3.3 Контроль и управление ионным составом пульпы

Ионный состав флотационной пульпы во многом определяет эффективность процесса флотации в результате обеспечения оптимальных условий селекции минералов. Отклонение ионного состава пульпы от определенных значений ухудшает выходные показатели процесса, приводит к перерасходу реагентов. Поэтому для оперативного управления процессом флотации необходим контроль остаточной концентрации реагентов, концентрации водородных, сульфидных ионов и т.д.

На обогатительных фабриках для автоматического контроля ионного состава пульпы применяют потенциометрические (ионов водорода, серы, меди цинка и т.д.) и кондуктометрические (концентрация свободного СаО, реагентов, подаваемых в процесс). Для контроля концентрации ксантогената можно использовать спектрофотометрический метод, который, однако, обладает большой инерционностью, и для оперативного контроля ионов ксантогената лучше использовать аргентитовые электроды.

Основной областью применения потенциометрического метода на обогатительных фабриках является контроль активной концентрации ионов водорода в пульпе, имеющей важное значение для технологического процесса флотации. Мерой активной концентрации ионов водорода служит величина pH: pH=-lgH⁺ (чистая вода имеет pH=7, кислая среда - pH<7, щелочная среда - pH>7).

Для контроля pH пульпы служат измерительные ячейки, включающие измерительный (стеклянный) и сравнительный (вспомогательный) электроды. В настоящее время выпускаются комбинированные датчики pH, в которых конструктивно измерительный и сравнительный электроды, а также термодатчик размещены в одном корпусе. Эти датчики более компактны и проще в обслуживании по сравнению с электродной парой.

Системы контроля pH пульпы включают следующие элементы:

- pH-ячейку с термодатчиком;

- держатель, посредством которого осуществляется монтаж pH датчиков в технологическом аппарате;

- преобразователь, который преобразует сигнал pH датчика в стандартный аналоговый (4-20 мА постоянного тока) или цифровой.

- система отчистки для удаления различных загрязнений со стеклянного электрода.

Структура системы контроля pH изображена на рис. 3.7.

Рисунок 3.7 Структура системы контроля рН-пульпы.

На отечественных обогатительных фабриках эксплуатируются системы контроля pH пульпы в составе арматурных датчиков ДПг-4М, ДМ-5М, включающих измерительный и вспомогательный электроды и держатель, и промышленный преобразователь типа П-216.3.

Датчики могут быть по исполнению проточного и погружного типа.

Преобразователь П-216.3 используется в составе анализаторов, предназначенных для непрерывных потенциометрических измерений активности ионов водорода (pH), а также в системах автоматического контроля и регулирования технологических процессов различных отраслей народного хозяйства.

Преобразователь П-216.3 рассчитан на работу с любыми серийно выпускаемыми чувствительными элементами, например БГ-1, ДПг-4М, ДМ-5М и др.

Он может измерять pH в диапазоне -20^о до +20^о при температуре пульпы -20^о до 150^о, имеет выходные сигналы 0-5 мА (R_н<2 кОм) и 4-20 мА (R_н<500 Ом) аналоговый и цифровой (RS-232С), графический дисплей и основную погрешность по показаниям дисплея ± 0,02 pH.

Для контроля концентрации водородных ионов и окислительно-восстановительного потенциала в пульпах может использоваться микропроцессорный преобразователь Liquisys CPM221, который работает в комплекте с комбинированными электродами типа Orbisint CPS 11/12/13 со встроенными термочувствительными элементами Pt100 и монтируются либо на щите, либо по месту. Он имеет дисплей, на который выводятся текущие значения pH-пульпы и ее температура. Выходной токовый сигнал 4-20 мА постоянного тока позволяет использовать преобразователь в системах автоматического регулирования щелочности пульпы. Для осуществления непрерывного контроля, регулирования и мониторинга уровня pH процессов флотации можно такие использовать микропроцессорные преобразователи РH2005, РН202Ст, РН402Ст, которые работают в комплекте с комбинированными датчиками рН общего назначения РН8EFP и PH8ERP.

Эти преобразователи имеют в качестве индикатора жидкокристаллический дисплей и выходной аналоговый сигнал 4-20мА постоянного тока. Выходной сигнал выносится на самописец в РН2005, на компьютер через стандартный интерфейс RS485 в РН402Ст и через HART интерфейс в РН202Ст. Кроме того, стандартный токовый сигнал позволяет использовать эти приборы в системе управления технологическим процессом.

На дисплеях преобразователей отображаются значения рН, температуры, выходного сигнала (мА) и другие характеристики, а также интерактивные сообщения.

Диапазон измерения рН - -2…16рН, при температуре -30…140^о.

Контроль и регулирование концентраций реагентов в пульпе является практически единственным путем создания надежных и эффективных систем автоматического поддержания оптимального реагентного режима и получения максимально возможных показателей флотации при минимальном расходе реагентов.

Оптимизация по остаточной концентрации реагентов позволяет учитывать изменение поглотительной или сорбционной емкости минеральной поверхности всех компонентов измельченной руды по отношению к расходу реагентов. Она позволяет учитывать изменение минералогического состава руды, содержания металлов, гранулометрического состава, количества переработки и плотности пульпы, влияния режима предыдущего цикла флотации, взаимосвязь оптимальных концентраций отдельных реагентов и т.д.

В основе управления по остаточной концентрации лежат количественные физико-химические модели (3.1); а не статистические, которые не учитывают изменение поглотительной способности минеральной поверхности измельченной руды. Коэффициенты математических уравнений регрессии «плывут» во времени, вследствие чего статические модели неустойчивы и малонадежны.

lg(Kx)+apH+b (3.1)

где [Kx], pH, [Cu⁺⁺], [Zu⁺⁺], [CN] – концентрации ионов ксантогената, водорода, меди. Цинка и цианидов в пульпе: a, b, c, d, K – коэффициенты, определяемых реагентным режимом и видом депрессируемых минералов.

Метод ионометрии позволяет быстро находить оптимальные режимы при любом изменении параметров технологического процесса.

Важнейшим элементом системы контроля остаточной концентрации является датчик ионного состава пульпы. На работоспособность датчиков, устанавливаемых непосредственно в потоках пульпы, кроме их зарастания, оказывает влияние плотность, скорость и аэрация потоков, вибрация, электромагнитные наводки, посторонние включения в пульпе (щепа, пленка и т.п.), загрязненность мест установки приборов и др. Автоматическая очистка измерительных электродов снимает только часть проблем и следовательно малоэффективна. Поэтому такие системы трудоемки в эксплуатации и ненадежны, а при большом количестве точек контроля становятся неработоспособными.

При контроле остаточной концентрации в фильтрах пульпы, оптираемых с помощью фильтрующих установок и транспортируемых к измерительным приборам, установленным в специальном помещении или шкафу, все выше перечисленные проблемы устраняются практически полностью.

Основное требование к фильтру – образующийся на его поверхности слой твердых частиц должен быть минимальным и не искажать ионного состава фильтрата. Минимальный срок между заменами фильтрующей поверхности фильтра должен превосходить безотказный срок измерительного электрода, установленного в пульпе в заданной точке контроля.

Автоматическая система контроля остаточной концентрации, показанная на рисунке 3.8 содержит: фильтр с накопителем фильтрата; пластиковые трубки Ø 8×1 для отбора и транспорта фильтрата; узел эжекции для создания вакуума, содержащий два электромагнитных клапана и эжектор; камеру приема фильтрата; измерительные ячейки; датчики ионного состава фильтрата; шкаф управления и АРМ.

Система работает следующим образом. Открываются оба электромагнитных клапана, и эжектор создает разрежение в системе отбора фильтрата. Фильтрат с фильтра поступает в накопитель. Продолжительность отбора задается программой управления. После окончания отбора закрывается клапан, расположенный на выходе эжектора.

Сжатый воздух от открытого первого клапана через эжектор по линии отсоса поступает в накопитель. Примерно половина отобранного раствора вытесняется в фильтр для регенерации его поверхности. Другая половина транспортируется в камеру приема, откуда самотеком поступает в проточные измерительные ячейки. Объем транспортируемого раствора многократно превосходит объем ячеек, поэтому они надежно промываются от остатков предыдущего раствора. Надежно также регенерируется поверхность фильтра, на которой твердые частицы не накапливаются.

Реле давления используется для автоматической диагностики состояния системы отбора и транспорта фильтрата. По его данным формируются сигналы:

1) «Норма»; 2) «Мало»; 3) «Нет пробы»; 4) «Сменить фильтр».

Контрольные вопросы к главе 3

1. Какие виды флотационных реагентов Вы знаете?

2. По каким параметрам можно дозировать флотореагенты?

3. Назовите замкнутые и разомкнутые системы автоматического регулирования расхода реагентов?

4. Что входит в состав автоматизированной системы управления дозированием реагентов?

5. Для чего используется установка УРИП-6?

6. Какие питатели реагентов Вы знаете?

7. Что является сигналом управления питателей?

8. В каких режимах могут работать питатели реагентов?

9. Поясните принцип работы дозаторов малых, средних и больших расходов?

10. Что такое рН-пульпы?

11. Что входит в состав современных рН-метров?