浅析有色金属湿法冶炼工艺过程中的自动化仪表设计

【摘要】本文针对工业自动化仪表进行了简述，同时介绍了其分类与发展，对工业自动化仪表在有色金属湿法冶炼工艺中的运用进行了分析，对设计当中遇到的一些问题进行了探讨，希望能够对相关人士具有一定的借鉴作用。

【关键词】工业自动化仪表;有色金属;湿法冶炼

在信息化快速发展的今天，在很多领域当中越来越广泛的应用到了工业自动化仪表，同时一些具有特色的新型仪表也出现了。生产装置的高度自动化、连续化以及大型化现在已经完整地呈现在现代工业当中，而要想使工业生产的高产量、高效率以及安全平稳运行得到有效的保证，就必须要对自动化仪表进行充分的利用。本文针对自动化仪表在湿法炼铜工艺中的设计以及其自身的发展进行了介绍，同时还有针对性的分析了在施工以及设计中遇到的要点和难点。

1.自动化仪表概述

最早在二十世纪三十年代出现了工业仪表，其一开始只适用于冶金、热能动力、石油炼制以及化工等连续性热力生产过程中，所以常常也称之为热工仪表。气动仪表在四十年代出现了，其压力信号具有统一性，并且具备了带远程发射器的功能。随着集成电路以及半导体在六十年代后期的出现，高性能以及小体积成为了自动化仪表的发展方向。同时，组装式仪表、单元组合仪表以及基地是仪表等相继出现了，这样在数据处理中对计算机进行应用的各种自动化方案便得以实现。数字式控制装置在七十年代以后出现，其有效地结合了自动控制器桶仪器仪表，是智能化以及数字化工业自动化仪表的诞生标志[1]，通常可以将工业自动化仪表分为四大类，也就是执行器、显示仪表、控制仪表、检测仪表等。

作为工业生产进行控制以及了解的一种手段，工业生产过程的检测具有非常重要的作用，因为只有准确的了解工艺过程参数，并且实施有效的调节与控制，才能使生产的高效率以及安全运行得到保证，最终能够将合格的产品生产出来。

2.堆浸法湿法炼铜工艺以及检测要求

2.1 堆浸法湿法炼铜工艺概述

堆浸法湿法炼铜工艺属于一种新兴的炼铜工艺。尽管其发展才有短短的几十年时间，但是在全球铜产量的20%以上都是采用堆浸法湿法炼铜工艺生产出来的，而且其具有越来越好的发展势头。堆浸法湿法炼铜工艺主要可以划分为四个步骤，也就是堆浸、萃取、反萃以及电积。

2.1.1 堆浸

将硫酸溶液在大气环境下在矿石堆中喷入，这样以硫酸铜的形式将铜溶解出来，经过积液渠在堆积汇集，流经积液渠泵向澄清池进行输送，然后在沉淀之后，采用泵送的形式将浸出液送到萃取区[2]。

2.1.2 萃取

将有机萃取剂混合来自堆浸区的浸出液，这样就能够使铜离子在浸出液中向有机萃取液当中转入，然后利用重力的作用，采用有机分离的方式针对含铜离子的有机相与废弃的浸出液进行处理。

2.1.3 反萃

在经过洗涤除杂之后，含铜离子有机相就会混合含强硫酸的电解液，这样有机相当中的铜离子就会向电解液当中转入，然后在重力作用下分离电解液以及有机相，这样有机相在分离之后就会向萃取区进行重复利用，并且在电积区当中送入富含铜离子的电解液。

2.1.4 电积

选择艾萨法作为电积方法，选择不锈钢板制作而成阴极板。在电积电富液池流入来自反萃区的电解液，利用泵送的形式将其送进电积高位槽，电解液在电积高位槽内会向电解槽内流入实施电积，这样就能够将成品铜生产出来。

在经过萃取之后，剩下的萃余液会被送到堆矿当中进行重复利用;在电积之后电解液会产生，然后利用泵送的形式将其输送到反萃槽，并且对之进行循环使用，这样就能够使整个工程实现无外排废液，最终不能够对资源进行充分的利用。

2.2 在堆浸法湿法炼铜工艺当中自动化仪表检测要求

2.2.1 堆浸工段的要求

在堆浸工段对于以下几个方面具有要求，也就是循环利用的萃余液流量、含铜离子的浸出液流量，与此同时还有两种溶液的流量累积。

2.2.2 萃取工段的要求

全厂主要工艺流程都包含在萃取工段当中，其主要是针对电贫液、有机相以及浸出液等主要溶液的流量累积以及流量进行重点检测，同时还要针对硫酸罐、电贫液池、电富液池、有机相池等主要罐体以及槽体的液位进行检测;针对板式换热器、电贫液池、电富液池以及有机相池的进出口温度进行检测[3]。

2.2.3 电积工段的要求

在电积工段主要是针对电积贫液池以及电积富液池的出口量进行重点检测、针对电积高位槽、电积贫液池以及电积富液池的液位进行检测;针对板式换热器以及电积高位槽的进出口温度进行检测。

3.如何针对自动化仪表进行选型

3.1 如何选择流量检测仪表

在项目当中往往具有成分复杂的被测介质，并且其具备一定数量的颗粒状杂质以及腐蚀性杂质。所以在选择流量仪表的时候不仅要对其防腐蚀性予以注意，同时还要对其耐磨耐冲击等因素予以兼顾。通常，选择采用涡街流量计针对低电导率流体进行检测，选择电磁流量计针对导电介质进行检测。

①选择电磁流量计：其主要是以法拉第电磁感应原理为根据进行工作，电磁流量计除了能够对一般导电液体的流量进行测量之外，同时还可以针对纸浆、矿浆、泥浆等液固两相悬浮的溶液以及强腐蚀性液体等进行检测，而且其还具有工作可靠、测量精度高、维修量低、安装方便等一系列特点，所以被广泛的应用到了钢铁以及冶金等行业当中，所以在检测导电溶液流量的时候通常会将其作为首选仪表。在针对电磁流量计进行选择的时候通常需要注意以下几个问题：首先再对流量计型号进行选择的时候需要以流速以及管径为根据，如果需要介于成本或者具有流速过低介质的情况，就可以选择异径管针对其实施缩径处理，为了能够使测量的精度得到有效的保证，必须要保证异径管具有不大于15度的中心锥角，而且中心锥角越小就会具有越好的效果。

在对内衬和电极材质进行选择的时候必须要以测量介质腐蚀性为根据，比如在检测浸出液流量的时候，由于酸性溶液具有一定的腐蚀性，所以选择聚四氟乙烯作为内衬材质。选择哈氏合金作为电极材质。在对电磁流量计安装位置进行选择的时候，必须要与强烈震动地带具有较远的距离。

②选择涡街流量计：涡街流量计的理论基础为卡曼涡街理论，作为一种通用型流量计，涡街流量计的检测信息就是流体漩涡的流体流速与发生频率之间的函数关系。现在涡街流量计已经得到了非常快速的发展，而且受到了广大用户的高度认可，成为了检测低电导率流体流量的非常重要的一种仪表。在对涡街流量计实施选型的时候需要对以下内容予以充分的注意：首先必须要以流速以及工艺管径作为根据，最终将涡街流量计的型号确定下来;其次需要以流体的腐蚀性为根据针对合适的传感器材质进行选择;再次由于涡街流量计具有较差的抗震性能，因此涡街流量计会在外来震动的影响下出现测量误差，在严重的情况下还会无法正常的进行工作，因此必须要选择远离震动带的位置对其进行安装，同时还应该将支撑家在流量计两侧管道对之进行稳固;最后，在具体的使用过程中，涡街流量计具有一定程度的局限性，首先在对脏污介质进行测量的时候具有较差的适应性，介质脏污或者污物很容易缠绕在涡街流量计的发生体上，最终使几何体尺寸得以改变，从而进一步的影响到测量的进度，而且其在低雷诺数流体当中并不适合，而且在使用在小口径、低流速以及高黏度的时候也具有较大的局限性[4]。

3.2 选择液位检测仪表

因为酸性溶液属于被测介质的主要性质，所以其具有较大的腐蚀性，应该采用非接触式测量仪表针对液位进行检测。可以选择雷达液位计或者超声波液位计作为主要的液位检测仪表。相对于超声波液位计而言，雷达液位计具有较强的穿透能力，在面对存在挥发现象的介质当中具有更强的适用性。通常选择磁致伸缩液位计来检测卧式煤油罐的液位，其通过对波导原理的利用，凭借浮子随液位的变化而出现的脉冲时间差针对液位进行测量，因此被广泛的运用在了油罐液位的检测当中[5]。

4.仪表设计优化问题

①萃取槽工作方式的优化：将几台开关型电动阀门增设在工艺管道上，从而能够对浸出液的流向进行有效的控制，最终将萃取槽的功能转变完成。以浸出液流量的大小为根据，在PLC控制系统当中针对阀门开关进行有效的控制，这样就能够保证萃取槽工作方式可以的对功能进行自动调整[6]。

②电解液温度控制的优化：电解液温度达到45度以上是最为适宜的温度，因此要采用板式换热器针对送入电积高位槽前的电解液进行升温处理。可以先将调节型电动阀门增设在板式换热器的热水进口管道，将温度检测装置设置在电积高位槽，以该温度检测结果为根据针对阀门开度进行调整，最终能够保证电解液温度的控制功能的实现。

5.结语

在本次研究当中的湿法炼铜厂具有不是很高的整体自动化水平，因此仅仅只是针对自动化仪表设计有色金属湿法冶炼工艺过程中的应用纪念性和分析和探讨，从而能够对相关人士起到一定的借鉴作用。现在我国的自动化仪表的发展已经达到了一个比较高的水平，然而相对于化工以及石油行业而言，自动化仪表的应用水平在有色金属冶金以及矿山领域当中还存在这较大的差距，所以仍然需要相关的设计人员通过不断的努力，从而不断的完善自动化仪表在有色金属行业中的发展水平。

参考文献

[1]张玉萍，武志红，鞠鹤，蔡天晓，方媛，蔡继东.湿法冶炼中电沉积钴用钛阳极研究[J].稀有金属，2012（06）.

[2]吴向先.铜—锌精矿的硫酸化焙烧及湿法冶炼[J].有色金属（冶炼部分），2013（07）.

[3]王敏学.氧化还原电位计在湿法冶炼中的应用[J].有色冶金设计与研究，2012（S1）.

[4]（美）W.G.达文波特（W.G.Davenport）等著，杨吉春，董方译.铜冶炼技术[M].化学工业出版社，2011.

[5]中国冶金建设协会编.钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册[M].冶金工业出版社，2010.

[6]陆德民主编.石油化工自动控制设计手册[M].化学工业出版社，2010.

作者简介：谭雪峰（1980—），男，吉林农安人，大学本科，讲师，现供职于吉林工业职业技术学院，研究方向：自动化。