選礦廠浮選礦漿pH智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

毛世意，朱秋飛

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 城門山銅礦，江西 九江 332000）

1 引言

當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)已由高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，正處在轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換增長(zhǎng)動(dòng)力的攻關(guān)期。伴隨新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換和供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的不斷推進(jìn)，智能技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。與之相應(yīng)，礦山運(yùn)營(yíng)智能化成為必然趨勢(shì)，成為礦業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)和發(fā)展方向。

在這個(gè)背景下，江西銅業(yè)股份有限公司城門山銅礦率先開展智能化礦山建設(shè)。城門山銅礦隸屬于江西銅業(yè)股份有限公司，是一座以銅、硫?yàn)橹鳎采f、鐵、鋅，伴生金、銀和稀散元素的大型多金屬礦［1］，選礦廠處理能力290萬t/a。該礦智能化礦山建設(shè)涵蓋了采、選各個(gè)方面，其中選礦廠主要圍繞“磨礦專家系統(tǒng)”、“浮選專家系統(tǒng)”、“濃密專家系統(tǒng)”三大系統(tǒng)建設(shè)，以求實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控、流程監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化，以及流程控制的智能化。

選礦工藝采用優(yōu)先浮選流程。原礦經(jīng)磨礦達(dá)到合格粒度后，通過加石灰漿調(diào)節(jié)pH至12左右，經(jīng)“兩粗兩掃兩精”浮選作業(yè)產(chǎn)出銅精礦產(chǎn)品。選銅尾礦經(jīng)Ф150脫泥旋流器分級(jí)脫泥，沉砂產(chǎn)品加濃H2SO4調(diào)節(jié)礦漿pH至弱堿性，經(jīng)“一粗一掃兩精”浮選作業(yè)得到高硫精礦產(chǎn)品，脫泥溢流與選硫尾礦為最終尾礦。

預(yù)先調(diào)節(jié)礦漿pH是浮選作業(yè)極為重要的環(huán)節(jié)。對(duì)于有色金屬硫化礦的浮選而言，加入石灰漿調(diào)節(jié)精準(zhǔn)的浮選礦漿pH值，是實(shí)現(xiàn)共生多金屬有效分離、有價(jià)金屬得到最大程度回收的先決條件。選礦行業(yè)的特殊性，決定了多數(shù)時(shí)候礦石性質(zhì)是復(fù)雜多變的，也導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中需要相應(yīng)的不斷調(diào)整石灰投加量，以維持浮選礦漿pH的相對(duì)穩(wěn)定。

2 傳統(tǒng)浮選礦漿pH控制

通常來講，浮選礦漿pH控制包含“礦漿pH檢測(cè)”和“石灰投加”兩個(gè)環(huán)節(jié)。

2.1 礦漿pH檢測(cè)

浮選礦漿pH的測(cè)定有多種方法。pH試紙法具有檢測(cè)成本低、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)越性，僅在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)精度要求不高時(shí)應(yīng)用，該法因?yàn)闄z測(cè)誤差大，適用于礦漿pH粗放控制。

當(dāng)pH控制精度要求更高時(shí)，常采用酸堿中和滴定法。檢測(cè)時(shí)，取礦漿澄清液，以酚酞作為指示劑，用當(dāng)量濃度0.05mol/L稀H2SO4滴定。該方法檢測(cè)精度高，但操作繁瑣、耗時(shí)較長(zhǎng)，通常1個(gè)人工檢測(cè)的周期為10~20min，需要專門人員開展檢測(cè)，在工業(yè)上應(yīng)用受限。

電極式在線檢測(cè)pH計(jì)，在化學(xué)工業(yè)及環(huán)保污水處理等領(lǐng)域應(yīng)用較多［2］。在浮選礦漿pH檢測(cè)手段上，有選礦廠引入使用，但使用效果不好。該礦也進(jìn)行過工業(yè)試驗(yàn)并嘗試進(jìn)行改良。結(jié)果顯示，在礦漿條件下，pH計(jì)電極維持正常檢測(cè)時(shí)間壽命難以超過24h，即使清洗維護(hù)后也不能恢復(fù)性能。這可能是由于礦漿中含有大量游離氧化鈣及多種不同電荷的離子等原因，導(dǎo)致檢測(cè)精度低、靈敏度下降［3-4］，不能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)浮選礦漿pH在線檢測(cè)需求。

2.2 石灰投加

石灰投加時(shí)常采用乳化為漿后投加。常用的石灰漿投加方式主要有直接投加、石灰漿截取法投加和多孔分配器定量投加等多種方式。

石灰儲(chǔ)漿桶直接投加時(shí)，在石灰儲(chǔ)漿桶下部安裝控制閘閥，通過調(diào)節(jié)閘閥開度，實(shí)現(xiàn)石灰漿投加量調(diào)整。該投加方式簡(jiǎn)單直接、操作易理解，但是石灰漿投加可控范圍小、石灰漿投加量調(diào)節(jié)精度低。

采用石灰漿截取法投加時(shí)，通過循環(huán)泵設(shè)置石灰漿瀑流，采用活動(dòng)隔板對(duì)瀑流進(jìn)行分流，達(dá)到調(diào)節(jié)石灰投加量目的。活動(dòng)隔板在執(zhí)行機(jī)構(gòu)推動(dòng)下，可繞鉸鏈在開度0~100%范圍內(nèi)截取石灰漿瀑流。該投加方式可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，相較直接投加法，石灰漿投加精度有所提高，石灰漿截取投加法輸送系統(tǒng)如圖 1所示。

圖1 石灰漿截取投加輸送系統(tǒng)示意圖

多孔分配器定量投加相比而言是更為成熟的石灰投加方式，如圖2所示，通過循環(huán)泵將石灰漿送至多孔分配器內(nèi)，分配器底部沿周邊均勻布置多個(gè)下料口，下料口底部連接自流管（槽）送至石灰添加點(diǎn)，余量返回石灰儲(chǔ)漿桶。

圖2 多孔分配器定量投加輸送系統(tǒng)示意圖

分配器下料采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過氣缸連接閘閥周期性的啟、閉下料口。由于啟、閉采用電子計(jì)時(shí)器，時(shí)間精確可調(diào)，故可以更為準(zhǔn)確控制各點(diǎn)石灰投加量，多孔分配器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 多孔分配器結(jié)構(gòu)示意圖

采用多孔分配器定量投加，石灰投加精度高，可以同時(shí)多點(diǎn)投加，并且也由于設(shè)備配置緊湊，在國(guó)內(nèi)同行業(yè)礦山，應(yīng)用最為廣泛、使用效果最好、也最受歡迎。

這種石灰投加工藝盡管最大可能的革除了以往石灰投加系統(tǒng)的多種弊端，但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，仍然暴露出顯著問題。

基于石灰漿特性［5］，這種工藝布置因?yàn)樽粤鞴?槽輸送的距離較長(zhǎng)，一方面石灰漿液里的固體顆粒會(huì)因?yàn)椤皩恿鳌睂?dǎo)致固體顆粒沉積。另一方面流動(dòng)的石灰漿與空氣接觸后，在溜槽或管路內(nèi)壁由于“掛壁現(xiàn)象”，容易在較短時(shí)間內(nèi)就形成大量以碳酸鈣為主體物質(zhì)的石灰垢塊。這些都不可避免地造成管/槽堵塞。

以該礦二期選礦廠為例，設(shè)置石灰投加點(diǎn)3個(gè)，在單耗4kg/t的條件下，斷面尺寸為200×200的溜槽，總長(zhǎng)度達(dá)到600余m。這么長(zhǎng)的溜槽對(duì)清理工作以及安全生產(chǎn)造成很大的困擾，常常影響石灰的正常添加和生產(chǎn)流程的穩(wěn)定。

2.3 多孔分配器定量投加石灰礦漿pH的控制效果

當(dāng)采用多孔分配器投加石灰時(shí)，通過人工檢測(cè)礦漿pH。以某日為例，班中8h內(nèi)，以60min為周期、以礦漿pH=11.7~12.2為控制目標(biāo)時(shí)，人工根據(jù)礦漿pH對(duì)石灰投加量調(diào)整，如圖4所示。

圖4 石灰投加量隨礦漿pH變動(dòng)圖

從圖4看到，人工1h檢測(cè)1次，礦漿pH在11.4~12.3范圍大幅波動(dòng)，石灰投加量也在1.5~5.0kg/t范圍寬幅調(diào)整。并且由于人工檢測(cè)的遲滯、石灰通過自流管/槽流入時(shí)間長(zhǎng)等多種原因，導(dǎo)致石灰投加量明顯滯后于礦漿pH波動(dòng)。在第2~4周期、第4~7周期，礦漿pH明顯走出了與石灰投加量相反的趨勢(shì)。

3 浮選礦漿pH智能控制方案

3.1 開發(fā)BOTA型酸度在線滴定分析儀

在礦漿pH檢測(cè)手段上，酸堿中和滴定法較其他檢測(cè)方法有較大的優(yōu)越性。BOTA型酸度在線滴定分析儀的工作原理就是用機(jī)器代替人工，通過對(duì)礦漿過濾得到澄清溶液，采用微量泵進(jìn)行準(zhǔn)確滴定，從而實(shí)現(xiàn)礦漿pH在線檢測(cè)［6］。BOTA型酸度在線滴定分析儀設(shè)備布置聯(lián)系圖如圖5所示。

圖5 BOTA型酸度在線滴定分析儀設(shè)備聯(lián)系圖

BOTA型酸度在線滴定分析儀由該礦與北京礦冶研究院聯(lián)合共同開發(fā)，應(yīng)用于有色金屬選礦是國(guó)內(nèi)具有獨(dú)創(chuàng)性發(fā)明的礦漿pH分析儀。該產(chǎn)品歷經(jīng)數(shù)次改進(jìn)和優(yōu)化后，性能不斷完善。實(shí)際應(yīng)用中，其完整的檢測(cè)周期控制在10min內(nèi)，最短可達(dá)到7min，完全能夠滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)礦漿pH檢測(cè)的需求，并且相較于人工，可連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)。

3.2 石灰投加解決方案

考慮到石灰漿特性，當(dāng)采用壓力輸送時(shí)，石灰漿流速快、漿體紊流加大，顆粒分層和掛壁現(xiàn)象會(huì)大大減輕，因而輸送管路結(jié)鈣堵塞現(xiàn)象也會(huì)明顯改善。尤其是當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)石灰漿量輸送精準(zhǔn)并且可以調(diào)節(jié)大小時(shí)，壓力輸送的優(yōu)點(diǎn)就凸顯出來了。

在該原理指導(dǎo)下，該礦首創(chuàng)性地引進(jìn)螺桿泵作為石灰漿輸送設(shè)備［7］，達(dá)到了良好的效果。當(dāng)采用螺桿泵時(shí)進(jìn)行壓力輸送時(shí)，顯著減小輸送管徑，同時(shí)管材選擇范圍也更廣，這些都使得后期安裝和維護(hù)的量大大降低。以該礦原礦石灰投加點(diǎn)為例，在1用1備的條件下，僅采用2條DN32材質(zhì)為PVC管路［8］就可以滿足生產(chǎn)要求，相比于采用溜槽，石灰漿流經(jīng)的截面積不足原來的1/10，同時(shí)還縮短了管路長(zhǎng)度，采用螺桿泵投加石灰漿系統(tǒng)示意圖如圖6所示。

圖6 螺桿泵投加石灰漿系統(tǒng)示意圖

螺桿泵裝置由螺桿泵、撬裝支架及管道閥門組成。一臺(tái)儲(chǔ)漿桶可以同時(shí)撬裝多臺(tái)螺桿泵，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)石灰投加。在設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)設(shè)計(jì)液位、溫度等聯(lián)鎖控制，維護(hù)簡(jiǎn)單、安全性高，螺桿泵撬裝配置圖如圖7所示。

圖7 螺桿泵裝置撬裝示意圖

該解決方案優(yōu)點(diǎn)有：

（1）顯著減小管/槽尺寸，極大減輕了管路堵塞以及由此帶來的流程影響。以前述為例，管路截面積不足原來的1/10。

（2）管路采用PVC材質(zhì)和壓力輸送，灰漿紊流避免了石灰固體顆粒沉降，清理和維護(hù)工作量小。

（3）螺桿泵變頻調(diào)節(jié)石灰漿輸送量，既保證了投加精準(zhǔn)，又為后續(xù)的智能投加石灰漿創(chuàng)造了前提。

（4）采用壓力輸送相比于自流輸送，石灰漿調(diào)節(jié)反饋迅速，更容易控制浮選流程穩(wěn)定。

（5）多臺(tái)螺桿泵可撬裝安裝，占地空間小，安裝簡(jiǎn)單快捷。

3.3 開發(fā)浮選礦漿pH智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)

成功解決了礦漿pH檢測(cè)和石灰精準(zhǔn)投加的問題，使得浮選礦漿pH智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)水到渠成。

在精確控制選礦工藝條件下，以礦漿pH = 11.7~12.2為核心指標(biāo)范圍，浮選礦漿pH智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)典型控制策略如表1所示。

表1 浮選礦漿PH智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制策略

浮選礦漿pH智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運(yùn)行以后，以某日8h為例，石灰投加量與礦漿pH波動(dòng)變化曲線圖如圖8所示。

圖8 智能控制礦漿pH與石灰投加量變化曲線圖

通過對(duì)比圖8與圖4可以看到，在智能調(diào)節(jié)狀態(tài)，8h內(nèi)完成礦漿pH檢測(cè)完成35次，檢測(cè)及時(shí)性顯著增強(qiáng)。隨著礦漿pH檢測(cè)結(jié)果的變化，石灰投加量也及時(shí)進(jìn)行了智能調(diào)節(jié)。總體上礦漿pH控制達(dá)標(biāo)率94.3%，基本在11.7~12.2范圍波動(dòng)。

礦漿pH智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入以后，經(jīng)過生產(chǎn)運(yùn)行，石灰單耗得到明顯降低，由之前的4.1kg/t降低到3.7kg/t，降低0.4kg/t，有效降低了選礦生產(chǎn)成本。與此同時(shí)，選礦指標(biāo)都均衡提高。據(jù)測(cè)算，在保證銅精礦品位的條件下，選銅回收率提高了0.2%，取得了非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于選礦生產(chǎn)管理而言，極大的減少了由于石灰管/槽結(jié)垢造成堵塞帶來的清理和維護(hù)工作，提高了生產(chǎn)作業(yè)效率。

4 結(jié)語

研發(fā)BOTA型酸度在線滴定分析儀，解決了人工無法連續(xù)檢測(cè)的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)、快速的礦漿pH檢測(cè)，生產(chǎn)實(shí)踐中檢測(cè)周期最短僅為7min。采用螺桿泵進(jìn)行石灰漿管路壓力輸送，極大的縮小了管路截面積，減少了石灰漿與空氣接觸，灰漿紊流還避免了石灰固體顆粒沉降，極大減少了管路堵塞現(xiàn)象。通過檢測(cè)的礦漿pH反饋于螺桿泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，能快速智能調(diào)整浮選流程。

該礦通過建設(shè)浮選礦漿pH智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)定浮選流程的基礎(chǔ)上，石灰單耗降低了0.4kg/t，選銅回收率也因此提高了0.2%以上。

BOTA型酸度在線滴定分析儀的研發(fā)成果，與石灰螺桿泵的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)外同行業(yè)具有獨(dú)創(chuàng)性和首創(chuàng)性，為推進(jìn)選礦智能化解決了重要的問題。