DF-PSM超声波粒度仪在选矿生产中的应用

刘明，史瑞鹏

（宝钢集团八钢公司矿山部）

1 引言

在选矿生产过程中，保证生产过程的稳定性至关重要。选矿过程中对磨矿产品粒度指标的控制直接影响后续磁选和浮选的生产指标，最终影响到产品的质量。粒度过粗，矿石无法达到单体解离要求，造成精矿产品品位下降，有害物质难以去除。磨矿粒度过细，将会造成磨矿环节能耗增加，同时严重影响后续浓缩和脱水环节的正常运行。

影响磨矿粒度的因素很多，包括矿石性质变化、给矿量变化、给水量变化、钢球量变化等。长期以来，选厂对磨矿粒度的控制大多采用人工取样，化验室检测方式，这种滞后现场生产实时状况的检测的方式无法对生产起到适时指导作用，也不符合选矿厂自动化控制发展的要求。目前选厂自动化调整系统基本上都是以矿浆粒度作为基准来建立模型，要实现选厂的智慧管控，必须采用先进的在线监测设备。

通过采用在线监测，根据矿石性质可以适时调整给矿量或给水量等控制参数，使磨机实时处于最佳负荷状态，磨机处理量保持较高或最大，为选别工艺提供粒度合格的工艺矿浆。为实现生产过程中的在线实时监控，蒙库选矿厂采用了DFPSM超声波在线粒度仪。

2 富蕴蒙库选矿对矿浆粒度的检测方法

富蕴蒙库选矿厂有两条选矿生产线生产铁精粉，选厂投产以来，一直采用人工取样、人工检测的方式检测矿浆粒度。每4小时出一次样，检测结果反馈到生产线时，前4个小时的产品已经生产出来了。作业调整后的效果必须等到4小时后的检测结果。这种方式对生产操作的及时指导作用非常有限，已经不能满足自动化生产管控的要求。

随着蒙库选矿智慧制造项目的实施，原有的检测模式无法满足选矿自动化的要求，而建立选矿厂智慧控制模型的基准数据是对生产流程中的粒度进行分析检测，根据分析检测结果输出调整指令到执行机构。为此，蒙库选矿厂安装了二台单流道的DF-PSM超声波在线粒度仪。该检测仪器可以实时显示生产过程中的矿浆粒度情况，并将检测数据反馈到智慧生产管控系统，管控系统根据接收到的数据自动调整相关工艺参数，电动执行系统根据指令进行动作，从而保证产品符合质量要求。

3 DF-PSM超声波在线粒度仪工作原理

DF-PSM超声波在线粒度仪作为在线检测仪器系统，可以提供多种粒级输出的能力，能够提供丰富的磨矿粒度分布方面的信息。主要应用于铁矿、有色矿、炉渣矿等矿浆的粒度分析与检测。具有在线、实时测量矿浆中颗粒粒度及粒度分布，同时测量矿浆浓度的功能。

工作原理：超声波粒度仪是利用悬浮在矿浆液体中的固体颗粒对超声波的黏滞和散射现象获取颗粒信息的物料粒度分析装置，超声波在矿浆(均匀悬浮液)中传播一定的距离后，其振幅会发生变化，也就是超声波的衰减。粘滞损耗和散射损耗是导致超声波衰减的主要原因，衰减值的大小与矿浆浓度、矿粒粒径大小及组成、工作电压、超声频率、矿浆温度和传播距离等多种因素有关，超声波的振幅或能量与工作电压成正比。在工作电压、传播距离等因素固定时，声波频率越高，其能量衰减越大;矿浆浓度越大，衰减系数值越大。物料粒度对声波衰减的作用比较复杂，但对频率较高的超声波，在一定粒度范围内，衰减系数随颗粒度增大而增加。选择一对与矿浆浓度、粒度相关的频率，建立超声衰减系数与浓度、粒度的标定数学模型，即可得出精确的浓度、粒度值。

超声波粒度仪可以检测矿浆中的粒级的含量和矿浆浓度。它主要由取样系统、分析系统和上位机系统组成。

分析系统包括主控单元、标准水单元、样品调理单元、样品分析单元。用取样机从矿浆流中取出有代表性的矿浆，流经样品调理单元去除矿浆中夹杂的气泡以消除气泡对超声衰减的影响，并对矿浆进行调理，再流经样品分析单元，经过分析后返回主工艺流程。在样品分析单元的测量槽内壁上装有两对不同工作频率的超声波换能器。电子装置的发射器将激励源输给超声波发射换能器，使其产生超声波，超声波经过矿浆时形成衰减，衰减后的超声波由超声波接收换能器接收，经过电路时对电信号放大、检波，输出与矿浆浓度成正比的直流信号;最后，经数据处理系统输出矿浆的浓度值和粒度值，同时输出粒度和浓度的模拟信号，以驱动过程控制器。其读数刷新速度为秒级输出，矿浆样品最后回到生产流程中。超声波粒度仪工作流程见图1。

图1 超声波粒度仪工作流程

4 超声波粒度仪安装要求及适应特性

4.1 安装位置要求

超声波粒度仪安装的安装位置很重要，尤其是选择取样器安装地点。取样点必须尽量靠近粒度分级机/旋流器的出口。将DF-PSM取样点尽可能远离对矿浆流动性和对下道工序给矿工艺有干扰的地方，并且应留有足够的超声波粒度仪操作空间。

4.2 超声波粒度分析仪适用范围

超声波粒度分析仪可以应用选矿行业中大多现场，针对矿浆性质可以适应如下情况：

矿样化学，腐蚀性矿浆pH ≤12.5；

矿样流量，32 LPM —72 LPM；

矿样温度，0℃—50℃；

固体物含量：最小%重量1，最大60

最小%体积0.3，最大26；

矿样颗粒特性，输送粒径，P80为25μm～295μm,最大颗粒不超过1mm；输送浓度为4%～60%；

干矿密度为2.0～5.5

5 超声波粒度仪参数标定及应用

超声波粒度仪的数据标定工作至关重要，准确率是指导生产的核心。现场标定工作是通过仪器数据与人工检测结果反复对比来进行的。通过对比结果调整标定因数，直至满足误差要求。

5.1 粒度仪在标定前的准备

粒度仪在标定前要带矿浆稳定运行12小时，在24小时内完成水标准化（水零点标定）。

5.2 人工检测与仪器检测的应用对比

标定完成并建立检测模型及公式后，对现场抽取样品的粒度及浓度进行人工化验检测和仪器显示的粒度及浓度的对比分析。从表1、表2可以看出，粒度仪检测矿浆粒度、浓度与化验室检测值，误差波动较小，趋势基本一致，能够达到指导生产的精度要求。

表1 粒度仪检测粒度与化验室检测粒度表（-200目）

粒度仪工作稳定，检测结果的准确性较高，样品的粒度、浓度分析结果与化验室样品的分析结果波动趋势相近，粒度误差能够保证在2%以内，浓度误差在3%以内，能真实反映出磨矿产品的过程质量，可以满足现场检测的时效性，能够起到及时指导生产的作用，并且可以满足接入自动控制系统中参与控制的作用，确保工艺生产稳定、产品产量质量最优的生产要求。

表2 粒度仪检测浓度与化验室检测浓度表

5.3 粒度仪应用与生产检测的优点

（1）不需要对样品进行稀释或其它人工制样，可以直接进行检测；

（2）环境适应能力强，可以在比较恶劣的环境下连续工作；

（3）分析检测速度快，可以很好的起到实时指导操作的作用；

（4）能够为选矿工艺流程自动化、智慧化控制模型的建立提供基准数据。

6 结语

采用超声波在线粒度仪进行矿浆粒度检测，检测结果及时、准确、直观，可以有效降低人员劳动强度，杜绝人为因素对检测结果的影响。在选矿生产中采用超声波在线粒度仪可以对磨矿过程的粒度指标进行实时监控，便于及时调整控制参数，提高磨矿粒度的稳定性。超声波在线粒度仪的使用，为实现选矿作业的自动化和智慧化提供了可靠保证。