pH值在線檢測(cè)在氫氧化鈷回收工藝的研究與應(yīng)用

胡 勇

（紫金礦業(yè)，福建 龍巖 364000）

剛果（金）某濕法銅冶煉項(xiàng)目（5萬(wàn)噸/年）于2019年3月建成投產(chǎn)，在氫氧化鈷回收工藝中，采用設(shè)計(jì)裝配的pH值在線檢測(cè)方式，因pH計(jì)檢測(cè)探頭檢測(cè)環(huán)境處在攪拌槽內(nèi)，檢測(cè)溶液波動(dòng)大，pH電極表面易結(jié)垢等因素，導(dǎo)致在線檢測(cè)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，最終無(wú)法達(dá)到指導(dǎo)生產(chǎn)的功能?，F(xiàn)場(chǎng)只能采用人工取樣，定時(shí)檢測(cè)。這樣造成現(xiàn)場(chǎng)操作人員工作量大，控制加藥量不穩(wěn)定。針對(duì)此種情況，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員通過(guò)不斷探索及研究，結(jié)合氫氧化鈷回收工藝控制指標(biāo)及要求，通過(guò)近半年的試驗(yàn)及改造，最終實(shí)現(xiàn)了pH值在線檢測(cè)及自動(dòng)控制加藥的方案，取得良好的應(yīng)用效果，并產(chǎn)生較高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 pH計(jì)在線檢測(cè)裝置改造前的現(xiàn)狀及存在的不足

氫氧化鈷回收工藝中，pH值在線檢測(cè)難度較大，多種因素導(dǎo)致實(shí)際使用效果不理想。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上pH計(jì)安裝方式基本相同，將電極浸入被測(cè)溶液中進(jìn)行檢測(cè)。改造前，公司pH值檢測(cè)方式是將電極浸入攪拌槽溶液中進(jìn)行在線檢測(cè)。使用過(guò)程發(fā)現(xiàn),pH電極的保護(hù)套管較長(zhǎng)較粗，校準(zhǔn)非常困難且耗時(shí)較長(zhǎng)，同時(shí)固定電極的鋼管長(zhǎng)期浸泡在溶液中，管壁易結(jié)垢，導(dǎo)致探頭無(wú)法拔出。頻繁校準(zhǔn)易使專用套管密封性下降，造成探頭進(jìn)水，導(dǎo)致探頭損壞。長(zhǎng)時(shí)間使用后，發(fā)現(xiàn)此款A(yù)BB品牌pH計(jì)在校準(zhǔn)后使用周期較短，檢測(cè)數(shù)據(jù)極不穩(wěn)定，正常使用周期在半天左右數(shù)據(jù)開始不穩(wěn)定，從而無(wú)法指導(dǎo)生產(chǎn)。為此，公司試驗(yàn)對(duì)比多個(gè)國(guó)內(nèi)外品牌pH計(jì)，最終選定梅特勒托利多M400 pH計(jì)，電極選用梅特勒托利多Inpro4800i。梅特勒托利多pH計(jì)投入使用后，盡管測(cè)量精度可以滿足要求，但電極表面易結(jié)垢，液位波動(dòng)大，攪拌槽內(nèi)礦漿對(duì)pH電極表面沖刷等問(wèn)題得不到解決，仍然無(wú)法滿足長(zhǎng)時(shí)間在線檢測(cè)的效果。

2 pH在線檢測(cè)裝置改造及應(yīng)用

2.1 改造后pH值在線檢測(cè)裝置的介紹

2.1.1 引流取樣方式檢測(cè)pH值

更換pH計(jì)后電極表面易結(jié)垢，使檢測(cè)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，攪拌過(guò)程溶液的磨洗易使pH電極表面磨損。采用引流取樣檢測(cè)方式將氧化鎂輸送泵出口處增加取樣管，通過(guò)泵的壓力將被測(cè)溶液引到槽面的檢測(cè)槽內(nèi)，經(jīng)過(guò)溢流口將檢測(cè)過(guò)的溶液溢流回?cái)嚢璨?。pH計(jì)上增加外置聲光報(bào)警器，用于pH值界內(nèi)界外報(bào)警提示，將原來(lái)成套保護(hù)套管式pH探頭，改為DN16的PVC電工管（管道打蜂窩狀孔）做簡(jiǎn)易pH探頭，電纜接頭處做好防水，固定在檢測(cè)槽壁上。從底部上來(lái)的溶液帶有微壓力，可以沖洗pH探頭，減少結(jié)垢，再微壓狀態(tài)下能減少電極表面磨損。

2.1.2 虹吸取樣方式檢測(cè)pH值

氫氧化鈷回收工藝中，一段攪拌槽和二段攪拌槽屬于溢流槽，沒(méi)有底流輸送泵，在這種情況下改造虹吸取樣方式檢測(cè)pH值。槽面增加負(fù)壓罐，開虹吸管閥門用于補(bǔ)水管給罐內(nèi)補(bǔ)水排空氣，補(bǔ)滿水后關(guān)閉補(bǔ)水閥門，開溢流閥，溶液因重力使罐內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓而產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。做好的簡(jiǎn)易pH探頭固定在溢流槽上進(jìn)行在線檢測(cè)。

2.2 改造后pH值在線檢測(cè)系統(tǒng)的組成與應(yīng)用

2.2.1 pH值在線檢測(cè)系統(tǒng)的組成

pH值在線檢測(cè)系統(tǒng)的組成主要由：①pH值在線檢測(cè)裝置及報(bào)警系統(tǒng)。②校準(zhǔn)控制系統(tǒng)，pH計(jì)保護(hù)箱外增加校準(zhǔn)按鈕，需要校準(zhǔn)時(shí)，按下按鈕，切斷4～20mA信號(hào)，PLC接收到斷線信號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)退出加藥控制，保持最近pH值進(jìn)行加藥或者切手動(dòng)加藥。校準(zhǔn)結(jié)束后恢復(fù)急停，自動(dòng)化控制系統(tǒng)按照當(dāng)前值進(jìn)行調(diào)控。③HMI自動(dòng)化控制系統(tǒng)，增加HMI進(jìn)行就地監(jiān)控及控制。

2.2.2 pH值在線檢測(cè)系統(tǒng)在氫氧化鈷回收工藝中的應(yīng)用

因氧化鎂遇水半小時(shí)后活性降低這一特性，公司設(shè)計(jì)出一套自動(dòng)添加氧化鎂系統(tǒng)，目前運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)生較高經(jīng)濟(jì)效益?？刂葡到y(tǒng)由螺旋給料機(jī)、氧化鎂攪拌機(jī)、液位計(jì)、氧化鎂輸送泵、pH計(jì)報(bào)警系統(tǒng)、人機(jī)界面控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)的控制邏輯①行車將袋裝氧化鎂吊入氧化鎂料斗，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)氧化鎂攪拌桶液位低于0.5m時(shí)，程序打開補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥補(bǔ)水，直到設(shè)定的1.8米，閥門自動(dòng)關(guān)閉。②螺旋給料機(jī)按設(shè)定運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行添加氧化鎂。③氧化鎂添加結(jié)束，攪拌機(jī)開始根據(jù)設(shè)定時(shí)間進(jìn)行攪拌。④攪拌結(jié)束后，程序通過(guò)讀取在線檢測(cè)pH值，判定是否添加氧化鎂。⑤設(shè)定pH值的PV值，程序自動(dòng)追蹤PV值進(jìn)行添加氧化鎂。⑥人機(jī)界面控制系統(tǒng)安裝就地，監(jiān)控和調(diào)整工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)中控就地任意切換。自動(dòng)添加氧化鎂系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 自動(dòng)添加氧化鎂系統(tǒng)

2.2.3 運(yùn)行與維護(hù)

能否實(shí)現(xiàn)pH值在線檢測(cè)，關(guān)鍵在運(yùn)行和維護(hù)工作。氫氧化鈷回收工藝中pH電極需要3～4小時(shí)沖洗1次，才能保障檢測(cè)的穩(wěn)定性。清洗pH電極時(shí)，建議先將電極浸泡在稀酸中1～3分鐘。正常情況，建議5～7天校準(zhǔn)1次，工藝要求不嚴(yán)的情況，可15天左右校準(zhǔn)1次。

3 改造后的效果

（1）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)人員反饋由于增加HMI控制后，工藝較穩(wěn)定，極少數(shù)不穩(wěn)定情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)HMI調(diào)控能及時(shí)調(diào)整工藝。改造后數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，氫氧化鈷回收率平均提高2%左右，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 改造前后氫氧化鈷回收率對(duì)比（%）

（2）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，在減少溶液磨洗和電極干燒問(wèn)題后，電極損耗率明顯降低，平均減低約2.875根/月。具體數(shù)據(jù)見表2。按照梅特勒托利多pH電極到剛果金的價(jià)格（含運(yùn)費(fèi)和關(guān)稅），約1萬(wàn)人民幣/根，一年可省34.5萬(wàn)人民幣左右。

表2 改造前后損耗電極數(shù)量對(duì)比

（3）改造前檢測(cè)數(shù)據(jù)靠人工取樣到指定地點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，工人勞動(dòng)量大且耗時(shí)，校準(zhǔn)困難且時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)數(shù)據(jù)滯后有偏差，導(dǎo)致氧化鎂自動(dòng)添加不精準(zhǔn)。改造后不需要人工取樣，大大減輕工人勞動(dòng)量和提高pH計(jì)校準(zhǔn)效率。解決數(shù)據(jù)滯后問(wèn)題。通過(guò)在線檢測(cè)可及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，精準(zhǔn)把控。2019年氧化鎂噸耗2.4kg/t，2021年氧化鎂噸耗1.92kg/t，按照每天3800噸處理量，每天大約可以節(jié)約1.824噸氧化鎂。

4 結(jié)語(yǔ)

pH值在線檢測(cè)系統(tǒng)由公司研究改造，目前運(yùn)行穩(wěn)定。通過(guò)不斷優(yōu)化，氫氧化鈷回收率提高2%左右，含錳低于6.0%左右，鎂低于4%，在氫氧化鈷品位較低情況下能長(zhǎng)期可以保證氫氧化鈷在二等品以上。PID自動(dòng)控制后，既減輕了工人工作量，又保證了工藝得穩(wěn)定，從而提高氫氧化鈷產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)節(jié)省氧化鎂投入，真正達(dá)到降本增效。本套pH值在線檢測(cè)系統(tǒng)可以產(chǎn)生較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，值得大力推廣，特別是贊比亞到剛果（金）銅鈷礦帶。