现代选矿过程粒度在线分析仪的研究进展
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5
综 述
1 超声波矿浆在线粒度分析仪
111 PSM 型粒度分析仪工作原理[1] PSM 型粒度分析仪是利用超声波通过矿浆时产
生能量衰减的原理对矿浆中的粒度和浓度进行检测 (见图 1) 。
图 1 PSM- 400 型粒度分析仪的原理框图 Fig. 1 Block diagram of principle of PSM- 400
112 PSM 型粒度分析仪的结构
PSM 系列粒度分析仪主要由取样装置 、空气消
除器 、传感器 (高 、低频双探头) 、电子处理装置以及
现场指示器记录仪等部分组成 (见图 2) 。
1. 吸浆装置 2. 空气消除器 3. 传感器 4. 现场 指示器 5. 电子处理装置 6. 过程控制中心
图 2 PSM- 400 粒度分析仪配置示意图 Fig. 2 Configuration schematic of PSM- 400
在实际应用中 ,用重量浓度 M 代替矿浆中矿砂
的颗粒数 N ;用矿砂的粒度 G 代替粒径 D 。这里所
谓的粒度是指某一选定的粒径 D ,如为 - 01074 mm
以下或以上的颗粒重量含量的百分数 。
将 (2) 式改写为 :
α= K0 MGγ
(3)
式中 K0 —常数 ; M —被测 矿 浆 浓 度 ( 固 体 含 量 所 占 的 百 分
因此 ,当测得 α1 和 α2 后 ,即可求得此时的矿浆
浓度 M 和粒度 G :
G=
K3
α1 α2
1
γ
1
-
γ
2
M
=
1 K1
-
G
γ1α1
(5)
1
式中 K3 =
k2
。 γ 1
-
γ
2
k1
传感器由两对超声波换能器组成 。粒度换能器
的工作频率使样品粗粒级进入散射损耗区 ,浓度换
能器的工作频率使样品完全处在粘滞损耗区 。
granularity analyzer
矿浆流经一次取样器被截取出有代表性的样品 200 L/ min ,然后进入稳流装置 ,该装置中设有不锈 钢筛网 ,可筛除过粗颗粒 ,并能保持稳定液位 ,避免 了矿浆的不均匀性和大气泡的产生 。矿流在稳流装 置和旁路之间被分割 ,大约 20 L/ min 的稳定样品从 稳流装置中连续流出 ,再进入粒度测量部分 ,粒度测 量部分由马达 、减速机构 、凸轮 、测量柱塞 、差动变压 器 、测量槽组成 。通过马达 、减速机构 、凸轮 、柱塞将 马达的旋转运动转换为柱塞在测量槽中的上下垂直 运动 ,每秒钟上下一次 ,柱塞头由高精度耐磨 、易更 换的陶瓷材料制成 。
2 PSI- 200 型粒度分析仪
芬兰奥托昆普公司 (Outokumpu) 20 世纪 90 年代
有色设备 2008 (2)
综 述
初推出的 PSI - 200 型粒度分析仪于 1991 年首次在 芬兰投入工业应用后 ,现已在美国 、加拿大 、俄罗斯 、 澳大利亚 、中国等国家推广使用数百台 ,为磨矿作业 粒度分布的在线检测和控制创造了有利条件 ,是冶 金矿山企业的一种新选择[2] 。 211 PSI- 200 型粒度分析仪结构及测量原理
L n 为标准常数 。
超声波在均匀矿浆悬浮液中的衰减规律 ,在一
定范围内可用下列公式表示 :
X = KNL Fm Dβ
(2)
式中 K —与矿石性质有关的常数 ;
N —单位体积矿浆中矿砂的颗粒数 , % ;
L —超声波发射与接收换能器之间距 ,cm ;
F —超声波工作频率 ,Hz ;
m —常数 ;
D —矿浆中矿砂粒径 ,mm ; β—随频率 F 而变的常数 。
granularity analyzer
来自工艺流程的矿浆经取样装置进入空气消除 器 ,除去混入矿浆中的空气泡后 ,流进传感器进行检 测 ,被检测过的矿浆再返回工艺流程 。为了克服矿 浆浓度的影响 ,传感器配置了高 、低频双探头 ,由传 感器检测得到的频率衰减信号经过电子处理装置 , 转换成代表粒度和浓度的 4～20 mA 直流标准信号 输出 ,该标准信号送至现场指示器 、记录仪和过程控 制中心 ,从而对磨矿过程进行监视或控制 。
PSI - 200 型粒度分析仪由流量稳定装置 、标定 取样器 、测量头 、电子控制柜等部分组成 (见图 3) 。
PCCS —控制装置 PFSA —稳流装置 PAFS —空气过滤柜 VBS —阀门栓 PSTS —粒度探头装置 PCAA —标定取样装置
图 3 PSI- 200 粒度分析仪配置示意图 Fig. 3 Configuration schematic of PSI- 200
在线粒度分析仪是矿物加工连续生产过程中关 键参数的自动检测装置 ,在有色冶金 、钢铁 、水泥 、化 工 、黄金等工业领域得到广泛应用 。目前 ,具有代表 性的 仪 器 是 美 国 丹 佛 ( DENVER) 自 动 化 公 司 的 PSM400 超 声 波 粒 度 分 析 仪 、芬 兰 奥 托 昆 普 公 司 PSI200 粒度分析仪 、俄罗斯有色金属自动化联合公 司的 ПИК- 074 П( PIK- 074P) 筒式在线粒度分析仪 、 马鞍山矿山研究院研制的 CL Y- 2000 型在线粒度分 析仪 、北京矿冶研究总院研制的 BPSM- Ⅰ型在线粒 度分析仪等 ,其中 PSM400 与 CL Y- 2000 都是基于超 声波原理的产品 ,而 PSI200 (300) 、PIK- 074P 与 BPSM - Ⅰ型是基于线性检测原理直接测量粒度分布的仪 器 。近几年来 ,芬兰奥托昆普公司研制了一种基于 激光衍射测量机理的 PSI500 粒度分析仪 ,在我国永 平铜矿选矿厂已有相关的应用报道 。
3 ПИК- 074 П( PIK- 074P) 筒式在线粒度分 析仪
数) ;
G —被测矿浆粒度 (某一粒级的颗粒重量含
6
量的百分数) ; γ—与 β有关的常数 。
当选用两种不同的超声波工作频率分别为 F1
和 F2 时 ,由 (3) 式可以测量出相应的两个衰减值 ,
分别为 :
α1 =
K1
γ
MG 1
α2
=
K2 MGγ2
(4)
式 (4) 中 , K1 、K2 、γ1 、γ2 均为常数 。
type granularity analyzer
超声波能量衰减值的测量可以采用比较法 ,即
首先测量清水的发射电压 V01与接收电压 V02之间
的衰减值 α0 ,然后测量矿浆中的发射电压 V K1与接
收电压
V
K2之间的衰减值
α K
,由此得到矿浆的衰减
值 α:
α=
α K
-
α0
(1)
Biblioteka Baidu
式 (1) 中 ,α0 = L n ( V01/ V02) ;αK = L n ( V K1/ V K2) ;
PSI - 200 在陶瓷头撞击矿浆的瞬间 ,利用 PLC 运算速度快的特点 ,连续读取 45 次数据 ,取其平均 值作为一个有效值 ,每分钟采集 120 个这样的有效 值 ,作为最终参与计算的值 ,记为 AVE。PLC 在软件 上引用“先进先出”技术 ,即 PLC 每 015 s 采集一个有 效值 ,同时更新一次 AVE。采用的数学模型为 :
[ 收稿日期 ] 2008 - 02 - 12 [ 作者简介 ] 曾云南 (1952 - ) ,男 ,安徽宣城市人 ,教授级高级 工程师 ,大学本科 ,现任中钢集团马鞍山矿山研究院自动化 所所长 ,主要从事选矿自动化及其测控仪器仪表的研究开发 工作.
有色设备 2008 (2)
了工作环境 ,对提高选厂经济效益和促进企业技术 进步起到了不可估量的作用 。
Research Advance of Online Granularity Analyzer for Modern Mineral Processing
ZENG Yun2nan
(Automation Department ,Institute of Maanshan Mining Research ,SINOSTEEL Co ,Maanshan 243004 ,China)
Abstract : Online granularity analyzer is an automatic detecting device of key parameters during continuous production in mineral processing. The article focuses on the measurement principle ,instrument composition and main performance indexes of several different kinds of online granularity analyzer used in modern mineral pro2 cessing ,and it makes comparison between their respective characteristics. Key words : mineral processing automation ; measurement and control instrument ; granularity analyzer ; ad2 vance
0 前言
随着电子技术和计算机的快速发展 ,矿物检测 仪表向大规模集成电路 、数字化 、智能化仪表发展 , 实现了一次次质的飞跃 。在选矿工程领域中 ,不断 涌现出性能先进 、质量可靠的矿物测控设备和检测 仪表 ,如在线粒度分析仪 、在线品位分析仪 、矿浆浓 度计 、矿物水分测定仪 、矿仓料位计 、自动加球机 、磨 机负荷检测仪 、石灰乳自动添加装置等 。这些选矿 测控设备和仪表在选矿企业的推广使用 ,大大推动 了选矿过程的自动化进程 ,同时也显著降低了工人 劳动强度 ,提高了劳动生产率和选矿技术指标 ,改善
- 74μm % = A0 + A1·AVE + A2·SD + A3/ AVE 有色设备 2008 (2)
+ 175μm % = B0 + B1·AVE + B2·SD + B3/ AVE 式中 AVE —PSI - 200 的检测值 ,即每秒钟更新 2 次
的 120 个有效值的平均值 ; SD —标准偏差 ; A0～A3 、B0～B3 —回归系数 。 212 主要性能指标( 以 PSI- 300 型为例) 粒度范围 :25～600μm ,大小范围可以根据应用 情况进行优化 ; 测量数据输出 :最多 40 个内容 ,粒度系数 ( % ± xμm 或目) ,粒度百分数 (μm ,在 x %处) ,一次样流 流量 ,可选浓度 ,可选 pH 值 ; 精度 :典型 1 %～2 % (绝对) 对应于 P80 的粒度 系数 ; 准确度 :当与其他粒度测量方法比较时 ,可能会 有所不同 ,因为颗粒形状 、比重等都会对分析产生不 同的影响 。系统允许对独立的标定样通过其他测量 方法与之相关联 。对于可靠的结果 ,实验室的筛析 必须经过检查和标定 ; 测量间隔 :每秒钟测量大小 2 次 。对于一个流 道 ,每 70 s 刷新分析数据 1 次 。对于多流道 ,每 90 s/ 流道刷新 1 次 。 江西铜业公司德兴铜矿大山选矿厂是一个日处 理 6 万 t 铜矿石的大型选矿厂 ,使用 8 台 515 m ×815 m 的溢流型球磨机 ,2001 年引进 、安装了 3 台三流道 的 PSI - 200 粒度仪 ,用于测量每台球磨机所对应的 旋流器溢流粒度 。根据大量的运行数据统计 ,测量 误差为 2 %左右 ,完全满足了生产的要求 ,磨矿效率 有明显的提高和改善 。
综 述
现代选矿过程粒度在线分析仪的研究进展
曾云南
(中钢集团马鞍山矿山研究院 自动化所 , 安徽 马鞍山 243004)
[摘 要 ] 在线粒度分析仪是矿物加工连续生产过程中关键参数的自动检测装置 。本文重点介绍了现代选矿过程 中采用的几种不同类型之粒度在线分析仪的测量原理 、仪器组成及其主要性能指标 ,并就它们各自的特点进行了 对比介绍 。 [ 关键词 ] 选矿自动化 ; 测控仪表 ; 粒度分析仪 ; 进展 [ 中图分类号 ] TD178 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1003 - 8884 (2008) 02 - 0005 - 05
综 述
1 超声波矿浆在线粒度分析仪
111 PSM 型粒度分析仪工作原理[1] PSM 型粒度分析仪是利用超声波通过矿浆时产
生能量衰减的原理对矿浆中的粒度和浓度进行检测 (见图 1) 。
图 1 PSM- 400 型粒度分析仪的原理框图 Fig. 1 Block diagram of principle of PSM- 400
112 PSM 型粒度分析仪的结构
PSM 系列粒度分析仪主要由取样装置 、空气消
除器 、传感器 (高 、低频双探头) 、电子处理装置以及
现场指示器记录仪等部分组成 (见图 2) 。
1. 吸浆装置 2. 空气消除器 3. 传感器 4. 现场 指示器 5. 电子处理装置 6. 过程控制中心
图 2 PSM- 400 粒度分析仪配置示意图 Fig. 2 Configuration schematic of PSM- 400
在实际应用中 ,用重量浓度 M 代替矿浆中矿砂
的颗粒数 N ;用矿砂的粒度 G 代替粒径 D 。这里所
谓的粒度是指某一选定的粒径 D ,如为 - 01074 mm
以下或以上的颗粒重量含量的百分数 。
将 (2) 式改写为 :
α= K0 MGγ
(3)
式中 K0 —常数 ; M —被测 矿 浆 浓 度 ( 固 体 含 量 所 占 的 百 分
因此 ,当测得 α1 和 α2 后 ,即可求得此时的矿浆
浓度 M 和粒度 G :
G=
K3
α1 α2
1
γ
1
-
γ
2
M
=
1 K1
-
G
γ1α1
(5)
1
式中 K3 =
k2
。 γ 1
-
γ
2
k1
传感器由两对超声波换能器组成 。粒度换能器
的工作频率使样品粗粒级进入散射损耗区 ,浓度换
能器的工作频率使样品完全处在粘滞损耗区 。
granularity analyzer
矿浆流经一次取样器被截取出有代表性的样品 200 L/ min ,然后进入稳流装置 ,该装置中设有不锈 钢筛网 ,可筛除过粗颗粒 ,并能保持稳定液位 ,避免 了矿浆的不均匀性和大气泡的产生 。矿流在稳流装 置和旁路之间被分割 ,大约 20 L/ min 的稳定样品从 稳流装置中连续流出 ,再进入粒度测量部分 ,粒度测 量部分由马达 、减速机构 、凸轮 、测量柱塞 、差动变压 器 、测量槽组成 。通过马达 、减速机构 、凸轮 、柱塞将 马达的旋转运动转换为柱塞在测量槽中的上下垂直 运动 ,每秒钟上下一次 ,柱塞头由高精度耐磨 、易更 换的陶瓷材料制成 。
2 PSI- 200 型粒度分析仪
芬兰奥托昆普公司 (Outokumpu) 20 世纪 90 年代
有色设备 2008 (2)
综 述
初推出的 PSI - 200 型粒度分析仪于 1991 年首次在 芬兰投入工业应用后 ,现已在美国 、加拿大 、俄罗斯 、 澳大利亚 、中国等国家推广使用数百台 ,为磨矿作业 粒度分布的在线检测和控制创造了有利条件 ,是冶 金矿山企业的一种新选择[2] 。 211 PSI- 200 型粒度分析仪结构及测量原理
L n 为标准常数 。
超声波在均匀矿浆悬浮液中的衰减规律 ,在一
定范围内可用下列公式表示 :
X = KNL Fm Dβ
(2)
式中 K —与矿石性质有关的常数 ;
N —单位体积矿浆中矿砂的颗粒数 , % ;
L —超声波发射与接收换能器之间距 ,cm ;
F —超声波工作频率 ,Hz ;
m —常数 ;
D —矿浆中矿砂粒径 ,mm ; β—随频率 F 而变的常数 。
granularity analyzer
来自工艺流程的矿浆经取样装置进入空气消除 器 ,除去混入矿浆中的空气泡后 ,流进传感器进行检 测 ,被检测过的矿浆再返回工艺流程 。为了克服矿 浆浓度的影响 ,传感器配置了高 、低频双探头 ,由传 感器检测得到的频率衰减信号经过电子处理装置 , 转换成代表粒度和浓度的 4～20 mA 直流标准信号 输出 ,该标准信号送至现场指示器 、记录仪和过程控 制中心 ,从而对磨矿过程进行监视或控制 。
PSI - 200 型粒度分析仪由流量稳定装置 、标定 取样器 、测量头 、电子控制柜等部分组成 (见图 3) 。
PCCS —控制装置 PFSA —稳流装置 PAFS —空气过滤柜 VBS —阀门栓 PSTS —粒度探头装置 PCAA —标定取样装置
图 3 PSI- 200 粒度分析仪配置示意图 Fig. 3 Configuration schematic of PSI- 200
在线粒度分析仪是矿物加工连续生产过程中关 键参数的自动检测装置 ,在有色冶金 、钢铁 、水泥 、化 工 、黄金等工业领域得到广泛应用 。目前 ,具有代表 性的 仪 器 是 美 国 丹 佛 ( DENVER) 自 动 化 公 司 的 PSM400 超 声 波 粒 度 分 析 仪 、芬 兰 奥 托 昆 普 公 司 PSI200 粒度分析仪 、俄罗斯有色金属自动化联合公 司的 ПИК- 074 П( PIK- 074P) 筒式在线粒度分析仪 、 马鞍山矿山研究院研制的 CL Y- 2000 型在线粒度分 析仪 、北京矿冶研究总院研制的 BPSM- Ⅰ型在线粒 度分析仪等 ,其中 PSM400 与 CL Y- 2000 都是基于超 声波原理的产品 ,而 PSI200 (300) 、PIK- 074P 与 BPSM - Ⅰ型是基于线性检测原理直接测量粒度分布的仪 器 。近几年来 ,芬兰奥托昆普公司研制了一种基于 激光衍射测量机理的 PSI500 粒度分析仪 ,在我国永 平铜矿选矿厂已有相关的应用报道 。
3 ПИК- 074 П( PIK- 074P) 筒式在线粒度分 析仪
数) ;
G —被测矿浆粒度 (某一粒级的颗粒重量含
6
量的百分数) ; γ—与 β有关的常数 。
当选用两种不同的超声波工作频率分别为 F1
和 F2 时 ,由 (3) 式可以测量出相应的两个衰减值 ,
分别为 :
α1 =
K1
γ
MG 1
α2
=
K2 MGγ2
(4)
式 (4) 中 , K1 、K2 、γ1 、γ2 均为常数 。
type granularity analyzer
超声波能量衰减值的测量可以采用比较法 ,即
首先测量清水的发射电压 V01与接收电压 V02之间
的衰减值 α0 ,然后测量矿浆中的发射电压 V K1与接
收电压
V
K2之间的衰减值
α K
,由此得到矿浆的衰减
值 α:
α=
α K
-
α0
(1)
Biblioteka Baidu
式 (1) 中 ,α0 = L n ( V01/ V02) ;αK = L n ( V K1/ V K2) ;
PSI - 200 在陶瓷头撞击矿浆的瞬间 ,利用 PLC 运算速度快的特点 ,连续读取 45 次数据 ,取其平均 值作为一个有效值 ,每分钟采集 120 个这样的有效 值 ,作为最终参与计算的值 ,记为 AVE。PLC 在软件 上引用“先进先出”技术 ,即 PLC 每 015 s 采集一个有 效值 ,同时更新一次 AVE。采用的数学模型为 :
[ 收稿日期 ] 2008 - 02 - 12 [ 作者简介 ] 曾云南 (1952 - ) ,男 ,安徽宣城市人 ,教授级高级 工程师 ,大学本科 ,现任中钢集团马鞍山矿山研究院自动化 所所长 ,主要从事选矿自动化及其测控仪器仪表的研究开发 工作.
有色设备 2008 (2)
了工作环境 ,对提高选厂经济效益和促进企业技术 进步起到了不可估量的作用 。
Research Advance of Online Granularity Analyzer for Modern Mineral Processing
ZENG Yun2nan
(Automation Department ,Institute of Maanshan Mining Research ,SINOSTEEL Co ,Maanshan 243004 ,China)
Abstract : Online granularity analyzer is an automatic detecting device of key parameters during continuous production in mineral processing. The article focuses on the measurement principle ,instrument composition and main performance indexes of several different kinds of online granularity analyzer used in modern mineral pro2 cessing ,and it makes comparison between their respective characteristics. Key words : mineral processing automation ; measurement and control instrument ; granularity analyzer ; ad2 vance
0 前言
随着电子技术和计算机的快速发展 ,矿物检测 仪表向大规模集成电路 、数字化 、智能化仪表发展 , 实现了一次次质的飞跃 。在选矿工程领域中 ,不断 涌现出性能先进 、质量可靠的矿物测控设备和检测 仪表 ,如在线粒度分析仪 、在线品位分析仪 、矿浆浓 度计 、矿物水分测定仪 、矿仓料位计 、自动加球机 、磨 机负荷检测仪 、石灰乳自动添加装置等 。这些选矿 测控设备和仪表在选矿企业的推广使用 ,大大推动 了选矿过程的自动化进程 ,同时也显著降低了工人 劳动强度 ,提高了劳动生产率和选矿技术指标 ,改善
- 74μm % = A0 + A1·AVE + A2·SD + A3/ AVE 有色设备 2008 (2)
+ 175μm % = B0 + B1·AVE + B2·SD + B3/ AVE 式中 AVE —PSI - 200 的检测值 ,即每秒钟更新 2 次
的 120 个有效值的平均值 ; SD —标准偏差 ; A0～A3 、B0～B3 —回归系数 。 212 主要性能指标( 以 PSI- 300 型为例) 粒度范围 :25～600μm ,大小范围可以根据应用 情况进行优化 ; 测量数据输出 :最多 40 个内容 ,粒度系数 ( % ± xμm 或目) ,粒度百分数 (μm ,在 x %处) ,一次样流 流量 ,可选浓度 ,可选 pH 值 ; 精度 :典型 1 %～2 % (绝对) 对应于 P80 的粒度 系数 ; 准确度 :当与其他粒度测量方法比较时 ,可能会 有所不同 ,因为颗粒形状 、比重等都会对分析产生不 同的影响 。系统允许对独立的标定样通过其他测量 方法与之相关联 。对于可靠的结果 ,实验室的筛析 必须经过检查和标定 ; 测量间隔 :每秒钟测量大小 2 次 。对于一个流 道 ,每 70 s 刷新分析数据 1 次 。对于多流道 ,每 90 s/ 流道刷新 1 次 。 江西铜业公司德兴铜矿大山选矿厂是一个日处 理 6 万 t 铜矿石的大型选矿厂 ,使用 8 台 515 m ×815 m 的溢流型球磨机 ,2001 年引进 、安装了 3 台三流道 的 PSI - 200 粒度仪 ,用于测量每台球磨机所对应的 旋流器溢流粒度 。根据大量的运行数据统计 ,测量 误差为 2 %左右 ,完全满足了生产的要求 ,磨矿效率 有明显的提高和改善 。
综 述
现代选矿过程粒度在线分析仪的研究进展
曾云南
(中钢集团马鞍山矿山研究院 自动化所 , 安徽 马鞍山 243004)
[摘 要 ] 在线粒度分析仪是矿物加工连续生产过程中关键参数的自动检测装置 。本文重点介绍了现代选矿过程 中采用的几种不同类型之粒度在线分析仪的测量原理 、仪器组成及其主要性能指标 ,并就它们各自的特点进行了 对比介绍 。 [ 关键词 ] 选矿自动化 ; 测控仪表 ; 粒度分析仪 ; 进展 [ 中图分类号 ] TD178 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1003 - 8884 (2008) 02 - 0005 - 05