АСАК @LAST™ от ТЕХНОЛИНК

В статье представлена автоматизированная система аналитического контроля (АСАК) @LAST™, разработанная компанией ТЕХНОЛИНК для контроля процессов флотации, обогащения руд, гидрометаллургических процессов в цветной и черной металлургии и т. д. Рассмотрена технологическая структура системы, а также ее элементы: автоматическая система опробования пульповых продуктов (АСОПП) и потоковый рентгенофлуоресцентный анализатор АК-21.

АО «ТЕХНОЛИНК», г. Санкт-Петербург

скачать pdf >>

Автоматизированная система аналитического контроля (АСАК) – инструмент, точность и скорость работы которого во многом влияют на повышение показателей и качество извлечения в технологических процессах переработки рудных полезных ископаемых. Хо­тя АСАК по своей су­ти является датчиком концентраций, это целый комплекс оборудования с собственной системой управления, позволяющий:
- осуществлять автоматический отбор контролируемых технологических продуктов;
- формировать экспрессные и накопленные пробы;
- передавать пробы на проведение анализа, позволяющего определить содержание требуемых химических элементов;
- производить обработку полученных данных и передачу их технологам, осуществляющим контроль за процессом.

К АСАК применяется ряд отраслевых стандартов, сложившихся де-юре (ГОСТ 14180-80 для балансового контроля) и де-факто (результат каждые 15 минут). Важным преимуществом АСАК является возможность минимизировать влияние человеческого фактора на технологический процесс.

Непрерывный объективный контроль с АСАК @LAST™

АСАК @LAST™ от компании ТЕХНОЛИНК может использоваться при проведении процессов флотации в процессе обогащения руд различных типов (включая золотосодержащие, железосодержащие, цветные и редкие металлы), при гидрометаллургических процессах в цветной и черной металлургии. Применение АСАК @LAST™ позволяет улучшить контроль качества концентрата, в более ранние сроки выявить технологические нарушения и, как следствие, снизить потери извлекаемого металла и сократить затраты.

АСАК @LAST™ дает возможность управлять оборудованием на основе актуальной информации о металлургических показателях передела, проводя анализ содержания компонентов во всех ключевых потоках технологического процесса. Полученная таким образом информация может использоваться для оптимизации работы каждой отдельной части контура флотации для максимального увеличения эффективности производства (рис. 1).

Рис. 1. Пример технологической схемы флотационной установки с точками контроля 

Реагенты на переделе флотации

Анализ характеристик технологических потоков на основе данных, полученных с использованием АСАК, позволяет технологам оперативно реагировать на изменения в процессе и корректировать параметры для достижения необходимого качества продукта. Не секрет, что одна из наиболее затратных статей на переделе флотации – стоимость реагентов, используемых в технологии. Затраты на реагенты, например при выщелачивании золота, соизмеримы со стоимостью электроэнергии, а в ря­де случаев превышают энергозатраты в 1,5–2 раза. Применение АСАК не только позволяет контролировать процесс, но и обеспечивает соблюдение правильной дозировки реагентов и их соотношение, без перерасхода.

Технологическая структура АСАК @LAST™

В составе АСАК @LAST™ выделяют две части:
- автоматическую систему опробования пульповых продуктов (АСОПП);
- потоковый рентгенофлуоресцентный анализатор АК-21.

Эти части могут использоваться как вместе, так и по отдельности. Соответственно, и внедрять их можно последовательно, начав с системы опробования и распределив таким образом бюджет проекта.

Автоматическая система опробования пульповых продуктов (АСОПП)

Важным элементом АСАК является АСОПП, предназначенная для автоматического выполнения операций отбора проб пульпы, их доставки и подготовки к проведению экспресс-анализа, а также для формирования на их основе балансовых и контрольных проб. При проектировании и создании ­АСОПП специалисты компании ТЕХНОЛИНК отдают предпочтение традиционной схеме дискретного отбора и накопления точечных проб по месту нахождения точки опробования, дальнейшей пневмотранспортировке накопленных проб в лабораторию, необходимой подготовке проб (воздухоотделение, сокращение) и подаче их на анализ.

Сегодня ТЕХНОЛИНК производит и поставляет ­АСОПП, которые полностью соответствуют ГОСТ 14180-80 по представительности отбора для балансового контроля. Все оборудование отбора, доставки и подготовки проб прошло сертификацию в органах Ростехнадзора и имеет разрешение на применение в условиях особо опасного производства.

Первичный отбор в зависимости от условий производства осуществляется пересечными пробоотборниками серии ПС, напорными пробоотборниками серии ПН, вакуумными пробоотборниками серии ПВ или линейными пробоотборниками серии ПЛ.

Пересечные пробоотборники серии ПС отбирают пробу в потоках от 5 до 4000 м³/ч. Пробоотборник данного ти­па представляет собой устройство с пневмоприводом, сообщающим пробоотбирающему но­жу поворотное движение, во время которого производится полное пересечение технологического потока и осуществляется отбор пробы. Геометрия отсекающей части но­жа имеет форму трапеции и обеспечивает пропорциональность ширины ще­ли по отношению к расстоянию от оси вращения, что является одним из факторов, обеспечивающих представительный отбор пробы. Пробоотборники выпускаются в коррозионно-стойком исполнении с широким использованием полимерных материалов, обладающих высокой абразивной устойчивостью к пульповым продуктам, и комплектуются высоконадежными пневмоприводами. Такие особенности конструкции пробоотборников обеспечивают безопасность и удобство при эксплуатации и обслуживании.

Пробоотборники напорные серии ПН предназначены для оперативного опробования промежуточных продуктов. Они отбирают пробу из напорных технологических трубопроводов, в которых поток достаточно хорошо перемешан и однороден. Пробоотборник данного ти­па представляет собой устройство с пневмоприводом, открывающим и закрывающим в дискретном режиме пробоотборное отверстие в технологическом трубопроводе для отбора части потока в качестве пробы.

Вакуумные пробоотборники серии ПВ предназначены для опробования технологических продуктов, находящихся в свободном состоянии в различных емкостях в условиях, при которых невозможно применение пробоотборников пересечного ти­па. Всасывание материала через заборную трубку производится за счет создания в полости пробоотборника давления ни­же атмосферного. Для представительности пробы в цикле пробоотбора предусмотрена продувка сжатым воздухом пробозаборного патрубка и освобождение его от отстоявшейся пульпы. Для формирования фиксированного объема пробы в них встроен датчик уровня.

В линейных пробоотборниках серии ПЛ линейно перемещающийся нож выполняет полное пересечение технологического потока для отбора пробы. Отбор проб выполняется из самотечного горизонтального потока до 650 м³/ч. Отобранная проба из но­жа вакуумным устройством направляется в станцию транспортировки.

Отобранная те­ми или иными пробоотборниками проба поступает в станцию приема проб СПП емкостью 10 или 17 л. По команде с центральной станции управления АСАК проба с помощью сжатого воздуха транспортируется в лабораторию, где установлено оборудование подготовки проб и анализатор (например, анализатор АК-21 от ТЕХНОЛИНК).

Прием пробы в лабораторию из трубопроводов пневмодоставки осуществляет станция деаэрации проб СДП-2. Станция предназначена для отделения проб от сжатого воздуха и направления этих проб самотеком на пробоподготовку и анализ.

Вакуумная установка фильтрации проб УФП-1В предназначена для обезвоживания пульповых проб на обогатительных фабриках. Установка обеспечивает обезвоживание 8 или 16 потоков технологических продуктов.

Установка УП-1Ш обеспечивает сокращение, обезвоживание и формирование накопительной пробы одного продукта. Установка выполнена в ви­де шкафа с ограничением несанкционированного доступа.

Все оборудование опробования технологических продуктов работает в автоматическом режиме, подчиняясь алгоритму центральной станции управления (ЦСУ), построенной на ба­зе ПЛК. Шкафы управления пробоотборниками находятся в процессной зоне обогатительной фабрики и связаны с ЦСУ сигнальным кабелем, витой парой или оптоволоконным кабелем в зависимости от масштабов предприятия.

Особое внимание уделяется вопросам надежности и безопасности эксплуатации оборудования ТЕХНОЛИНК в тяжелых условиях действующего обогатительного производства. С этой целью для компонентов и шкафов управления компонентами ­АСОПП разработчики стремятся использовать преимущественно пневматические приводы, напряжение питания в схемах электропневмоуправления не вы­ше 24 В постоянного то­ка, а все применяемые элементы пневмоавтоматики – от ведущих производителей, доказавших свою надежность.

Для управления оборудованием АСОПП в компании практикуют два подхода.

На небольших предприятиях как с экономической, так и с технической точки зрения более оправданны централизованные структуры, состоящие из одной станции управления с ПЛК и местных схем управления на каждой точке отбора проб. Связь местных схем со станцией управления при этом осуществляется по многожильным кабелям.

Для крупных предприятий с большим количеством точек опробования и значительным их территориальным разбросом целесообразнее использовать распределенные системы, связи в которых организованы по сетевому принципу. Такая система обычно состоит из ЦСУ и ря­да шкафов управления пробоотборниками, расположенных непосредственно в процессной зо­не производственного це­ха. Для связей между станциями используется протокол Ethernet.

Потоковый рентгенофлуоресцентный анализатор АК-21

Экспресс-анализ технологических продуктов осуществляет потоковый рентгенофлуоресцентный анализатор АК-21 собственного производства ТЕХНОЛИНК, входящий в структуру АСАК.

Анализатор АК-21 предназначен для измерения массовой до­ли химических элементов в диапазоне от 16S до 92U в жидких пробах продуктов переработки минерального сырья, горных пород и руд, представленных в ви­де пульп или растворов. Анализ при этом производится непосредственно в потоке пробы в режиме онлайн без предварительных подготовительных операций (обезвоживание, сушка, измельчение твердой фракции).

Анализатор представляет собой готовое изделие, соответствующее нормативам по электробезопасности, электромагнитной совместимости и радиационной безопасности. Для эксплуатации анализатора не требуется получения лицензии на работу с источниками ионизирующих излучений.

В состав анализатора входят две проточные кюветы. Во время анализа одной кюветы вторая проходит стадию промывки и готовится к приему следующей пробы. При необходимости на кювете выполняется автоматическая замена защитного окна из полимерной пленки. Применение двух измерительных кювет позволяет разделить потоки на «богатые» и «бедные» и исключить кросс-заражение проб, искажающее результаты анализа.

Для обеспечения стабильности измерений и корректировки на аппаратурный дрейф в анализаторе установлена стационарная кювета с твердым реперным образцом. Измерение реперного образца один раз в цикл позволяет учитывать сдвиг спектра как по интенсивности, так и по энергетической шкале.

В качестве измерительного уст­ройст­ва в анализаторе используется спектрометр рентгенофлуоресцентный РФСУ собственного производства ТЕХНОЛИНК. Спектрометр оснащен источником первичного рентгеновского излучения (маломощной рентгеновской трубкой), SDD-детектором высокого разрешения с термоэлектрическим охлаждением и многоканальным амплитудным анализатором импульсов. Спектрометр позволяет за одну экспозицию 20–60 секунд измерить интенсивности флуоресценции всех элементов, составляющих пробу, а также интенсивности рассеянного излучения рентгеновской трубки для учета плотности пробы и вычета фона.

Спектрометр оснащен системой термостабилизации, обеспечивающей точность измерений в диапазоне температур окружающей среды от +5 до +40 °C. Корпус спектрометра со степенью защиты IP65 обеспечивает надежность работы входящих в не­го компонентов.

Устройство подачи проб на анализатор может быть выполнено в нескольких вариантах:
- с использованием мультиплексора потоков и самовсасывающих насосов, обеспечивающих замкнутый циркуляционный контур (минимальный объем пробы – 2 л; максимальное количество потоков на один анализатор – 12; полный цикл анализа всех потоков – 15–20 минут);
- с помощью мультиплексора потоков и одноразовой прокачки пробы сифонной или вакуумной системой;
- возможна модификация анализатора для самотечных проб (минимальный объем пробы – 15 л).

Выбор применяемого варианта подачи проб зависит от конкретных условий производства. Предпочтительнее, конечно, применение подачи проб под разрежением, поскольку это полностью исключает аварийную заливку измерительного уст­ройст­ва жидкой пробой при прорыве защитной пленки кюветы.

Основные технические характеристики анализатора АК-21 представлены в табл. 1.

Таблица 1. Основные технические характеристики анализатора АК‑21

Для градуировки анализатора используются сухие пробы массой не более 50 г, из которых изготавливаются твердые таблетки (смеси с борной кислотой, имитирующие необходимую плотность пульпы). Для оценки точности могут быть использованы они же ли­бо, при массе пробы от 2,5 кг, – жидкие пульповые пробы, циркулирующие через проточную кювету анализатора. Пример сравнения результатов предварительной калибровки на стенде и данных, полученных при вводе анализатора АК-21 в эксплуатацию на медно-молибденовом обогатительном комбинате, представлен в табл. 2.

Таблица 2. Сравнение результатов предварительной калибровки на стенде и данных, полученных при вводе анализатора АК‑21 в эксплуатацию на медно-молибденовом обогатительном комбинате, % по массе

Таким образом, приобретая анализатор АК-21 от ТЕХНОЛИНК, заказчик получает проверенное на реальных продуктах решение с заведомо известными характеристиками.

Требования к регулярному обслуживанию во время эксплуатации у анализатора АК-21 весьма скромные. Периодический контроль его работы и корректировка уравнений калибровки занимают не более двух часов в неделю. Точность потокового экспресс-анализа сравнима с лабораторными физико-химическими методами. Это позволяет сократить количество контрольных анализов, проводимых лабораторией, снизить нагрузку на персонал и оборудование, а также уменьшить расход реактивов и материалов. Кроме того, спектрометр РФСУ может использоваться лабораторией для стационарного анализа сухих порошковых проб, заменяя собой дорогостоящее оборудование ААС, АЭС-ИСП, титриметрии.

На производственной площадке ТЕХНОЛИНК развернут испытательный комплекс, в состав которого входит стендовый образец анализатора АК-21. Он используется для испытаний на образцах заказчика, проведения предварительной калибровки и оценки метрологических характеристик экспресс-анализа исследуемых продуктов. Эта оценка позволяет с высокой точностью прогнозировать точностные характеристики АСАК, обеспечиваемые при контроле конкретного технологического процесса.

Заключение

Внедрение АСАК @LAST™ от ТЕХНОЛИНК позволяет:
- представительно опробовать технологические продукты для балансового и технологического контроля;
- уменьшить время на доставку проб от точек отбора до проведения анализа;
- обеспечить автоматическое управление устройствами отбора, доставки и формирования экспрессных, накопленных и балансовых проб контролируемых продуктов, а также автоматическое управление аналитическим оборудованием экспресс-анализа, иск­лю­чив при этом затраты и ошибки, связанные с человеческим фактором;
- передать полученные результаты пользователю в режиме реального времени (система обеспечивает обработку и хранение результатов анализа, которые используются для своевременного, оптимального управления переделом и в дальнейшем для формирования отчетов).

Опубликовано в журнале «ИСУП» № 4(118)_2025

В. А. Ермолинская, 
руководитель проектов НИОКР,
И. Б. Прокопенко, 
главный специалист АСАК,
АО «ТЕХНОЛИНК», г. Санкт-Петербург,
тел.: +7 (812) 331‑5830,
e-mail: info@technolink.spb.ru

Иллюстрации предоставлены компанией АО «ТЕХНОЛИНК»