浮选矿浆性质多参数在线监测技术研究

李殿英

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司双柳煤矿，山西 柳林 033300）

引言

浮选是选煤厂物料分选常用方式，浮选矿浆性质直接影响浮选效率以及浮选结构，有效控制柜浮选矿浆性质是浮选环节重要内容[1-2]。矿井在选用利用过程中影响矿浆性质的参数包括有浓度、粒度组成、流量、pH 值、硬度等，其中矿浆浓度不合理会出现增加药剂使用量、颗粒回收不充分以及后续脱水困难等问题；粒度对矿浆性质影响主要有泥化严重、粒度超限等，泥化严重会恶化浮选过程，粒度超限会影响分选效率；pH 值以及矿浆硬度直接影响浮选药剂作用[3-6]。矿浆性质多参数在线监测系统是实现选煤厂煤炭高效洗选的重要举措，为此文中对该技术进行探讨，以期能在一定程度上提升选煤厂煤炭洗选效率。

1 矿浆性质多参数在线监测系统结构

1.1 矿浆性质在线监测技术原理

矿浆性质多参数在线监测系统监测流程，如图1所示。经过破碎、分级处理后达到规定粒度的矿浆通过主管路运输，在主管路上安装流量传感器对流量进行实时监测，在旁路罐体上安装浓度、pH 值、硬度等传感器对相关参数进行测定。布置的各类传感器均通过屏蔽信号线传输给监控室PLC。

图1 矿浆性质多参数在线监测系统监测流程

1.2 系统结构

为了确保监测系统高效对矿浆性质进行监测，采用的监测系统应具备下述功能：1）系统应具备较强的稳定性以及较高的调节精度，尽量减少监测数据滞后性；2）系统应具备故障报警、历史监测数据查询以及故障自动修复等功能；3）系统运行参数可通过上位机进行设定。根据上述功能需要，文中提出的监测系统结硬件结构包括有：模拟量输入、输出模块、各类监测传感器、PLC 控制器等。具体检测系统结构，如图2 所示。

图2 检测系统结构

1.3 传感器选择以及监测参数确定

1.3.1 浓度及粒度传感器

浓度及粒度传感器可实现对矿浆浓度以及粒度分布在线测定，具体通过超声衰减过程实现对颗粒发小及分布进行确定，同时还可以对固液比在60%以上矿浆浓度进行测试。传感器监测获取到4 mA～20 mA 信号，并通过屏蔽信号线传输给PLC 进行监测参数处理。

1.3.2 pH 传感器

选用的pH 传感器可对矿浆pH 值进行精准测定，并使用RS-485 接口进行数据传输，输出的4 mA～20 mA 电流对应不同的pH 值。传感器采用的PH/ORP 电极由低阻抗玻璃敏感膜制作而成，测定的pH 值范围为0～14。

1.3.3 流量及硬度传感器

在矿浆输送管路上使用电磁流量计对矿浆流量进行测定，在矿浆管路上安装与管路管径一致的法兰，电磁流量计通过法兰对管路中矿浆流量进行实时测定。监测获取到的流量信号以脉冲形式传输，具体输出的4 mA～20 mA 信号。

矿浆硬度采用电极法进行测定，测定结果通过RS-485 总线传输。具体输出的4 mA～20 mA 电流信号。

1.4 传感器安装

矿浆流量传感器通过与输送管路管径相当的法兰进行流量测定，安装较为简单，文中不做过多阐述。下文主要对旁路罐体中的矿浆浓度、粒度组成、pH 值及硬度传感器布置情况进行阐述，具体各传感器在旁路罐体上布置位置，如图3 所示。

浓度及粒度传感器监测原理是超声波衰减，测定的浓度范围0%～60%、粒度范围0～200 μm，该传感器具体安装在旁路罐体上端接口位置，并通过内螺纹旋转固定；pH 值传感器通过与矿浆接触测定，测量的矿浆pH 值范围介于1～14 间，具体安装在旁路罐体下端并用内螺纹旋转固定；矿浆硬度传感器测量的硬度范围介于50 mg/L～700 mg/L，将传感器布置在旁路罐体下端并用内螺纹旋转固定传感器外侧触头。

2 上位机系统

矿浆性质多参数监测系统采用多种类型传感器对矿浆参数进行测定，获取到的矿浆参数以模拟信号形式传输给输入模块，经过输入模块内置的模数转换模块转换成数字信号，并发送至PLC 控制器的CPU 模块中，CPU 模块对各传感器监测数据进行分析并通过触摸屏显示分析结果。

PLC 控制器及数据处理程序等是整个在线监测系统的核心组件，选用的PLC 控制器型号为S7-200系列，具体结构包括有：处理器CPU22、以太网模块CP243-1、模拟量模块EM235、触摸屏HMI。

PLC 内置的运行程序会依据各类传感器监测参数计算得到矿浆浓度、粒度、pH 值、流量以及硬度等，上述监测数据会同步发送至触摸屏以及监控中心控制PC 上，若发现某项监测数值超过设定阈值后，PLC 控制器会自动发出超限预警信息。

监控中心控制PC 与PLC 控制器间采用工业以太网进行信息通信，并通过远程信号传输系统（由CP243-1 以太网模块、双纤单模收发器构成）实现远程信号传输，以便监控中心控制PC 可及时、精准获取到PLC 控制器处理结果。

3 现场应用效果分析

将文中所提矿浆性质多参数在线监测系统应用到选煤厂矿浆性质测定中，现场应用后系统间隔2 h即会测定一次矿浆性质参数，具体在应用2021 年2月18 日获取到的矿浆参数，如表1 所示。

表1 矿浆参数监测结果

采用矿浆性质多参数在监测系统获取到pH值、浓度、流量以及硬度等与人工检测结果一直。矿浆参数发生变化时，在线监测可及时掌握，从而便于后续对矿浆参数进行调整。通过矿浆性质多参数在监测系统可实时掌握矿浆性质变化情况，避免人工检检测存在检测过程繁琐、劳动强度高以及检测结果滞后等问题。

4 结语

文中对选煤厂浮选矿浆性质多参数在线监测方法以及监测系统展开研究，该系统通过多个传感器对矿浆粒度、浓度、流量、硬度以及pH 值等进行测定，通过PLC 对传感器监测信号进行处理分析，将将处理结果实时传输给选煤厂监控中心控制PC 以及HMI 触摸屏，实现矿浆性质参数的实时监测。

现场应用后，该系统可实现矿浆浓度、粒度、流量、pH 值以及硬度等参数的实时监测，监测结果与采用人工检测方式一致。通过采用矿浆性质多参数在线监测系统实现了矿浆参数的准确、快速测定。