CC BY
90
--© A.A. Лавриненко, В.П. Топчаев,
Г.В. Федин, 2015
УДК 622.765.002.56
А.А. Лавриненко, В.П. Топчаев, Г.В. Федин
УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ФЛОТАЦИИ*
Представлены системы автоматического регулирования процесса флотации, устройства для контроля параметров потока жидкостей и способы высокоточного энергосберегающего дозирования реагентов. Ключевые слова: контроль параметров пульпы при флотации, расход пульпы, плотность пульпы, концентрация твердого в пульпе, толщина пенного слоя, реагент.
Флотация является основным методом обогащения минерального сырья сложного вещественного состава. Вовлечение в переработку все более бедных и труднообо-гатимых руд приводит к необходимости для сохранения объема выпуска товарной продукции значительно увеличивать производительность обогатительных фабрик, которая сейчас уже достигает 100 тыс. тонн руды в сутки, использовать оборудование высокой единичной производительности, совершенствовать технологический процесс [1].
Многогранность технологических требований к обогатительному процессу осложняет задачу организации одновременного оперативного воздействия на изменяющиеся условия флотации для их стабилизации. Эффективное управление параметрами флотационного процесса, наряду с реагентными режимами*, особенно в большеобъемных машинах, возможно лишь с помощью автоматического регулирования системами расхода, плотности и уровня пульпы, расхода воздуха, толщины пенного слоя, дозирования флотационных реагентов и другими параметрами [2].
Любое отклонение параметров процесса флотации от необходимых величин может быть «узким местом» технологии в случае сбоя системы автоматического регулирования и требует повышения ее надежности. Нарушения технологического процесса
Исследования проводятся в соответствии с Программой ФИ РАН.
приводят к снижению показателей обогащения, повышению количества отходов переработки и отрицательного воздействия на окружающую среду. Поэтому различные системы регулирования параметрами процесса во флотационной камере, а также системы подачи флотационных реагентов применяют практически на всех фабриках при переработке минерального сырья.
Исходя из технологических и экономических предпосылок, процесс организуют таким образом, чтобы продукты флотации, особенно в перечистных операциях, перемещались самотеком, наряду с самотечной подачей реагентов. Поэтому в данной работе предлагаются устройства для контроля параметров потока самотечных жидкостей и способы высокоточного энергосберегающего дозирования. Системы автоматического регулирования обеспечивают протекание процесса в стабильных оптимальных условиях как в импеллерных машинах, так и в аппаратах колонного типа.
Измерение расхода и плотности пульпы на входе флотационной машины.
Принцип измерения указанных параметров поясняется на рис. 1.
На входе флотационной машины устанавливается мерная емкость с калиброванным сливным отверстием. При поступлении пульпы на вход мерной емкости уровень в ней соответствует расходу входного потока пульпы. Измерение уровня пульпы осуществляется ультразвуковым уровнемером. Расход пульпы Qп из мерной емкости зависит от скорости Vп = л1(2дИ) потока пульпы на выходе флотационной машины и сечения 5 выходного отверстия.
Для реальной жидкости
Qп = К 5^(2дН),
где К - коэффициент, зависящий от вязкости пульпы и конструкции выхода мерной емкости.
Для оперативного контроля расхода пульпы по показаниям уровнемера пульпы в мерной емкости необходимо в процессе калибровки расходомера снять экспериментальную зависимость Qп=F(H) и использовать ее при штатном режиме работы флотационной машины.
Рис. 1. Схема измерения расхода и плотности пульпы
В мерной емкости располагается буйковый плотномер. Сигнал плотномера, соответствующий плотности пульпы, определяется объемом погруженной части буйка, которая однозначно соответствует показаниям ультразвукового уровнемера. При этом плотность пульпы измеряется как среднее значение плотности по всей глубине пульпы в измерительной емкости.
Расход пульпы из мерной емкости пропорционален скорости изменения уровня пульпы и вычисляется микроконтроллером в режиме калибровки расходомера.
Результаты измеренных расхода и плотности пульпы используются для вычисления концентрации твердого в пульпе и расхода твердого, поступающего во флотационную машину. Последний параметр используется при дозировании флотационных реагентов по количеству твердого в пульпе.
В большинстве импеллерных флотомашин для регулирования потока на выходе пульпы из придонного слоя устанавливают исполнительный механизм клапанного типа.
Расход пульпы на выходе флотационной машины может быть измерен при известных значениях уровня пульпы во флотационной машине и текущего значения сечения выпускного отверстия флотационной машины.
Измерение толщины пенного слоя
Образование пенного слоя на поверхности пульпы лежит в основе технологического процесса флотации и интенсивность процесса в значительной степени определяется параметрами слоя пены, находящегося выше сливного порога во флотационных машинах импеллерного типа. Горизонтальная поверхность пенного слоя пульпы не является четко выраженной и поэтому допустимы измерения толщины слоя пены с определенной дискретностью. В большинстве случаев для обеспечения технологии обогащения руд цветных металлов допустимая дискретность измерения слоя пены — 2-4 см.
Наиболее простым и надежным способом определения толщины слоя пены над сливным порогом импеллерной фло-томашины является измеритель, чувствительный элемент которого содержит неэлектропроводный щуп с расположенными вдоль его длины электрическими контактами на расстоянии 2,5 см один от другого. Каждый контакт соединяется с электронным устройством, обеспечивающим последовательный «опрос» каждого контакта путем подачи на него фиксированного уровня напряжения и проверку его электрического соединения с пенным слоем. Устанавливается измеритель пульпы таким образом, что последний контакт щупа располагается на уровне сливного порога импеллерной флотационной машины. Работает измеритель уровня пульпы следующим образом. Электронное устройство задает цикл Т опроса контактов щупа и на выходе выдает низкий уровень сигнала если опрашиваемый контакт электрически не соединяется с пенным слоем. При соединении с пеной первого (сверху) опрашиваемого контакта на выход электронного устройства до окончания цикла Т выдается сигнал высокого уровня. Таким образом, на выход электронного устройства выдается широтно-импульсный модулиро-
ванный (ШИМ) сигнал, среднее значение которого соответствует расстоянию верхней плоскости слоя пены относительно сливного порога флотационной машины. Следует отметить, что на контакты щупа, расположенные в пенном слое, не поступает напряжение и поэтому не происходит электрохимическое растворение контактов. Такой режим работы обеспечивает длительный срок работоспособного состояния измерителя слоя пены.
Система дозирования флотационных реагентов
Основным технологическим воздействием на процесс флотации является режим подачи реагентов - импульсный и непрерывный. При этом диапазон расхода реагентов измеряется от сотен миллилитров до тысяч литров в час. В ценовом диапазоне стоимости реагенты имеют соотношение такого же порядка. Поэтому основным требованием к системе дозирования реагентов является высокая точность, широкий диапазон расхода, высокая надежность.
Фрагмент системы дозирования представлен на Рис.2. Реагент, предназначенный для дозирования в технологический процесс, поступает на вход напорно-измерительного бака, оснащенного датчиком уровня реагента, сигнал с которого поступает в микропроцессорное устройство. Напорно-измери-тельный бак при открывании клапана К1 заполняется до определенного уровня. Для использования устройства по назначению необходимо осуществить его калибровку. Для этого измеряется уровень и расход реагента в напорно-измерительном баке при открытом клапане К2 и расходная характеристика запоминается в микропроцессорном устройстве. Дозирование реагента осуществляется путем циклического управления клапаном К2 сигналом от микроконтроллера.
Изменение уровня в напорно-измерительном баке учитывается микроконтроллером, который корректирует управляющий сигнал с учетом результатов калибровки.
Для непрерывного дозирования реагента следует стабилизировать уровень реагента в напорно-измерительном баке, используя результаты калибровки. Калибровка расходомера может осуществляться в автоматическом режиме.
К выходу напорно-измерительного бака при необходимости подключается блок дозирующих клапанов.
ВХОД РЕАГЕНТА
1
ВЫХОД РЕАГЕНТА
Рис. 2. Система дозирования реагентов
Если на обогатительной фабрике используется большое количество клапанов, то целесообразно для управления клапанами использовать специальные формирователи управляющих двухступенчатых сигналов [3], которые позволяют уменьшить потребление энергии дозирующими клапанами в 10 раз и сократить количество меди, используемой для изготовления катушки электромагнита клапана, в 3-4 раза. Весовые и габаритные размеры системы управления дозирующими клапанами при этом уменьшаются в 3-4 раза.
Таким образом, предложенные системы автоматического регулирования, устройства для контроля параметров самотечных потоков пульпы и способы высокоточного энергосберегающего дозирования реагентов обеспечивают протекание процесса флотации в стабильных оптимальных условиях как в импеллерных машинах, так и в аппаратах колонного типа.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лавриненко A.A., Краснов Г.Д. «Современное состояние и основные направления создания флотационной техники - Горный журнал, 2007г. №2 — С. 108-117.
2. Лавриненко A.A., Федин Г.В. Приборы контроля основных технологических параметров в процессах флотации минерального сырья // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ — 2012. — Отдельный выпуск 1. - С. 301-311.
3. Федин Г.В., Топчаев В.П. Устройство для дозирования флотационных реагентов. Патент РФ 2270980, G01F 13/00, БИ № б, 27.02.2006. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Лавриненко Анатолий Афанасьевич — доктор технических наук, зав. лабораторией ФГБУН Институт проблем комплексного освоения недр РАН, lavrin_a@mail.ru
Топчаев Владимир Петрович — академик РАИН, генеральный директор ОАО «Союзцветметавтоматика», vtopchaev@list.ru,
Федин Георгий Васильевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией ОАО «Союзцветметавтоматика», geofedin@yandex.ru.
UDC 622.765.002.56
DEVICES FOR THE CONTROL AND REGULATION OF FLOTATION PROCESS PARAMETERS
Lavrinenko A.A., Doctor of technical Sciences, head. laboratory EKATERINBURG Institute
of comprehensive exploitation of mineral resources RAS,
lavrin_a@mail.ru
Topchaev V.P., Academician RYAN, Director General of JSC "Sojuzcvetmetavtomatika", vtopchaev@list.ru,
Fedin G.V., Candidate of technical Sciences, senior researcher, head of laboratory of JSC "Sojuzcvetmetavtomatika", geofedin@yandex.ru.
Systems of automatic control of process of flotation, the device for the control of parameters a stream and liquids and ways of high-precision dispensing power saving up reagent are presented.
Key words: The control of parameters of a pulp at flotation, the pulp expense, pulp density, concentration firm in a pulp, a thickness of a foamy layer, reagent.
REFERENCES
1. Lavrinenko A.A., Krasnov G.D. Sovremennoe sostojanie i osnovnye napravlenija sozdanija flotacionnoj tehniki (Current state and main directions of creation of flotation equipment), Gornyj zhurnal, 2007, no. 2, pp. 108-117.
2. Lavrinenko A.A., Fedin G.V. Pribory kontrolja osnovnyh tehnologicheskih paramet-rov v processah flotacii mineral'nogo syrja (Devices control of key process parameters in the flotation of mineral raw materials), Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten', 2012, Ot-del'nyj vypusk 1, pp. 301-311.
3. Fedin G.V., Topchaev V.P. Ustrojstvo dlja dozirovanija flotacionnyh reagentov (Device for dispensing flotation reagents), Patent RF 2270980, G01F 13/00, BI no 6, 27.02.2006.
