СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СОСТАВА ПУЛЬПЫ В ОПЕРАЦИЯХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ФЛОТАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК G01N15/02 

Известен способ автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации, включающий отбор пробы твердой фазы пульпы, транспортирование пробы твердой фазы пульпы к анализатору состава, рентгенофлюоресцентный анализ элементного состава пробы твердой фазы пульпы и устройство для осуществления способа, включающее установленное в потоке пульпы пробоотборное приспособление, насосный узел, транспортирующее приспособление, рентгенофлюоресцентный анализатор. Недостатком способа и устройства является значительное количество ручных операций и весьма значительная продолжительность анализа (не менее 30 мин), что делает невозможным использование этой системы для автоматизированного управления процессами обогащения.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации, включающий отбор пробы твердой фазы пульпы, транспортирование пробы твердой фазы пульпы к анализатору состава, рентгенофлюоресцентный анализ элементного состава пробы твердой фазы пульпы, возврат пробы в операции измельчения и флотации, и устройство для осуществления способа, включающее установленное в потоке пульпы пробоотборное приспособление, насосный узел, транспортирующее приспособление, рентгенофлюоресцентный анализатор, приспособление для возврата пробы в поток пульпы, блок управления. Данный способ и устройство позволяют более оперативно проводить анализ твердой фазы пульпы (дискретность 15-20 мин) и могут использоваться для автоматизированного управления. Недостатком данного способа и устройства является невысокая точность анализа, обусловленная разубоживанием пробы при ее транспортировании невозможностью поддержания постоянной плотности пульпы в зоне анализа, а также и значительная продолжительность простоя и трудоемкость при техническом обслуживании узла прободоставки.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении точности измерений за счет обеспечения лучшей представительности пробы и стабильности ее свойств, а также в снижении продолжительности анализа за счет ускорения процессов доставки и подготовки пробы к анализу. Согласно дополнительным пунктам изобретения достигается расширение функциональных возможностей анализатора.

Технический результат достигается тем, что в способе автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации, включающем отбор пробы твердой фазы пульпы, транспортирование пробы твердой фазы пульпы к анализатору состава, рентгенофлюоресцентный анализ элементного состава пробы твердой фазы пульпы, возврат пробы в операции измельчения и флотации осуществляют подсушиванием пробы до заданной влажности, отбор пробы твердой фазы пульпы и подсушивание пробы осуществляется на фильтрующей поверхности под воздействием перепада давления, создаваемого путем подведения вакуума, транспортирование пробы твердой фазы пульпы осуществляется путем механического перемещения фильтрующей поверхности с осажденной на ней пробой твердой фазы к анализатору состава, а рентгенофлюоресцентный анализ элементного состава пробы твердой фазы пульпы производится после достижения пробой стабильной влажности.

Кроме того, технический результат достигается тем, что согласно дополнительному пункту изобретения в способе осуществляется анализ минерального состава пробы, причем анализ минерального состава производится методом визиометрического анализа цветовых характеристик пробы после операции подсушивания пробы при проведении операций отбора пробы, а также осуществляется сбор жидкой фазы пульпы и анализ ионного состава.

Кроме того, технический результат достигается тем, что согласно дополнительному пункту изобретения в способе при проведении операций отбора пробы осуществляется сбор жидкой фазы пульпы и анализ ионного состава.

Кроме того, технический результат достигается тем, что согласно дополнительному пункту изобретения в заявленном устройстве для осуществления способа приспособление для отбора пробы выполнено в виде полой емкости со стенкой, в виде перфорированной фильтрующей поверхности, внутренняя полость емкости приспособления для отбора пробы сообщается с насосным узлом, выполненным в виде комбинированного вакуумно-нагнетательного насоса с ресивером и золотником; при этом транспортирующее приспособление выполнено в виде пневмо- или сервопривода и полого штока, обеспечивающих возвратно-поступательное движение пробоотборного приспособления и сообщение полости приспособления для отбора пробы с вакуумно-нагнетательным насосом через ресивер и золотник.

Кроме того, технический результат достигается тем, что согласно дополнительному пункту изобретения устройство оснащено визиометрическим анализатором цветовых характеристик пробы и потенциометрическим датчиком рН жидкой фазы пульпы.

Принципиальная схема устройства для осуществления способа представлена на фиг. 1.

Устройство для осуществления способа автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации включает установленное в потоке пульпы, формируемом, например, при помощи бака 1 и мешалки 2 с приводом 3, пробоотборное приспособление 4, выполненное в виде полой емкости со стенкой, в виде перфорированной фильтрующей поверхности 5 и штока 6. Шток 6 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения относительно измерительной ячейки 7, обеспечиваемым цилиндром 8 и приводом блок-цилиндра 9. Блок-цилиндр оснащен следящим датчиком положения 10. Внутренняя полость пробоотборного приспособления 4 сообщается через шток 6 и через гибкий шланг 11 с золотниковым краном 12, оснащенным приводом 13, и далее с вакуумно-нагнетательным насосом 14. На всасывающем патрубке насоса 14 установлен обезвоживающий ресивер 15.

На измерительной ячейке 7 установлен рентгенофлюоресцентный анализатор 16, связанный с общим блоком управления 17. С блоком управления 17 связаны также привод блок-цилиндра 9, следящий датчик положения 10 и привод золотникового крана 13.

Согласно дополнительному пункту изобретения устройство содержит дополнительные элементы: установленный на измерительной ячейке 7 визиометрический анализатор 18 и установленный на сливе ресивера 15 потенциометрический анализатор 19. Визиометрический анализатор 18 и потенциометрический анализатор 19 связаны с общим блоком управления 17.

Более подробно пример выполнения погружной части пробоотборного приспособления 4 поясняется на фигуре 2.

Погружная часть пробоотборного приспособления (поз. 4 на фиг. 1) состоит из корпуса 20, закрепленного на корпусе 20 прижима 21; размещенными между корпусом 20 и прижимом 21 сетчатого основания 22 и фильтроткани 23, выполняющих функции фильтрующей перегородки (поз. 5 на фиг. 1). Корпус 20 присоединен через воздушный патрубок 24 к полому штоку 25 (поз. 6 на фиг. 1). Соединения основных узлов оснащены герметичными прокладками 26.

Последовательность операций отбора подготовки и анализа пробы согласно заявленному способу способа поясняется графиком на фигуре 3.

Способ представляет собой последовательное выполнение операций набора пробы, сушки пробы, анализа пробы и возврата пробы в анализируемый поток в циклическом режиме. Способ включает операцию подсушивания пробы до заданной влажности на фильтрующей поверхности под воздействием перепада давления, создаваемого путем подведения вакуума, не применяемую ни в одном из известных способов. Именно использование данной операции обеспечивает максимальную стабильность влажности пробы (отклонение не более 0,1%), что обеспечивает высокую точность рентгенофлюоресцентного анализа. Способ предполагает отбор пробы твердой фазы пульпы под воздействием перепада давления, создаваемого путем подведения вакуума. Этот прием также не использовался по назначению отбора представительной пробы. Характерно, что применение данного приема делает возможным анализ не только пульпы, но и пенных продуктов, что существенно расширяет область его применения. Заявленный прием обеспечивает существенное увеличение точности анализа вследствие формирования ровной и однородной поверхности анализируемой пробы и отсутствия различных стекол, применяемых в прототипе.

Осуществление транспортирования пробы твердой фазы пульпы путем механического перемещения фильтрующей поверхности с осажденной на ней пробой твердой фазы к анализатору состава сокращает общее время анализа на 10-15 мин по сравнению прототипом, что расширяет возможности применения анализаторов для управления динамичными технологическими процессами.

Анализ минерального состава пробы, осуществляемый согласно дополнительному пункту изобретения методом визиометрического анализа цветовых характеристик пробы после операции подсушивания пробы, становится возможным исключительно при реализации остальных операций способа и не реализуется в прототипе, поскольку предполагает наличие подсушенной пробы. Расширению функциональных возможностей служит и операция отбора и анализ ионного состава пробы жидкой фазы пульпы, также не реализуемая в прототипе из-за операции разбавления исходной пробы.

Осуществление способа согласно изобретению поясняется на примере работы заявляемого устройства.

Отбор пробы твердой фазы пульпы осуществляется из пота пульпы в емкости 1. Для усреднения состава и свойств пульпы по всему объему служит мешалка 2, приводимая во вращение приводом 3. Для отбора пробы в поток погружается фильтрующий блок 4. Отбор пробы осуществляется путем осаждения твердой фазы на фильтрующей перегородке 5. Осаждение пробы осуществляется в режиме фильтрации, обеспечиваемом путем создания перепада давлений с наружной и внутренней стороны фильтрующей перегородки 5.

Перепад давления осуществляется путем откачивания фильтрата из фильтрующего блока через полый шток 6. После набора пробы осуществляется механическое перемещение фильтрующего блока 4 вовнутрь измерительной ячейки 7. Перемещение фильтрующего блока 4 осуществляется путем возвратно-поступательного движения полого штока 6, осуществляемого цилиндром 8 с приводом 9. Привод цилиндра может быть выполнен в виде электродвигателя (сервопривод) или источника сжатого воздуха. Фиксация положения фильтрующего блока 5 и штока 6 осуществляется следящим датчиком 10.

Откачивание фильтрата из фильтрующего блока 5 осуществляется через гибкий шланг 11 и золотниковый кран 12 с приводом 13 посредством разряжения, создаваемого вакуум-нагнетательным насосом 14. Транспортируемый фильтрат собирается в специальном ресивере 15, предотвращающем попадание жидкости в насос 14.

При выходе фильтрующего блока 4 из пульпы продолжается поддержание перепада давления на фильтрующей перегородке 5. Теперь через пробу происходит прокачивание воздуха, обеспечивающего подсушивание пробы. После достижения требуемой стабильной степени просушивания пробы при помощи рентгенофлюоресцентного анализатора 16 производится измерение массовых долей элементов по методике, реализуемой в используемом анализаторе. Результаты измерений передаются в блок управления 17 и далее в системы автоматизированного управления (на рисунке не показаны).

После проведения измерений в результате работы цилиндра 8 осуществляется перемещение фильтрующего блока 4 вниз с погружением в анализируемый поток. После этого по сигналу от блока управления 17 производится переключения режима работы золотникового крана и сообщение внутренней полости фильтрующего блока 4 с нагнетающим выходом насоса 14. За счет этого на фильтрующей перегородке 5 создается обратный перепад давления (с преобладанием давления с внутренней стороны), приводящий к удалению накопленного осадка с внешней стороны фильтрующей перегородки 5 в поток пульпы. После этого рабочий цикл работы анализатора завершен и вновь начинается стадия набора пробы следующего цикла.

При наличии отличий в цветовых характеристиках разделяемых минералов целесообразно осуществлять визиометрический анализ пробы. Для этого в цикле предусматривается операция перемещения фильтрующего блока 4 в область работы визиометрического анализатора 18 и непосредственно операция визиометрического анализа. Последовательный режим работы рентгенофлюоресцентного анализатора 16 визиометрического анализатора 18 обеспечивается общим блоком управления 17. При наличии необходимости проводится анализ ионного состава выходящего из ресивера 15 потока фильтрата, осуществляемый при помощи потенциометрического анализатора 19. Выходной сигнал анализатора 19 также поступает в блок управления 17.

Разработанная система была апробирована на обогатительной фабрике ГОКа «Эрдэнэт» для оперативного анализа состава твердой фазы питания в операции флотации. Основные технические характеристики системы представлены в табл. 1.

Таблица 1
Основные технические характеристики системы Характеристика Значение Примечание Метод анализа твердой фазы Рентгенофлюоресцентный анализ Волнодисперсионный детектор Метод отбора твердой фазы Вакуумная фильтрация непосредственно их рабочей зоны Аналог вакуум-фильтра Метод регенерации фильтрующей поверхности Отдувка Аналог вакуум-фильтра Привод рабочего органа Серводвигатель С датчиками положения Продолжительность анализа 5-8 мин Регенерация фильтра, набор пробы - 3-4 мин;
Сушка пробы 1-2 мин;
Анализ - 1-2 мин Продолжительность работы без обслуживания 10-15 сут При частоте опробований 10 мин^-1 Продолжительность обслуживания 10-15 мин Погрешность анализа 4,5% отн. Приборная погрешность - 0,5%,
Погрешность пробоотбора - 4%

Основные эксплуатационные характеристики, представленные в табл. 2, показывают, что заявленный способ и устройство для его осуществления позволяют в 2,5 раза сократить время анализа, в 10 раз сократить продолжительность простоя при проведении профилактических работ и на 1,5 абс. % уменьшить погрешность измерений. Кроме того, предложенный способ и устройство для его осуществления обладают расширенными возможностями, заключающимися в измерении минерального состава твердой фазы пульпы и ионного состава жидкой фазы пульпы. Характерно, что выполнение этих измерительных операций по способу прототипа не только не предусмотрено, но и невозможно.

Таблица 2
Сравнение заявленного способа и устройства с прототипом Характеристика Заявленный способ Прототип Продолжительность анализа 5-8 мин 15-20 мин Продолжительность работы без обслуживания 10-15 сут 19-15 сут Продолжительность обслуживания 10-15 мин 3-4 часа Погрешность анализа массовой доли меди 4,5% отн. 6% отн. Погрешность анализа доли окисленных минералов 6% отн. Не предусмотрено Погрешность анализа рН среды 2,5% отн. Не предусмотрено

Полученные результаты анализа минерального состава твердой фазы и ионного состава жидкой фазы пульпы (табл. 2) указывают на удовлетворительную точность измерений.

Таким образом, проведенными испытаниями подтверждена возможность повышения точности измерений за счет обеспечения лучшей представительности пробы и стабильности ее свойств, снижения продолжительности анализа за счет ускорения процессов доставки и подготовки пробы к анализу, а также расширения функциональных возможностей анализатора, заключающихся в одновременном проведении анализа минерального состава твердой фазы и ионного состава жидкой фазы пульпы.

Способ предназначен для автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации при обогащении полезных ископаемых и может быть использован для контроля состава гетерофазных потоков в химии и металлургии. Осуществляют отбор из потока пульпы и подсушивание до заданной стабильной влажности пробы твердой фазы пульпы на фильтрующей поверхности под воздействием перепада давления, создаваемого путем подведения вакуума. Осажденную на фильтрующей поверхности пробу твердой фазы механически перемещают к анализатору состава и проводят рентгенофлюоресцентный анализ элементного состава пробы твердой фазы пульпы. Дополнительно визиометрическим анализом цветовых характеристик анализируется минеральный состав пробы. Дополнительно проводится анализ ионного состава жидкой фазы пульпы. Устройство для осуществления способа включает пробоотборное приспособление в виде полой емкости с перфорированной фильтрующей поверхностью и полого штока, комбинированный вакуумно-нагнетательный насос, сообщенный через ресивер и золотник с полым штоком, цилиндр с серво- или пневмоприводом для возвратно-поступательного перемещения пробоотборного приспособления. Дополнительно устройство оснащено визиометрическим анализатором цветовых характеристик пробы и потенциометрическим датчиком рН жидкой фазы пульпы. Техническим результатом является уменьшение погрешности измерения вещественного состава пробы, сокращение времени анализа, уменьшение продолжительности профилактических работ, а также расширение функциональных возможностей за счет анализа минерального состава твердой фазы пробы и ионного состава жидкой фазы. 2 н. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

1. Способ автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации, включающий отбор пробы твердой фазы пульпы, транспортирование пробы твердой фазы пульпы к анализатору состава, рентгенофлюоресцентный анализ элементного состава пробы твердой фазы пульпы, возврат пробы в операции измельчения и флотации, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерений и надежности работы перед рентгенофлюоресцентным анализом элементного состава твердой фазы пульпы осуществляют подсушивание пробы до заданной влажности, отбор пробы твердой фазы пульпы и подсушивание пробы осуществляется на фильтрующей поверхности под воздействием перепада давления, создаваемого путем подведения вакуума, транспортирование пробы твердой фазы пульпы осуществляется путем механического перемещения фильтрующей поверхности с осажденной на ней пробой твердой фазы к анализатору состава, а рентгенофлюоресцентный анализ элементного состава пробы твердой фазы пульпы производится после достижения пробой стабильной влажности.

2. Способ автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации по п. 1, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей осуществляется анализ минерального состава пробы, причем анализ минерального состава производится методом визиометрического анализа цветовых характеристик пробы после операции подсушивания пробы.

3. Способ автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей при проведении операций отбора пробы осуществляется сбор жидкой фазы пульпы и анализ ионного состава.

4. Устройство для осуществления способа автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации, включающее установленное в потоке пульпы пробоотборное приспособление, насосный узел, транспортирующее приспособление, рентгенофлюоресцентный анализатор, приспособление для возврата пробы в поток пульпы, блок управления, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерений и надежности работы приспособление для отбора пробы выполнено в виде полой емкости со стенкой, в виде перфорированной фильтрующей поверхности, внутренняя полость емкости приспособления для отбора пробы сообщается с насосным узлом, выполненным в виде комбинированного вакуумно–нагнетательного насоса с ресивером и золотником; при этом транспортирующее приспособление выполнено в виде цилиндра с серво- или пневмоприводом и полого штока, обеспечивающих возвратно-поступательное движение пробоотборного приспособления и сообщение полости приспособления для отбора пробы с вакуумно–нагнетательным насосом через ресивер и золотник.

5. Устройство для осуществления способа автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации по п. 4, отличающееся тем, что с целью расширения функциональных возможностей устройство оснащено визиометрическим анализатором цветовых характеристик пробы и потенциометрическим датчиком рН жидкой фазы пульпы.