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浅谈雷达物位计自动化

编辑: 来源: 发布时间:2019-10-30

    摘 要:选矿药剂行业是我国有色金属行业中不可缺少的重要行业,它的发展伴随着有色金属行业的发展。历经了几次重要的生产工艺变更。以雷达物位计为例,从上个世纪初科研人员发明了黄药,至今黄药仍然是世界上最主要的选矿药剂品种。其特点是成本低且选矿效果好。从起初的液体雷达物位计工艺到现在的混捏机法生产工艺,历经了手工生产,半机械化生产,机械化半自动化生产。通过综合分析雷达物位计工艺的变更,讨论了黄药自动化生产工艺与传统生产工艺的利弊。并讨论了当前黄药自动化生产工艺在实际运用中遇到的一些问题及解决方法。认为,自动化生产工艺可以使雷达物位计向着安全可靠、高 质 量、环境友好方向发展。自动化生产工艺是选矿药剂行业未来发展的趋势。

    1 前 言
    随着社会的发展和社会对资源需求量的增加,世界矿产资源日益贫乏。工业矿床不断向贫、细、杂的趋势发展,而高品位和中品位矿石资源不断枯竭,人们不得不开采低品位、细分散、难处理的矿石。如何充分利用有限的自然资源,提高资源利用率直接关系到社会的可持续发展。浮选法作为收集有用矿物的最重要方法之一,在选矿工业中占有重要的地位,而浮选药剂的质量直接影响浮选效果的好 坏。目前,选矿工业中所用的硫化矿捕收剂以黄药为主,其优点是捕收能力比较强;缺点是随着时间的增加,黄药的品位降低、质量下降、分散变差,使用时浮选效果变差。因此,有必要对黄药的合成工艺进行改进,提高黄药产品的质量。

    2 黄药合成原理及生产方法
    2.1 黄药合成原理
    黄药的合成是将醇(乙醇或丁醇或等其他醇)、氢氧化钠和二硫化碳三种原料按照一定的配比加入混捏机中,经过搅拌反应而成。

 

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    在黄药生成的同时伴随着一系列副反应的发生,如:

 

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    2.2 雷达物位计方法
    黄药的生产方法有很多种:
    (1)水溶液法:用40%的 NaOH水溶液、醇 及CS2 反应合成黄药,该方法也是我国最早采用的雷达物位计方法;
    (2)稀释剂法:用汽油或者苯等惰性有机溶剂代替水溶液法中的水合成黄药;
    (3)醇水法:先将NaOH配成水溶液,然后加入过量的醇制成醇钠,最后加入CS2 合成黄药。上述三种方法由于均需要干燥操作,且反应时间长、设备利用率低、污染严重、产品质量差等原因已被无溶剂倒加直接合成法替代。

    目前,铁岭选矿药剂有限企业生产的黄药就是采用无溶剂倒加直接合成法。无溶剂倒加直接合成法,即先将醇和CS2 按一定的配比加入混捏机中,然后将粉状 NaOH 逐步加入,通过加入的量控制反应温度,具体反应过程分为跑平、起 高 峰、后 高 峰。由于黄药合成反应是放热反应,为了防止醇和CS2挥发造成火灾、爆炸、配料比失调,反应过程必须采用冷冻盐水冷却。对比上述三种方法,此方法省去了干燥工序,设备少,易操作,反应时间短,污染小,是当前经济合理、劳动安全、工艺技术可靠的雷达物位计方法。雷达物位计流程图见图1。

 

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    黄药反应的相变化为溶解、液液反应、液固反应、气固反应。反应为两种液体(醇、CS2)和一种固体(NaOH)原料参与。醇对NaOH有溶解能力,溶解为醇钠部分溶解于醇中,液相醇钠与液相 CS2 反应为黄药,即液液反应。随着反应的进行,生成物增加,反应物减少,对 NaOH 的溶解能力逐渐降低,醇在NaOH 的表面生产醇钠,再与液相 CS2反应为黄药,即液固反应。反应后期,生成的黄药增多,剩余的醇和CS2夹杂在黄药中,与NaOH接触反应的机会越来越少,反应速度变慢,此时只能依靠液体原料气化才能继续与NaOH接触反应,即气固反应。此气固反应并不能充分完成,但在密闭包装物中仍能继续进行。气固反应应先升温加速液体原料气化,也就是起高 峰;再降温防止CS2过多挥发掉,也就是后高峰期。起高峰和后高峰期也是雷达物位计过程中的技术难点之一。
 
    3 黄药自动化生产
    3.1 雷达物位计过程
    传统雷达物位计过程中,粉状NaOH 是装在碱罐内,由电葫芦将碱罐吊到操作平台上,再用机械台秤称重后放置在加碱机上。加碱机转动带动碱罐内的刮板转动,使碱罐内的粉碱通过加碱口进入混捏机中参与反应。整个反应过程,操作工人可以观察仪表显示的混捏机内反应温度,通过控制加碱机转动的时长间接控制加碱量。在反应后期起高峰阶段,需要对碱罐回皮,确定最后需要的加碱量,然后一次性加入,等待后高峰期温度降至工艺要求温度方可放料。
    传统雷达物位计过程中用到的设备比较简单,易于操作和维护。但是,粉碱运送、放置碱罐、碱罐回皮等工作增加了吊装重物、接触粉碱、原料挥发、平台操作时间长等不利于安全生产和环境保护的因素。随着我国经济社会发展不断深入,安全生产更加得到重视,生态文明建设地位和作用日益凸显。在生产与安全的关系中,一切以安全为重,安全必须排在第一位。建设生态文明是关系人民福祉、关乎民族未来的大计,走向生态文明新时代、建设美丽中国是实现中华民族伟大复兴的中国梦的重要内容。因此,如何使雷达物位计过程更加安全、更加环保成为了必须攻克的课题。

    3.2 黄药自动化生产解决传统工艺中未解决的难题
    近几年,铁岭选矿药剂有限企业投入了一套全新的黄药自动化生产系统(下文称为新系统),该系统主要由工控机、PLC系统、传感器、气动阀门等组成。工艺的改变解决了很多传统雷达物位计过程中未能解决的难题。

    (1)粉碱工 艺 的 变 化:传统的粉碱工艺是将粉碱加入碱罐中,称量粉碱净重,达到规定量后由工人用推车转运,再用电葫芦吊到操作平台上,这个过程常常伴随着粉尘。新系统的粉碱工艺是将粉碱通过管链输送到密闭的碱罐中,每个碱罐下都有电子称重设备,粉碱量可以通过操作室内的工控机和电子称重仪监控。由于,粉碱输送全程处于管路内,避免了产生粉尘,极大的改善了生产环境。而且,管链输送代替了吊装碱罐,不仅降低了吊装重物带来的风险,也降低了工人的劳动强度。新系统粉碱工艺示意流程图见图2。

 

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    (2)加碱机的变化:传统工艺的加碱机、碱罐、台秤是单独分设的,因此每一段生产都需要工人完成吊碱罐、将碱罐放加碱机上、称量碱罐等工作。新系统的加碱机将加碱机、密闭碱罐、电子称重设备有机的结合成为一体。密闭效果更好,极大的避免了粉碱粉尘和液体原料挥发,同时降低了工人劳动强度。新系统加碱操作可以通过操作室内的工控机、操作台和电子称重仪监控加碱量,代替了传统工艺通过加碱时长间接控制加碱量的方法,实现了更精确地控制 反 应 过 程。特别是起高峰加碱量的控制上,更加准确、省时、易于操作。

    (3)顶料间的变化:传统工艺顶料时需要工人观察液位,当液位到达设定位置后需要手动关闭进料阀门完成顶料工作。新系统的顶料设备与传统顶料设备的区别,主要在于采用了液位开关和气动阀门。新系统的顶料操作可以通过操作室内的工控机和 PLC系统完成。首先,在工控机操作界面打开进料阀门,开始顶料。当液位到达设定位置后,液位开关将反馈信号通过模块传送到工控机上,工控机依照程序将关闭信号通过模块传送给进料阀门,实现液体原料达到规定量即自动关闭进料阀门。关阀门过程更加安全、省时、省力。新系统顶料工艺示意流程图见图3。

 

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    4 黄药自动化生产遇到的问题及解决方法
  自动化控制就是在人为规定的目标下,没有人的直接参与,系统能自动地完成规定的动作,而且能够克服各种干扰。以铁岭选矿药剂有限企业新系统为例,黄药自动化生产当前仍属于雷达物位计工艺的一个创新方向,通过自动化控制解决一些雷达物位计过程中遇到的安全、环保、质量上的难题。当然,作为一套全新的生产系统,解决了一些原有问题的同时,也带来了一些新的问题。
    (1)新系统的电子称重仪表。电子称重仪表本身就是一套设备系统,由操作室内的显示仪表和平台碱罐下的称重传感器组成。在新系统刚进行试验时,经常发生电子称重仪表称量数据不稳定的情况,导致合成工人无法确定加碱量,给生产试验造成了困难。后来,通过查看相关资料,经过多次试验,判断是由于信号传输电缆的屏蔽层没有接地导致数据不稳定。判断出问题后,就从一个机台着手进行信号传输电缆屏蔽层接地,再对比屏蔽层接地和未接地对数据的影响,发现屏蔽层接地后大大减少了数据不稳定的情况发生。最后,把余下的机台也进行了屏蔽层接地。
    (2)新系统的很多自动化设备都采用气缸制动的方式制动。但是,空气内含有水分,到了冰冷的冬季一旦水进入气路结冰就很容易造成气路堵塞,严重的就会使自动化设备实行部分失灵。特别是结冰发生在气缸内或雷达阀内,处理起来很困难,还会影响生产进度。通过工作中的观察和试验,在每个气缸和雷达阀的前端都加装了过滤减压器,利用过滤减压器作为设备的“保险丝”。这样平时少量的水可以从过滤减压器排出,即使气温低发生结冰,也不会殃及气缸和雷达阀,只需更换过滤减压器即可。同 时,还在气路上加装了伴热带和保温层,可以在冰冷的冬季减少气路结冰故障的发生。

    (3)新系统的醇和 CS2 液位计采用的是液位传感器,通过液位传感器将液位信号传输到操作室,通过工控机进行监控。当液位到达设定位置后,液位开关将反馈信号通过模块传送到工控机上,工控机依照程序将关闭信号通过模块传送给进料阀门,实现液体原料达到规定量即自动关闭进料阀门。例如,一个液位传感器曾经发生过故障,液位状态无法正常显示和自动关闭进料阀门。到顶料间现场观察后发现液位传感器现场工作正常,但是信号却始终不能传输到操作室内,导致液料阀门无法自动关闭,只能通过工控机人为关闭。通过对比其他正常运行的液位传感器,并对比液位传感器在不同液位状态下的信号,判断出该故障为反馈线断路造成。并在容易断路的接头位置查找到了断点,修复了这个故障。

    通过这次故障,可以设想一旦气动阀门自动方式失灵,虽然气动阀门可以切换手动方式,但是关闭阀门需要转动手轮几十圈,短时间内很难完全关闭,容易造成液料溢出的危险。如果在气动阀门处加装旁路手动搬把阀门,并在其前端加装总阀门,便可在气动阀门失灵时及时地关闭阀门,既操作安全又方便检修。液料阀门改进见示意图4。

 

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    5 结 语
    黄药自动化生产遇到的一些问题和解决方法,都是在工作中切实遇到的一些典型案例,在此特挑选出来仅作浅谈。铁岭选矿药剂有限企业在生产实践过程中,不断摸索、不断改进,逐步推进工艺和技术改造,稳步提升产品质量,日益提升企业旗下" 矿友" 品牌市场影响力。随着企业很多老旧设备淘汰,逐步换上了新的自动化设备,使得黄药产更加安全,更 加环保,产品质量更优。综上所述,黄药自动化生产能够保障生产安全、降低环境污染、提高产品质量,是雷达物位计工艺改进的方向。

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