銅精礦自動取樣技術的研究與應用

黃 堃

〔江西銅業集團（貴溪）冶金化工工程有限公司，江西 貴溪 335424〕

1 引言

銅精礦屬于高價原料，是低品位的含銅原礦石經過選礦工藝處理后達到一定質量指標的精礦。銅精礦是冶煉廠煉銅的主要原料，通過汽車或火車運輸到冶煉廠后，需要相關部門對銅精礦進行取樣、制樣、化驗等一系列作業流程得出銅的品位，并以此為依據結算價格[1］。

為了避免冶煉廠因品位化驗不準確而產生不同程度的經濟損失，也為保障供需雙方的合法利益，在各地產出的銅精礦品質參差不齊的情況下，取樣作業的準確性、公正性顯得尤為重要[2］。研究自動取樣技術，不僅能提高作業效率，規避作業風險，還能實現標準化作業機制，做到原料檢驗的“公平、公正”。

2 銅精礦原料取樣方法

目前，冶煉廠普遍采用的是人工取樣釬[3］取樣（見圖1）、卸料至帶蓋樣桶的方式。依據國家標準規定，每車需取夠相應的份數。當一批精礦用火車或汽車交貨時，在車廂內均勻布點，扒去表層，用取樣釬從新露出的表面垂直插入底部，旋轉后取樣。在采樣過程中，需避免在表層或某一局部進行采樣[4］。

圖 1 取樣釬

3 人工取樣與自動取樣技術

3.1 人工取樣

人工取樣作業方式主要是由操作工帶著取樣釬和卸料桶通過平臺跨越到車廂物料上，逐個選取點位后進行取樣。然后，根據每批銅精礦需取樣的份數和取樣時間要求，安排相應的作業人數。人工取樣作業方式除了存在人為作假風險之外，還有以下弊端：

（1）作業的勞動強度大；

（2）作業時揚塵較嚴重，危害工人健康；

（3）作業現場在車廂上，四周無防護措施，作業危險性較高；

（4）純粹靠人工作業，作業效率難以提升；

（5）人工選點，取樣代表性不夠。

3.2 自動取樣技術

研究銅精礦自動取樣技術的最終目的是通過自動取樣設備替代人工作業，從而提高取樣作業效率、減輕作業的勞動強度、降低揚塵危害和作業危險、最大限度地規避人工作假的風險。

4 自動取樣技術的研究過程

目前，自動取樣技術在煤炭行業中廣泛應用。國內很多廠家都有設計制造煤炭自動取樣設備的經驗，且技術成熟[5］，但是在銅精礦取樣領域，尚未發現自動取樣的應用實例。原因是銅精礦的價值遠高于煤炭行業的原料，對于銅精礦，必須采用份樣數量多、單量少的取樣方式，才能更準確地化驗出銅的品位，進而確定銅精礦的價值[6］。煤炭行業的自動取樣設備取樣量遠大于銅精礦的取樣量，而且對于不同批次物料，存在交叉污染問題。此外，不同的使用環境和取樣要求使銅精礦自動取樣技術需重新設計開發，而其研究設計的關鍵有以下幾點：

（1）自動取樣機構能模擬人工取樣動作，對不同硬度和不同濕度的物料能從不同深度提取，并能自動卸料至料桶；（2）自動取樣機構的取樣釬不易變形；

（3）隨機取點，最大限度地代表整車銅精礦的品質；

（4）在安全位置點，自動取樣機構能自動更換取樣釬（一車一換，避免交叉污染）；

（5）在設備插取頭部機構處設置壓力傳感器，使樣釬插到位后自動停止，設備從第一點設置好后，工作時無需工作人員進入工作區域，保障人員安全。

4.1 取樣機構的研制

要實現以上幾點要求，最為關鍵和困難的是自動取樣機構的研制。人的動作是靈活的，能直接感受到作業過程中的阻力、直接觀察卸料是否干凈等情況，即使最先進的機器人技術也無法比人做得更好。因此，需要轉換思路，設計不一樣的樣釬，通過設備來實現自動取樣功能。為此，本文研制了四種取樣釬：螺紋圓鋼取樣釬、梯形螺紋管取樣釬、內外套管式取樣釬和梯形螺紋套管式取樣釬，結構如圖2所示。

圖2 多種樣釬圖

通過多次帶料測試，幾種取樣釬在帶料、卸料方面都存在一些問題，無法通過設計的機構實現自動取樣、卸料作業。此外，在多次試驗過程中，研發人員嘗試使用S型取樣釬，轉變取樣作業的形式，采用直上、直下旋轉取樣新模式，如圖3所示。反復測試后，成功實現了自動帶料。

圖3 新模式取樣示意圖

初步的S型取樣釬試驗成功后，我們研制了簡易的自動取樣機構（見圖4），并將其安裝在作業現場進行試驗，測試效果良好，數據見表1。

圖4 S型取樣釬帶料效果

表1 取樣測試結果

4.2 自動取樣的應用

自動取樣技術研發測試成功后，將這項技術應用到現場對運礦汽車取礦樣。結合現場的實際情況，選用機器人作為取樣驅動機構，并確定自動取樣機整機作業流程：汽車到達限位桿→自動識別車牌→汽車進入取樣工位→視覺識別取樣車廂尺寸及高度→程序隨機布點→機器人接受位置信號開始取樣→機器人自動卸料、換樣釬→取樣作業完成。

裝置應用在江西某冶煉廠，整機全程自動作業，安全配置完善，現場無需專人值守，配置見圖5。

圖5 汽車礦自動取樣機

5 結語

研制的銅精礦汽車自動取樣機具備隨機布點、自動取樣、卸料、打包等功能，并成功應用在某大型冶煉廠現場，大幅減少了現場取樣工序的作業人員，提高了作業效率。此外，將自動取樣的樣品化驗結果與人工取樣的結果進行比對，發現自動取樣的結果更具有代表性；并且該設備實現了智能化的拓展，符合智慧工廠的發展要求。銅精礦自動取樣技術的研究和成功應用，填補了目前市場上該類設備的空白，是一次行業內的技術創新，并且可以靈活運用在火車、船舶等原料運輸的取樣領域。