X 熒光在線品位分析儀取樣系統(tǒng)研制及應(yīng)用

周德君 程小舟

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司,安徽 馬鞍山 243000;2.中鋼礦院(馬鞍山)智能應(yīng)急科技有限公司,安徽 馬鞍山 243000;3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司,安徽 馬鞍山 243000;4.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 馬鞍山 243000)

在選礦作業(yè)中,礦漿品位是選礦工藝流程中的關(guān)鍵參數(shù),傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)采用人工目測(cè)與實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)相結(jié)合的方式。人工目測(cè)的精度取決于作業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn),精度難以得到保證。實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)精度高但時(shí)間滯后性大,難以達(dá)到實(shí)時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)的目的。在線品位分析儀的應(yīng)用解決了這一難題,它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)品位數(shù)據(jù),對(duì)于指導(dǎo)生產(chǎn)、調(diào)節(jié)藥劑、控制產(chǎn)品質(zhì)量和提高產(chǎn)品回收率起著重要的作用。礦漿取樣系統(tǒng)作為在線品位分析儀的核心組件之一,對(duì)于礦漿品位測(cè)量的實(shí)時(shí)性和代表性起著至關(guān)重要的作用,是品位分析測(cè)量的基礎(chǔ)。由于取樣系統(tǒng)工況復(fù)雜,管路堵塞、磨損和斷流現(xiàn)象頻繁,嚴(yán)重影響品位分析儀的正常運(yùn)行,是國(guó)內(nèi)外在線品位分析系統(tǒng)中亟待攻克的技術(shù)難題。

目前在線品位分析儀取樣系統(tǒng)主要有2 種,一種是集中引流式取樣系統(tǒng),典型產(chǎn)品有芬蘭奧托昆譜Courier 系列在線品位分析儀與北京礦冶科技股份有限公司BOXA 型在線品位分析儀[1]。另一種為近流式取樣系統(tǒng),代表產(chǎn)品有中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院設(shè)計(jì)開發(fā)WDPF 多道多探頭在線品位分析儀系統(tǒng)[2]。

集中引流式取樣系統(tǒng)由一次取樣器、礦漿輸送管路、多路分配器、控制單元等部分組成。管道式取樣器,在各工藝管道上截取礦漿,通過管路自流進(jìn)入多路分配器,多路器輪流切換各流道的礦漿至分析儀主機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。集中引流方式取樣的優(yōu)點(diǎn)是同一套分析儀主機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)多個(gè)流道的礦漿檢測(cè),可安裝在恒溫的室內(nèi)運(yùn)行,設(shè)備運(yùn)行環(huán)境好。但集中引流的取樣方式弊端也很明顯,取樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,礦漿輸送管路長(zhǎng),易造成礦漿沉積堵塞管路,影響設(shè)備的正常運(yùn)行。特別在浮選作業(yè)中,長(zhǎng)距離輸送時(shí),礦漿中富含高品位的泡沫會(huì)在管壁上附著,造成實(shí)際到達(dá)分析設(shè)備的物料品位降低,影響取樣的代表性。多個(gè)流道輪流切換方式,一個(gè)分析周期可能達(dá)到數(shù)十分鐘,品位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性較差[3-6]。

近流式取樣系統(tǒng)由動(dòng)力水源、水射器、樣品盒、管路及閥門組成。系統(tǒng)采用動(dòng)力水源高速流過水射器產(chǎn)生負(fù)壓的方式提升礦漿,取樣系統(tǒng)為連續(xù)取樣的工作方式。優(yōu)點(diǎn)是管路距離短,礦漿不會(huì)分層沉積,取樣實(shí)時(shí)性和代表性強(qiáng),維護(hù)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是當(dāng)?shù)V漿中礦石粒度較大時(shí),連續(xù)運(yùn)行會(huì)造成水射器噴咀加速磨損,礦漿中雜質(zhì)較多時(shí),易造成水射器頻繁堵塞,增加設(shè)備的維護(hù)量[7-9]。

針對(duì)上述取樣系統(tǒng)存在的問題,中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)了PFQ-3 型礦漿取樣系統(tǒng)。該系統(tǒng)由提升泵、緩沖罐、氣缸、取樣刀口、液位傳感器、閥門、管件及電氣控制系統(tǒng)組成。取樣點(diǎn)設(shè)置在工藝檢測(cè)點(diǎn)的攪拌桶內(nèi)。通過泵提升礦漿至緩沖罐,緩沖罐的取樣刀口截取礦漿通過管路進(jìn)入樣品盒進(jìn)行分析檢測(cè)。取樣系統(tǒng)按照設(shè)定的時(shí)序和控制流程自動(dòng)周期性完成循環(huán)取樣工作。該系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明,系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳輸路徑短、不易堵塞等優(yōu)點(diǎn),在滿足取樣實(shí)時(shí)性和代表性的前提下,系統(tǒng)的可靠性有了顯著提高。本文將通過對(duì)PFQ-3 型礦漿取樣系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)介紹,為系統(tǒng)的進(jìn)一步研究改進(jìn)和推廣應(yīng)用提供借鑒。

1 取樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

PFQ-3 型礦漿取樣系統(tǒng)采用高可靠性和易于維護(hù)性的設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1,由泵、緩沖罐、坡度調(diào)節(jié)裝置、取樣刀口、氣缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)、沖洗水裝置,霧化消泡裝置、液位傳感器、閥門、連接管路及控制系統(tǒng)構(gòu)成。為保證原始樣品的均勻性和代表性,取樣點(diǎn)一般設(shè)置在工藝流程的攪拌桶內(nèi)。因此,不需要在流程管道截流,不影響管道通徑,使用及維護(hù)檢修不影響正常生產(chǎn)作業(yè)。

圖1 取樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Sampling system structure

正式取樣前,先對(duì)隔膜泵及緩沖罐沖洗一次,防止前一次的樣品殘留混入本次樣品中。取樣分析結(jié)束后,控制系統(tǒng)再次沖洗泵及取樣緩沖罐,防止礦漿殘留堵塞泵及管路。沖洗結(jié)束后,自動(dòng)回到等待狀態(tài),等待下個(gè)周期的取樣。

2 礦漿提升泵的選型

取樣系統(tǒng)采用泵輸送的方式提取礦漿,由于礦漿為固液兩相的混合液,濃度高,密度大,普通的轉(zhuǎn)子泵連續(xù)工作會(huì)有較大磨損,礦漿專用渣漿泵體積大,能耗高,檢修維護(hù)復(fù)雜,難以適應(yīng)低流量應(yīng)用場(chǎng)景。因此,泵的選型至關(guān)重要。通過比較試驗(yàn)多種泵后,選擇氣動(dòng)隔膜泵作為取樣提升泵。

氣動(dòng)隔膜泵屬于容積泵,采用壓縮空氣作為動(dòng)力源,依靠膜片往復(fù)運(yùn)動(dòng)改變密封的腔體容積來實(shí)現(xiàn)進(jìn)料和出料。氣動(dòng)隔膜泵由吸入口、排放口、介質(zhì)室和空氣室構(gòu)成。隔膜泵的工作過程如圖2所示:當(dāng)壓縮空氣驅(qū)動(dòng)膜片向左運(yùn)動(dòng)時(shí),左邊腔室容積被壓縮,介質(zhì)被擠出,右邊腔室容積增大,介質(zhì)被吸入;當(dāng)壓縮空氣進(jìn)驅(qū)動(dòng)膜片向右運(yùn)動(dòng)時(shí),右邊腔室容積被壓縮,物料被輸出,左邊腔室容積增加,物料被吸入。壓縮空氣通過導(dǎo)向閥自動(dòng)切換,實(shí)現(xiàn)物料的持續(xù)輸送。

隔膜泵與普通轉(zhuǎn)子泵相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、易損件少,安裝、維護(hù)方便的特點(diǎn)。隔膜泵在啟動(dòng)時(shí)不需要灌引水,可直接在浮選槽或攪拌桶上方吸取礦漿;輸送物料通過性能好,運(yùn)行時(shí)沒有切削動(dòng)作,輸送較大的顆粒物時(shí),對(duì)泵磨損非常小;啟停只需控制氣源閥門打開和關(guān)閉,揚(yáng)程、流量可通過氣源壓力來調(diào)節(jié),可空載運(yùn)行,超負(fù)荷泵會(huì)自動(dòng)停機(jī),具有自保護(hù)功能。

由于礦漿濃度高、礦漿中物料粒度大,礦漿中添加的各種藥劑具有較強(qiáng)的腐蝕性。因此,在選型和使用時(shí)應(yīng)注意,泵體材料宜選用不銹鋼材料,以提高耐腐蝕性能。隔膜泵的膜片、球體和閥座宜選用四氟材料,四氟材料具有極低的摩擦系數(shù)和穩(wěn)定的化學(xué)性能,可以有效降低礦物顆粒對(duì)泵的磨損,延長(zhǎng)泵的使用壽命。泵在選型時(shí)應(yīng)注意查閱流體出口壓力與空氣消耗量關(guān)系曲線。泵在使用時(shí),入口壓力不應(yīng)超過0.8 MPa,不低于0.4 MPa,使用獨(dú)立氣源時(shí),應(yīng)注意空氣壓縮機(jī)的排氣量應(yīng)留有20%以上的余量。使用公共氣源時(shí),工作時(shí)造成的壓力降不應(yīng)低于其他用氣設(shè)備的最低工作壓力。

3 緩沖罐設(shè)計(jì)

緩沖罐體采用長(zhǎng)筒形設(shè)計(jì),罐體設(shè)計(jì)有進(jìn)料口、取樣口、檢修口、溢流口。罐體采用傾斜安裝的方式,罐體與支架通過軸連接,并設(shè)計(jì)有傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。緩沖罐連接沖洗裝置、霧化消泡噴頭、液位傳感器、取樣刀口及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

進(jìn)料口設(shè)計(jì)管徑為DN40,標(biāo)準(zhǔn)配置為40 口徑的泵?？赏ㄟ^變徑適配不同口徑泵,以適應(yīng)不同位置的取樣點(diǎn)對(duì)泵的流量和揚(yáng)程的需求。溢流口位于緩沖罐軸線偏上的位置,當(dāng)?shù)V漿液位高于溢流口時(shí),多余的礦漿通過溢流口回到生產(chǎn)流程中,溢流口偏上的設(shè)計(jì)使緩沖罐內(nèi)的礦漿流壓力恒定,確保進(jìn)入樣品盒中的礦漿壓力和流速穩(wěn)定。

利用圓鋼加固，焊縫的寬度≥d/3，焊縫長(zhǎng)度≥3d，d為圓鋼直徑；利用等邊角鋼加固，焊縫的寬度≥（d+1）mm，焊縫的長(zhǎng)度≥2b，d為肢厚，b為肢寬。

礦漿為礦石和水的固液兩相懸濁液,當(dāng)?shù)V漿的流速、礦石性質(zhì)、礦漿濃度、粒度等條件變化的情況下,易出現(xiàn)多種不均質(zhì)流態(tài),甚至?xí)a(chǎn)生分層沉積堵塞管路的情況。因此,確定合理的工藝坡度是關(guān)鍵。礦漿流量、濃度、品位、粒度等變化都直接影響工藝坡度設(shè)計(jì)。若礦漿流速過低,礦漿中的懸浮顆粒不能保持懸浮狀態(tài),沉積在管路或緩沖罐底部造成堵塞。當(dāng)?shù)V石性質(zhì)一定時(shí),影響自流設(shè)計(jì)坡度的主要因素是礦漿的濃度和礦石的粒度,如果粒度大小一定時(shí),濃度大所需自流坡度較大,濃度小則坡度小。若濃度大小一定時(shí),則粒度大所需自流坡度大,反之則小。工藝坡度也不能過大,當(dāng)坡度大于沉淀物的自然安息角,沉淀物將向下滑動(dòng)堆積,形成堵塞。同時(shí),過大的坡度易引起虹吸、喘振的隱患。礦漿自流管路敷設(shè)坡度見圖3,樣品盒管路應(yīng)敷設(shè)在適宜的角度區(qū)域。

圖3 礦漿管路坡度Fig.3 Slurry line slope

針對(duì)礦漿流動(dòng)的特點(diǎn),緩沖罐設(shè)計(jì)了一套坡度調(diào)節(jié)裝置,作業(yè)人員根據(jù)實(shí)際礦漿的特點(diǎn),靈活調(diào)整工藝坡度,以更好地適應(yīng)當(dāng)前礦漿取樣的要求。

坡度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)見圖4,由支架、絲桿、調(diào)節(jié)螺母、固定軸、旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成。緩沖罐的一端通過固定軸與支架連接,另一端連接有旋轉(zhuǎn)軸、絲桿、調(diào)節(jié)螺母支撐在支架上。當(dāng)需要增加坡度時(shí),調(diào)節(jié)絲桿螺母增大緩沖罐進(jìn)料口一側(cè)的高度,增大罐體與支架的角度;反之,當(dāng)需要減小坡度時(shí),調(diào)節(jié)絲桿螺母降低緩沖罐進(jìn)料口一側(cè)的高度,減少緩罐體與支架的夾角。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、調(diào)節(jié)范圍大、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

圖4 坡度調(diào)節(jié)裝置Fig.4 Slope adjustment device

4 沖洗水系統(tǒng)

取樣系統(tǒng)的堵塞是困擾在線熒光分析行業(yè)難題。合理的沖洗水設(shè)計(jì),是防止取樣系統(tǒng)堵塞的措施之一。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有2 路沖洗水系統(tǒng)。一路為隔膜泵沖洗水,一路為緩沖罐沖洗水。

由于隔膜泵特殊的構(gòu)造,腔體的沖洗是沖洗水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。隔膜泵內(nèi)部有4 個(gè)球形單向閥,靠壓縮空氣驅(qū)動(dòng)膜片帶動(dòng)4 個(gè)閥的切換來實(shí)現(xiàn)礦漿的吸入和輸出,其原理決定著流體只能單向流動(dòng),不能像傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子泵通過反沖洗的方式清洗內(nèi)部腔體。由于礦漿為固液混合的懸濁液,在泵內(nèi)不可避免地發(fā)生部分沉積,如沖洗不及時(shí)造成堵塞,需要分解泵體進(jìn)行清洗,維護(hù)和檢修難度較大。

為解決泵內(nèi)沖洗的難題,在入口端設(shè)計(jì)了正向沖洗水系統(tǒng)。該沖洗水系統(tǒng)由高壓水源、電磁閥、管路、單向閥和控制電路組成,見圖5。

圖5 隔膜泵沖洗水系統(tǒng)Fig.5 Diaphragm pump flushing water system

取樣作業(yè)時(shí),取樣控制系統(tǒng)關(guān)閉沖洗水電磁閥,打開氣源電磁閥,啟動(dòng)隔膜泵。泵入口端的負(fù)壓使單向閥打開,隔膜泵連續(xù)提升礦漿進(jìn)行取樣作業(yè)。當(dāng)一個(gè)取樣周期取樣結(jié)束后,控制系統(tǒng)關(guān)閉氣源電磁閥,隔膜泵停止運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)打開沖洗電磁閥,單向閥截止,沖洗水流進(jìn)入泵體,實(shí)現(xiàn)隔膜泵腔體連續(xù)沖洗功能。

緩沖罐沖洗水系統(tǒng)是取樣系統(tǒng),用于沖洗取樣刀口、緩沖罐、樣品盒及管路,防止礦漿沉積堵塞。該系統(tǒng)由高壓水源、電磁閥、管路、噴頭和控制電路組成。在取樣前或一個(gè)取樣周期取樣結(jié)束,且隔膜泵沖洗完成后,控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令,打開沖洗電磁閥進(jìn)行沖洗作業(yè),達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的沖洗時(shí)間后關(guān)閉沖洗水閥門,等待下一個(gè)沖洗周期。

圖6 緩沖罐沖洗水噴頭(單位:mm)Fig.6 The buffer tank to flushes the water nozzle

影響沖洗效果的主要有兩個(gè)因素:沖洗噴頭的合理選用是因素之一,噴頭既要保證水流強(qiáng)度,也要保證能夠覆蓋沖洗面。經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試,噴頭選用1/4 英寸60°扇形噴咀。扇形噴頭具有噴霧通道大而流暢,噴出的液霧分布均勻,液滴大小適中,形成均勻的、能產(chǎn)生較強(qiáng)沖擊力的廣角扇形噴霧形狀,能更好地覆蓋沖洗面。沖洗水壓的大小是影響沖洗效果的另一個(gè)因素,沖洗水的水壓應(yīng)不低于0.15 MPa,壓力不滿足要求時(shí),可采用管道式增壓泵加壓,增壓泵的流量應(yīng)大于10 L/min,在出口堵轉(zhuǎn)的情況下泵能夠正常運(yùn)行。

5 霧化消泡系統(tǒng)

X 熒光品位檢測(cè)過程中,礦漿中的氣泡往往會(huì)造成流體壓力不穩(wěn)定、光譜基線漂移、尖銳的噪聲峰、分析靈敏度下降等負(fù)面影響。因此,取樣系統(tǒng)必須采取可靠的措施解決泡沫對(duì)分析測(cè)量的影響。

緩沖罐是氣泡消除的第一道措施,礦漿進(jìn)入緩沖罐后,流速減緩,消除了漩渦,利用液體的緩沖作用使氣泡上浮到礦漿表層。罐頂設(shè)計(jì)安裝一只離心霧化噴頭,當(dāng)壓力水流進(jìn)入噴頭后,被分接成沿內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)水流,在離心力作用下由噴口噴出而形成霧化水霧,利用霧化水消除礦漿表層的泡沫。霧化消泡系統(tǒng)采用120°霧化角噴頭,見圖7,確保細(xì)水霧能覆蓋整個(gè)礦漿液面。

圖7 霧化除泡沫噴頭(單位:mm)Fig.7 Atomize foam to removal nozzles

6 取樣執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

取樣執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括氣缸、軸、連桿、取樣刀口,是取樣系統(tǒng)的核心組件,圖8(a)。當(dāng)開始取樣時(shí),取樣控制系統(tǒng)打開電磁閥接通壓縮空氣,使氣缸動(dòng)作。氣缸驅(qū)動(dòng)連桿使取樣刀口旋轉(zhuǎn)至垂直于緩沖罐軸線位置。取樣刀口垂直于礦漿流動(dòng)方向,切割整個(gè)礦漿流至分析儀管路。取樣結(jié)束后,電磁閥切換,氣缸驅(qū)動(dòng)連桿旋轉(zhuǎn),使刀口抬起,等待下一個(gè)周期的取樣。

圖8 取樣執(zhí)行機(jī)構(gòu)Fig.8 Sampling execution agency

在實(shí)際應(yīng)用時(shí),礦漿中的木屑、導(dǎo)爆管等柔性雜質(zhì)易掛在刀口上造成堵塞,影響取樣系統(tǒng)正常運(yùn)行。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)雜質(zhì)較多的應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)取樣刀口的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。將樣刀由標(biāo)準(zhǔn)型直角刀口改為弧形刀口,并將內(nèi)腔由傾斜面改為弧形面,見圖8(b)。當(dāng)?shù)V漿中雜質(zhì)掛到刀口上時(shí),在礦漿的沖擊及沖洗水的沖洗下,弧形刀口更有利于雜質(zhì)與刀口分開。內(nèi)腔的弧形面有利于礦漿更平滑地過渡到分析管路,減少氣泡和漩渦,使礦漿流更加穩(wěn)定,取樣代表性更強(qiáng)。

7 液位傳感器選型

液位傳感器主要用于監(jiān)測(cè)泵是否正常運(yùn)行、取樣是否斷流、樣品的量是否達(dá)到滿足取樣分析的液位高度,是取樣系統(tǒng)的反饋器件。液位傳感器在礦漿中工作,要求不易堵塞,可靠性要高,抗干擾能力強(qiáng),減少誤動(dòng)作的發(fā)生。

普通浮球液位開關(guān)容易受到礦漿的腐蝕造成卡阻、動(dòng)作失效。超聲波或雷達(dá)的液位計(jì)成本高,且不適用于這種超近距離的液位高度頻繁變化的應(yīng)用場(chǎng)合。經(jīng)過反復(fù)比選,音叉液位傳感器是礦漿液位測(cè)量的最佳方案。

音叉式液位開關(guān)是一種新型的液位檢測(cè)開關(guān)。其工作原理是:安裝在音叉體基座上的一對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)音叉體在固有的諧振頻率下振動(dòng),當(dāng)音叉體浸入至被測(cè)液體時(shí),諧振體總質(zhì)量發(fā)生變化,質(zhì)量發(fā)生變化導(dǎo)致音叉的頻率和振幅發(fā)生變化。該頻率變化通過相應(yīng)的檢測(cè)電路檢出,當(dāng)達(dá)到設(shè)定的閾值后,輸出開關(guān)量信號(hào)至系統(tǒng)的反饋回路中,見圖9。

圖9 音叉液位傳感器原理框圖Fig.9 Tuning fork level sensor block diagram

由于音叉液位計(jì)無活動(dòng)部件,無須維護(hù)和調(diào)整,幾乎適用于所有的液體介質(zhì)。同時(shí),不受被測(cè)液體的流動(dòng)、氣泡、振動(dòng)的影響,是機(jī)械式液位開關(guān)理想的升級(jí)替代產(chǎn)品。

8 取樣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

取樣控制系統(tǒng)包括硬件電路及軟件系統(tǒng)。硬件電路原理圖見圖10,Q1-Q5為PNP 型中功率三極管,KA1-KA5為小型機(jī)械式繼電器,通過繼電器實(shí)現(xiàn)取樣輸出電路的電氣隔離;YV1-YV5為電磁閥,YV1 控制隔膜泵的啟停、YV2 控制霧化消泡噴頭的通斷、YV3 控制取樣刀口氣缸的動(dòng)作、YV4 控制隔膜泵沖洗水;YV5 控制緩沖罐沖洗水;LS1為音叉式液位開關(guān),用于檢測(cè)緩沖罐液位。R1-R6為限流電阻,D1-D6為續(xù)流二極管,防止三級(jí)管在關(guān)斷時(shí)繼電器線圈產(chǎn)生的反電勢(shì)擊穿三極管及主控板芯片。CON1為控制板連接端子,接品位儀主控板。

圖10 取樣控制電路Fig.10 Sampling control circuitry

取樣控制電路控制端低電平有效,以CON1 的K1 端為例說明取樣控制電路工作過程:當(dāng)K1 端子為高電平時(shí),三極管Q1 截至,繼電器觸點(diǎn)斷開,電磁閥關(guān)斷壓縮氣源,隔膜泵停止工作。當(dāng)K1 端子為低電平時(shí),三極管Q1 導(dǎo)通,繼電器KA1 觸點(diǎn)閉合,電磁閥YV1 得電,閥門打開。壓縮空氣通過閥門送入隔膜泵,驅(qū)動(dòng)隔膜泵工作,當(dāng)?shù)V漿液位達(dá)到設(shè)定高度時(shí),音叉輸出端子接通,KA6 線圈通電,觸點(diǎn)閉合,通過CON1 端子將信號(hào)反饋給主控板。

嵌入式軟件系統(tǒng)按規(guī)定的時(shí)序控制取樣機(jī)構(gòu)取得有代表性的礦漿進(jìn)入分析儀的探頭,分析儀探頭測(cè)定出礦漿的熒光光譜,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)定的模型計(jì)算出當(dāng)前礦漿的品位值。取樣完成后分別執(zhí)行隔膜泵沖洗及緩沖罐體沖洗功能,沖洗結(jié)束后等待下個(gè)周期取樣。程序控制框圖見圖11所示。

圖11 取樣系統(tǒng)控制流程Fig.11 Sampling system control flowchart

9 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

2021 年5 月,設(shè)計(jì)的新型礦漿在線取樣系統(tǒng)在銅陵有色某選礦廠原礦點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),檢驗(yàn)取樣系統(tǒng)取樣的代表性以及連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性情況?，F(xiàn)場(chǎng)采用同步取樣對(duì)比試驗(yàn)的方式來驗(yàn)證,樣品來自原礦攪拌桶。試驗(yàn)方法:每天取一組礦樣,連續(xù)取樣2 周,現(xiàn)場(chǎng)原礦點(diǎn)取樣機(jī)與PFQ-3 取樣系統(tǒng)同步取樣,取樣數(shù)據(jù)見表1,對(duì)比折線圖見圖12?？梢钥闯?取樣系統(tǒng)出口處的樣品品位與取樣機(jī)取樣的礦漿品位變化趨勢(shì)一致,偏差結(jié)果滿足設(shè)計(jì)及使用要求。

圖12 原礦品位取樣對(duì)比折線圖Fig.12 Raw ore grade sampling versus line chart

表1 原礦點(diǎn)取樣機(jī)與PFQ-3 型取樣系統(tǒng)取樣結(jié)果對(duì)比Table 1 Comparison of sampling results of the origin point sampling machine and the PFQ-3 sampling system

10 結(jié) 論

取樣系統(tǒng)作為X 熒光在線品位分析系統(tǒng)中必不可少的組成部分,承擔(dān)著關(guān)鍵工藝監(jiān)測(cè)點(diǎn)礦漿的在線取樣。PFQ-3 型礦漿取樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì),融合了近流式取樣與集中式取樣的優(yōu)點(diǎn),無論從結(jié)構(gòu)原理還是現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果均表明,取樣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,抗堵塞能力強(qiáng);取樣系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和代表性滿足選廠對(duì)關(guān)鍵工藝點(diǎn)礦漿取樣的要求。取樣系統(tǒng)結(jié)合在線品位分析儀輸出的實(shí)時(shí)品位數(shù)據(jù)對(duì)于選礦生產(chǎn)作業(yè)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

PFQ-3 型礦漿取樣系統(tǒng)在取樣的可靠性和代表性方面得到顯著提升,但在礦漿濃度變化較大時(shí)需要用戶手動(dòng)調(diào)節(jié)緩沖罐坡度,在實(shí)際使用中用戶往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和調(diào)整。針對(duì)這一問題,今后將進(jìn)一步研究改進(jìn),將緩沖罐坡度手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置改為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式調(diào)節(jié),取樣系統(tǒng)根據(jù)品位儀反饋的濃度數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整緩沖罐坡度,以進(jìn)一步提高取樣系統(tǒng)自適應(yīng)能力。