книги из ГПНТБ / Автоматизация обогатительных фабрик

и пенообразователя). Контур регулирования работает по замкнутой

•схеме.

Так как уровень пульпы в машине большей частью колеблется в значительных пределах, для эффективной стабилизации толщины пены необходим контур автоматической стабилизации уровня пульпы. Для этого может быть использована любая из описанных выше систем.

С т а б и л и з а ц и я в ы х о д а п е н н о г о п р о д у к т а . Г. Пик'и Р. Кроссер [54] предложили систему автоматической ста­ билизации выхода пенного продукта, работающую по замкнутой схеме. Система включает датчик выхода концентрата и исполнитель­ ный механизм, изменяющий уровень пульпы во флотационной машине с помощью задвижки, перемещаемой вертикально в направляющих. Датчик выхода пенного продукта (см. рис. 93) соединен с контакт­ ным дифманометром, который управляет работой исполнительного механизма, в качестве которого используют реверсивный электро­ двигатель. Пенный продукт поступает в конус с помощью желоба, отсекающего пену из камер флотационной машины. В случае, на­ пример, увеличения выхода пенного продукта уровень пульпы в конусе поднимается, давление в пьезотрубке растет. При этом замы­ каются контакты, включающие исполнительный механизм, который

•опускает задвижку на выходе из флотационной машины. Уровень пульпы в машине снижается, что ведет к уменьшению выхода

в системе регулирования используют емкостный индикатор выхода ленного продукта (см. рис. 94), предназначенный для приближенной оценки указанного параметра.

Недостаток рассмотренной системы заключается в том, что конт­ роль выхода пенного продукта оценивают по его выходу из одной — двух камер регулирования, однако простота схемы частично компен­ сирует указанный недостаток. Применение довольно несложной аппаратуры способствует повышению надежности системы и упро­ щает ее эксплуатацию.

С г л а ж и в а н и е к о л е б а н и й н е к о т о р ы х п а р а ­ м е т р о в ф л о т а ц и и б е з п р и м е н е н и я с р е д с т в а в т о м а т и к и . В процессе измельчения пульпа, поступающая на флотацию, приобретает новые характеристики, количественное изменение которых оказывает существенное влияние на показатели -флотации. Сюда относятся в первую очередь расход твердого в пульпе, объемный расход пульпы, гранулометрический состав и плотность ее. Наличие сложной взаимной связи между этими параметрами исклю­ чает возможность одновременной их стабилизации.

Гранулометрический состав пульпы обычно удается стабилизи­ ровать в значительной мере изменением расхода воды в классифика­ тор, т. е. поддержанием постоянной плотности слива классифика-

•130

в процесс, либо полностью выводить из процесса.

На рис. 106 показана одна из возможных схем стабилизации объемного расхода пульпы путем выведения из процесса флотации части жидкой фазы.

В схеме использован чан 1 с калиброванным отверстием и сливным порогом (см. рис. 104). Избыток пульпы из чана насосом 2 (рис. 106, а) перекачивают в обезвоживающий гидроциклон 3, пески которого поступают в слив классификатора 4 (или в классификатор). Слив гидроциклона используют для замены части свежей воды, подавае­ мой в слив мельницы.

Если на фабрике установлены сгустители, то может быть исполь­

132

зована схема с полным выводом избыточной части жидкой фазы рз процесса (рис. 106, б).

Выведение части жидкой фазы пульпы из процесса флотации для стабилизации ее объемного расхода вызывает в свою очередь колеба­ ния плотности пульпы. Поэтому такие схемы могут быть рекомендо­

Расчеты показывают, что стабилизация объемного расхода пульпы выведением части ее жидкой фазы эффективнее осуществляется при низких значениях плотности пульпы, поступающей па флотацию (до 35% твердого).

Рассмотренные выше приемы, позволяющие уменьшить влияние колебания объемного расхода пульпы на показатели флотации, основаны на использовании жестких конструктивных элементов. Эти элементы эффективны для сглаживания колебаний объемного расхода пульпы сравнительно высокой частоты (до 0,02 мин-1). Для более низких частот требуются значительные по размеру емко­ сти, установка которых на действующей.фабрике не всегда возможна. В таких случаях для поддержания постоянства продолжительности флотации при изменении объемного расхода пульпы могут быть использованы флотационные машины переменной длины (с перемен­ ным количеством работающих камер), оборудованные средствами дистанционного включения в работу дополнительных камер или выключения их. Некоторое усложнение конструкции машин может быть компенсировано повышением качественных и количественных показателей процесса.

Применение устройств сглаживания колебаний некоторых вход­ ных параметров не решает задачи эффективного управления техно­ логическим процессом, но в значительной мере способствует этому.

Вопрос об использовании рассмотренных выше средств сглажива­ ния возмущений перед технологическими операциями должен ре­ шаться в каждом конкретном случае после соответствующих расчетов и технико-экономического анализа. Однако следует отметить, что максимальное упрощение системы автоматического управления мо­ жет быть достигнуто в результате стабилизации объемного расхода пульпы применением специальных емкостей, так как в этом случае, помимо сглаживания колебаний входных параметров, стабилизи­ руются динамические характеристики объекта управления. При этом отпадает необходимость выполнения сложных расчетов для коррек­ тировки влияния их изменений на показатели процесса.

4. Измерение и регулирование процесса обезвоживания

Характеристика параметров процесса и их измерение. Обезвожи­ вание является необходимой операцией на всех флотационных обо­ гатительных фабриках. Для фабрик, конечным продуктом которых является сухой концентрат, обезвоживание складывается из трех процессов: сгущения, фильтрации и сушки. Конечным продуктом

133

воживания — сгущение промежуточных продуктов. Таким образом, за редким исключением, процесс сгущения является неотъемлемой частью технологической схемы флотационного обогащения. Поэтому при создании автоматизированной системы управления процессом флотационного обогащения должно быть обращено серьезное внима­ ние на автоматизацию сгущения.

Задача промышленного сгущения пульпы состоит в наиболее полном осаждении твердой фазы и выделении осветленной жидкой фазы. В зависимости от вида материала, подвергаемого сгущению, могут быть предъявлены различные требования к качеству слива и сгущенного продукта. Во всех случаях основными показателями (выходными параметрами) сгущения являются плотность сгущенного продукта и мутность слива, выражаемая обычно в миллиграм­ мах твердого, содержащегося в 1 л жидкой фазы.

При сгущении пенных продуктов флотации, обычно имеющих плотность 10—20% твердого, в сгустителе происходит разделение

и плотности пульпы питания сгустителя, так и от скорости удаления сгущенного продукта, которая в свою очередь обусловлена плотно­ стью последнего. При увеличении объема и плотности питания толщина осветленного слоя уменьшается вследствие увеличения скоростей горизонтального движения частиц и восходящего потока пульпы у сливного порога. При скорости удаления сгущенного про­ дукта выше оптимальной плотность его уменьшается, так как твер­ дый материал не успевает накапливаться в разгрузочном конусе сгустителя. Одновременно увеличивается толщина осветленного слоя за счет некоторого снижения скорости восходящего потока. Следо­ вательно, основными входными параметрами при регулировании качества слива сгустителя можно считать количество (расход) пульпы

134

питания и ее плотность, управляющими параметрами — выход сгу­ щенного продукта и его плотность.

Качество и количество пульпы, поступающей в сгуститель, зави­ сят от параметров флотации и в первую очередь от содержания полез­ ного компонента в питании флотации и выхода концентрата.

Выход сгущенного продукта определяется условиями технологии. Если сгущению подвергается продукт флотации, возвращаемый в процесс (циркулирующая нагрузка флотации), то очень важно обеспечить постоянство выхода сгущенного продукта при незначи­ тельных колебаниях его плотности. В этом случае можно пренебречь колебаниями мутности слива сгустителя, так как потери полезного компонента со сливом незначительны. Если же сгущается готовый концентрат, то основное внимание уделяется чистоте слива сгусти­ теля, так как колебания выхода и плотности сгущенного продукта не оказывают существенного влияния на работу фильтрующих установок, куда поступает сгущенный продукт для дальнейшего обезвоживания.

Кинетика процесса сгущения характеризуется скоростью осажде­ ния минеральных зерен. Известен целый ряд формул для определе­ ния скорости стесненного падения твердых частиц, из которых наи­ более приемлемой для промышленных процессов сгущения считается формула Т. Г. Фоменко [58]:

К — безразмерный коэффициент; g — ускорение силы тяжести, см/с2;

б— объемная масса зерна, кг/м3; А — относительная разность объ­ емных масс зерна и среды,

60 — объемная масса среды, кг/м3; %— толщина пограничного слоя, см; р, — вязкость среды, Пз; d — диаметр зерна, см.

это время принимают равным 24 ч. Если допустить, что ошибка в опре­ делении времени полного осаждения составляет 50%, т. е. истинное минимальное время осаждения равно 12 ч, то и в этом случае сгусти­ тель имеет чрезвычайно большое время запаздывания в изменении бсг при возмущении по плотности питания или количеству твердого

135

в питании сгустителя. Следовательно, использование таких входных параметров, как плотность и количество питания сгустителя, для автоматического регулирования плотности сгущенного продукта не может быть рекомендовано. Наиболее вероятной может быть схема регулирования плотности сгущенного продукта изменением его выхода, что практически и осуществляют в большинстве схем ав­ томатического регулирования сгущения.

Несколько иной характер имеет зависимость плотности (мут­ ности) слива сгустителя от входных параметров сгущения. В связи с наличием в сгустителе горизонтального потока, проходящего по границе осветленного слоя от центра сгустителя к периферии, колебания плотности питания вызывают изменения плотности слива сравнительно быстро. Так, по данным и формулам, приведенным в расчетах Ж. Т. Тюленева, нетрудно подсчитать, что время движе­ ния минерального зерна под влиянием горизонтального потока от центра 30-метрового сгустителя до его стенки составляет около

70 мин.

Изменение объема питания сгустителя вызывает изменение объема слива практически на ту же величину, так как изменение выхода сгущенного продукта при возмущении по объему питания происхо­ дит с большим запаздыванием. Изменение объема слива приводит к изменению толщины осветленного слоя и, соответственно, мутности слива, которая в данном случае вызвана изменением скорости вос­ ходящего потока жидкой фазы.

На глубину осветленного слоя также влияет и изменение расхода сгущенного продукта. При недостаточном выходе сгущенного про­ дукта происходит накопление его на дне сгустителя, что ведет к умень­ шению толщины осветленного слоя. Наоборот, при активном выходе удаляется часть неуплотнившегося продукта, и толщина осветлен­ ного слоя увеличивается.

Влажность руды и концентрата на обогатительных фабриках из­ меряют с целью осуществления хозяйственного расчета с рудником

иметаллургическим заводом и контроля технологического про­ цесса.

Наиболее распространенный способ определения влажности руды

иконцентратов состоит в отборе предварительных проб и измерении

массы пробы до и после ее сушки.

Такой способ определения содержания влаги обеспечивает до­ статочно высокую точность, необходимую при взаиморасчетах между предприятиями, однако дискретность и длительность анализа не поз­ воляют использовать его для оперативного управления процессом.

Основным показателем процесса фильтрации готовых концентра­ тов является влажность кека, которая зависит в основном от ка­ чества фильтруемой пульпы, величины вакуума, создаваемого в фильтре, и состояния фильтрующей ткани.

Качество фильтруемой пульпы определяется ее плотностью и гра­ нулометрическим составом. Так как питанием фильтров служит обычно сгущенный продукт сгустителей, регулирование плотности

136

его не представляет особых трудностей и выполняется по несложным схемам, отмеченным выше.

Гранулометрический состав фильтруемой пульпы можно отнести к стохастически меняющимся параметрам, так как он формируется при измельчении и зависит от свойств перерабатываемой руды.

Состояние фильтрующей ткани монотонно меняется во времени и является неуправляемым фактором.

Рассмотрим ряд датчиков, применяемых для измерения основных

мерение толщины осветленного слоя можно осуществлять с помощью обычного пьезометрического датчика, используемого, например, на обогатительной фабрике «Мармора Майн» (Канада) [59], или с по­ мощью емкостного датчика (мутномера).

Емкостный мутномер представляет собой плоскопараллельный конденсатор, который состоит из двух пластин, отстоящих на неко­ тором расстоянии друг от друга и жестко скрепленных между собой. Принцип действия мутномера с емкостным индикатором основан на зависимости емкости конденсатора от диэлектрической прони­ цаемости жидкости, находящейся между обкладками и содержащей тонкодисперсную твердую фазу.

По данным исследований зависимость емкости датчика от мутности суспензии при неизменном гранулометрическом составе ее линейна и может быть выражена уравнением [60]:

Са =

где Сд — емкость датчика в суспензии, пФ; С0 — емкость датчика в чистой воде, пФ; Kv — коэффициент пропорциональности, пред­ ставляющий собой градиент изменения емкости от мутности, пФ/мг/л; г) — мутность суспензии, мг/л.

Датчик, размер пластин которого определяется требуемой точ­ ностью измерений, погружается в измеряемую среду в сгуститель на 0,2—0,4 м ниже поверхности пульпы. Схема измерительного блока показана на рис. 108.

Основным измерительным элементом является неравновесный активно-реактивный мост с сопротивлениями R1 и R2 и конденса­ торами Сд, Сх, С 2, питаемый переменным напряжением от сетевого трансформатора Тр. Напряжение разбаланса моста, пропорциональ­ ное изменению емкости датчика Сд, подключенного к клеммам тп и п, усиливается ламповым мостом. В диагонали усилительного моста (лампа Л1) встроено нагрузочное сопротивление R7, падение напря­ жения на котором, пропорциональное входному сопротивлению, мо­ жет быть измерено стандартным потенциометром ЭПП, ЭПД и др. При возникновении погрешности вследствие изменения концентра­ ции ионов, присутствующих в пульпе, применяют дифференциальную

•схему с двумя датчиками, включая второй датчик Сд1 к клеммам ® i, rex. Датчик Сд1 должен быть погружен в чистый фильтрат. По­ скольку оба датчика включены в противоположные плечи измери­

137

ными, кондуктометрическими) в том, что показания нейтронного влагомера не зависят от гранулометрического состава материала, электропроводности и других электрофизических свойств измеряе­ мой среды. Исключение составляют кристаллизационная вода и эле­ менты с большим сечением захвата тепловых нейтронов. Для опре­ деления внешней п гигроскопической влажности нужно вычесть из суммарного количества воды, зафиксированной влагомером, кри­ сталлизационную воду, количество которой определяется кристаллохимическими свойствами минералов. При наличии элементов с боль­ шим сечением захвата величина погрешности измерения зависит от их содержания в контролируемой массе.

Сущность нейтронного метода определения содержания влаги заключается в том, что при прохождении быстрых нейтронов с энер­ гией более 0,5 МэВ через влажную массу происходит упругое соуда­ рение их с ядрами водорода. В результате образуются медленные (те­ пловые) нейтроны с энергией 0,25 МэВ, которые в течение доли мик­ росекунды диффундируют в среде, пока не будут захвачены ядрами среды или не выйдут за ее пределы. Захват тепловых нейтронов со­ провождается испусканием нейтронного у-излучения.

Средняя потеря энергии нейтронами при прохождении через вещество определяется по формуле

138

Быстрые нейтроны, испускаемые источником, вследствие взаимо­ действия с ядрами водорода замедляются, превращаясь в тепловые нейтроны, которые регистрируются пропорциональным счетчиком, заполненным трехфтористым бором, обогащенным изотопом бор-10, обладающим большим сечением захвата.

В настоящее время для определения влажности сыпучих материа­ лов, почвы, грунта серийно выпускается нейтронный влагомер НИВ-1. Он состоит из датчика импульсов, держателя нейтрон­ ного источника, контрольно-калибровочного и пересчетного уст­ ройств.

Датчик импульсов представляет собой алюминиевую трубку, на которой крепится блок счетчиков у-излучения СТС-5 с кадмиевыми экранами. Кадмий захватывает тепловые нейтроны и испускает у-кванты, которые регистрируются счетчиками. На анодах счетчи­ ков зарегистрированные у-кванты преобразуются в электрические импульсы отрицательной полярности вследствие ионизации газа. Эти импульсы поступают в триггерные ячейки, вызывая срабаты­ вание электромеханического счетчика.

Держатель нейтронного источника (полониево-бериллиевого или плутониево-бериллиевого) представляет собой алюминиевый стакан, в донной части которого вмонтирован вкладыш с источником и раз­ делительным слоем свинца.

Контрольно-калибровочное устройство предназначено для учета изменений интенсивности источника, эффективности работы счетчи­ ков и пересчетного устройства. Оно выполнено в виде цилиндра, внутренняя стенка которого покрыта слоем буры, а полость залита парафином.

Для измерения влажности вязкого материала в нем закладывают скважину диаметром 50 мм, в которую опускают датчик.

139