浸出过程自动取样技术研究.pdf

7 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 4 年第1 0 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 4 ．1 0 ．0 1 8 浸出过程自动取样技术研究 李传伟1 ，姚福善2 ，赵建军1 ，刘瑞强2 ，肖永成2 ，方文1 1 ．北京矿冶研究总院矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室，北京1 0 0 1 6 0 ； 2 ．山东黄金矿业 莱州 有限公司精炼厂，山东莱州2 6 1 4 4 1 摘要基于流体力学建模和工艺参数数据验证的方法，研究了浸出槽取样代表性问题，并设计了自动取 样装置，成功开发了矿浆提升和过滤装置，为下一步离子浓度在线检测奠定基础。 关键词浸出；取样；流体力学；过滤装置；氰化 中图分类号T P 2 7 1 ；T F 8 3 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 f 2 0 1 4 1 0 - 0 0 7 2 0 4 S t u d yo fA u t o m a t i cS a m p l i n gT e c h n o l o g yi nL e a c h i n gP r o c e s s L I C h u a n w e i l ，Y A OF u s h a n 2 ，Z H A OJ i a n ju n l ，L I UR u i q i a n 9 2 ， X I A OY o n g e h e n 9 2 。F A N GW e n l 1 ．B e i j i n gK e yL a b o r a t o r yo fA u t o m a t i o no fM i n i n g M e t a l l u r g yP r o c e s s ，B e i j i n gG e n e r a l R e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a ； 2 ．R e f i n e r yo fS h a n d o n gG o l dM i n i n g L a i z h o u C o ．，L t d ，L a i z h o u2 6 1 4 4 1 ，S h a n g d o n g ，C h i n a A b s t r a c t R e p r e s e n t a t i v es a m p l i n gi nl e a c h i n gt a n kw a si n v e s t i g a t e db a s e do nh y d r o d y n a m i cm o d e l i n ga n d d a t av a l i d a t i o no fp r o c e s sp a r a m e t e r s ．D e v i c e so fa u t o m a t i cs a m p l i n ga n ds a m p l i n ga n df i l t r a t i o no fs l u r r y w e r ed e s i g n e d ．T h es t u d yl a y ss o l i df o u n d a t i o nf o ri o nc o n c e n t r a t i o no n l i n ed e t e c t i o n ． K e yw o r d s l e a c h i n g ；s a m p l i n g ；h y d r o m e c h a n i c s ；f i l t r a t i o nd e v i c e ；c y a n i d i n g 氰化浸出是从矿石中提取黄金的常用方法，实 现浸出过程氰根等离子浓度的在线检测能带来明显 的经济效益[ 1 ] ，离子浓度在线检测的前提是能够实 现浸出过程溶液的自动取样。本文对黄金浸出槽中 溶液自动取样技术进行研究和实践验证[ 2 ] 。 自动取样是指将具有代表性的矿浆流从工艺反 应器中不失真地连续导出，经过滤等处理变为可供 化学检测的澄清溶液送入后续测量仪表中。 国内外针对矿浆取样的技术及产品主要用于载 流X 荧光品位分析仪、粒度仪、浓度计等仪表的自 动管道取样器。北京矿冶研究总院[ 3 。4 ] 基于计算流 体力学 C F D 的分析方法对取样过程进行模拟，研 制了用于选矿过程矿浆管道取样的取样装置，并优 化取样结构，试验验证其具有良好的取样代表性。 国内湿法冶金离子浓度在线分析仪器尚处于起步阶 段，用于离子浓度分析的在线取样技术或产品，国内 还未见文献报道和成熟产品。有效可靠的溶液取样 单元加上多流道的在线分析仪将成为今后湿法冶金 工艺过程离子浓度在线检测的研究重点和发展趋 势m 1 。 1 取样代表性研究 取样代表性是矿浆取样的核心，要获取有代表 性的样品首先要研究矿浆在设备内流体的分布情 况，针对流场情况，设计相应的取样方案及装置。本 文以山东黄金矿业 莱州 有限公司精炼厂的大型气 收稿日期2 0 1 4 0 4 - 1 2 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 项目 2 0 1 1 A A 0 6 0 2 0 2 作者简介李传伟 1 9 8 1 一 ，男，山东潍坊人，硕士，工程师． 万方数据 2 0 1 4 年第1 0 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 3 力搅拌浸出槽为对象，对浸出槽的取样代表性进行 研究和论证。 1 ．1 浸出槽的结构及工作原理 气力搅拌浸出槽又称为帕丘卡 P a q i u c a 式浸 出槽，是应用压缩空气搅拌矿浆，浸出槽本身没有机 械运转系统‘“。图1 为内环流型气力浸出槽的矿浆 搅拌原理结构图，山东黄金矿业 莱州 有限公司精 炼厂应用了这种气力搅拌槽，不同之处是槽体有3 个循环筒结构，呈周向均布。 压缩空气士 矿 图1 气力浸出槽结构示意图 F i g ．1 S t r u c t u r ed i a g r a mo fp n e u m a t i c l e a c h i n gt a n k 工作原理如下压缩空气经过充气管引入，引入 的气体夹带矿浆沿循环筒上升，到达顶部的泡沫层 后，气液分离，矿浆经循环筒外的环问返回至槽底， 然后再被吸人循环筒向上，在槽内形成有规则的循 环流动，起到搅拌作用。矿浆从进矿口进入，随着矿 浆流下降到槽体底部，经过槽体内循环流动并进行 浸出反应，最后通过排矿口排出。 1 ．2 浸出槽流体力学模型研究 本文使用欧拉双流体模型针对浸出槽内气液两 相流场进行模拟。采用零方程模型描述气相湍流， 采用肛e 两方程模型描述液相湍流。气液相之间的 相间力考虑曳力和湍流分散力，分别使用I s h i i Z u b e r 模型和F a v r eA v e r a g e dD r a g 模型进行描述。 由于工业现场工况条件的复杂性，模型使用平均密 度l4 2 8 ．5 8k g ／m 3 、0 ．0 5P a S 的液相矿浆材料代 替槽内3 7 ／, m 以下颗粒。图2 是浸出槽内气液两 相流流场的模拟结果。 由图2 可以看出，槽内上升区由3 个循环桶内 区域组成，循环桶外部分形成下降区。从气相和液 a 气相流场矢量分布； b 液相流场矢量分布 c 液相流场流线分布 图2 浸出槽内气液两相流流场模拟结果 F i g ．2 S i m u l a t i o nr e s u l t so fg a s l i q u i d t w o - p h a s ef l o wi nl e a c h i n gt a n k 相流场矢量分布图上看，槽内上升区内的气相和液 相都拥有比较稳定的向上的速度矢量，并且速度较 快。而在下降区内，液相流场相对稳定，基本上以向 下的速度矢量为主；气相则形成相对杂乱的流场分 布，气泡会被卷入一些循环流场，并不会随液相到达 槽底部，并且气液两相在下降区内的速度较上升区 要小很多。由图2 c 可以看出，浸出槽内基本可以形 成液相在上升区和下降区之间的循环流场，但由于 槽体较大，下降区内的矿浆运动相对不规律一些。 另外槽底部流速很低，并且在此区域形成区域内的 小循环流场，在这样的情况下，槽底部可能会发生矿 物颗粒的沉降和聚集。 1 ．3参数在线检测数据验证 通过对浸出槽进行流体力学模拟，发现浸出槽 中循环筒内的稳定下降区内矿浆流场相对均匀、稳 定，适合进行取样。本文采取2 种工艺参数验证试 验对浸出槽内稳定下降区的矿浆均匀性进行验证。 传感器的安装位置如图3 所示，在浸出槽下降 区内的5r n 、7m 和9r n 处分别安装3 个压力传感 器和溶解氧探头，成1 2 0 。竖直插入安装。 1 ．3 ．1 槽内浓度分布验证 浓度测量利用测量矿浆内两点的压力之差实 现。设测量点1 的压力为P 。，测量点2 的压力为 P 。，则 P l p g h 1 P 2 一p g h 2 孽鼙氅潍瓣瓣黼㈣凇撼戳遴。， l 1 r f 勰 叭 柚 ∞ q 2 2 ● n ■■翳n吲圈●■■■■I● 万方数据 7 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 测量点1 测量点2 一 测量点3 ＼L _ ／ 图3 传感器安装位置图 F i g ．3 I n s t a l l a t i o nl o c a t i o no fs e n s o r P 2 一P l P 万i j 币 式中1 0 为矿浆密度，g 为重力加速度，h 。和h 为探头安装深度。 由于h 。和h 。是已知的，只要求出P 。和P 。就能 计算出测量点1 和测量点2 深度内的密度，并根据 下面的浓度计算公式求出矿浆的浓度D D 一骂卫二尝1 0 0 ％ p L y ～lJ 式中 ，为矿石密度。 在浸出槽正常工作的条件下，对3 个测量点的 浓度进行在线检测和记录。1 天内测量点1 、2 、3 的 平均浓度分别为3 1 ．6 8 ％、3 1 ．8 6 ％、3 1 ．7 4 ％。可以 看出，3 个测量点的浓度基本一致，证明3 个测量点 处矿浆是均匀的。 1 ．3 ．2 溶解氧分布验证 溶解氧检测选用B D O M - I 荧光法溶氧仪，电极 是基于特定物质对活性荧光的猝熄原理研制的。 在浸出槽正常工作的条件下，对3 个测量点的 溶解氧进行在线检测和记录，图4 为连续监测2 4h 的溶解氧曲线。可以看出3 个测点溶解氧变化趋势 一致，溶解氧值差别很小。3 个测点处溶解氧基本 一致，间接验证了矿浆的均匀性。 2自动取样装置研究 2 ．1 取样点的选择 取样点的选择需要分析流程设备内矿浆流体分 布和均匀性，选取代表性好的取样点及取样方式。 通过以上对莱州精炼厂浸出槽的流体力学模拟和参 数检测试验验证，该浸出槽的最佳取样点在浸出槽 排矿口一测5 ～9m 深的稳定下降区内，矿浆比较 f J ● E 蜊 逆 群 警 涟 图4 测点溶解氧曲线 F i g ．4 D i s s o l v e do x y g e nc u r v eo f m e a s u r i n gp o i n t 均匀、取样的代表性比较好。 2 ．2 取样装置的设计和研制 2 ．2 ．1 矿浆提升器的设计 浸出矿浆浓度高且存在腐蚀性、磨损性，对取样 输送设备要求高。本文先后采用气动隔膜泵、软管 泵进行了应用试验，均不理想。气动隔膜泵使用可 靠性低且无法提升高浓度矿浆，软管泵价格昂贵、使 用成本高。本文针对矿浆环境设计了一种矿浆气力 提升器，将矿浆从浸出槽中提起。 工作原理提升器插入到矿浆内部，高压风送入 提升器筒体，矿浆因充气的气泡密度减小，于是筒体 内矿浆压力小于外部的矿浆压力，在管内外压力差 的作用下，矿浆向上运动从顶部管路排出，起到矿浆 提升作用。通过改变通风压力和提升器插入深度可 以控制矿浆提升高度，通过改变通风量，可以控制矿 浆提升流量。 该设备制造简单、易于自动控制且无运动部件， 因此使用可靠性高，通过样机的试验情况看，完全满 足矿浆取样的要求。 2 ．2 ．2 自动过滤装置的设计 自动过滤装置是实现矿浆固液分离、得到适合 化学分析的澄清溶液。由于矿浆浓度大、黏度高，较 难过滤且过滤器件易被污染，自动过滤装置的难点 是保证过滤效果及实现过滤器件的自动清洗。本文 通过对过滤器件的效果进行对比试验，选定筒状折 叠式滤芯作为过滤器件，并通过试验确定滤芯精度 要求。根据过滤器件结构及取样要求，设计气冲洗 结构，通过高压空气实现对过滤器件的清洗。 图5 为自动过滤装置的样机，该装置完全实现 自动化控制，矿浆、滤液流路通断通过气动胶管阀自 动控制，冲洗气源通过电磁阀自动控制。 万方数据 2 0 1 4 年第1 0 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 5 图5 过滤取样器样机 F i g ．5 P r o t o t y p eo ff i l t e rs a m p l e r 2 ．3 自动取样装置工业试验 自动取样器样机研制完毕后，在莱州精炼厂的 浸出车间进行了工业试验，结果证明自动取样装置 的取样代表性和取样能力、效果均满足工艺要求。 2 ．3 ．1 取样代表性考察 对比自动取样与人工过滤取样样品的氰化钠浓 度，每天取l 组对比样，共连续取3 3 组，结果如图6 所示。 ， L ● 当 魁 避 舞 基 培 图6自动取样和人工取样对比曲线 F i g ．6 C o r r e l a t i o nc u r v eo fa u t o m a t i c s a m p l i n ga n dm a n u a ls a m p l i n g 从图6 可看出，自动取样装置的样品与人工取 样趋势一致，代表性良好，能够取代人工取样。 2 ．3 ．2 取样量和过滤效果考察 对过滤装置的取样流量进行跟踪考察，将每天 的取样流量取平均后进行统计，2 0 1 2 年1 2 月2 3 日 至2 9 日连续一周1 3 均取样流量分别为9 1 ．8 、9 0 ．8 、 7 9 ．0 、1 0 5 ．0 、1 1 4 ．4 、1 0 1 ．9 、9 4 ．0m L ／m i n 。 上述结果表明，运行一周后取样能力没有降低， 说明滤芯的自动清洗效果良好。通过3 个月的工业 应用情况看，滤芯只需要半个月进行一次人工清洗 即可。 另外还对过滤效果进行了考察，自动取样样品 的过滤效果良好，通过肉眼观测与实验室滤纸过滤 样品无差别，又利用手持式浊度仪检测2 种样品，浊 度值基本没有差别。 3结论 基于流体力学建模和工艺参数数据验证的方 法，论证了浸出槽设备取样代表性问题，完成了自动 取样装置的设计和样机研制。并通过工业试验证明 了取样装置的取样代表性、取样能力均满足溶液离 子浓度分析的需要，可以替代当前的人工取样方式， 并为下一步离子浓度在线检测奠定基础。 参考文献 [ 1 ] 韩龙，左焕莹．金浸出工艺中氰根浓度测量[ J ] ．矿冶， 2 0 0 0 。9 3 9 1 - 9 5 ． [ 2 3 邹国斌，高扬，鄂建新，等．电气自动化技术在黄金精炼 厂中的应用E J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 9 4 4 4 7 ． [ 3 ] 孙辉，徐宁．金冶炼工艺中过程离子浓度在线检测技术 分析[ c ] ／／2 0 1 1 中国有色金属行业仪表自动化学术会 议论文集，北京中国有色金属学会，2 0 1 1 2 3 2 4 ． r 4 ] 仓冰南，郭振宇，徐宁，等．现场总线技术在黄金精炼厂 中的应用[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 8 3 0 3 3 ． [ 5 ] 迟庆雷，赵建军，曾荣杰．B G P S 型矿浆管道取样器的研 制[ c ] ／／2 0 0 9 年全国复杂难处理矿石选矿技术学术会 议，太原中国矿业联合会选矿委员会，2 0 0 9 3 9 3 3 9 9 ． [ 6 ] 柳杨，王成彦．矿浆电解的自动控制[ J ] ．有色金属 冶炼 部分 ，2 0 1 3 1 2 5 6 6 0 ． [ 7 7 杨振兴，孙中健．空气搅拌氰化浸出槽的应用实践[ J ] ． 黄金，2 0 0 3 ，2 3 9 3 3 3 7 ． 万方数据