本发明属于矿物加工领域，尤其涉及
铅锌矿矿浆品位的在线检测系统及方法。
背景技术：
从20世纪80年代起，国内大量研究机构从事在线品位分析仪器的研究与开发工作，并在近些年产品研制成功，但存在的主要问题是载流x荧光品位分析仪设备缺乏与矿山工程应用的实际结合应用范例，推广应用中存在工程问题和稳定性、可靠性问题。针对这些问题，国内急需开发能够满足选矿厂对矿浆品位实时控制需要，价格适中的在线品位分析仪器。
在铅锌矿选矿生产过程中，工艺流程具有复杂性、多参数性和多变量性，其中矿浆品位是关键参数之一，选矿厂的选药投放量是根据矿浆中待选金属的品位来指导投放的，原矿矿浆中由于矿石的投入、加水量及矿石本身的金属品位都是瞬时变化的，矿浆品位的在线、实时分析对指导生产、节约药剂、控制产品质量和提高回收率等方面都起着非常关键的作用，也在优化流程、节约能耗等方面提供可靠的依据。
基于此，对基于xrf（x射线荧光光谱分析）技术的铅锌矿浆品位在线测量进行研究。通过国产载流x荧光品位分析仪的试验研究，总结出基于xrf分析技术的矿浆品位在线检测的规律特点以及可行性，为国产xrf分析仪在选矿中实际应用提供参考，并积累国产化设备应用示范经验。
选矿厂关键位置的品位检测与控制一直是一个难点，制约选矿行业自动化水平的提高。对选矿企业而言，矿浆品位在线分析仪为操作人员对生产过程实现自动化控制提供准确、及时、可靠的检测信号，可以在保证质量合格的前提下最大程度的完成处理量、降低消耗、增加回收率，增加利润，为企业带来可观的经济效益。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种铅锌矿矿浆品位在线检测系统。
本发明的另一个目的是提供一种铅锌矿矿浆品位在线检测方法，以解决选矿厂关键位置的品位检测与控制困难的问题。
本发明技术方案如下：一种铅锌矿矿浆品位在线检测系统，包括监控分析系统、plc控制系统、测试系统，测试系统包括第二管道取样机、矿浆二次分配器、矿浆测量室、x荧光光谱分析仪；监控分析系统a与plc控制系统相连，plc控制系统与x荧光光谱分析仪相连，plc控制系统还连接测试系统；第二管道取样机与原矿管路增压装置相连，原矿管路增压装置的出口端连接矿浆二次分配器，矿浆二次分配器包括矿浆漏斗、待测矿浆槽，待测矿浆槽位于矿浆漏斗的侧部，矿浆漏斗的上方设有测试矿浆管路和待测矿浆旁路，待测矿浆槽上设有液位传感器，液位传感器与plc控制系统相连，待测矿浆槽的下方设有测试矿浆放料阀，测试矿浆放料阀与矿浆测量室的矿浆入料口相连。
作为本发明的进一步改进，待测矿浆槽为六组。
作为本发明的进一步改进，所述矿浆测量室包括测量口、接触卡槽和出料口，出料口连接有矿浆分料斗，矿浆分料斗的下端连接
尾矿返回泵。
作为本发明的进一步改进，所述矿浆二次分配器的上方设有第一管道取样机，第一管道取样机和第二管道取样机上均设有调节阀，调节阀的上下端分别设有上冲洗阀和下冲洗阀。
作为本发明的进一步改进，矿浆漏斗的下方设有废料矿浆排料阀。
一种铅锌矿矿浆品位在线检测方法，包括以下步骤：
a.启动开始测量信号后，系统打开一次管道取样机前后端的上冲洗阀和下冲洗阀，对来料管路冲洗；
b.冲洗完来料管路后，打开调节阀，矿浆通过来料管道流入二次分配器，延时后plc控制系统向x荧光光谱分析仪发送开始测量信号，x荧光光谱分析仪接到信号后开始测量；
c.测量结束后，关闭调节阀，开启下冲洗阀，同时x荧光光谱分析仪把测量的矿浆品位数据上传给监控分析系统，同时系统切换到下一路矿浆测量，依次循环，直到停止测量为止；
d.监控分析系统对测量的数据进行分析，找出数据测量的异常点，清除不离群的数据点，根据大量测量数据动态优化数据测量模型；
e.测量完的矿浆进入矿浆池，矿浆池中的矿浆通过尾矿返回泵返回到生产系统。
本发明特点如下：
（1）设计并开发了一种基于x荧光能量色散检测技术的铅锌矿矿浆品位在线检测系统，实现了x荧光能量色散检测技术的铅锌矿矿浆品位在线检测。安全便捷、识别精准、智能化程度高。
（2）设计了矿浆的一次取样装置，二次取样与分配装置及矿浆输送系统。一次取样采用电动插入结构，保证了取样的代表性和均匀性。二次取样与分配器位于x荧光测量装置前端，接收来自管道的矿浆，并配合控制系统自动选择被测矿浆，分流管道上增加调节阀以调节矿浆的流速，以满足测量的要求。
（3）针对铅锌矿密度大，测量装置离主厂房较远的因素（矿浆输送管道最长可达300米，最短200米），设计了专门的矿浆管道输送系统。其中管道铺设满足最小倾角大于5度，管路弯头采用大半径圆弧方式连接。取样装置后装有调节阀，调节矿浆的流速，保证矿浆的流速大于铅锌矿矿浆的沉降速度。在调节阀前后装有清水阀，在每次测量完成后，对输送管道进行冲洗，保证输送管道的畅通。
本发明x荧光能量色散检测装置实现矿浆品位的检测，并输出能量强度；控制系统实现各执行部件动作的控制；数据分析系统输出矿浆的品位数值；矿浆采集与输送系统实现了测量矿浆的均匀性、稳定性；矿浆分时分配系统实现了多路矿浆的测量。本发明安全便捷、识别精准、智能化程度高。
附图说明
图1为本发明的控制系统结构图；
图2为本发明中测试系统的结构示意图；
图3为本发明中矿浆二次分配器的结构示意图；
图4为图3的侧视图；
图5为本发明中矿浆测量室的结构示意图；
图6-1为矿浆品位在线检测值与实验室化验结果的比较图（铅精矿、锌精矿、原矿）；
图6-2为矿浆品位在线检测值与实验室化验结果的比较图（尾矿）。
附图标记含义如下：监控分析系统a；测试系统b；101-第一管道取样机；102-第二管道取样机；2-调节阀；3-上冲洗阀；4-下冲洗阀；5-矿浆二次分配器；6-原矿管路增压装置；7-x荧光光谱分析仪；71-矿浆测量室；8-尾矿返回泵；9-矿浆分料斗；21-矿浆入料口；22-测量口；23-接触卡槽；24-出料口；40-矿浆漏斗；41-测试矿浆管路；42-待测矿浆旁路；43-待测矿浆槽；44-液位传感器；45-废料矿浆排料阀；46-测试矿浆放料阀。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的工作原理进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
一种铅锌矿矿浆品位在线检测系统，包括监控分析系统a、plc控制系统、测试系统b，测试系统b包括第二管道取样机102、矿浆二次分配器5、矿浆测量室71、x荧光光谱分析仪7；监控分析系统a与plc控制系统相连，plc控制系统与x荧光光谱分析仪7相连，plc控制系统还连接测试系统b；第二管道取样机102与原矿管路增压装置6相连，原矿管路增压装置6的出口端连接矿浆二次分配器5，矿浆二次分配器5包括矿浆漏斗40、待测矿浆槽43，待测矿浆槽43位于矿浆漏斗40的侧部，矿浆漏斗40的上方设有测试矿浆管路41和待测矿浆旁路42，待测矿浆槽43上设有液位传感器44，液位传感器44与plc控制系统相连，待测矿浆槽43的下方设有测试矿浆放料阀46，矿浆漏斗40的下方设有废料矿浆排料阀45。测试矿浆放料阀46与矿浆测量室71的矿浆入料口21相连。矿浆测量室71包括测量口22、接触卡槽23和出料口24，出料口24连接有矿浆分料斗9，矿浆分料斗9的下端连接尾矿返回泵8。待测矿浆槽43为六组。
矿浆二次分配器5的上方设有第一管道取样机101，第一管道取样机101和第二管道取样机102上均设有调节阀2，调节阀2的上下端分别设有上冲洗阀3和下冲洗阀4。
本发明控制系统采用西门子s7-1200系列，控制系统包含1个cpu模块，1个rs232通讯模块，2个开关量输入输出模块di/do模块，1个模拟量输入模块ai模块。rs232模块实现控制器与x荧光铅锌矿品位分析仪的数据通讯。控制器通过profibus-dp方式与监控分析系统实现数据的交换，同时通过profibus-dp方式与集控中心实现数据的交换。现场的各控制元件通过电缆接入控制器的输入输出模块，实现信息的交互。系统如图1所示。
铅锌矿在线测量样品室，其外部呈圆形结构，外径为80mm，测量窗口直径为36mm。矿浆入口位于测量室的上部中间位置，直径为33mm,矿浆出口位于测量室的下部中间位置，直径为33mm。测量样品室通过设计的卡槽与测量仪器连接。测量室材质选用黄
铜加工，减少了测量背景对测量结果的影响。如图3和图4所示。
铅锌矿矿浆品位在线检测系统的具体操作过程如下：
1.启动开始测量信号后，系统打开一次管道取样机101前后端的上冲洗阀3和下冲洗阀4，对来料管路冲洗，延时冲洗10秒钟后关闭冲洗水阀。
2.冲洗完来料管路后，打开调节阀2，矿浆通过来料管道流入二次分配器5，延时15秒后plc控制系统向x荧光光谱分析仪7发送开始测量信号，x荧光光谱分析仪7接到信号后开始测量，测量时间为60秒。
3.测量结束后，关闭调节阀2，开启下冲洗阀(清水冲洗阀)4，同时x荧光光谱分析仪7通过rs232通讯把测量的矿浆品位数据上传给监控分析系统a。同时系统切换到下一路矿浆测量，依次循环，直到停止测量为止。
4.监控分析系统a采用现有卷积神经网络模型对测量的数据进行分析，找出数据测量的异常点，清除不离群的数据点，根据大量测量数据动态优化数据测量模型。
5.测量完的矿浆进入矿浆池，矿浆池中的矿浆通过尾矿返回泵返回到生产系统。
本发明采用贝恩讯谱能量色散x荧光光谱仪为光谱采集设备构建矿浆品位在线检测系统。其x射线管采用mo靶，最大功率50w；采用si-pin探测器，铍窗厚度1.0mil。在edxrf检测时，选取zn的kα线为分析线。对于pb元素，由于原矿样中含fe较高，fe在pb的lβ线处存在明显的合峰且不易分析。所有矿样中含as含量很少，as的kα线能量虽然与pb的lα线相近，但其强度很低对pb的lα线强度影响可以忽略。综合考虑所有矿样的元素组分特点，选取pb的lα线为分析线。
根据使用方的要求，xrf矿浆在线分析仪器需要分析原矿矿浆、铅精矿矿浆、铅尾矿矿浆、锌精矿矿浆、硫精矿矿浆和尾矿矿浆的矿浆品位。原矿矿浆取自矿浆预处理器的溢流出口与
浮选机入料口之间，铅精矿矿浆和锌精矿分别取自各自的精选之后的矿浆管路中；铅尾矿取自铅扫选的尾矿矿浆管路上；硫精矿取自锌硫分离粗选和锌硫分离扫选之间的管道上；尾矿取自铅精选与锌精选的尾矿管路上。从取样点的位置可以看出，各取样点均具有很好的代表性，且矿浆较均匀。矿浆自流进入荧光分析室的二次分配器中，实现矿浆的分类分时送入x能谱分析仪的矿浆测量室进行不同矿浆品位的检测，测量后的矿浆和多余的矿浆分类返回生产系统。
本发明需要考虑以下几个问题：一、由于铅、锌的密度大，矿浆留到缓冲池中可能会发生沉淀，为了防止矿浆沉淀的过快，在缓冲池底部增加了机械搅拌装置，减缓颗粒的沉降；二、在泵的选择时，适量增加泵的扬程和容量，防止返回管路可能造成矿浆倒流至取样器或检测设备，造成金属平衡计算或过程控制所需的样品被污染，最终检测结果也是不正确的；三、5个泵池设计1.2米（
渣浆泵吸入口距池底约300mm），池底做v字形斜坡，角度在30-45度。
实施例1
以贝恩光电能量色散x荧光光谱分析仪为核心的矿浆品位在线检测系统实现了6路矿浆的分时自动检测，数据分析，存储及上传，同时利用大数据分析方法，实时优化品位检测的模型，能够消除矿浆波动、现场环境因素等引起的测量误差。s7-1200为核心的控制系统实现了检测控制系统中设备的自动运行、定时进料、定时测量、定时排料和数据的存储，并能够实现测量结果的优化与上传。锡铁山铅锌矿生产线矿浆24小时连续试验表明：检测结果可以准确反映现场矿浆实时品位变化趋势，其准确性能够满足指导生产需求。
锡铁山矿的特点：锡铁山矿位于青海省柴达木盆地北缘的锡铁山铅锌矿区，地处的海拔较高且开采的铅锌矿资源以产铅锌为主。该选矿厂的铅锌矿浮选方案是优选浮铅、锌硫混合浮选、锌硫混合扫选的浮选工艺。整个选矿车间主要包括准备车间、磨浮车间。锡铁山矿产资源为多金属矿床，铅、锌矿品位高，并伴生金、银、铜、锡等。矿石组成：硫化矿以方铅矿、闪锌矿为主，次有黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿等；氧化矿有铅矿、黄钾铁矾、白铅矿、异极矿、褐铁矿等数十种。矿石品位，硫化物矿石平均品位：铅3.7%，最高4.7%；锌5.39%，最高7.22%。pb：zn为1∶1.2；伴生金0.39～1.12g/t，银19.6～46.6g/t；硫14.43～18.4%，锡0.087%，镉0.033%，铟0.0031%。
在铅锌矿选矿生产过程中，工艺流程具有复杂性、多参数性和多变量性，其中矿浆品位是关键参数之一，选矿厂的选药投放量是根据矿浆中待选金属的品位来指导投放的，原矿矿浆中由于矿石的投入、加水量及矿石本身的金属品位都是瞬时变化的。
（1）监控画面
监控画面系统采用力控组态软件开发，系统具有以下功能：开机后进入矿浆在线监控系统开机画面；然后进行登录操作如界面（提示输入用户名和登录密码）；用户配置操作界面，可以进行密码和用户名的配置；界面关机确认画面；模式选择界面，模式选择画面后可以选择进入自动模式运行界面；报警界面、报表界面和矿池界面。
（2）自动控制流程
系统采用循环分时测量的方法分别测量六路矿浆，一路矿浆测量完成，切换到下一路矿浆测量，直到六路矿浆都测量完成，再从第一路矿浆开始测量。六路矿浆测量完整测量一次需要15分钟时间。为了避免不同回路矿浆的污染，测量开始先用清水冲洗测量管路30秒，冲洗完成后自动打开矿浆给料阀，10秒钟后向x荧光光谱分析仪发启动测量信号，收到信号后开始测量，50秒后测量结束，复位相应的阀门，进入下一路管路矿浆的测量。
本发明建立了铅锌矿矿浆x荧光能谱在线检测的数据分析系统，可实现过程数据的采集、存储、自动分析，建立了铅锌矿矿浆品位在线检测的预测模型，
《现场矿浆品位在线检测》
图6为矿浆品位在线检测值与实验室化验结果的比较，xrf表示edxrf（能量色散型x射线荧光）在线检测品位日平均值，lab表示实验室分析品位日平均值。铅精矿平均绝对误差为0.6%，锌精矿平均绝对误差为1.1%，原矿中pb平均绝对误差为0.63%，原矿中sn的平均绝对误差为0.81%。检测结果表明仪器检测结果可以准确反映现场矿浆实时品位变化趋势。并与矿山实验室离线检测结果对比可以证明，其准确性基本可以满足指导生产需求。
技术特征：
技术总结
本发明公开了一种铅锌矿矿浆品位在线检测系统及方法，属于矿物加工领域，以解决选矿厂关键位置的品位检测与控制困难的问题。该系统包括监控分析系统、PLC控制系统、测试系统，测试系统包括第二管道取样机、矿浆二次分配器、矿浆测量室、X荧光光谱分析仪；监控分析系统A与PLC控制系统相连，PLC控制系统与X荧光光谱分析仪相连，PLC控制系统还连接测试系统。本发明X荧光能量色散检测装置实现矿浆品位的检测，控制系统实现各执行部件动作的控制；数据分析系统输出矿浆的品位数值；矿浆采集与输送系统实现了测量矿浆的均匀性、稳定性；矿浆分时分配系统实现了多路矿浆的测量。本发明安全便捷、识别精准、智能化程度高。
技术研发人员：刘谊兵;郑康;王卫东;袁波;邓成功;鄂明
受保护的技术使用者：兰州有色冶金设计研究院有限公司
技术研发日：2019.04.16
技术公布日：2019.06.11
声明：
“铅锌矿矿浆品位在线检测系统及方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：中冶有色技术网
来源：兰州有色冶金设计研究院有限公司
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2024年12月27日 ~ 29日 
