淺析有色金屬濕法冶煉工藝過程中的自動化儀表設(shè)計(jì)

【摘要】本文針對工業(yè)自動化儀表進(jìn)行了簡述，同時介紹了其分類與發(fā)展，對工業(yè)自動化儀表在有色金屬濕法冶煉工藝中的運(yùn)用進(jìn)行了分析，對設(shè)計(jì)當(dāng)中遇到的一些問題進(jìn)行了探討，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士具有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)自動化儀表;有色金屬;濕法冶煉

在信息化快速發(fā)展的今天，在很多領(lǐng)域當(dāng)中越來越廣泛的應(yīng)用到了工業(yè)自動化儀表，同時一些具有特色的新型儀表也出現(xiàn)了。生產(chǎn)裝置的高度自動化、連續(xù)化以及大型化現(xiàn)在已經(jīng)完整地呈現(xiàn)在現(xiàn)代工業(yè)當(dāng)中，而要想使工業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)量、高效率以及安全平穩(wěn)運(yùn)行得到有效的保證，就必須要對自動化儀表進(jìn)行充分的利用。本文針對自動化儀表在濕法煉銅工藝中的設(shè)計(jì)以及其自身的發(fā)展進(jìn)行了介紹，同時還有針對性的分析了在施工以及設(shè)計(jì)中遇到的要點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.自動化儀表概述

最早在二十世紀(jì)三十年代出現(xiàn)了工業(yè)儀表，其一開始只適用于冶金、熱能動力、石油煉制以及化工等連續(xù)性熱力生產(chǎn)過程中，所以常常也稱之為熱工儀表。氣動儀表在四十年代出現(xiàn)了，其壓力信號具有統(tǒng)一性，并且具備了帶遠(yuǎn)程發(fā)射器的功能。隨著集成電路以及半導(dǎo)體在六十年代后期的出現(xiàn)，高性能以及小體積成為了自動化儀表的發(fā)展方向。同時，組裝式儀表、單元組合儀表以及基地是儀表等相繼出現(xiàn)了，這樣在數(shù)據(jù)處理中對計(jì)算機(jī)進(jìn)行應(yīng)用的各種自動化方案便得以實(shí)現(xiàn)。數(shù)字式控制裝置在七十年代以后出現(xiàn)，其有效地結(jié)合了自動控制器桶儀器儀表，是智能化以及數(shù)字化工業(yè)自動化儀表的誕生標(biāo)志[1]，通常可以將工業(yè)自動化儀表分為四大類，也就是執(zhí)行器、顯示儀表、控制儀表、檢測儀表等。

作為工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行控制以及了解的一種手段，工業(yè)生產(chǎn)過程的檢測具有非常重要的作用，因?yàn)橹挥袦?zhǔn)確的了解工藝過程參數(shù)，并且實(shí)施有效的調(diào)節(jié)與控制，才能使生產(chǎn)的高效率以及安全運(yùn)行得到保證，最終能夠?qū)⒑细竦漠a(chǎn)品生產(chǎn)出來。

2.堆浸法濕法煉銅工藝以及檢測要求

2.1 堆浸法濕法煉銅工藝概述

堆浸法濕法煉銅工藝屬于一種新興的煉銅工藝。盡管其發(fā)展才有短短的幾十年時間，但是在全球銅產(chǎn)量的20%以上都是采用堆浸法濕法煉銅工藝生產(chǎn)出來的，而且其具有越來越好的發(fā)展勢頭。堆浸法濕法煉銅工藝主要可以劃分為四個步驟，也就是堆浸、萃取、反萃以及電積。

2.1.1 堆浸

將硫酸溶液在大氣環(huán)境下在礦石堆中噴入，這樣以硫酸銅的形式將銅溶解出來，經(jīng)過積液渠在堆積匯集，流經(jīng)積液渠泵向澄清池進(jìn)行輸送，然后在沉淀之后，采用泵送的形式將浸出液送到萃取區(qū)[2]。

2.1.2 萃取

將有機(jī)萃取劑混合來自堆浸區(qū)的浸出液，這樣就能夠使銅離子在浸出液中向有機(jī)萃取液當(dāng)中轉(zhuǎn)入，然后利用重力的作用，采用有機(jī)分離的方式針對含銅離子的有機(jī)相與廢棄的浸出液進(jìn)行處理。

2.1.3 反萃

在經(jīng)過洗滌除雜之后，含銅離子有機(jī)相就會混合含強(qiáng)硫酸的電解液，這樣有機(jī)相當(dāng)中的銅離子就會向電解液當(dāng)中轉(zhuǎn)入，然后在重力作用下分離電解液以及有機(jī)相，這樣有機(jī)相在分離之后就會向萃取區(qū)進(jìn)行重復(fù)利用，并且在電積區(qū)當(dāng)中送入富含銅離子的電解液。

2.1.4 電積

選擇艾薩法作為電積方法，選擇不銹鋼板制作而成陰極板。在電積電富液池流入來自反萃區(qū)的電解液，利用泵送的形式將其送進(jìn)電積高位槽，電解液在電積高位槽內(nèi)會向電解槽內(nèi)流入實(shí)施電積，這樣就能夠?qū)⒊善枫~生產(chǎn)出來。

在經(jīng)過萃取之后，剩下的萃余液會被送到堆礦當(dāng)中進(jìn)行重復(fù)利用;在電積之后電解液會產(chǎn)生，然后利用泵送的形式將其輸送到反萃槽，并且對之進(jìn)行循環(huán)使用，這樣就能夠使整個工程實(shí)現(xiàn)無外排廢液，最終不能夠?qū)Y源進(jìn)行充分的利用。

2.2 在堆浸法濕法煉銅工藝當(dāng)中自動化儀表檢測要求

2.2.1 堆浸工段的要求

在堆浸工段對于以下幾個方面具有要求，也就是循環(huán)利用的萃余液流量、含銅離子的浸出液流量，與此同時還有兩種溶液的流量累積。

2.2.2 萃取工段的要求

全廠主要工藝流程都包含在萃取工段當(dāng)中，其主要是針對電貧液、有機(jī)相以及浸出液等主要溶液的流量累積以及流量進(jìn)行重點(diǎn)檢測，同時還要針對硫酸罐、電貧液池、電富液池、有機(jī)相池等主要罐體以及槽體的液位進(jìn)行檢測;針對板式換熱器、電貧液池、電富液池以及有機(jī)相池的進(jìn)出口溫度進(jìn)行檢測[3]。

2.2.3 電積工段的要求

在電積工段主要是針對電積貧液池以及電積富液池的出口量進(jìn)行重點(diǎn)檢測、針對電積高位槽、電積貧液池以及電積富液池的液位進(jìn)行檢測;針對板式換熱器以及電積高位槽的進(jìn)出口溫度進(jìn)行檢測。

3.如何針對自動化儀表進(jìn)行選型

3.1 如何選擇流量檢測儀表

在項(xiàng)目當(dāng)中往往具有成分復(fù)雜的被測介質(zhì)，并且其具備一定數(shù)量的顆粒狀雜質(zhì)以及腐蝕性雜質(zhì)。所以在選擇流量儀表的時候不僅要對其防腐蝕性予以注意，同時還要對其耐磨耐沖擊等因素予以兼顧。通常，選擇采用渦街流量計(jì)針對低電導(dǎo)率流體進(jìn)行檢測，選擇電磁流量計(jì)針對導(dǎo)電介質(zhì)進(jìn)行檢測。

①選擇電磁流量計(jì)：其主要是以法拉第電磁感應(yīng)原理為根據(jù)進(jìn)行工作，電磁流量計(jì)除了能夠?qū)σ话銓?dǎo)電液體的流量進(jìn)行測量之外，同時還可以針對紙漿、礦漿、泥漿等液固兩相懸浮的溶液以及強(qiáng)腐蝕性液體等進(jìn)行檢測，而且其還具有工作可靠、測量精度高、維修量低、安裝方便等一系列特點(diǎn)，所以被廣泛的應(yīng)用到了鋼鐵以及冶金等行業(yè)當(dāng)中，所以在檢測導(dǎo)電溶液流量的時候通常會將其作為首選儀表。在針對電磁流量計(jì)進(jìn)行選擇的時候通常需要注意以下幾個問題：首先再對流量計(jì)型號進(jìn)行選擇的時候需要以流速以及管徑為根據(jù)，如果需要介于成本或者具有流速過低介質(zhì)的情況，就可以選擇異徑管針對其實(shí)施縮徑處理，為了能夠使測量的精度得到有效的保證，必須要保證異徑管具有不大于15度的中心錐角，而且中心錐角越小就會具有越好的效果。

在對內(nèi)襯和電極材質(zhì)進(jìn)行選擇的時候必須要以測量介質(zhì)腐蝕性為根據(jù)，比如在檢測浸出液流量的時候，由于酸性溶液具有一定的腐蝕性，所以選擇聚四氟乙烯作為內(nèi)襯材質(zhì)。選擇哈氏合金作為電極材質(zhì)。在對電磁流量計(jì)安裝位置進(jìn)行選擇的時候，必須要與強(qiáng)烈震動地帶具有較遠(yuǎn)的距離。

②選擇渦街流量計(jì)：渦街流量計(jì)的理論基礎(chǔ)為卡曼渦街理論，作為一種通用型流量計(jì)，渦街流量計(jì)的檢測信息就是流體漩渦的流體流速與發(fā)生頻率之間的函數(shù)關(guān)系。現(xiàn)在渦街流量計(jì)已經(jīng)得到了非?？焖俚陌l(fā)展，而且受到了廣大用戶的高度認(rèn)可，成為了檢測低電導(dǎo)率流體流量的非常重要的一種儀表。在對渦街流量計(jì)實(shí)施選型的時候需要對以下內(nèi)容予以充分的注意：首先必須要以流速以及工藝管徑作為根據(jù)，最終將渦街流量計(jì)的型號確定下來;其次需要以流體的腐蝕性為根據(jù)針對合適的傳感器材質(zhì)進(jìn)行選擇;再次由于渦街流量計(jì)具有較差的抗震性能，因此渦街流量計(jì)會在外來震動的影響下出現(xiàn)測量誤差，在嚴(yán)重的情況下還會無法正常的進(jìn)行工作，因此必須要選擇遠(yuǎn)離震動帶的位置對其進(jìn)行安裝，同時還應(yīng)該將支撐家在流量計(jì)兩側(cè)管道對之進(jìn)行穩(wěn)固;最后，在具體的使用過程中，渦街流量計(jì)具有一定程度的局限性，首先在對臟污介質(zhì)進(jìn)行測量的時候具有較差的適應(yīng)性，介質(zhì)臟污或者污物很容易纏繞在渦街流量計(jì)的發(fā)生體上，最終使幾何體尺寸得以改變，從而進(jìn)一步的影響到測量的進(jìn)度，而且其在低雷諾數(shù)流體當(dāng)中并不適合，而且在使用在小口徑、低流速以及高黏度的時候也具有較大的局限性[4]。

3.2 選擇液位檢測儀表

因?yàn)樗嵝匀芤簩儆诒粶y介質(zhì)的主要性質(zhì)，所以其具有較大的腐蝕性，應(yīng)該采用非接觸式測量儀表針對液位進(jìn)行檢測?？梢赃x擇雷達(dá)液位計(jì)或者超聲波液位計(jì)作為主要的液位檢測儀表。相對于超聲波液位計(jì)而言，雷達(dá)液位計(jì)具有較強(qiáng)的穿透能力，在面對存在揮發(fā)現(xiàn)象的介質(zhì)當(dāng)中具有更強(qiáng)的適用性。通常選擇磁致伸縮液位計(jì)來檢測臥式煤油罐的液位，其通過對波導(dǎo)原理的利用，憑借浮子隨液位的變化而出現(xiàn)的脈沖時間差針對液位進(jìn)行測量，因此被廣泛的運(yùn)用在了油罐液位的檢測當(dāng)中[5]。

4.儀表設(shè)計(jì)優(yōu)化問題

①萃取槽工作方式的優(yōu)化：將幾臺開關(guān)型電動閥門增設(shè)在工藝管道上，從而能夠?qū)鲆旱牧飨蜻M(jìn)行有效的控制，最終將萃取槽的功能轉(zhuǎn)變完成。以浸出液流量的大小為根據(jù)，在PLC控制系統(tǒng)當(dāng)中針對閥門開關(guān)進(jìn)行有效的控制，這樣就能夠保證萃取槽工作方式可以的對功能進(jìn)行自動調(diào)整[6]。

②電解液溫度控制的優(yōu)化：電解液溫度達(dá)到45度以上是最為適宜的溫度，因此要采用板式換熱器針對送入電積高位槽前的電解液進(jìn)行升溫處理?？梢韵葘⒄{(diào)節(jié)型電動閥門增設(shè)在板式換熱器的熱水進(jìn)口管道，將溫度檢測裝置設(shè)置在電積高位槽，以該溫度檢測結(jié)果為根據(jù)針對閥門開度進(jìn)行調(diào)整，最終能夠保證電解液溫度的控制功能的實(shí)現(xiàn)。

5.結(jié)語

在本次研究當(dāng)中的濕法煉銅廠具有不是很高的整體自動化水平，因此僅僅只是針對自動化儀表設(shè)計(jì)有色金屬濕法冶煉工藝過程中的應(yīng)用紀(jì)念性和分析和探討，從而能夠?qū)ο嚓P(guān)人士起到一定的借鑒作用?，F(xiàn)在我國的自動化儀表的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了一個比較高的水平，然而相對于化工以及石油行業(yè)而言，自動化儀表的應(yīng)用水平在有色金屬冶金以及礦山領(lǐng)域當(dāng)中還存在這較大的差距，所以仍然需要相關(guān)的設(shè)計(jì)人員通過不斷的努力，從而不斷的完善自動化儀表在有色金屬行業(yè)中的發(fā)展水平。

參考文獻(xiàn)

[1]張玉萍，武志紅，鞠鶴，蔡天曉，方媛，蔡繼東.濕法冶煉中電沉積鈷用鈦陽極研究[J].稀有金屬，2012（06）.

[2]吳向先.銅—鋅精礦的硫酸化焙燒及濕法冶煉[J].有色金屬（冶煉部分），2013（07）.

[3]王敏學(xué).氧化還原電位計(jì)在濕法冶煉中的應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2012（S1）.

[4]（美）W.G.達(dá)文波特（W.G.Davenport）等著，楊吉春，董方譯.銅冶煉技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[5]中國冶金建設(shè)協(xié)會編.鋼鐵企業(yè)過程檢測和控制自動化設(shè)計(jì)手冊[M].冶金工業(yè)出版社，2010.

[6]陸德民主編.石油化工自動控制設(shè)計(jì)手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

作者簡介：譚雪峰（1980—），男，吉林農(nóng)安人，大學(xué)本科，講師，現(xiàn)供職于吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：自動化。