基于X熒光品位分析儀濾網(wǎng)的礦漿代表性研究

盧雙豪，趙建軍，田 銳，趙 宇，李 杰

（北京礦冶研究總院 礦冶過程自動控制技術(shù)北京市重點實驗室，北京102628）

載流X熒光品位分析儀是選礦自動化領(lǐng)域的關(guān)鍵檢測設(shè)備，可以快速、實時地對多個流道進行礦漿品位的測量，從而起到指導生產(chǎn)，節(jié)約藥劑，控制產(chǎn)品質(zhì)量和提高回收率的作用［1－4］。此外，品位分析儀也是實現(xiàn)選礦流程優(yōu)化與自動控制的基礎(chǔ)設(shè)備之一。

測量的礦漿具有代表性，是X熒光分析儀實現(xiàn)其礦漿品位監(jiān)控功能的前提與基礎(chǔ)。由于礦漿為礦石顆粒與水混合而成的懸濁液，容易產(chǎn)生分層與沉淀，因此在取樣時必須嚴格控制，才能獲得符合要求的樣品。目前從礦漿管道中取出礦漿樣品的一次取樣器的取樣代表性已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注，國內(nèi)外也提出了不少新型的取樣結(jié)構(gòu)和取樣方式，以保證樣品和管道中的礦漿一致［5－7］。但是整個品位分析系統(tǒng)內(nèi)部礦漿流程中的代表性問題卻沒有引起足夠的重視。本文基于北京礦冶研究總院開發(fā)的BOXA型載流X熒光品位分析儀系統(tǒng)，對多路流體分配器上濾網(wǎng)的取樣代表性進行了研究。從而為多路流體分配器上濾網(wǎng)的選擇和設(shè)計提供參考。

1 BOXA型品位分析儀概況

1．1 BOXA型品位分析系統(tǒng)

BOXA型載流X熒光品位分析儀是國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）“十一五”重點項目的研究成果，打破了國外在載流品位分析儀上的壟斷，目前已經(jīng)在國內(nèi)外銷售十余臺［8］。圖1展示了整個BOXA品位分析系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要包括一次取樣器，多路流體分配器，測量探頭和計算機管理站四個部分。一次取樣器和多路流體分配器之間使用耐磨高分子管連接。多路流體分配器和測量探頭之間使用硅膠管連接。多路流體分配器和一次取樣器的動作均受到測量探頭的控制。一個測量探頭最多可以配置4個多路流體分配器，24個一次取樣器，從而實現(xiàn)24路礦漿品位的循環(huán)測量。系統(tǒng)正常運行時，直接安裝在礦漿管道上的一次取樣器從管道礦漿中取出樣品，多個樣品匯流至多路流體分配器進行流量縮分并按時序分配給測量探頭進行測量。測量探頭獲得品位數(shù)據(jù)后，一方面對外輸出給選礦廠的DCS系統(tǒng)，另一方面?zhèn)鬏斨劣嬎銠C管理站，進行數(shù)據(jù)的分析和建模。所有已經(jīng)被測量的礦漿和在多路流體分配器中排走而未進行測量的礦漿，最后都匯至各自的礦漿泵池，經(jīng)返回泵輸送回原礦漿管道。

圖1 BOXA型載流X熒光品位分析系統(tǒng)

1．2 多路流體分配器

多路流體分配器功能部件的三維結(jié)構(gòu)如圖2所示。

每個多路流體分配器均有6個流道，每個流道對應(yīng)一個一次取樣器，并包括進礦彎頭，礦漿分配箱，三位氣缸，專用橡膠管和濾網(wǎng)這5個零件。而穩(wěn)流樣品箱，液位開關(guān)，出樣管道則用于為測量探頭提供需要的礦漿樣品流。

圖2 多路流體分配器功能部件結(jié)構(gòu)圖

圖3 多路流體分配器工作原理

以單個流道為例，圖3展示了多路流體分配器的工作原理［9］。在初始狀態(tài)，來自一次取樣器的礦漿樣品流從進礦彎頭進入，流經(jīng)專用橡膠管，匯至礦漿分配箱。礦漿分配箱的底部存在排礦口。若多路流體分配器無動作時，礦漿樣品流直接從排礦口流走，不進行品位的測量。若礦漿樣品流需要進行測量時，三位氣缸動作，推動專用橡膠管往左側(cè)擺動，使得礦漿樣品流以一定的速度和角度直接沖刷到濾網(wǎng)表面上。經(jīng)過濾后的礦漿流入穩(wěn)流樣品箱，并在經(jīng)過穩(wěn)流和消泡后輸送給測量探頭進行測量。整個測量狀態(tài)下，液位開關(guān)將時刻檢測穩(wěn)流箱中礦漿的液位，并反饋到三位氣缸的擺動控制上，以確保穩(wěn)流箱中的液位穩(wěn)定。

1．3 品位分析系統(tǒng)內(nèi)部的取樣代表性問題

若不考慮一次取樣器的代表性問題，縱觀品位分析系統(tǒng)內(nèi)部，可以發(fā)現(xiàn)只有一個地方可能會對樣品的代表性產(chǎn)生影響，即多路流體分配器的縮分環(huán)節(jié)。并不是所有從一次取樣器流入的礦漿都可以被測量，有相當大量的礦漿將會直接從礦漿分配箱底部的排礦口排走。在這個環(huán)節(jié)，濾網(wǎng)起到了一個篩選的作用。

顯而易見的是，過濾前和過濾后的礦漿是不一樣的。從極限情況考慮，如果網(wǎng)孔足夠細小，直至礦石顆粒的量級，那么必然會對不同礦石顆粒通過濾網(wǎng)的概率造成巨大影響。但是，由于礦漿中可能存在木屑、塑料、纖維等雜質(zhì)，為了避免堵塞和提高測量穩(wěn)定性，使用濾網(wǎng)對測量前的礦漿進行過濾也是必不可少的。直觀上來說，濾網(wǎng)網(wǎng)孔越小，則對雜質(zhì)的過濾性能越好，但對取樣代表性的影響也可能會越大。濾網(wǎng)網(wǎng)孔越大，雖然對取樣代表性的影響可能會減小，但過濾雜質(zhì)的效果也就隨之下降。如果在濾網(wǎng)網(wǎng)格尺寸遠大于礦石粒度的情況下，濾網(wǎng)會不會對礦漿代表性造成影響，或者從更小的范圍說，會不會對分析儀的品位測量產(chǎn)生影響，這是本文將進行研究的問題。

2 濾網(wǎng)代表性試驗

2．1 濾網(wǎng)的取樣代表性描述

濾網(wǎng)的取樣代表性，從狹義上可以理解為：不同的礦石顆粒通過濾網(wǎng)的概率相同。但是在實際情況下，很難對礦漿中不同的微粒進行分類和跟蹤。因此，本文將從礦漿的宏觀性質(zhì)來對取樣代表性進行辨別。

礦漿沖刷濾網(wǎng)是一個物理過程，其中產(chǎn)生的化學反應(yīng)可以忽略。影響微粒通過濾網(wǎng)概率的因素大致可以分為密度，形狀，尺寸和速度這四項。其中，所有微粒的速度在沖擊濾網(wǎng)時可以認為是近似相同的。微粒的形狀差異對于相同的礦石和磨礦工藝來說也可以忽略不計。微粒的密度會受到金屬品位的影響，微粒尺寸則和粒度有關(guān)。因此從宏觀來看，使用品位，粒度，濃度這三個物理量就可以較為全面地描述礦漿沖刷濾網(wǎng)前后發(fā)生的性質(zhì)變化。

2．2 試驗方案

如前文所述，本文設(shè)計了相關(guān)實驗，來檢驗礦漿在經(jīng)過濾網(wǎng)前后的性質(zhì)變化。

2．2．1 試驗對象

如圖4所示，濾網(wǎng)B是BOXA品位分析儀現(xiàn)有的濾網(wǎng)，含有條形網(wǎng)格，其寬度為4mm，長度為150mm。濾網(wǎng)A則是在濾網(wǎng)B的基礎(chǔ)上增加了聚氨酯層，從而讓條形孔變成了方形孔，并且網(wǎng)格更密。濾網(wǎng)A的網(wǎng)格尺寸平均為4mm＊3mm。

一般來說，礦漿粒度在－200目時占大多數(shù)，也就是大部分礦石顆粒尺寸小于74μm，這同時也遠小于濾網(wǎng)A和濾網(wǎng)B的網(wǎng)格尺寸。

2．2．2 試驗流程

試驗方案如圖5所示。首先，將配置好的礦漿倒入礦漿攪拌桶，使用電機時刻進行攪拌，以提高礦漿的均勻性，并防止沉淀。然后，使用氣動隔膜泵從礦漿攪拌桶底部將礦漿抽出。抽出的礦漿在Y型三通處分為兩部分。一部分直接進入礦漿樣品桶，獲得原始礦漿，另一部分沖刷濾網(wǎng)后再進入礦漿樣品桶，獲得過濾后的礦漿。為了更好地模擬濾網(wǎng)在實際工作中的情況，礦漿樣品桶上的濾網(wǎng)安裝角度和多路流體分配器中濾網(wǎng)的安裝角度相同。最后，將獲得的這兩部分礦漿分別進行稱重，烘干，篩分和化驗，即可以得到試驗結(jié)果。本次試驗使用了銅精礦和銅原礦兩種礦漿，以排除品位對試驗結(jié)果可能存在的影響。

圖4 濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖5 試驗流程

2．3 試驗結(jié)果

原始礦漿和過濾后礦漿的粒度、濃度和品位信息如表1所示。其中，粒度化驗的相對精度約為2%，濃度測量的相對精度約為1%，品位化驗的相對精度為0．5%～1%。

從試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過過濾后的礦漿在濃度上全都高于原始礦漿。而且網(wǎng)格更細小的濾網(wǎng)A在濃度提升的效果上更加明顯。這說明，水在沖擊濾網(wǎng)時，相比較礦石顆粒更容易被阻擋。而在現(xiàn)有的化驗精度下，無論是何種濾網(wǎng)，過濾后的礦漿和原始礦漿在粒度和品位上并沒有顯著的規(guī)律性差異。

表1 原始礦漿和過濾后礦漿的對比

3 工業(yè)試驗

從前文的試驗來看，濾網(wǎng)對礦漿性質(zhì)的影響只體現(xiàn)在濃度的變化上。為了避免礦漿中可能存在的其他因素對品位分析儀測量結(jié)果造成影響，本文繼續(xù)進行了濾網(wǎng)代表性的工業(yè)試驗。由于BOXA型品位分析儀具有濃度補償?shù)墓δ埽虼藵舛鹊淖兓⒉粫斐蓽y量結(jié)果的差異。

3．1 試驗原理

對于一個工藝流程穩(wěn)定的選礦廠，礦漿的性質(zhì)在短時間內(nèi)是相對穩(wěn)定的。利用這個特性，可以在同一時間內(nèi)使用品位分析系統(tǒng)對同個流道的礦漿進行連續(xù)快速的多次測量。每次測量可以選擇使用濾網(wǎng)A，使用濾網(wǎng)B，不使用濾網(wǎng)三種情況。最后可以將得到的結(jié)果進行對比。

3．2 試驗地點

為了排除工業(yè)環(huán)境的異?，F(xiàn)象，選擇了多個選礦廠的BOXA品位分析儀進行試驗，其中包括廣西某鉛鋅礦選礦廠和江西、山西等地的3個銅選礦廠。

3．3 試驗方案

以某個銅選礦廠的一原礦流道試驗為例進行說明：①在選礦廠為BOXA型品位分析儀準備好濾網(wǎng)A與濾網(wǎng)B；②選擇每班中間礦漿品位穩(wěn)定的時候，避開交接班以及工藝流程不穩(wěn)定的時間段，通過操作分析儀觸摸屏，將其他所有流道旁路，僅留下選定的原礦流道進行循環(huán)測量；③在分析儀的自動運行下，使用濾網(wǎng)A測量一次原礦流道，然后緊接著使用濾網(wǎng)B測量一次原礦流道，最后緊接著取出濾網(wǎng)連續(xù)測量二次原礦流道（即不使用濾網(wǎng)）；④4次測量結(jié)束后，從分析儀中導出測量數(shù)據(jù)并進行分析記錄。

工業(yè)試驗將盡可能的涵蓋一個選廠的原礦、精礦和尾礦流道，以探索適用性更為普遍的規(guī)律。

3．4 試驗結(jié)果

表2～5展示了各個選礦廠的工業(yè)試驗結(jié)果。

表2 銅選礦廠1

表3 銅選礦廠2

表4 銅選礦廠3

表5 鉛鋅選礦廠1

BOXA型品位分析儀對于原礦品位的測量精度為3%～6%，精礦品位的測量精度為1%左右。因此從4個選礦廠的工業(yè)試驗數(shù)據(jù)來看，是否有濾網(wǎng)和用哪種濾網(wǎng)并沒有對BOXA型分析儀的測量產(chǎn)生明顯影響。

4 結(jié) 論

基于BOXA型載流X熒光品位分析系統(tǒng)，研究了多路流體分配器中濾網(wǎng)對礦漿代表性的影響。試驗結(jié)果表明：在濾網(wǎng)網(wǎng)格尺寸遠大于礦漿粒度的情況下，當?shù)V漿以一定速度和角度直接沖刷到濾網(wǎng)上時，過濾后的礦漿濃度有增加的趨勢。而從粒度和品位這兩個參數(shù)來看，條形孔和方形孔的濾網(wǎng)對于礦漿的性質(zhì)變化并沒有明顯影響。同時，多個選礦廠的工業(yè)試驗也表明：與不使用濾網(wǎng)相比，兩種濾網(wǎng)都不會影響B(tài)OXA品位分析儀的測量結(jié)果。因此，若以提高過濾性能為目標，在BOXA型品位分析儀現(xiàn)有的條形孔濾網(wǎng)和網(wǎng)格更小的方形孔濾網(wǎng)的基礎(chǔ)上，進行濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改進是可行的。

［1］ 趙建軍，曾榮杰．載流X熒光品位分析儀的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀［C］／／復雜難處理礦石選礦技術(shù)—全國選礦學術(shù)會議論文集，2009：389－392．

［2］ 熊國林，孫芝地．選礦自動化中熒光分析儀的應(yīng)用［J］．礦冶，1999，8（3）：84－87．

［3］ 楊峰．新型在線品位分析儀Courier 3SL在選礦中的應(yīng)用［J］．銅業(yè)工程，2002（1）：39－41．

［4］ 趙洪濤，張德偉，尹兆余，等．熒光在線品位分析儀在高锍磨浮車間的應(yīng)用［J］．有色冶金設(shè)計與研究，2014，35（5）：56－58．

［5］ 遲慶雷，趙建軍，曾榮杰．BGPS型礦漿管道取樣器的研制［C］／／復雜難處理礦石選礦技術(shù)—全國選礦學術(shù)會議論文集，2009：393－399．

［6］ 周文新．油液分析中的取樣問題［J］．設(shè)備管理與維修，2008（3）：51－52．

［7］ 孫泰珍，趙志華．旋斗取樣機取樣代表性初探［J］．安徽冶金，2005（4）：44－46．

［8］ 趙建軍，周俊武，徐寧，等．BOXA－I型載流X熒光品位分析儀的研制［C］／／中國有色金屬學會第八界學術(shù)年會論文集，2010：461－464．

［9］ 北京礦冶研究總院．多路流體分配裝置：中國，ZL201010112869．7［P］．2013－08－21．