基于浮選過程的柱塞式加藥機(jī)的研制

孫秀麗，關(guān)長亮，劉啟超，王貴成

(1.丹東東方測(cè)控技術(shù)股份有限公司，遼寧 丹東 118002； 2.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，上海 201418)

1 前言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)將近90%的有色金屬通過浮選過程選別，可見浮選在選礦過程中的重要地位[1]。除此之外，浮選法也被廣泛應(yīng)用于非金屬、稀有金屬等礦物的選別。浮選法作為選礦最重要的方法之一，在選礦的發(fā)展過程中不斷發(fā)展進(jìn)步，除了浮選機(jī)和浮選控制方法的發(fā)展，藥劑的種類和用量是浮選過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是決定浮選指標(biāo)的一個(gè)重要因素之一，加藥系統(tǒng)越來越自動(dòng)化、智能化[2]。所以加藥機(jī)在提高選礦指標(biāo)、節(jié)約藥劑用量、加強(qiáng)管理、減少工人勞動(dòng)負(fù)荷等方面都給企業(yè)帶來了直接的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[3～4]。

柱塞式加藥機(jī)是用于添加選礦浮選藥劑的設(shè)備，柱塞式加藥機(jī)利用柱塞泵吸入藥劑和推出藥劑，可作為動(dòng)力裝置將低地勢(shì)的藥劑定量地輸送到高地勢(shì)，也可以作為計(jì)量裝置將高地勢(shì)的藥劑定量地輸送到低地勢(shì)，可用于有色金屬選礦廠浮選和濃縮等多種浮選車間的藥劑添加、藥劑配比控制、精確定量灌裝等需要自動(dòng)控制的場合?？梢愿鶕?jù)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制信號(hào)進(jìn)行加藥，保證生產(chǎn)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定高效運(yùn)行，提高產(chǎn)品質(zhì)量。選礦過程中不僅需要根據(jù)工藝要求添加最優(yōu)量，還要根據(jù)當(dāng)前的礦石性質(zhì)、浮選給礦量和浮選濃度調(diào)節(jié)浮選藥劑，對(duì)浮選過程控制具有重要的作用。

2 工藝概述

浮選過程是選礦廠選別作業(yè)的重要組成部分，浮選指標(biāo)的好壞直接影響選礦廠的效益指標(biāo)，而加藥制度是影響整個(gè)浮選過程的關(guān)鍵所在。以內(nèi)蒙古某礦業(yè)有限責(zé)任公司的浮選車間為工藝背景，進(jìn)行加藥設(shè)計(jì)與應(yīng)用，該廠生產(chǎn)規(guī)模為5 000t/d。

2.1 加藥制度

由于浮選工藝復(fù)雜，不同的選礦廠藥劑制度差別很大，但是藥劑種類大體上會(huì)分為：起泡劑、捕收劑、活化劑、抑制劑等?，F(xiàn)場加藥制度(部分藥劑未列出)如表1。

表1 現(xiàn)場加藥制度

2.2 加藥點(diǎn)

根據(jù)以上加藥制度的描述以及現(xiàn)場工藝考察，確定所需要的加藥點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)主要有：25#黑藥貯槽加藥、硫酸銅貯槽加藥、丁基黃藥貯槽加藥、重鉻酸鉀貯槽加藥、硫酸鋅貯槽加藥等9類加藥，具體每種類型的加藥點(diǎn)數(shù)見表2，共計(jì)38個(gè)加藥控制點(diǎn)。

表2 現(xiàn)場加藥點(diǎn)

注：PLC使用計(jì)量泵輸送濃硫酸并計(jì)量，因此不計(jì)入加藥機(jī)點(diǎn)數(shù)。

2.3 泵控制點(diǎn)

需要通過檢測(cè)藥劑貯槽液位、控制藥劑稀釋間的輸送泵對(duì)加藥輸送泵進(jìn)行控制(含濃硫酸計(jì)量泵)，根據(jù)上述加藥點(diǎn)的種類和分布情況，對(duì)加藥點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)：DI= 16×3=48個(gè)；模擬量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)：DO= 16×1=16個(gè)。

3 設(shè)計(jì)原理

柱塞式加藥機(jī)采用防腐材質(zhì)，可以輸送有腐蝕性的藥劑，也可以應(yīng)用于藥劑配置、流量比值控制等場合。柱塞泵以壓縮空氣為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)氣缸工作，控制器采用PLC控制器，由于柱塞泵的單次藥劑添加量及重復(fù)精度高，可以根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)柱塞泵的工作次數(shù)對(duì)藥劑添加進(jìn)行計(jì)量，PLC控制器通過控制氣缸的工作頻率來實(shí)現(xiàn)對(duì)柱塞泵藥劑添加量的控制，具有穩(wěn)定可靠、計(jì)量精確的特點(diǎn)，人機(jī)界面可以實(shí)現(xiàn)本地觸摸屏顯示與控制，也可以通過與PLC通訊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有操作簡單、功能齊全等特點(diǎn)。

加藥機(jī)的PLC控制器通過控制三位五通電磁閥的導(dǎo)通來控制氣缸氣路的換向，氣缸帶動(dòng)柱塞泵的柱塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)藥劑的添加，單位時(shí)間內(nèi)電磁閥的動(dòng)作次數(shù)即為柱塞泵單位時(shí)間加藥次數(shù)，藥劑的添加量可以用柱塞泵的容積乘以電磁閥的動(dòng)作次數(shù)計(jì)算得出，因此，控制電磁閥單位時(shí)間的動(dòng)作次數(shù)就可以控制柱塞泵的流量。藥劑添加量可以由觸摸屏輸入設(shè)定，也可通過通訊方式接受上位機(jī)或其它控制器的控制信號(hào)。加藥機(jī)原理如圖1所示。

圖1 柱塞式加藥機(jī)原理圖

3.1 加藥機(jī)系統(tǒng)概述

柱塞式加藥機(jī)技術(shù)特點(diǎn)是采用模塊化設(shè)計(jì)，集成度高；用戶界面友好，全中文操作畫面，操作簡便；可提供MODBUS RTU通信接口，與DCS系統(tǒng)通信，由DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制加藥機(jī)；調(diào)節(jié)加藥量快捷、方便準(zhǔn)確，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、控制加藥量，給藥精度優(yōu)于3%；可改善操作人員的勞動(dòng)環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高浮選作業(yè)的操作及管理水平，提高浮選作業(yè)指標(biāo)、節(jié)省藥劑用量。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

柱塞式加藥機(jī)主要由柱塞泵、驅(qū)動(dòng)裝置、S7 200 SMART控制系統(tǒng)、藥劑管道組成。柱塞泵由缸體、柱塞和單向閥等部件組成，主要依靠柱塞在缸體中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封工作腔的容積發(fā)生變化來實(shí)現(xiàn)吸藥和加藥，應(yīng)用于流量需要調(diào)節(jié)的場合。驅(qū)動(dòng)裝置由壓縮空氣源、氣缸和電磁閥等部件組成，氣缸和柱塞泵的柱塞連接在一起，由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)柱塞運(yùn)動(dòng)，控制電磁閥實(shí)現(xiàn)氣缸的換向?？刂葡到y(tǒng)由PLC控制器、觸摸屏和電源模塊組成，PLC控制器主要用于控制電磁閥的開關(guān)周期時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加藥量的調(diào)節(jié)，通過模擬信號(hào)或通訊方式與其它設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；觸摸屏用于顯示系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)；電源模塊為PLC控制器、觸摸屏和電磁閥等設(shè)備提供穩(wěn)定的工作電源。藥劑管道具有防腐耐壓等特點(diǎn)，用于各種藥劑的輸送，管道的材質(zhì)、型號(hào)選用與輸送藥劑的種類有密切關(guān)系[7]。柱塞式加藥機(jī)結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

圖2 柱塞式加藥機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 工作原理

3.3.1 加藥機(jī)原理

自動(dòng)控制執(zhí)行元件——電磁閥在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間決定給藥量的多少。系統(tǒng)主機(jī)以P為一個(gè)控制周期，以T為每個(gè)周期開通時(shí)間，P和T時(shí)間的長短可由鍵盤設(shè)定控制，鍵盤輸入的T數(shù)字大，即一個(gè)周期內(nèi)開通的時(shí)間就長，從而給藥量就大。改變鍵盤輸入數(shù)字P和T的大小，就可改變給藥量的多少。也可直接設(shè)置流量值Q[5]。其中Q(mL/min)=(60/P)×T×K1。選擇合適的參數(shù)P(s)、T(s)、K1(mL/s)鍵盤輸入后，即可得流量Q，也可直接鍵盤輸入Q流量值，自動(dòng)計(jì)算出P和T。

3.3.2 加藥機(jī)操作流程

加藥可以通過以下步驟進(jìn)行操作與運(yùn)行。第一步：主機(jī)檢查。檢查主機(jī)外觀是否有損壞以及線路板是否插好，各部分螺絲有無松動(dòng)。第二步：按圖接入220V電源，仔細(xì)檢查正確與否方能送電試機(jī)。首先打開面板上開關(guān)，然后打開電磁閥的電源。第三步：將各點(diǎn)所需的藥劑量鍵入，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，按啟動(dòng)鍵，各指示燈按不同規(guī)律亮滅，電磁閥也按此規(guī)律先后開閉，說明加藥機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。第四步：調(diào)整前要保證恒液箱液位恒定。如第一個(gè)通道：設(shè)計(jì)流量為1 000mL/min，則可在鍵盤上Q處鍵入“1000”， 鍵盤上K1處鍵入電磁閥的參數(shù)，適當(dāng)調(diào)整P和T值即可。如以后需改變流量，則只需在鍵盤上修改Q值即可[6]。例如，該部分的經(jīng)驗(yàn)設(shè)置參數(shù)如下： 周期P=6s；開通時(shí)間T=1s，適當(dāng)調(diào)整；電磁閥流量K1=100mL/s，適當(dāng)調(diào)整；加藥百分比濃度K2=10%；電磁閥每分鐘流量Q=1 000mL/min。第五步：如某點(diǎn)不用加藥，將T和Q鍵入“0”即可關(guān)閉電磁閥。

3.4 技術(shù)參數(shù)

柱塞式加藥機(jī)可以控制8～28個(gè)加藥點(diǎn)(8～28個(gè)電磁閥)，每一個(gè)加藥點(diǎn)都可獨(dú)立開?；蛘{(diào)節(jié)流量值，并可分別累計(jì)加液量，可存儲(chǔ)并打印前21個(gè)班次的8～28個(gè)加藥點(diǎn)的累計(jì)藥量。每個(gè)加藥點(diǎn)液量范圍為0～7 000mL/min，可按各點(diǎn)的實(shí)際要求選取更大加藥量。最小加液量為1mL/min。加液誤差<2%(當(dāng)加液量為100～5 000mL/min)。主機(jī)及顯示器功耗100W，電磁閥電壓36V，功率6～30W，8個(gè)電磁閥時(shí)功耗小于300W，總機(jī)功耗小于400W。主機(jī)外形尺寸(長×寬×高)400mm×400mm×150mm，重量約22kg。使用環(huán)境溫度-25℃～+45℃。加藥機(jī)的技術(shù)參數(shù)見表3[7]。

4 應(yīng)用效果

柱塞式浮選加藥機(jī)自2013年7月正式投入現(xiàn)場應(yīng)用以來，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)有色金屬選礦廠的浮選、濃縮等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的藥劑定量添加、藥劑配比控制和精確定量灌裝。與自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)合，可以根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制信號(hào)進(jìn)行加藥，極大地提高了生產(chǎn)過程中加藥的精準(zhǔn)性和速度，從而保證生產(chǎn)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定高效運(yùn)行，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)對(duì)提高選礦的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)起到了很大的作用。

表3 柱塞式加藥機(jī)技術(shù)參數(shù)表

[1] 趙禮兵，李世厚.浮選自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].冶金自動(dòng)化，2004，(增刊)：545-548.

[2] 周 力,徐國棟,姜亞雄,等.浮選加藥機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].四川有色金屬, 2013,(3):6-8.

[3] 關(guān)長亮,李興華,張 雄.基于選礦過程的SABC流程專家系統(tǒng)研究[J].礦冶工程,2015,35(6):72-76.

[4] 張 冬，余 瑋.PLC智能型程控加藥機(jī)在選礦廠的應(yīng)用[J].江西有色金屬，2002，(2)：29-32.

[5] SIMATIC S7- 200系統(tǒng)手冊(cè)[M].北京：西門子(中國)有限公司,2004.

[6] 廖常初.S7- 200基礎(chǔ)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[7] 柱塞式浮選加藥機(jī)[P].中國專利：CN201611078241.3,2017-02-22.

《新型實(shí)用過濾技術(shù)》第四版簡介

《新型實(shí)用過濾技術(shù)》一書至今已經(jīng)出版發(fā)行了3版，這三版都是關(guān)于液固分離技術(shù)的專著，現(xiàn)推出第四版。過濾的內(nèi)容不應(yīng)囿于液固分離，還應(yīng)包括氣固分離。這樣的安排是基于以下原因：首先，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和環(huán)境意識(shí)的提高，人們深切感到“氣固分離”與“液固分離”具有同樣的重要性和迫切性。氣固分離與液固分離雖有不同，但兩者相通之處甚多，都是使用分離機(jī)械實(shí)現(xiàn)分離。近年國內(nèi)外過濾會(huì)議多包含氣固分離與液固分離兩方面內(nèi)容。由此可見，將這兩方面內(nèi)容納入同一本書中，符合生產(chǎn)、生活與環(huán)保的需要。

第四版共24章，分別為：第1章，液體過濾引言；第2章，過濾和壓榨理論；第3章，過濾介質(zhì)；第4章，濾餅洗滌和濾餅脫水；第5章，預(yù)處理技術(shù)；第6章，計(jì)算流體力學(xué)在過濾技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)展；第7章，膜過濾；第8章，常用及新型過濾機(jī)；第9章，輔助設(shè)備和系統(tǒng)調(diào)試；第10章，過濾式離心機(jī)；第11章，液體過濾技術(shù)的革新；第12章，固液分離技術(shù)研究進(jìn)展；第13章，過濾技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)及其他領(lǐng)域的應(yīng)用；第14章，氣體過濾概述；第15章，大氣環(huán)境中的細(xì)粒子與危害；第16章，室內(nèi)空氣凈化技術(shù)與設(shè)備；第17章，通風(fēng)系統(tǒng)空氣過濾；第18章，民用建筑室內(nèi)空氣凈化與品質(zhì)控制；第19章，汽車尾氣凈化；第20章，高溫氣體過濾技術(shù)；第21章，袋式除塵器；第22章，顆粒層除塵器；第23章，過濾式除塵器的應(yīng)用；第24章，氣固分離在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。

本書可供從事過濾技術(shù)的研究、設(shè)計(jì)、制造、使用、營銷的工程技術(shù)人員和管理人員使用，也可作為大專院校教學(xué)參考書。

《新型實(shí)用過濾技術(shù)》第四版已于2017年12月印刷出版，由冶金工業(yè)出版社出版。

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