基于X荧光品位分析仪滤网的矿浆代表性研究

卢双豪，赵建军，田 锐，赵 宇，李 杰

（北京矿冶研究总院 矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室，北京102628）

载流X荧光品位分析仪是选矿自动化领域的关键检测设备，可以快速、实时地对多个流道进行矿浆品位的测量，从而起到指导生产，节约药剂，控制产品质量和提高回收率的作用［1－4］。此外，品位分析仪也是实现选矿流程优化与自动控制的基础设备之一。

测量的矿浆具有代表性，是X荧光分析仪实现其矿浆品位监控功能的前提与基础。由于矿浆为矿石颗粒与水混合而成的悬浊液，容易产生分层与沉淀，因此在取样时必须严格控制，才能获得符合要求的样品。目前从矿浆管道中取出矿浆样品的一次取样器的取样代表性已经得到了广泛的关注，国内外也提出了不少新型的取样结构和取样方式，以保证样品和管道中的矿浆一致［5－7］。但是整个品位分析系统内部矿浆流程中的代表性问题却没有引起足够的重视。本文基于北京矿冶研究总院开发的BOXA型载流X荧光品位分析仪系统，对多路流体分配器上滤网的取样代表性进行了研究。从而为多路流体分配器上滤网的选择和设计提供参考。

1 BOXA型品位分析仪概况

1．1 BOXA型品位分析系统

BOXA型载流X荧光品位分析仪是国家高技术研究发展计划（863计划）“十一五”重点项目的研究成果，打破了国外在载流品位分析仪上的垄断，目前已经在国内外销售十余台［8］。图1展示了整个BOXA品位分析系统的内部结构，主要包括一次取样器，多路流体分配器，测量探头和计算机管理站四个部分。一次取样器和多路流体分配器之间使用耐磨高分子管连接。多路流体分配器和测量探头之间使用硅胶管连接。多路流体分配器和一次取样器的动作均受到测量探头的控制。一个测量探头最多可以配置4个多路流体分配器，24个一次取样器，从而实现24路矿浆品位的循环测量。系统正常运行时，直接安装在矿浆管道上的一次取样器从管道矿浆中取出样品，多个样品汇流至多路流体分配器进行流量缩分并按时序分配给测量探头进行测量。测量探头获得品位数据后，一方面对外输出给选矿厂的DCS系统，另一方面传输至计算机管理站，进行数据的分析和建模。所有已经被测量的矿浆和在多路流体分配器中排走而未进行测量的矿浆，最后都汇至各自的矿浆泵池，经返回泵输送回原矿浆管道。

图1 BOXA型载流X荧光品位分析系统

1．2 多路流体分配器

多路流体分配器功能部件的三维结构如图2所示。

每个多路流体分配器均有6个流道，每个流道对应一个一次取样器，并包括进矿弯头，矿浆分配箱，三位气缸，专用橡胶管和滤网这5个零件。而稳流样品箱，液位开关，出样管道则用于为测量探头提供需要的矿浆样品流。

图2 多路流体分配器功能部件结构图

图3 多路流体分配器工作原理

以单个流道为例，图3展示了多路流体分配器的工作原理［9］。在初始状态，来自一次取样器的矿浆样品流从进矿弯头进入，流经专用橡胶管，汇至矿浆分配箱。矿浆分配箱的底部存在排矿口。若多路流体分配器无动作时，矿浆样品流直接从排矿口流走，不进行品位的测量。若矿浆样品流需要进行测量时，三位气缸动作，推动专用橡胶管往左侧摆动，使得矿浆样品流以一定的速度和角度直接冲刷到滤网表面上。经过滤后的矿浆流入稳流样品箱，并在经过稳流和消泡后输送给测量探头进行测量。整个测量状态下，液位开关将时刻检测稳流箱中矿浆的液位，并反馈到三位气缸的摆动控制上，以确保稳流箱中的液位稳定。

1．3 品位分析系统内部的取样代表性问题

若不考虑一次取样器的代表性问题，纵观品位分析系统内部，可以发现只有一个地方可能会对样品的代表性产生影响，即多路流体分配器的缩分环节。并不是所有从一次取样器流入的矿浆都可以被测量，有相当大量的矿浆将会直接从矿浆分配箱底部的排矿口排走。在这个环节，滤网起到了一个筛选的作用。

显而易见的是，过滤前和过滤后的矿浆是不一样的。从极限情况考虑，如果网孔足够细小，直至矿石颗粒的量级，那么必然会对不同矿石颗粒通过滤网的概率造成巨大影响。但是，由于矿浆中可能存在木屑、塑料、纤维等杂质，为了避免堵塞和提高测量稳定性，使用滤网对测量前的矿浆进行过滤也是必不可少的。直观上来说，滤网网孔越小，则对杂质的过滤性能越好，但对取样代表性的影响也可能会越大。滤网网孔越大，虽然对取样代表性的影响可能会减小，但过滤杂质的效果也就随之下降。如果在滤网网格尺寸远大于矿石粒度的情况下，滤网会不会对矿浆代表性造成影响，或者从更小的范围说，会不会对分析仪的品位测量产生影响，这是本文将进行研究的问题。

2 滤网代表性试验

2．1 滤网的取样代表性描述

滤网的取样代表性，从狭义上可以理解为：不同的矿石颗粒通过滤网的概率相同。但是在实际情况下，很难对矿浆中不同的微粒进行分类和跟踪。因此，本文将从矿浆的宏观性质来对取样代表性进行辨别。

矿浆冲刷滤网是一个物理过程，其中产生的化学反应可以忽略。影响微粒通过滤网概率的因素大致可以分为密度，形状，尺寸和速度这四项。其中，所有微粒的速度在冲击滤网时可以认为是近似相同的。微粒的形状差异对于相同的矿石和磨矿工艺来说也可以忽略不计。微粒的密度会受到金属品位的影响，微粒尺寸则和粒度有关。因此从宏观来看，使用品位，粒度，浓度这三个物理量就可以较为全面地描述矿浆冲刷滤网前后发生的性质变化。

2．2 试验方案

如前文所述，本文设计了相关实验，来检验矿浆在经过滤网前后的性质变化。

2．2．1 试验对象

如图4所示，滤网B是BOXA品位分析仪现有的滤网，含有条形网格，其宽度为4mm，长度为150mm。滤网A则是在滤网B的基础上增加了聚氨酯层，从而让条形孔变成了方形孔，并且网格更密。滤网A的网格尺寸平均为4mm＊3mm。

一般来说，矿浆粒度在－200目时占大多数，也就是大部分矿石颗粒尺寸小于74μm，这同时也远小于滤网A和滤网B的网格尺寸。

2．2．2 试验流程

试验方案如图5所示。首先，将配置好的矿浆倒入矿浆搅拌桶，使用电机时刻进行搅拌，以提高矿浆的均匀性，并防止沉淀。然后，使用气动隔膜泵从矿浆搅拌桶底部将矿浆抽出。抽出的矿浆在Y型三通处分为两部分。一部分直接进入矿浆样品桶，获得原始矿浆，另一部分冲刷滤网后再进入矿浆样品桶，获得过滤后的矿浆。为了更好地模拟滤网在实际工作中的情况，矿浆样品桶上的滤网安装角度和多路流体分配器中滤网的安装角度相同。最后，将获得的这两部分矿浆分别进行称重，烘干，筛分和化验，即可以得到试验结果。本次试验使用了铜精矿和铜原矿两种矿浆，以排除品位对试验结果可能存在的影响。

图4 滤网结构

图5 试验流程

2．3 试验结果

原始矿浆和过滤后矿浆的粒度、浓度和品位信息如表1所示。其中，粒度化验的相对精度约为2%，浓度测量的相对精度约为1%，品位化验的相对精度为0．5%～1%。

从试验结果可以发现，经过过滤后的矿浆在浓度上全都高于原始矿浆。而且网格更细小的滤网A在浓度提升的效果上更加明显。这说明，水在冲击滤网时，相比较矿石颗粒更容易被阻挡。而在现有的化验精度下，无论是何种滤网，过滤后的矿浆和原始矿浆在粒度和品位上并没有显著的规律性差异。

表1 原始矿浆和过滤后矿浆的对比

3 工业试验

从前文的试验来看，滤网对矿浆性质的影响只体现在浓度的变化上。为了避免矿浆中可能存在的其他因素对品位分析仪测量结果造成影响，本文继续进行了滤网代表性的工业试验。由于BOXA型品位分析仪具有浓度补偿的功能，因此浓度的变化并不会造成测量结果的差异。

3．1 试验原理

对于一个工艺流程稳定的选矿厂，矿浆的性质在短时间内是相对稳定的。利用这个特性，可以在同一时间内使用品位分析系统对同个流道的矿浆进行连续快速的多次测量。每次测量可以选择使用滤网A，使用滤网B，不使用滤网三种情况。最后可以将得到的结果进行对比。

3．2 试验地点

为了排除工业环境的异常现象，选择了多个选矿厂的BOXA品位分析仪进行试验，其中包括广西某铅锌矿选矿厂和江西、山西等地的3个铜选矿厂。

3．3 试验方案

以某个铜选矿厂的一原矿流道试验为例进行说明：①在选矿厂为BOXA型品位分析仪准备好滤网A与滤网B；②选择每班中间矿浆品位稳定的时候，避开交接班以及工艺流程不稳定的时间段，通过操作分析仪触摸屏，将其他所有流道旁路，仅留下选定的原矿流道进行循环测量；③在分析仪的自动运行下，使用滤网A测量一次原矿流道，然后紧接着使用滤网B测量一次原矿流道，最后紧接着取出滤网连续测量二次原矿流道（即不使用滤网）；④4次测量结束后，从分析仪中导出测量数据并进行分析记录。

工业试验将尽可能的涵盖一个选厂的原矿、精矿和尾矿流道，以探索适用性更为普遍的规律。

3．4 试验结果

表2～5展示了各个选矿厂的工业试验结果。

表2 铜选矿厂1

表3 铜选矿厂2

表4 铜选矿厂3

表5 铅锌选矿厂1

BOXA型品位分析仪对于原矿品位的测量精度为3%～6%，精矿品位的测量精度为1%左右。因此从4个选矿厂的工业试验数据来看，是否有滤网和用哪种滤网并没有对BOXA型分析仪的测量产生明显影响。

4 结 论

基于BOXA型载流X荧光品位分析系统，研究了多路流体分配器中滤网对矿浆代表性的影响。试验结果表明：在滤网网格尺寸远大于矿浆粒度的情况下，当矿浆以一定速度和角度直接冲刷到滤网上时，过滤后的矿浆浓度有增加的趋势。而从粒度和品位这两个参数来看，条形孔和方形孔的滤网对于矿浆的性质变化并没有明显影响。同时，多个选矿厂的工业试验也表明：与不使用滤网相比，两种滤网都不会影响BOXA品位分析仪的测量结果。因此，若以提高过滤性能为目标，在BOXA型品位分析仪现有的条形孔滤网和网格更小的方形孔滤网的基础上，进行滤网结构的改进是可行的。

［1］ 赵建军，曾荣杰．载流X荧光品位分析仪的研究与应用现状［C］／／复杂难处理矿石选矿技术—全国选矿学术会议论文集，2009：389－392．

［2］ 熊国林，孙芝地．选矿自动化中荧光分析仪的应用［J］．矿冶，1999，8（3）：84－87．

［3］ 杨峰．新型在线品位分析仪Courier 3SL在选矿中的应用［J］．铜业工程，2002（1）：39－41．

［4］ 赵洪涛，张德伟，尹兆余，等．荧光在线品位分析仪在高锍磨浮车间的应用［J］．有色冶金设计与研究，2014，35（5）：56－58．

［5］ 迟庆雷，赵建军，曾荣杰．BGPS型矿浆管道取样器的研制［C］／／复杂难处理矿石选矿技术—全国选矿学术会议论文集，2009：393－399．

［6］ 周文新．油液分析中的取样问题［J］．设备管理与维修，2008（3）：51－52．

［7］ 孙泰珍，赵志华．旋斗取样机取样代表性初探［J］．安徽冶金，2005（4）：44－46．

［8］ 赵建军，周俊武，徐宁，等．BOXA－I型载流X荧光品位分析仪的研制［C］／／中国有色金属学会第八界学术年会论文集，2010：461－464．

［9］ 北京矿冶研究总院．多路流体分配装置：中国，ZL201010112869．7［P］．2013－08－21．