一种小型称重式连续矿浆流重量浓度测量装置

摘要

本发明公开了一种小型称重式连续矿浆流重量浓度测量装置，包括竖直设置的内表面耐磨的叉管；所述叉管一支的顶端通过耐磨调节阀与能从溢流矿浆池吸入矿浆、并在所述测量装置停止测量时能将水冲入所述叉管的虹吸管连通；所述叉管底端安装有排浆阀；所述叉管未开叉的一端穿过称重系统，且所述称重系统能称量所述叉管及其内矿浆流体总重量G。本发明基本避免了矿浆堵塞，阀门可长期使用，不易磨损及损坏，实现稳定的测量；由于不用放射性同位素，选厂中仪表安装位置的满管及气泡问题不必考虑，气泡也可在本发明第一管状容器的液面上逸出，不同工种人员可放心检修、维护，不需顾及近旁有否放射性。

说明书

技术领域

本发明涉及工业物料浆流浓度的实时测量领域，特别是一种小型称重式连续矿浆流重量浓度测量装置。

背景技术

在冶金的矿山充填系统、选矿厂磨浮系统、化工厂浆料系统、建材厂浆料系统、造纸厂黑液系统、污水处理系统、以至现代的3D喷料制造系统中，物料浆流浓度是流程工业实时控制的核心参数。在浆液中，物料浆流浓度一般以重量浓度来度量，基本上反映了流程工业处理物料的量与质，因此它的准确测量并实时稳定控制是工艺流程工业优质、高产、低消耗的基础之一。如某大型有色选厂某段时间选矿锡金属（5~6万元/吨）回收率降低5~6%，则损失巨大，这些都是有限的宝贵资源。多种因素中，关键工艺参数缺乏实时监测是重要原因之一。

以有色选矿厂磨浮系统为例，一般是通过放射性同位素密度计测出矿浆密度，电磁流量计测出矿浆流量，经计算得到进浆重量浓度，以便接近引进的昂贵的（百万元以上）超声波粒度分析仪或激光粒度分析仪的测量值。即使这样，一套装置仍需10多万元投资。选矿厂要实现金属实收率及合理品位的生产目标，至少也要5~6套以上浓度测量装置。磨浮选厂一般从磨矿进料开始，在后续各工序加药剂点，都加入起泡剂，因此使矿浆中存在不稳定的气泡量，而气泡对放射性同位素密度计带来较大误差，甚至难以使用。另外，放射性同位素密度计的射源管理及防护是选厂及矿山充填系统难题，虽然日常操作时，按防护规范只要注意不要长期靠近射源，其放射性对人体影响是在安全范围内的，但是我国很多选厂、矿山充填缺乏仪表维护管理人员，对放射性同位素密度计掌握不易，使得操作人员身体受到伤害，用非放射性仪表来取代放射性同位素密度计是一种发展趋势。

矿浆重量浓度的自动测量仪表必须抗磨、抗腐蚀、抗堵塞，由于采矿矿脉品位波动，干矿密度也会波动，影响矿浆重量浓度的测量准确性。而放射性同位素密度计不具备实时校查干矿密度变化的功能。早期用于矿浆重量浓度测量的U型流出口溢流式差压浓度计，虽然其最底部有排堵口，但难以清堵，维护量大，实践证明不能正常使用。普通钢管及阀门也难以长期抗矿浆磨损，目前矿浆管及矿浆阀门都是用耐磨耐腐的陶瓷衬里或耐磨橡胶，但是矿浆中的硬颗粒在陶瓷衬里阀门时开、时关的过程中，在硬—硬挤压中，容易引起陶瓷衬里碎裂，增加停流更换衬里的工作量。如果在矿浆实时流动中不需要经常关陶瓷衬里阀门即可以测量矿浆重量浓度，在停用时配请水冲洗，则可很大程度地提高矿浆重量浓度测量装置抗磨、抗腐蚀、抗堵塞的能力。

超声波矿浆浓度计要求矿浆粒度分布较稳定，以便确定多普勒原理反射的对应关系，在实际运行中粒度分布是变化的，多金属成分及物理性能也是不断变化的，如果矿浆中还有气泡，则更难反映这种预定对应关系。并且实际运行中难以考核它的准确性。

国内外还普遍采用的一种方法是，在定体积前提下去称重来测取矿浆浓度。这种方法以间隙性测量为特点，在工艺连续流量下，需要容器的容积比较大，而厂房操作空间有限，有时甚至不容许使用大容积容器。如果在测量过程中不断更换容器，每个容器也只需几分钟就会满溢，进出阀门的开、关频度大，易磨坏，而且容器若无耐磨、耐腐光滑衬里及合适的结构尺寸就难以排清矿浆。因此如何使矿浆重量浓度测量耐磨、耐腐易于排矿及小型化，是亟需解决的问题。

类似上述秤重/容积方法的间隙采样方式，目前还有一种测量方法：气缸从矿浆流中抽吸采样（为避免大颗粒进入采样管堵塞，在矿浆流中要采用刀式采样头），矿浆流经样浆传送管、过滤筛网进入标准容积的容器，秤完后，浆液要回主工艺流程，容器要清洗，筛网粗颗粒要有相应处理措施。虽然也能运行，但测量系统环节多，维护工作量大，上、下次时间间隔要10分钟以上，实际不能很好实现在线实时检测，若浆传送管较长，则时间更长，实时性能差，导致所配加药剂量的同时性差，且对矿浆而言采样频繁，阀门、管路易卡塞。

因此不少流程工业要求有一种能真正实时、在线连续测量浆料浓度的非放射性小型化检测装置，该装置能适应矿浆磨损、堵塞、腐蚀及能排气泡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种非放射性小型称重式连续矿浆流重量浓度测量装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种小型称重式连续矿浆流重量浓度测量装置，包括竖直设置的内表面耐磨的叉管；所述叉管一斜支的顶端与能从溢流矿浆池吸入矿浆、并在所述测量装置停止测量时能将水冲洗所述叉管的虹吸组件连通；所述叉管底端安装有排浆阀；所述叉管未开叉的一端穿过称重系统，且所述称重系统能称量所述叉管及其内矿浆流体总重量G；所述叉管内径为40～50mm。

所述虹吸组件包括：下降管及底部耐磨调节阀；与所述下降管顶端连通的上升管，该上升管较低的一端伸入所述溢流矿浆池中，且所述溢流矿浆池的溢流液面波动高度为所述下降管高度的1%以下，以稳定进浆流量；与所述下降管、上升管连通的进水管，该进水管顶端安装有密封开关水阀。

所述叉管横截面积为所述下降管横截面积的1.5倍，更好地防止叉管堵塞。

所述下降管与所述进水管连接处到所述溢流矿浆池液面的高差为h，所述溢流矿浆池液面到所述下降管底端的高差为H，且H＞h+500，h＜200mm；H和h的单位均为mm。根据实际情况尺寸可调整，进一步保证虹吸稳定有效。

所述下降管为内衬有光滑耐磨陶瓷的容器，或为HDPE塑管。使用内衬有光滑耐磨陶瓷的容器耐磨损，使用HDPE塑管，在耐磨损的同时，还能减轻测量装置的重量。

所述叉管上方设有用于测定叉管内矿浆液面高度的激光液位计；所述液位计、耐磨调节阀、排浆阀、水阀均与处理器电连接，所述处理器根据下式计算矿浆流重量浓度R：

R={d₀×(d－1)/[d×(d₀－1)]}×100%；

其中，矿浆单位密度d=（G－G₀）/（g×V_L）；G₀为叉管及其上的排浆阀的总重量；V_L为定位浆高时的体积量；g为重力加速度；d₀为干矿的单位密度；所述定位浆高即进浆量与出浆量相等。实现了自动化测量。

所述称重系统包括压式称重传感器；所述压式称重传感器固定在中心设有管孔的台架上；所述叉管的重心位于所述管孔内，且所述叉管通过法兰套管4紧固防摆并均压在秤台5上。叉管的重心位于管孔处，进一步提高称重精度。

所述叉管为内衬有光滑耐磨陶瓷的容器，或者所述叉管为HDPE塑管。使用内衬有光滑耐磨陶瓷的容器耐磨损，使用HDPE塑管，在耐磨损的同时，还能减轻测量装置的重量。

所述叉管上端两支管之间的夹角为30°～45°，保证矿浆流通顺畅。

所述叉管为内衬有陶瓷层的不锈钢管或HDPE耐磨塑管；HDPE塑管可减轻管状容器的体积。

流动式浓度测量装置所测浓度受到三个因素的影响，即受压式称重装置容量、激光或超声浆位测量装置容量、及进浆流与叉式容器容量差引起的信息滞后，由于本发明的处理器计算速度以秒计，远高于测重及进浆波动液位反映时间，计算重量浓度的时间都充分满足奈奎斯特采样定律的要求，能克服前后采样信息的混叠。从概率统计的角度，测定精度8位的情况下，其采样率的数据，可足以代表连续动态矿浆密度。在连续流动的给定重量浓度下，对浓度差值进行总浆量瞬时控制，则信息重叠也无碍。在实测浆位反映时间后，使反应快的测重信号与其同步，得到准确浓度。对于进浆容量滞后，设计下降管内径仅比叉管小1级，后者容积为前者的1.5倍，叉管内浆液高度仅0.4m左右，以采样流速底限0.5m/s计，仅1.5s时滞，对于连续流程，可忽略不计。与现有技术相比，本发明解决连续矿浆流的非放射性浓度测量问题。是一种适应恶劣工况的集成创新，在连续矿浆流上，秤重式测量浓度是首创。本发明以管式小型连续流方式秤重，秤重直观、简明、易于校核干矿密度，避免了放射性影响及秤重式间隙测量、占空间大、工艺难以配置及大斗难以自排清矿、阀门通断频数高易损坏的缺点，基本避免了矿浆堵塞，阀门可长期使用，不易磨损及损坏，实现稳定的测量；由于不用放射性同位素，选厂中仪表安装位置的满管及气泡问题不必考虑，气泡也可在本发明叉管的液面上逸出，不同工种人员可放心检修、维护，不需顾及近旁是否有放射性；测量装置小型化，占空间少，工艺流程设备连接较方便；易于发现干矿密度变化，也易于定期就地校核；溢流矿浆池液面高度的波动值在虹吸下降管高度的1%以下，从而稳定了进浆流量，保证了叉管矿浆浓度与秤重/体积比值的单值对应；通过密封开关阀耐磨调节阀保持虹吸密封，停用时清水冲冼密封开关阀配合开断，实现自动虹吸和停用时的自动冲洗。

附图说明

图1为本发明一实施例结构示意图。

具体实施方式

本发明对上进、下出连续流动着矿浆进行浓度测量。在选矿厂磨矿后的螺旋分级机或水力旋流器的上清液溢流池采样，也可以从其它类似浆类工艺池中采用。矿浆自上至下连续流经测量管，因此测量装置需约1.5m的自然高差，这在选矿厂是容易满足的。对小型容器罐进行动态称重及浆面位高测量，当在干矿密度基本不变下，进、出浆量相当，罐内浆面位高不变时，所秤重量（去除罐体重量）与相应罐内浆容积（由相应测出浆面位高）之比就是矿浆密度，利用下式（2）求得矿浆浓度。

矿浆密度及重量浓度计算如下：

矿浆单位密度d=（G－G₀）/（g×V_L）（1）

其中G为总称重量，G₀为小型容器罐及附件重量,V_L为定位浆高时的体积量；g为重力加速度；

矿浆重量浓度R=【(G－G₀－G_L水)/(G－G₀)】×100%={d₀×(d－1)/[d×(d₀－1)]}×100%，（2）

其中d₀为干矿单位密度，1为常温水密度，G_L水为定位浆高时水的重量；

在一定干矿密度d₀下，罐内浆动态净重与浆位高反映的浆体积及g之比，反映浆密度（1），依上式（2）即算得矿浆重量浓度，由此调控旋流分级、螺旋分级或其它调控装置，可以稳定进浆重量浓度变化。

如图1所示，本发明一实施例包括竖直设置的内表面耐磨小口径叉管及叉管垂直顶支上的激光液位检测装置；所述叉管一斜支的顶端接稳定连续进浆流量虹吸组件底的耐磨调节阀后出浆管15，所述叉管1一斜支的顶端通过耐磨调节阀10与能从溢流矿浆池14吸入矿浆、并在所述测量装置停止测量时能将水冲入所述叉管1的虹吸管连通；所述叉管1底端安装有排浆阀6；所述叉管1未开叉的一端穿过称重系统，且所述称重系统能称量所述叉管1及其内矿浆流体总重量G与液位计所测叉管内矿浆体积同步，通过高速数据处理器连续测定矿浆浓度。

本发明的虹吸管包括下降管9及其底部的耐磨调节阀10、与所述下降管9顶端连通的上升管13，该上升管13较低的一端伸入所述溢流矿浆池14中；且所述溢流矿浆池14的液面波动高度为所述下降管9高度的1%以下；以及与所述下降管9、上升管13连通的进水管12，该进水管12顶端安装有密封开关水阀8；叉管1截面面积为所述下降管9截面面积的1.5倍；所述叉管1内径为40mm。

下降管9与进水管12连接处到溢流矿浆池14液面的高差为h，所述溢流矿浆池14液面到所述下降管9底端的高差为H，且H＞h+500，h＜200mm；H和h的单位均为mm，根据实际情况尺寸可调整。

下降管9为内衬有光滑耐磨陶瓷的容器，或为HDPE耐磨塑管；所述叉管1上方设有用于测定叉管1内矿浆液面高度的液位计7；所述液位计7、耐磨调节阀10、排浆阀6、水阀8均与处理器11电连接；所述处理器11根据下式计算矿浆流重量浓度R：

R={d₀×(d－1)/[d×(d₀－1)]}×100%；

其中，矿浆单位密度d=（G－G₀）/（g×V_L）；G₀为叉管（1）及其上的排浆阀6的总重量；V_L为定位浆高时的体积量；g为重力加速度；d₀为干矿的单位密度；所述定位浆高即进浆量与出浆量相等。

本发明的称重系统包括压式称重传感器3；所述压式称重传感器3固定在中心设有管孔的秤台5上；所述叉管1的重心位于所述管孔处，且所述叉管1通过法兰套管4防摆并均压在秤台5上。

叉管1为内衬有光滑耐磨陶瓷的容器，或为HDPE耐磨塑管；叉管1上端两支管之间的夹角为30°～45°

本发明装置工作过程如下：初始时，阀6、8、10关闭，当阀10及阀6逐步打开，由于阀10上有2倍以上液柱重力下落，抽真空力高，虹吸开始，经下降管9及阀10进入叉管1，浆位逐步升高，至预定液位时，逐步打开，阀10继续开大，直至矿浆液面在叉管的预定液位处，阀6保持开度，这时容器称重系统3所测重量信息及激光液位计所测液位信息经处理器数据采集、处理、计算、显示，即可显示矿浆密度及矿浆重量浓度值。在装置停用时，阀8自动打开，向下降管流入清水，定时冲洗容器后，关阀10，下降管积满水后关阀8、阀6。

本装置总需1.5m的高差，溢流矿浆池浆面波动＜8mm。

阀6入口直径与叉管直径相同。

由于是采样流，流速又小，本发明采用了内衬耐磨陶瓷的钢或高密度HDPE高密度塑料管及耐磨陶瓷调节阀，抗磨损、腐蚀好，在工况连续流动中测定，阀很少开关，不堵塞。在自动虹吸管上有自动清水开关阀，测量停用时自动清洗管内，长期维持良好运行。

激光或集束超声液位计可以测定叉管中心内浆位，测定精度达1~2㎜，其响应时间与设计的容器宽高比、随进浆冲击的浆位稳定性有关。因为选厂磨矿后的矿浆分级，不管是螺旋分级还是旋流分级后，都是液面溢流岀浆，采用虹吸进浆方式就可稳定浓度测量装置的进浆量。测重装置测定的总重在百公斤内，用压重式称重系统比吊式称系统更简明，更可靠。但压重秤台中心需开孔以便底阀后排矿浆。