Консультацию можно получить здесь

Сравнительный анализ приборов для определения грансостава пульпы

Введение

Обогащение полезных ископаемых — это совокупность технологических процессов переработки ископаемого сырья с целью выделения одного или нескольких промышленно-ценных продуктов, имеющих повышенное содержание полезных минералов. Любое обогатительное производство включает в себя контроль состояния продукта на разных технологических стадиях. Чем более точен и оперативен данный контроль, тем более эффективно само производство. При этом эффективность процесса обогащения достигается поддержанием сочетания максимальной производительности технологических процессов и заданного гранулометрического состава измельченной руды, обеспечивающего эффективность извлечения ценных минералов [1, 2].

Приборы контроля крупности (гранулометры) пульповых продуктов

Седиментационный метод анализа крупности

Установка автоматического определения грансостава и плотности пульповых продуктов гранулометр-плотномер Гран-П (ООО «Уралавтоматика Инжиниринг») предназначен для измерения массовых долей содержания твердых частиц заданного класса крупности и плотности в продуктах измельчения. В основу метода измерения заложен принцип седиментационного анализа (ГОСТ 24598-81). Установка определяет вес всей пробы и вес минусового класса крупности. Отношение этих весов и определяет содержание контролируемого класса, что аналогично методике ситового анализа [3,4]. Внешний вид гранулометра Грант-П и основные характеристики приведены на рис.1.

Основные технические характеристики гранулометра-плотномера Гран-П

Диапазон измеряемых классов крупности, мм	от 0,03 до 0,4
Погрешность измерения грансостава, % (абс.)	±2
Диапазон измерения плотности, кг/л	от 1,00 до 1,8
Погрешность измерения плотности, % (отн.)	±1,5
Минимальное время цикла измерения, с	от 150 до 180
Диапазон рабочих температур, °C	от 0 до +50
Давление в сети сжатого воздуха, не менее, МПа	0,45
Давление в сети водопровода, не менее, МПа	0,10
Габаритные размеры, мм
(осадительная труба и пробоприемная камера)	300х300х2600
Шкафа управления	500х500х210

Для каждого типа руд производится индивидуальная градуировка на предприятии заказчика. При переработке нескольких типов руд в программу вводится соответствующий параметр, который может быть изменен со шкафа управления. Для заполнения осадительной трубы используется техническая вода, а для продувки сжатый воздух. Проба пульпы отбирается и загружается в осадительную трубу вакуумным пробоотборником.

Метод лазерной дифракции

Примером использования данного метода анализа является анализатор PSI 500i компании Metso Outotec (Финляндия), в котором измерение размеров частиц производится методом лазерной дифракции в режиме реального времени. Существенное преимущество этого метода заключается в том, что обеспечивается надежность анализа распределения частиц по объему без необходимости внешней калибровки, при этом отсутствует реакция на захваченный воздух в пробах [5,6]. Внешний вид анализатора PSI 500i (с трактом пробоотбора) приведен рис. 2.

Основные технические характеристики гранулометра PSI 500i

Линии пробоотбора	1-3
Расход потока первичной пробы, л/мин	50-120
Диапазон размеров (оптимизация по оптическому фокусному расстоянию), мкм	0,5–1000
Точность, % (абс.)	1-2
Интервал измерений, мин (на каждую линию)	3
Расход воды, л/мин	10 макс. 30 (для 10 с)
Температура воды прошедшая через фильтр, не более, °C	40
Сжатый воздух КИП: без включений масла, давление, кПа	500-1000
Расход воздуха, л/мин	7 норм
Вес анализатора, кг	до 300
Бак с водой для разбавления (пустой/полный), кг	165/1365

Метод лазерной дифракции позволяет на основании применяемой модели светорассеяния получить информацию о распределении частиц по размеру путем измерения интенсивности светорассеяния и определения ее зависимости от угла рассеяния, длины волны и поляризации света. Оптическая измерительная головка разработана и изготавливается компанией Malvern Instruments совместно с Metso Outotec на базе проверенных технологий, являющихся отраслевым стандартом для многих лабораторий. Представляет интерес также анализатор PSI 300i также компании Metso Outotec, в котором измерение производится прямым методом непосредственного измерения размера частиц. Оба анализатора компании Metso Outotec работают по следующему алгоритму: первичный пробоотбор, обеспечивающий стабильность и представительность отобранной пробы; вторичный пробоотбор, обеспечивающий удаление из пробы частиц слишком большого размера и пузырьков воздуха, а также понижение скорость потока первичной пробы до постоянной скорости 10–20 л/мин, с которой поток поступает к измерительным головкам; собственно процедура измерения и формирование показания гранулометрического состава для каждого измеряемого потока.

Метод ультразвукового просвечивания

Метод ультразвукового просвечивания используется в поточном ультразвуковом гранулометре DF-PSM компании DFMC (Китай), в котором измерение размеров частиц пульпы основано на принципе затухания ультразвука, проходящего сквозь пульпу. Данный прибор может точно провести анализ размеров частиц в реальном времени в условиях распределения размера частиц от 25 мкм до 295 мкм по стандарту Р80 [7,8]. Внешний вид поточного ультразвукового гранулометра DF-PSM приведен на рис. 3.

Основные технические характеристики гранулометра DF-PSM

Диапазон измерения Не более 1 (от 25 мкм до 295 мкм размера частиц, мм	по стандарту Р80)
Диапазон измерения концентрации веса пульпы, %	4-60
Погрешность измерения размера частиц, % (абс.)	~1.5
Погрешность измерения концетрации частиц, %	~2
Число потоков пробы	1-3
Показания	Текущее значение, графический тренд параметра
Электропитание	380 VAC; 50/60 Гц; 3 фразы; 5кВт
Расход промышленной воды, м?/ч	2,5-3,0 (давление 350-550 кПа)
Скорость чистого воздуха, м?/ч	0,1-0,15 (давление 550-700 кПа)

Прибор DF-PSM может измерять несколько гранулометрических фракций и концентрации, является онлайновым прибором условно непрерывного измерения размеров частиц в потоке пульпы и применяются в технологии измельчения и обогащения цветного и черного металла, в областях горнодобычи железа, магнитного железа, золота, меди, молибдена, боксита, свинцово-цинковой руды и т.д.. Все перечисленные выше методы измерения размеров частиц пульпы (седиментационный, лазерной дифракции, ультразвуковой) не учитывают форму частиц, требуют реализации отбора проб из потока и дополнительной трудоемкой пробоподготовки, что реально увеличивает время получения результата до 10-15 минут и, в силу этого не позволяют широко использовать их для непрерывного автоматического контроля грансостава на реальных технологических процессах [9]. К тому же все рассмотренные установки имеют большие размеры, вес и требуют подготовленной рабочей площадки с подводом технической воды и сжатого воздуха, а также трудозатратны в производстве и, соответственно, имеют высокую стоимость

Контактный метод измерения крупности частиц

При щуповом (контактном) методе, т.е. физическом ощупывании частиц датчик крупности производит измерение линейных размеров частиц в потоке пульпы путем захвата частиц между пятой и подпятником и преобразование измеренных размеров в электрические сигналы – напряжение переменного тока. Примером приборов, основанных на использовании контактного метода измерения размеров частиц в пульповом потоке, являются гранулометр ПИК-074П, разработки АО «СоюзЦМА» и и гранулометр DF-PSI китайской компании DFMC». Анализатор размера частиц DF-PSI — это интеллектуальный, полностью автоматический промышленный онлайн-прибор для определения размера частиц в реальном времени, который можно установить непосредственно на трубопроводе транспортировки пульпы в процессе обогащения. Он напрямую определяет диаметр частиц и выполняет статистический анализ результатов обнаружения реальном, текущем масштабе времени. Прибор прост в установке и обслуживании. Внешний вид гранулометра DF-PSM и технические параметры приведен на рис. 4.

Основные технические характеристики гранулометра DF-PSI

Число измеряемых потоков	1
Диапазон размеров частиц, мкм	20-1000
Абсолютная погрешность, %	1-(2)
Диапазон измерения фракций:
гранулометрическая характеристика, мкм	75-850 45-75 25-45
диапазон, %	20-80 30-70 70-95

В сочетании с автоматической системой управления для переработки минералов реализуется автоматический контроль размера частиц в процессе измельчения. Онлайн-анализатор размера частиц DF-PSI может применяться для определения размера частиц в процессе измельчения во многих отраслях промышленности, таких как добыча черных и цветных металлов и других промышленных минералов.

Автоматический потоковый гранулометр ПИК-074П

Автоматический потоковый гранулометр ПИК-074П предназначен для непрерывного автоматического контроля гранулометрического состава пульпообразных продуктов процессов измельчения и классификации, транспортируемых по трубопроводам (желобам) в пульподелителях и емкостях, без отбора проб, непосредственно в потоке и обеспечивает непрерывное определение и отображение на дисплее величины процентного содержания контрольных классов крупности частиц в пульпе, выдачу стандартного токового сигнала на регулирующие устройства и передачу данных по каналам связи. Принцип работы гранулометра ПИК-074П основан на ежесекундном измерении линейных размеров крупных частиц в потоке пульпы методом ощупывания и расчете процентного класса крупности частиц по заданному алгоритму. Внешний вид шкафа управления гранулометра ПИК-074П с микропроцессорным преобразователем МИП-3 и основные его характеристики приведены на рис. 5.

Основные технические характеристики гранулометра ПИК-074П

Диапазон измеряемых частиц, мм	0,028-1,5
Число контролируемых классов	До 2
Среднеквадратичная погрешность, %	Не более 2
Габаритные размеры, мм:
Шкаф с МИП	500х400х210
датчик крупности ДКП-05	372х300х200
Масса, кг:
Шкаф с МИП	Не более 17
датчик крупности ДКП-05	Не более 12

Гранулометр состоит из: датчика крупности ДКП-05 (рис. 6), который обеспечивает измерение линейных размеров частиц и устанавливается непосредственно в потоке пульпы (в трубопроводе, желобах, распределительных коробках, и т. п.); шкафа управления с микропроцессорным преобразователем МИП-3, обеспечивающего расчет заданных классов крупности и непрерывное отображение на цифровом дисплее величины процентного содержания контрольных классов крупности частиц в пульпе, а также передачу результатов измерений по каналам связи на верхний уровень АСУ ТП объекта. Внешний вид датчика крупности ДКП-05 и его конструкция приведены на рис. 6.

Принцип действия гранулометра заключается в следующем – датчик крупности гранулометра устанавливается в поток пульпы так, чтобы пята и подпятник всегда были в потоке пульпы. Измерительный шток датчика крупности совершает возвратно-поступательные движения вверх-вниз с частотой 60 раз/сек. Когда измерительный шток опускается на подпятник, он захватывает наиболее крупную частицу, движущуюся между пятой и подпятником. С помощью индуктивного преобразователя измеряется размер частицы и эти данные передаются в измерительный микропроцессорный преобразователь МИП-3. Далее в МИП-3 эти данные усредняются и вычисляется значение процентного содержание заданного класса крупности в пульпе. Для того чтобы значение вычисленного класса крупности соответствовало истинному требуется калибровка гранулометра. Калибровка осуществляется по данным ситового анализа. Одновременно берутся 20 проб ситового анализа и записываются показания гранулометра. Далее эти данные вводятся в специальную программу, высчитываются калибровочные коэффициенты, которые вносятся в МИП-3. После введения данных коэффициентов показания гранулометра соответствуют проценту готового класса крупности на который он был откалиброван.

Сравнение гранулометров ПИК-074П (АО «СоюзЦМА») и DF-PSI (DFMC, Китай)

Основным аналогом конкурентов гранулометра ПИК-074П следует считать гранулометр китайской фирмы DFMC DF-PSI (рис.4), который является, по сути, полной копией ПИК-074 с адаптацией под определенное производство и с последующей модернизацией. Сравнивая данные гранулометры, стоит отметить, что они оба являются поточными, т.е. устанавливаемыми непосредственно в контролируемую среду. По ключевым характеристикам ПИК-074П превосходит DF-PSI в следующем:

для точного измерения размера частиц плоскости измерительной пяты и подпятника датчика крупности должны быть параллельны. Для этого специалистами АО «СоюзЦМА» была разработана конструкция плавающего шарообразного закрепления подпятника, обеспечивающая в процессе сборки датчика параллельность пяте измерительного штока независимо от возможных отклонений конструкции. У китайского гранулометра данный элемент строго зафиксирован и не обеспечивает необходимое требование по параллельности плоскостей пяты и подпятника.

Установка контроля крупности с циркуляцией отобранной пробы ПИК-074П ДК

Для решения некоторых специфических задач контроля крупности была разработана установка ПИК-074П ДК (рис. 7), являющаяся по сути поточным гранулометром ПИК-074П, установленным в систему с циркуляцией отобранной пробы. Данное решение позволяет использовать гранулометр в условиях, когда невозможна установка непосредственно на пульпотрассу, например, когда давление в пульпотрассе превышает максимально допустимое для корректной работы гранулометра. Установку выгодно отличает невысокие требования к пробоподготовке: требуется относительно небольшое количество отобранной пробы, проба не требует разбавления (хотя такая возможность присутствует в автоматическом режиме). После цикла измерения предусмотрена система автоматической промывки, исключающая засорение измеряемой пробы остатками предыдущей и значительно упрощающей обслуживание и подготовку установки к измерению.

Принцип работы и конструкция установки ПИК-074П ДК

Установка состоит из: устройства перевода потока поступающей пробы, накопительной емкости, насоса, двух датчиков ДКП-05, пережимного клапана. После получения сигнала о начале отбора пробы, устройство перевода потока переводит входной рукав в положение наполнения накопительного бака. Далее включается насос, который заданное время прокачивает отобранную пробу через датчики крупности ДКП-05. Сигналы с датчиков ДКП-05 поступают в шкафы управления БОИ-6, где контроллерами БОИ-6 вычисляются значения требуемых классов крупности и выдаются по стандартным интерфейсам 4-20 мА. Сигналы от шкафов БОИ-6 поступают в шкаф управления и из него передаются на верхний уровень АСУ ТП объекта (контроллер ШУ фильтрует провалы выходов когда проба не анализируется). Далее открывается пережимной клапан, проба сливается в дренаж и включается промывка бака и датчиков крупности. Часть пробы может быть отобрана делителем пробы для проведения ситового анализа при проведении поверочной калибровки прибора.

Заключение.

Проведенный сравнительный анализ приборов для определения грансостава пульпы позволяет сделать следующие выводы: 1. Методы лазерной дифракции и ультразвукового просвечивания, обладая массой достоинств рассмотренных выше, тем не менее, обладают теми же недостатками, а именно: необходимостью реализации пробоотбора и пробоподготовки, следовательно, увеличением времени на проведение анализа. Кроме того, установки для проведения анализа по указанным методам, имеют большие габариты, вес, требуют подготовки рабочей зоны и, в силу этого, используются в АСУ ТП объектов как средства формирования информационных массивов долговременного мониторинга, используемого для корректировки алгоритмов управления технологическим процессом. 2. Контактный метод (метод ощупывания частиц в пульпе) является, по сути, прямым методом оценки гранулометрического состава пульпы с выделением процентного содержания контрольного класса крупности и обладает следующими преимуществами: