pH值在線檢測在氫氧化鈷回收工藝的研究與應用

胡 勇

（紫金礦業，福建 龍巖 364000）

剛果（金）某濕法銅冶煉項目（5萬噸/年）于2019年3月建成投產，在氫氧化鈷回收工藝中，采用設計裝配的pH值在線檢測方式，因pH計檢測探頭檢測環境處在攪拌槽內，檢測溶液波動大，pH電極表面易結垢等因素，導致在線檢測數據不穩定，無法實現在線檢測，最終無法達到指導生產的功能。現場只能采用人工取樣，定時檢測。這樣造成現場操作人員工作量大，控制加藥量不穩定。針對此種情況，現場技術人員通過不斷探索及研究，結合氫氧化鈷回收工藝控制指標及要求，通過近半年的試驗及改造，最終實現了pH值在線檢測及自動控制加藥的方案，取得良好的應用效果，并產生較高經濟效益和社會效益。

1 pH計在線檢測裝置改造前的現狀及存在的不足

氫氧化鈷回收工藝中，pH值在線檢測難度較大，多種因素導致實際使用效果不理想。國內外市場上pH計安裝方式基本相同，將電極浸入被測溶液中進行檢測。改造前，公司pH值檢測方式是將電極浸入攪拌槽溶液中進行在線檢測。使用過程發現,pH電極的保護套管較長較粗，校準非常困難且耗時較長，同時固定電極的鋼管長期浸泡在溶液中，管壁易結垢，導致探頭無法拔出。頻繁校準易使專用套管密封性下降，造成探頭進水，導致探頭損壞。長時間使用后，發現此款ABB品牌pH計在校準后使用周期較短，檢測數據極不穩定，正常使用周期在半天左右數據開始不穩定，從而無法指導生產。為此，公司試驗對比多個國內外品牌pH計，最終選定梅特勒托利多M400 pH計，電極選用梅特勒托利多Inpro4800i。梅特勒托利多pH計投入使用后，盡管測量精度可以滿足要求，但電極表面易結垢，液位波動大，攪拌槽內礦漿對pH電極表面沖刷等問題得不到解決，仍然無法滿足長時間在線檢測的效果。

2 pH在線檢測裝置改造及應用

2.1 改造后pH值在線檢測裝置的介紹

2.1.1 引流取樣方式檢測pH值

更換pH計后電極表面易結垢，使檢測數據不穩定，攪拌過程溶液的磨洗易使pH電極表面磨損。采用引流取樣檢測方式將氧化鎂輸送泵出口處增加取樣管，通過泵的壓力將被測溶液引到槽面的檢測槽內，經過溢流口將檢測過的溶液溢流回攪拌槽。pH計上增加外置聲光報警器，用于pH值界內界外報警提示，將原來成套保護套管式pH探頭，改為DN16的PVC電工管（管道打蜂窩狀孔）做簡易pH探頭，電纜接頭處做好防水，固定在檢測槽壁上。從底部上來的溶液帶有微壓力，可以沖洗pH探頭，減少結垢，再微壓狀態下能減少電極表面磨損。

2.1.2 虹吸取樣方式檢測pH值

氫氧化鈷回收工藝中，一段攪拌槽和二段攪拌槽屬于溢流槽，沒有底流輸送泵，在這種情況下改造虹吸取樣方式檢測pH值。槽面增加負壓罐，開虹吸管閥門用于補水管給罐內補水排空氣，補滿水后關閉補水閥門，開溢流閥，溶液因重力使罐內產生負壓而產生虹吸現象。做好的簡易pH探頭固定在溢流槽上進行在線檢測。

2.2 改造后pH值在線檢測系統的組成與應用

2.2.1 pH值在線檢測系統的組成

pH值在線檢測系統的組成主要由：①pH值在線檢測裝置及報警系統。②校準控制系統，pH計保護箱外增加校準按鈕，需要校準時，按下按鈕，切斷4～20mA信號，PLC接收到斷線信號，系統自動退出加藥控制，保持最近pH值進行加藥或者切手動加藥。校準結束后恢復急停，自動化控制系統按照當前值進行調控。③HMI自動化控制系統，增加HMI進行就地監控及控制。

2.2.2 pH值在線檢測系統在氫氧化鈷回收工藝中的應用

因氧化鎂遇水半小時后活性降低這一特性，公司設計出一套自動添加氧化鎂系統，目前運行穩定，產生較高經濟效益。控制系統由螺旋給料機、氧化鎂攪拌機、液位計、氧化鎂輸送泵、pH計報警系統、人機界面控制系統組成。系統的控制邏輯①行車將袋裝氧化鎂吊入氧化鎂料斗，當系統檢測氧化鎂攪拌桶液位低于0.5m時，程序打開補水調節閥補水，直到設定的1.8米，閥門自動關閉。②螺旋給料機按設定運行時間進行添加氧化鎂。③氧化鎂添加結束，攪拌機開始根據設定時間進行攪拌。④攪拌結束后，程序通過讀取在線檢測pH值，判定是否添加氧化鎂。⑤設定pH值的PV值，程序自動追蹤PV值進行添加氧化鎂。⑥人機界面控制系統安裝就地，監控和調整工藝參數，實現中控就地任意切換。自動添加氧化鎂系統，如圖1所示。

圖1 自動添加氧化鎂系統

2.2.3 運行與維護

能否實現pH值在線檢測，關鍵在運行和維護工作。氫氧化鈷回收工藝中pH電極需要3～4小時沖洗1次，才能保障檢測的穩定性。清洗pH電極時，建議先將電極浸泡在稀酸中1～3分鐘。正常情況，建議5～7天校準1次，工藝要求不嚴的情況，可15天左右校準1次。

3 改造后的效果

（1）經現場人員反饋由于增加HMI控制后，工藝較穩定，極少數不穩定情況，通過現場HMI調控能及時調整工藝。改造后數據較穩定，氫氧化鈷回收率平均提高2%左右，具體數據見表1。

表1 改造前后氫氧化鈷回收率對比（%）

（2）經現場統計數據分析，在減少溶液磨洗和電極干燒問題后，電極損耗率明顯降低，平均減低約2.875根/月。具體數據見表2。按照梅特勒托利多pH電極到剛果金的價格（含運費和關稅），約1萬人民幣/根，一年可省34.5萬人民幣左右。

表2 改造前后損耗電極數量對比

（3）改造前檢測數據靠人工取樣到指定地點進行檢測，工人勞動量大且耗時，校準困難且時間長，同時數據滯后有偏差，導致氧化鎂自動添加不精準。改造后不需要人工取樣，大大減輕工人勞動量和提高pH計校準效率。解決數據滯后問題。通過在線檢測可及時調整工藝參數，精準把控。2019年氧化鎂噸耗2.4kg/t，2021年氧化鎂噸耗1.92kg/t，按照每天3800噸處理量，每天大約可以節約1.824噸氧化鎂。

4 結語

pH值在線檢測系統由公司研究改造，目前運行穩定。通過不斷優化，氫氧化鈷回收率提高2%左右，含錳低于6.0%左右，鎂低于4%，在氫氧化鈷品位較低情況下能長期可以保證氫氧化鈷在二等品以上。PID自動控制后，既減輕了工人工作量，又保證了工藝得穩定，從而提高氫氧化鈷產品質量，同時節省氧化鎂投入，真正達到降本增效。本套pH值在線檢測系統可以產生較高經濟價值，值得大力推廣，特別是贊比亞到剛果（金）銅鈷礦帶。