線性移動(dòng)刀口取樣器在鉛鋅礦選礦廠的應(yīng)用

周 成 ，劉英俊 ，孫 振 ，孫學(xué)方 ，袁建明

（1.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；2.礦冶過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100160；3.礦冶過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100160；4.扎蘭屯市國(guó)森礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古扎蘭屯 021008）

隨著選廠自動(dòng)化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，以及對(duì)取樣代表性觀念的轉(zhuǎn)變，全自動(dòng)的取樣系統(tǒng)及成套設(shè)備正成為現(xiàn)代化選礦廠必不可少的一部分，用以取代人工手動(dòng)取樣所產(chǎn)生的較高人力成本以及消除不可控的人為取樣偏差；同時(shí)，選廠對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的追求對(duì)金屬量計(jì)算的準(zhǔn)確性也提出了很高的要求，因此具有取樣代表性的全自動(dòng)取樣器及系統(tǒng)對(duì)選廠具有重要的實(shí)用意義[1]。

北京礦冶科技集團(tuán)有限公司為國(guó)森礦業(yè)有限公司二道河鉛鋅礦選廠設(shè)計(jì)了成套的BOXA在線X熒光品位和BPSM在線粒度濃度一體化分析系統(tǒng)，包含10多套全自動(dòng)TMC型管道取樣器用于1、2系列磨浮原、精、尾礦及中間工藝流程的取樣。整套系統(tǒng)于2016年完成安裝調(diào)試并投入運(yùn)行，現(xiàn)已穩(wěn)定運(yùn)行約兩年。隨著生產(chǎn)工藝運(yùn)行穩(wěn)定和礦體的深入開(kāi)采，原礦中Pb品位出現(xiàn)了較大變化，Pb品位變高且有一定波動(dòng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，該廠發(fā)現(xiàn)當(dāng)Pb品位高于1%時(shí)，原有管道取樣器系統(tǒng)取出的班樣樣品用于金屬量計(jì)算會(huì)導(dǎo)致每月Pb精礦盤庫(kù)脹庫(kù)現(xiàn)象，而Zn精礦處于可控范圍。

本文針對(duì)上述問(wèn)題和廠方實(shí)際需求，于2018年初對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了原因排查和問(wèn)題分析，分階段定制化設(shè)計(jì)了M1350線性移動(dòng)刀口一次取樣器和M1860二次縮分取樣器，替換1、2系列旋流器溢流原礦取樣點(diǎn)原有的TMC管道取樣器系統(tǒng)，有效改善了出現(xiàn)的問(wèn)題，滿足了現(xiàn)場(chǎng)的需求。

1 存在的問(wèn)題分析及解決方案

1.1 原系統(tǒng)問(wèn)題分析

二道河鉛鋅礦廠有兩個(gè)呈對(duì)稱分布的磨礦浮選系列。兩個(gè)系列旋流器溢流原礦礦漿都采用TMC固定刀口一次取樣器進(jìn)行取樣，取樣樣品流量70～150 L/min。取樣系統(tǒng)受BOXA熒光品位分析儀控制，當(dāng)需要測(cè)量時(shí)，取樣器氣控箱接到BOXA的取樣指令進(jìn)行前沖洗、取樣、后沖洗等動(dòng)作，所取得的樣品通過(guò)敷設(shè)的高分子管道自流到熒光房MAX多路分配器平臺(tái)，多路分配器一方面按照設(shè)定的頻次和周期進(jìn)行礦漿樣品取班樣動(dòng)作，另一方面將礦漿樣品輸送到BOXA儀進(jìn)行品位測(cè)量，測(cè)量后的樣品和多路器旁路樣品流入泵池最終泵送返回到工藝流程，如圖1所示。

圖1 1、2系列旋流器溢流原礦取樣分析系統(tǒng)

TMC型管道取樣器結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。其取樣為重力自流的原理，根據(jù)礦漿流動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行流體力學(xué)仿真專門設(shè)計(jì)的箱體和D字型刀口保證進(jìn)入刀口的樣品能全部流出，從而保證取樣代表性。此外，由于管道取樣器采用固定刀口，其取樣代表性會(huì)受到礦漿混合均勻性的影響，因此取樣器安裝位置的選擇便至關(guān)重要。

圖2 TMC固定刀口取樣器結(jié)構(gòu)原理

二道河鉛鋅礦為新建礦山，隨著采礦生產(chǎn)的深入推進(jìn)，Pb品位＞1%、Zn品位＞10%的高品位礦石越來(lái)越多。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行一年半后，發(fā)現(xiàn)原礦TMC管道取樣器系統(tǒng)在高品位礦石生產(chǎn)時(shí)取樣偏差變大，出現(xiàn)Pb精礦脹庫(kù)現(xiàn)象。分析認(rèn)為導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)有以下幾個(gè)原因：1）Pb屬于重金屬，原礦中Pb品位變高后礦漿物理性質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致礦漿更易分層，TMC管道取樣器取樣受此影響；2）TMC取樣器到MAX多路器樣品管道長(zhǎng)約130 m，且為自流管道，樣品中Pb在管道中逐漸分層以及富集Pb的泡沫掛壁，導(dǎo)致MAX多路分配器的取班樣出現(xiàn)偏差。

1.2 解決方案

為了從根本上解決出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)地考察和測(cè)繪，擬采用最具代表性的M1350線性移動(dòng)刀口取樣器替換現(xiàn)有的TMC固定刀口管道取樣器，通過(guò)取樣對(duì)比來(lái)鎖定問(wèn)題的最終原因，再根據(jù)實(shí)際效果決定是否采用就地班取樣器。

線性移動(dòng)刀口取樣器取樣原理[2]可簡(jiǎn)單地概括為：取樣刀口在電機(jī)或氣缸的帶動(dòng)下以穩(wěn)定的線速度垂直于礦漿流動(dòng)的方向切割整個(gè)礦漿流，從中取出一定量的礦漿以滿足在線檢測(cè)或?qū)嶒?yàn)室化驗(yàn)需求。如圖3所示，線性移動(dòng)刀口取樣器的主要技術(shù)特點(diǎn)是：1）根據(jù)礦漿粒度、濃度和流量參數(shù)專門設(shè)計(jì)的“D”型刀口結(jié)構(gòu)，保證切下來(lái)的每“一片”礦漿以無(wú)阻力、無(wú)噴濺的方式全部進(jìn)入取樣刀口；2）線性移動(dòng)刀口以合理的速度截取整個(gè)工藝流的礦漿，切“一片”礦漿出來(lái)，而不是取固定的1個(gè)或是幾個(gè)位置的礦漿作為樣品；3）根據(jù)礦漿濃度、粒度、流速等參數(shù)進(jìn)行線性移動(dòng)刀口的尺寸和移動(dòng)速度的定制性設(shè)計(jì)，保證礦漿中的每一個(gè)顆粒都有均等的機(jī)率流入刀口。

圖3 M1350移動(dòng)刀口取樣器結(jié)構(gòu)原理

2 移動(dòng)刀口取樣器應(yīng)用試驗(yàn)

2.1 取樣器設(shè)計(jì)

由圖2和圖3取樣器結(jié)構(gòu)原理圖可判斷，TMC管道取樣器的安裝基本不占用工藝管道的高差，而線性移動(dòng)刀口取樣器由于需要形成礦漿瀑布面，對(duì)出入口工藝管道的高差有一定的要求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，旋流器溢流管道規(guī)格為DN350，按照移動(dòng)刀口取樣器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)安裝空間。為此，根據(jù)實(shí)際測(cè)繪結(jié)果定制化設(shè)計(jì)了滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的M1350移動(dòng)刀口取樣器。

取樣器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)在于：1）旋流器溢流豎直管道向下直接進(jìn)直線振動(dòng)除雜篩，如何在旋流器和除雜篩之間形成平穩(wěn)的礦漿流以滿足取樣器的安裝使用條件；2）如何小型化設(shè)計(jì)取樣刀口，在有限的高差下滿足取樣量和取樣代表性的問(wèn)題；3）由于取樣器工藝入口和出口高差有限的原因，如何防止工藝礦漿流濺射進(jìn)入取樣樣品箱中污染樣品進(jìn)而影響取樣代表性的問(wèn)題。

旋流器溢流管道從上方平臺(tái)豎直向下布置，而M1350移動(dòng)刀口取樣器入口為帶有一定傾角的水平管道，為降低較高的礦漿流速，在取樣器入口前增加方形的轉(zhuǎn)角箱體用以改變礦漿流向，同時(shí)降低流速。將取樣器礦漿入口設(shè)計(jì)成放射狀的喇叭口，可進(jìn)一步降低流速，還能形成穩(wěn)定的礦漿瀑布面。礦漿入口的設(shè)計(jì)由于將寬度方向上的尺寸拉長(zhǎng)了一倍以上，因此取樣器入口的高度降低至原來(lái)的二分之一以下。這樣便于取樣刀口的小型化設(shè)計(jì)截取全礦漿流，同時(shí)也降低了取樣器出入口的高差要求，滿足了安裝條件。定制版MB50移動(dòng)刀口取樣器見(jiàn)圖4。

圖4 定制版M1350移動(dòng)刀口取樣器結(jié)構(gòu)圖（左）和現(xiàn)場(chǎng)安裝圖（右）

礦漿入口轉(zhuǎn)角箱的設(shè)置和放射狀礦漿入口管的設(shè)計(jì)，都能有效降低礦漿流速，形成平穩(wěn)的瀑布面。礦漿進(jìn)入取樣器箱體后，按照設(shè)計(jì)軌跡下降到底部箱壁，避免了與側(cè)壁碰撞導(dǎo)致礦漿飛濺。M1350取樣器ICE箱體與樣品箱之間增設(shè)防濺橡膠簾子，可以滿足刀口樣品出口管的來(lái)回線性移動(dòng)，同時(shí)防止工藝礦漿飛濺進(jìn)入樣品箱中。

由于取樣器安裝在除雜篩之前，移動(dòng)刀口取樣器能夠取到大顆粒礦物以及雜質(zhì)，為防止樣品中的雜質(zhì)堵塞輸送距離超過(guò)100 m的自流樣品管路，在取樣器樣品箱出口單獨(dú)設(shè)計(jì)了除雜箱用于過(guò)濾礦漿樣品中的雜質(zhì)。

2.2 取樣對(duì)比試驗(yàn)

2018年6月初，技術(shù)人員將1、2系列原礦TMC管道取樣器替換成M1350線性移動(dòng)刀口取樣器，并在完成取樣器改造后，進(jìn)行了取樣對(duì)比試驗(yàn)。由于原系統(tǒng)TMC管道取樣器是全封閉的，無(wú)法就地取樣；而M1350移動(dòng)刀口取樣器在樣品出口部分增加了除雜箱，可就地手動(dòng)取樣。為判斷原礦礦漿樣品流經(jīng)一百多米的高分子樣品管道樣后是否會(huì)產(chǎn)生取樣誤差，選取M1350移動(dòng)刀口取樣器樣品出口的除雜箱和MAX多路器的取樣口兩處作為對(duì)比試驗(yàn)采樣點(diǎn)，樣品都來(lái)源于M1350移動(dòng)刀口所取下的一次礦漿樣品。取樣對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 1系列、2系列原礦多路分配器和M1350取樣器處班樣對(duì)比 %

由表1可以看到，1系列Pb平均品位1.33%，Zn平均品位9.3%；2系列Pb平均品位1.07%，Zn平均品位8.36%。1系列多路器處班取樣Pb、Zn的化驗(yàn)結(jié)果比M1350處的班樣化驗(yàn)結(jié)果普遍偏低，且Pb的相對(duì)偏差較大，Zn的結(jié)果在正常偏差范圍內(nèi)；2系列多路器處班樣Pb、Zn的化驗(yàn)結(jié)果與M1350處的班樣化驗(yàn)結(jié)果偏差在可接受控范圍內(nèi)，化驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)互有高低。1、2系列數(shù)據(jù)對(duì)比，從圖5可以直觀地看出1系列Pb品位偏差明顯高于2系列，1、2系列Zn品位偏差值大小基本一致。分析結(jié)果表明，采用M1350移動(dòng)刀口取樣器后，2系列取樣偏差滿足金屬平衡計(jì)算要求，而1系列Pb取樣偏差有所改善，但仍然不滿足金屬平衡計(jì)算要求。導(dǎo)致這一結(jié)果的主要原因是1系列樣品管道比2系列樣品管道長(zhǎng)度更長(zhǎng)、管道走向更加復(fù)雜，使得多路器入口出的礦漿混合不均勻，取班樣仍然存在較大偏差。的自流管道，1系列原礦在多路器處取得的班樣仍然不能滿足金屬平衡計(jì)算要求。為進(jìn)一步提高取班樣的準(zhǔn)確性，決定在M1350一次取樣器和除雜箱之間就地安裝M1860班樣器，以排除相關(guān)的影響因素，安裝示意見(jiàn)圖6。M1860班樣器取樣原理與M1350取樣器類似，按照設(shè)定頻次和周期，通過(guò)氣缸帶動(dòng)取樣刀口來(lái)回移動(dòng)，全斷面截取豎直流下的一次樣品流進(jìn)入樣品柜中的班樣桶中。

圖5 對(duì)比樣中Pb和Zn的偏差曲線

圖6 班取樣器安裝示意

3 就地班樣器應(yīng)用試驗(yàn)

3.1 班樣器設(shè)計(jì)

由于更換M1350取樣器后，礦漿樣品經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)

3.2 班樣器試驗(yàn)結(jié)果

班樣器于2019年2月改造完成。將通過(guò)自動(dòng)取樣系統(tǒng)完成金屬平衡計(jì)算獲取的回收率與質(zhì)檢部門給出的真實(shí)化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 原礦取樣器改造前后Pb、Zn金屬回收率變化 %

原礦一次取樣器改造后，二道河鉛鋅選廠鉛金屬平衡計(jì)算偏差出現(xiàn)明顯改善，但仍然較大；鋅金屬平衡計(jì)算偏差基本維持在原來(lái)可接受的范圍。進(jìn)一步改善系統(tǒng)增加就地M1860班樣器后，由表2可以看出，鉛和鋅金屬平衡計(jì)算偏差已降至1%以內(nèi)。由于原礦鋅金屬品位比鉛金屬品位高一個(gè)數(shù)量級(jí)，反應(yīng)到生產(chǎn)實(shí)際的效果便是，每月鋅金屬盤庫(kù)已無(wú)脹庫(kù)和虧空現(xiàn)象；而鉛金屬盤庫(kù)從改造前脹庫(kù)300余噸降低至100 t以內(nèi)。

4 結(jié)論

通過(guò)分階段試驗(yàn)的方法，將二道河鉛鋅礦選礦廠 1、2系列原礦TMC固定刀口取樣器更換成M1350線性移動(dòng)刀口取樣器+M1860班樣器的取樣系統(tǒng)，有效改善了因原礦中Pb品位變高而帶來(lái)的取樣偏差增大現(xiàn)象。系統(tǒng)改造后，Pb金屬每月脹庫(kù)已從300 t降低在100 t以內(nèi)，Zn金屬已無(wú)脹庫(kù)現(xiàn)象，每月基本實(shí)現(xiàn)金屬平衡。取樣系統(tǒng)的改造對(duì)選廠生產(chǎn)調(diào)控和計(jì)劃起到了積極的指導(dǎo)作用，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益。由于現(xiàn)場(chǎng)磨礦采用含有藥劑的回水系統(tǒng)，觀察到旋流器溢流礦漿中漂浮有富集Pb金屬的不均勻塊狀泡沫。這些泡沫雖然能被M1350移動(dòng)刀口取到，但由于M1860班樣器刀口開(kāi)度較小，可能存在大塊泡沫不能進(jìn)入到班樣桶導(dǎo)致班樣中Pb品位偏低，從結(jié)果上來(lái)看每月仍存在脹庫(kù)現(xiàn)象。要想進(jìn)一步消除金屬平衡計(jì)算偏差，需要進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。