鋅氧壓浸出過(guò)程pH值全自動(dòng)在線檢測(cè)裝置研究

茍爭(zhēng)永

（深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司丹霞冶煉廠，廣東丹霞 512325）

丹霞冶煉廠采用濕法冶金鋅氧壓浸出工藝，對(duì)鋅精礦中有價(jià)金屬進(jìn)行回收。目前，該廠的鋅回收率高達(dá)99%以上，同時(shí)對(duì)鋅精礦中富含的鎵、鍺、銦等稀有金屬進(jìn)行回收再利用，讓經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益實(shí)現(xiàn)了最大化。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，該工藝的工藝參數(shù)控制相對(duì)常規(guī)冶煉較為苛刻，其中，pH值控制是工藝控制要求的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。受中和液、置換液、除鐵液、凈化液的高鹽度、高溫、強(qiáng)腐蝕以及重金屬離子等因素的影響，pH計(jì)的電極易結(jié)晶、結(jié)垢、被浸蝕，致使在線pH計(jì)測(cè)量穩(wěn)定性降低，探頭壽命縮短，從而導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鋅粉、焙砂、石灰等中和劑加入量的控制，以及對(duì)生產(chǎn)成本、產(chǎn)量的控制困難。為了降低生產(chǎn)成本、節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)液體質(zhì)量精準(zhǔn)控制、提升產(chǎn)能，該廠對(duì)pH值在線檢測(cè)進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，成功設(shè)計(jì)出一套pH值全自動(dòng)在線檢測(cè)裝置，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

1 pH值全自動(dòng)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 現(xiàn)狀及pH值測(cè)點(diǎn)選取

目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的pH值在線檢測(cè)儀器（pH計(jì)）很多，且結(jié)構(gòu)相似，均由pH計(jì)探頭、信號(hào)連接電纜、轉(zhuǎn)換顯示單元組成。丹霞冶煉廠起初根據(jù)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)采用德國(guó)E+H的pH計(jì)，如圖1所示。pH計(jì)安裝在攪拌槽內(nèi)，以實(shí)時(shí)反映槽內(nèi)攪拌液反應(yīng)情況。然而，當(dāng)槽內(nèi)高溫達(dá)到90℃左右，又有鋅粉、焙砂、石灰等中和劑加入，使用不到3 d，測(cè)量數(shù)據(jù)偏差就開始增大。將探頭從攪拌槽內(nèi)取出后，發(fā)現(xiàn)pH計(jì)探頭周圍積垢，包裹了一層厚厚的結(jié)晶物。在這種情況下，探頭使用壽命不到兩個(gè)月，設(shè)備成本高且維護(hù)工作量極大。結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分析，將測(cè)量點(diǎn)改在攪拌槽出口的溜槽處測(cè)量，見(jiàn)圖2所示。改進(jìn)后，既可以滿足工藝生產(chǎn)對(duì)pH參數(shù)要求，又可以解決探頭被各種中和劑包裹的問(wèn)題，維護(hù)工作量大大減少。

圖1 pH計(jì)初始設(shè)計(jì)安裝

圖2 pH計(jì)改進(jìn)后安裝位置

1.2 新裝置的結(jié)構(gòu)介紹

將pH計(jì)安裝在溜槽處后，生產(chǎn)液體的高溫、腐蝕性，以及液體中重金屬離子的存在還是會(huì)影響探頭的使用壽命，即使重新選型，采用新型的正壓水晶體耐磨、耐高溫探頭，在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的條件下使用，壽命僅延長(zhǎng)了1個(gè)月。

對(duì)受損探頭進(jìn)行觀測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)pH計(jì)探頭晶體已經(jīng)變黃，有的已經(jīng)被生產(chǎn)液體浸入，變?yōu)槌嗉t色，失去了活性。如果縮短pH計(jì)維護(hù)周期，維護(hù)工作量會(huì)隨之加大，人工成本增高。為降低維護(hù)負(fù)擔(dān)，選擇更換為pH值自動(dòng)在線檢測(cè)儀。該pH值在線監(jiān)測(cè)儀器采用德國(guó)柯尼可公司的產(chǎn)品，主要由6個(gè)部分組成：1）分析 pH 值模塊 Protos 3400（X），實(shí)現(xiàn) pH值的測(cè)量、顯示與信號(hào)輸出。2）控制器Unical 9000（X），實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)換器、標(biāo)定液以及氣動(dòng)升降缸的控制。3）伸縮式連接件，實(shí)現(xiàn)對(duì)pH計(jì)探頭的自動(dòng)升降。4）緩沖液罐（低進(jìn)高出），實(shí)現(xiàn)pH計(jì)探頭同液體的接觸。5）1、2號(hào)緩沖液罐和3號(hào)清洗液罐。1、2號(hào)緩沖液罐分別裝pH值為4.00和7.00的緩沖液，3號(hào)清洗液罐裝清水或別的清洗液。3個(gè)罐總?cè)莘e為4 000 mL，要求各罐體所裝的液體不少于750 mL。6）介質(zhì)采樣裝置（氣動(dòng)隔膜泵），實(shí)現(xiàn)溜槽液體的抽取及輸送。通過(guò)以上6個(gè)部分的智能組合，可以實(shí)現(xiàn)pH值在線準(zhǔn)確測(cè)量、傳感器自動(dòng)清洗、儀表自動(dòng)標(biāo)定。pH自動(dòng)在線檢測(cè)儀器結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 pH自動(dòng)在線檢測(cè)儀器結(jié)構(gòu)

2 存在問(wèn)題以及改進(jìn)措施

該套德國(guó)柯尼公司的pH值自動(dòng)在線檢測(cè)儀器使用后，出現(xiàn)了新的問(wèn)題：采樣使用的隔膜泵故障頻繁，導(dǎo)致整個(gè)采樣管路經(jīng)常因結(jié)晶體堵住，設(shè)備損耗和維護(hù)工作量加大；更換柱塞泵后，故障現(xiàn)象依舊存在。技術(shù)人員對(duì)故障隔膜泵拆解檢查發(fā)現(xiàn)，該故障是由于生產(chǎn)液體粘性高、含渣量高、易結(jié)晶，液體中的顆粒物導(dǎo)致隔膜泵發(fā)生磨損，從而導(dǎo)致新裝置無(wú)法使用。根據(jù)液體的特性，技術(shù)人員反復(fù)討論并查閱資料，最后選擇了氣力輸送器采樣，如圖2所示。

圖4 氣力輸送器結(jié)構(gòu)

由圖4可知，壓縮空氣經(jīng)進(jìn)氣口流入環(huán)形高壓腔后，高速流過(guò)噴嘴，這股高速氣流在入口處產(chǎn)生1個(gè)低壓區(qū)（真空），于是入口處的物料被高壓氣流吸入，并被輸入到指定位置。該裝置的優(yōu)越性在于用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，液體對(duì)不銹鋼材質(zhì)的氣力輸送器損傷極小，安裝方便，可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，氣力輸送器可實(shí)現(xiàn)將液體從溜槽采出，簡(jiǎn)單方便。然而當(dāng)接入緩沖罐后，氣力輸送器的吸力突然減小，無(wú)法從溜槽采液上來(lái)。拆解檢查后發(fā)現(xiàn)緩沖罐對(duì)氣力輸送器出口氣流有反作用，導(dǎo)致氣流回流，氣力輸送器真空區(qū)失效。若液體不能進(jìn)入緩沖罐，則整個(gè)裝置設(shè)計(jì)的初始目的就沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，因此嘗試取消緩沖罐，打破整套裝置的結(jié)構(gòu)，使液體被吸入氣力輸送器后，直接進(jìn)入管道，pH計(jì)探頭安裝在管道上。經(jīng)試驗(yàn)，效果良好，液體可以被氣力輸送器抽起來(lái)并隨壓縮空氣一起吹出。但是由于溜槽液位隨生產(chǎn)狀況的變化而高低起伏，氣力輸送器產(chǎn)生喘氣，液體輸送時(shí)斷時(shí)續(xù)。為此，在氣力輸送器抽液前端增加利用虹吸原理制作的緩沖罐（高進(jìn)、低出），徹底解決了液體輸送的問(wèn)題，如圖5所示。

圖5 pH在線檢測(cè)測(cè)量控制系統(tǒng)

3 改進(jìn)效果

經(jīng)過(guò)對(duì)pH計(jì)探頭安裝位置的改進(jìn)，溜槽液體經(jīng)過(guò)氣力輸送器送出，此時(shí)可以觀測(cè)到出口液體是以氣液狀噴出，這樣pH計(jì)探頭一直處于氣液噴灑中，探頭上的結(jié)晶、結(jié)垢現(xiàn)象以及重離子浸蝕現(xiàn)象明顯減少，探頭的使用壽命得以延長(zhǎng)。對(duì)pH在線檢測(cè)儀數(shù)據(jù)同人工取樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，數(shù)據(jù)偏差在0.04以內(nèi)，完全滿足工藝生產(chǎn)要求。同時(shí)，pH在線檢測(cè)儀顯示測(cè)量溫度比探頭安裝在溜槽內(nèi)或者安裝在緩沖罐內(nèi)溫度降低了20℃，大大降低了高溫對(duì)探頭的損傷。

通過(guò)對(duì)控制器Unical 9000(X)的參數(shù)設(shè)置，每隔2 h對(duì)pH計(jì)探頭進(jìn)行1次水洗，半個(gè)月進(jìn)行1次自動(dòng)標(biāo)定，維護(hù)人員除了定期添加校正緩沖液外，無(wú)其他維護(hù)量，實(shí)現(xiàn)了真正意義的全自動(dòng)、免維護(hù)。

4 總結(jié)

目前，pH值在線檢測(cè)裝置在該廠應(yīng)用后，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)運(yùn)行，定期自動(dòng)清洗、自動(dòng)標(biāo)定，探頭壽命得到大幅延長(zhǎng)，既降低了設(shè)備成本，又減少了維護(hù)人員的工作量。同時(shí)，pH值在線檢測(cè)裝置的使用為鋅粉等中和劑的加入提供了及時(shí)有效的數(shù)據(jù)支撐，為工藝生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制提供了可靠的指標(biāo)數(shù)據(jù)，確保了液體質(zhì)量控制高效、穩(wěn)定，在氧壓浸出濕法煉鋅過(guò)程中產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。