CC BY
117
© В.В. Морозов, В.Ф. Столяров, Н.М. Коновалов, 2002
УДК 622.765
В.В. Морозов, В.Ф. Столяров, Н.М. Коновалов
КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФЛОТАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОТОЧНЫХ РЕНТГЕНОФЛЮОРЕСЦЕНТНЫХ АНАЛИЗАТОРОВ
Р
ентгенофлюоресцентные анализаторы широко применяются для контроля содержаний металлов в технологических продуктах на рудообогатительных фабриках.
На Российских фабриках в настоящее время наиболее часто внедряется анализатор АР-31 (АР-31Н) (ЗАО НПП "Буревестник"). Прибор измеряет концентрацию в пульпе элементов от кальция до урана. Одновременно контролируется до 8 элементов. Число проточных кювет может составлять 15 на один прибор. Основная приборная погрешность составляет 0,4 %. Предел обнаружения составляет в растворах 10-310-4 %, в пульпах и суспензиях - 5*10-2-10-3 %. Среднее время анализа одного потока составляет 50 с. Для возбуждения характеристического излучения анализируемых металлов используется рентгеновская трубка, установленная на подвижной каретке. По заданной программе трубка объезжает все кюветы и систему калибровки. Спектрометр снабжен системой управления, которая осуществляет работу прибора в автоматическом или ручном режиме, управляет системой пробоотбора и прободоставки [1].
Из зарубежных анализаторов наиболее известным и часто используемым на обогатительных фабриках является "Курьер 300" финской фирмы "Оутокумпу Оу". Анализатор предназначен для контроля содержания одновременно до 7 элементов в 14 потоках пульпы. Проба пульпы отбирается насосом с производительностью до 20 л/мин и направляется в измерительную ячейку. Рентгеновская трубка в процессе работы объезжает все кюветы и две ячейки сравнения. Кроме семи каналов имеется канал для измерения рассеянного излучения, который служит для контроля плотности пульпы в потоке. Время анализа потока составляет 20 с. Потоки пульпы возвращаются в технологический процесс [2].
Последним по времени производства и с перспективой широкого промышленного использования является анализатор марки «Курьер 30ХР», с помощью которого получают данные о содержании заданного набора компонентов в концентратах, хвостах и промпродуктах обогатительного производства.
Рис. 1. Система непрерывного анализа с использованием "Courier 3SL"
Анализатор «Курьер 30ХР» может контролировать максимально 24 точки технологического процесса. Измерительный блок предусматривает одновременный контроль пяти элементов и величины плотности пульпы. В анализаторе используется мощная рентгеновская трубка (0,4 кВт), обеспечивающая повышенную точность при измерении малых содержаний компонентов, например в хвостах обогатительных фабрик. Как и в ранних моделях, анализатор работает на байпасном потоке, отсекаемом системой пробоот-бора от опробуемого технологического потока и возвращаемого в заданную точку технологического процесса. При опробовании 24 точек цикл измерения составляет 25 мин.
На фабрике "Пюхасалми" (Финляндия) проведены испытания нового анализатора фирмы "Оутокумпу-Оу"
- "Courier 3SL". Принципиальным отличием анализатора является возможность одновременного анализа как с использованием волно- так и энергодисперсионного метода измерений [3].
На рис. 1. представлена принципиальная схема непрерывного анализа производственного процесса (флотации) с использованием анализатора "Courier 3SL". В анализаторах серии "3" применены технические новшества, повышающие представительность анализа. Так, благодаря специальной программе обеспечивается непрерывный режим работы измерительного зонда. Впервые применена "ячейка струйного потока", позволяющая управлять турбулентностью потока и процессом усреднения пульпы с тем, чтобы минимизировать сегрегацию частиц при анализе. Применен автоматический переключатель окна ячейки и новый самоочищающийся модуль экрана для устранения загрязнений из ранее анализируемого образца [4].
Фирмой "Denver Аutometrix" выпускался рентгенофлюоресцентный анализатор марки XRA-1600, в значительной мере аналогичный по устройству и принципу действия анализатору "Курьер-300".
Рентгенофлюоресцентный анализатор XRA-1600 предназначен для измерения в твердой фазе флотационной пульпы содержаний до 6 элементов от кальция до урана. Анализатор позволяет контролировать от 1 до 6 потоков, последовательно направляя их в измерительную ячейку. Продолжительность одного измерения не менее 20 с. Анализатор достаточно компактен и может быть размещен на площадке размером 1,5 м2 Оптимальное расположение анализатора - непосредственно в цехе, вблизи от контролируемого передела.
В качестве источника рентгеновских лучей используется рентгеновская трубка мощностью 9 Вт с воздушным охлаждением. В качестве детектора исполь-
зуется жидкокристаллическим германиемыи элемент с энергией разрешения от 180 эВ до 5,9 кэВ. Применяется детектор с принудительным охлаждением жидким азотом. Емкость холодильника - 17 л. Суточный расход жидкого азота - 2 л.
Согласно паспортным данным анализатор позволяет определять содержание от 0,005 % до 100 % с погрешностью соответственно от 10 до 2 %. Анализатор позволяет реализовать любую известную стратегию контроля и управления с использованием как локального микроконтроллера, так и глобальной информационной системы. Анализатор оснащен подсистемами калибровки, диагностирования и аварийного предупреждения для собственных и связанных систем и приборов [5].
Общими недостатками систем контроля с пробоот-бором являются:
- блокировка потока пульпы от точки пробоотбора к измерительной кювете вследствие зарастания труб или забивки узла - щепоотделителя;
- разубоживание отбираемой пробы остатками предыдущей пробы или водой;
От указанных недостатков свободны анализаторы, осуществляющие непрерывный контроль пульпы непосредственно в контролируемом технологическом потоке.
Фирмой "^егто Gamma-Metпcs,,, Австралия, разработан рентгенофлюоресцентный анализатор твердого (ЭЕР - одноэлементный, МЕР - многоэлементный), предназначенный для измерения содержаний в руде и продуктах обогащения содержаний элементов с атомной массой более 40. Источником рентгеновского излучения в приборе является изотоп цезий-137 с характерной энергией излучения 662 кэВ. В качестве детектора вторичного излучения используется кремний-литиевый элемент.
Принципиальные схема устройства анализатора и конструктивные особенности выполнения погружных
Рис. 2. Принципиальная схема измерительного узла анализатора «Amdel-ISA»
Рис. 3. Схема установки анализатора "Amdel-ISA" в специальном зумпфе
Рис. 4. Схема установки анализатора РА-931 на контролируемом потоке пульпы
частей представлены на рис. 2. Конструкция анализатора включает защитный фильтр для предотвращения попадания на детектор первичного рентгеновского излучения и радиатор для концентрирования вторичного флюоресцентного излучения. Обязательным элементом анализатора является система охлаждения, заправляемая жидким азотом при расходе охладителя 1 л/сут.
Выпускаются следующие разновидности анализаторов: MSA - многопоточный анализатор с использованием мультиплексоров для переключения подаваемых на анализ проб пульпы; ISA - погружной однопоточный анализатор, предназначенный для оперативного контроля состава продуктов обогащения непосредственно в технологическом потоке. Принципиальная схема расположения анализатора "Amdel-ISA" в контролируемом потоке представлена на рис. 3 [6].
Существенными недостатками анализаторов фирмы «Амдел» являются невысокая чувствительность, обусловленная применением маломощных изотопов, и необходимость использования сжиженного газа для охлаждения детектора. Не всегда возможно в действующей схеме флотации установить дополнительный резервуар.
В значительной мере от указанных недостатков свободен рентгенофлюоресцентный анализатор РА-931 Российской фирмы ЭЛСКОРТ. Анализатор обеспечивает надежный контроль одновременно трех элементов (от Ti до U) и плотности пульпы. Продолжительность измерений от 30 до 60 с. Мощная рентгеновская трубка (70 Вт) обеспечивает стабильное и точное измерение малых концентраций металлов, что важно при контроле отвальных продуктов обогащения.
Рис. 5. Зависимости извлечения (е) свинца (1), меди (2) в разноименные концентраты и оптимизационной функции (ОО (3,4) от величин комплексных оптимизационных параметров ионного состава жидкой фазы пульпы А1, А2 при разделении коллективного медно-свинцового концентрата
Принципиальной особенностью анализатора является конструкция зоны измерения (рис. 4). Прибор устанавливается на вставном элементе, повторяющем форму продуктопровода, в котором транспортируется пульпа. Наибольшая стабильность и точность измерений достигается при формировании восходящего потока пульпы. Такая конструкция зоны измерения позволяет внедрять прибор без реконструкции производственных схем и помещений.
Алгоритм обслуживания системы контроля включает элементы самодиагностики и корректировки измерений. Предусмотрено интегрирование рентгенофлюоресцентного анализатора со средствами измерения расхода пульпы и параметров ионного состава, что позволяет реализовать на его базе экспертные или оптимизационные системы автоматического регулирования процесса флотации.
Разработка экспертных систем автоматического регулирования наиболее интенсивно ведется фирмой
«Оутокумпу-Оу», Финляндия. Методической основой является применение методов кластерного анализа для диагностирования сортов перерабатываемых руд или производственных ситуаций. Для типизации руд используется метод «Главных координат», позволяющий на основе контроля параметров твердой и жидкой фаз пульпы, используя комплексные параметры оценки, диагностировать 6-8 отличающихся типов перерабатываемых руд, требующих соответствующих режимов их обогащения [2]. Применяется правило, что основная логика и алгоритмы управления следуют за мышлением оператора. Через интерфейс пользователя системы операторы получают информацию о том, что делает система, и почему.
Общее управление циклами флотации основано на экономических принципах. Анализы хвостов основной флотации дают информацию о балансе циклов основной и контрольной флотации. Анализы продуктов цикла пе-речистной флотации используются для управления качеством конечного концентрата и циркулирующими потоками. При помощи уравнений материального баланса и показателей цен информация о показателях флотации преобразуется в финансовые показатели в реальном времени для каждого цикла флотации. Указанные параметры сравниваются с модельными, основанными на опытных данных и результаты сравнения являются основанием для выработки управляющих воздействий [5].
Системы оптимального управления процессом флотации, разрабатываемые в МГГУ, принципиально отличаются от экспертных тем, что носят в значительной мере детерминированнный характер и предполагают управление реагентными режимами флотации на основе контроля основных параметров ионномолекулярного состава жидкой фазы пульпы. Разработанный адаптивно-детерминированный метод предполагает двухуровневое управление процессом флотации, причем на верхнем уровне на основе результатов анализа твердой фазы продуктов обогащения достигается адаптация используемых функций-задатчиков к перерабатываемой руде, с целью достижения максимальной экономической эффективности ее переработки [6]. В качестве критерия оптимизации предложено использование функции «приведенных потерь» ценных компонентов:
Оц = 8*Ме1 + В*Ме2 (Ц Ме2а Ме2/Ц Ме1а Ме1
где в*Ме1; в*Ме2 - потери металлов в разноименных концентратах; а Ме2; а Ме1 - содержания металлов в руде или коллективном концентрате, %; Ц Ме1;Ц Ме2 - цены металлов в товарных концентратах.
На рис. 5. представлены зависимости извлечений металлов в концентраты и целевой функции (критерия) оптимизации от комплексных оптимизационных параметров ионного состава пульпы для операции разделения медно-свинцовых концентратов.
А1 = -3/13 pH + 12/13 1д[Х-] + 1д([Си(С^21/1д[С^]2;
А2 = 0.72рН - 1д[Х-]
3 - при соотношении свинец - медь в коллективном концентрате 4:1; 4 - при соотношении свинец - медь в
