，全斷面截取豎直流下的一次樣品流進入樣品柜中的班樣桶中。

圖5 對比樣中Pb和Zn的偏差曲線

圖6 班取樣器安裝示意

3 就地班樣器應用試驗

3.1 班樣器設計

由于更換M1350取樣器后，礦漿樣品經過較長

3.2 班樣器試驗結果

班樣器于2019年2月改造完成。將通過自動取樣系統完成金屬平衡計算獲取的回收率與質檢部門給出的真實化驗結果進行了對比，對比結果如表2所示。

表2 原礦取樣器改造前后Pb、Zn金屬回收率變化 %

原礦一次取樣器改造后，二道河鉛鋅選廠鉛金屬平衡計算偏差出現明顯改善，但仍然較大；鋅金屬平衡計算偏差基本維持在原來可接受的范圍。進一步改善系統增加就地M1860班樣器后，由表2可以看出，鉛和鋅金屬平衡計算偏差已降至1%以內。由于原礦鋅金屬品位比鉛金屬品位高一個數量級，反應到生產實際的效果便是，每月鋅金屬盤庫已無脹庫和虧空現象；而鉛金屬盤庫從改造前脹庫300余噸降低至100 t以內。

4 結論

通過分階段試驗的方法，將二道河鉛鋅礦選礦廠 1、2系列原礦TMC固定刀口取樣器更換成M1350線性移動刀口取樣器+M1860班樣器的取樣系統，有效改善了因原礦中Pb品位變高而帶來的取樣偏差增大現象。系統改造后，Pb金屬每月脹庫已從300 t降低在100 t以內，Zn金屬已無脹庫現象，每月基本實現金屬平衡。取樣系統的改造對選廠生產調控和計劃起到了積極的指導作用，產生了一定的經濟效益。由于現場磨礦采用含有藥劑的回水系統，觀察到旋流器溢流礦漿中漂浮有富集Pb金屬的不均勻塊狀泡沫。這些泡沫雖然能被M1350移動刀口取到，但由于M1860班樣器刀口開度較小，可能存在大塊泡沫不能進入到班樣桶導致班樣中Pb品位偏低，從結果上來看每月仍存在脹庫現象。要想進一步消除金屬平衡計算偏差，需要進行系統優化。