锌氧压浸出过程pH值全自动在线检测装置研究

苟争永

（深圳市中金岭南有色金属股份有限公司丹霞冶炼厂，广东丹霞 512325）

丹霞冶炼厂采用湿法冶金锌氧压浸出工艺，对锌精矿中有价金属进行回收。目前，该厂的锌回收率高达99%以上，同时对锌精矿中富含的镓、锗、铟等稀有金属进行回收再利用，让经济效益和社会效益实现了最大化。但在实际生产过程中，该工艺的工艺参数控制相对常规冶炼较为苛刻，其中，pH值控制是工艺控制要求的一项关键指标。受中和液、置换液、除铁液、净化液的高盐度、高温、强腐蚀以及重金属离子等因素的影响，pH计的电极易结晶、结垢、被浸蚀，致使在线pH计测量稳定性降低，探头寿命缩短，从而导致生产过程中对锌粉、焙砂、石灰等中和剂加入量的控制，以及对生产成本、产量的控制困难。为了降低生产成本、节约资源，实现生产液体质量精准控制、提升产能，该厂对pH值在线检测进行了技术攻关，成功设计出一套pH值全自动在线检测装置，实际应用效果良好。

1 pH值全自动检测装置结构设计

1.1 现状及pH值测点选取

目前，国内外市场上的pH值在线检测仪器（pH计）很多，且结构相似，均由pH计探头、信号连接电缆、转换显示单元组成。丹霞冶炼厂起初根据设计，现场采用德国E+H的pH计，如图1所示。pH计安装在搅拌槽内，以实时反映槽内搅拌液反应情况。然而，当槽内高温达到90℃左右，又有锌粉、焙砂、石灰等中和剂加入，使用不到3 d，测量数据偏差就开始增大。将探头从搅拌槽内取出后，发现pH计探头周围积垢，包裹了一层厚厚的结晶物。在这种情况下，探头使用寿命不到两个月，设备成本高且维护工作量极大。结合生产现场分析，将测量点改在搅拌槽出口的溜槽处测量，见图2所示。改进后，既可以满足工艺生产对pH参数要求，又可以解决探头被各种中和剂包裹的问题，维护工作量大大减少。

图1 pH计初始设计安装

图2 pH计改进后安装位置

1.2 新装置的结构介绍

将pH计安装在溜槽处后，生产液体的高温、腐蚀性，以及液体中重金属离子的存在还是会影响探头的使用寿命，即使重新选型，采用新型的正压水晶体耐磨、耐高温探头，在现场环境的条件下使用，寿命仅延长了1个月。

对受损探头进行观测分析，发现pH计探头晶体已经变黄，有的已经被生产液体浸入，变为赤红色，失去了活性。如果缩短pH计维护周期，维护工作量会随之加大，人工成本增高。为降低维护负担，选择更换为pH值自动在线检测仪。该pH值在线监测仪器采用德国柯尼可公司的产品，主要由6个部分组成：1）分析 pH 值模块 Protos 3400（X），实现 pH值的测量、显示与信号输出。2）控制器Unical 9000（X），实现对转换器、标定液以及气动升降缸的控制。3）伸缩式连接件，实现对pH计探头的自动升降。4）缓冲液罐（低进高出），实现pH计探头同液体的接触。5）1、2号缓冲液罐和3号清洗液罐。1、2号缓冲液罐分别装pH值为4.00和7.00的缓冲液，3号清洗液罐装清水或别的清洗液。3个罐总容积为4 000 mL，要求各罐体所装的液体不少于750 mL。6）介质采样装置（气动隔膜泵），实现溜槽液体的抽取及输送。通过以上6个部分的智能组合，可以实现pH值在线准确测量、传感器自动清洗、仪表自动标定。pH自动在线检测仪器结构，如图3所示。

图3 pH自动在线检测仪器结构

2 存在问题以及改进措施

该套德国柯尼公司的pH值自动在线检测仪器使用后，出现了新的问题：采样使用的隔膜泵故障频繁，导致整个采样管路经常因结晶体堵住，设备损耗和维护工作量加大；更换柱塞泵后，故障现象依旧存在。技术人员对故障隔膜泵拆解检查发现，该故障是由于生产液体粘性高、含渣量高、易结晶，液体中的颗粒物导致隔膜泵发生磨损，从而导致新装置无法使用。根据液体的特性，技术人员反复讨论并查阅资料，最后选择了气力输送器采样，如图2所示。

图4 气力输送器结构

由图4可知，压缩空气经进气口流入环形高压腔后，高速流过喷嘴，这股高速气流在入口处产生1个低压区（真空），于是入口处的物料被高压气流吸入，并被输入到指定位置。该装置的优越性在于用压缩空气驱动，液体对不锈钢材质的气力输送器损伤极小，安装方便，可以实现免维护。

当现场试验时，气力输送器可实现将液体从溜槽采出，简单方便。然而当接入缓冲罐后，气力输送器的吸力突然减小，无法从溜槽采液上来。拆解检查后发现缓冲罐对气力输送器出口气流有反作用，导致气流回流，气力输送器真空区失效。若液体不能进入缓冲罐，则整个装置设计的初始目的就没有实现，因此尝试取消缓冲罐，打破整套装置的结构，使液体被吸入气力输送器后，直接进入管道，pH计探头安装在管道上。经试验，效果良好，液体可以被气力输送器抽起来并随压缩空气一起吹出。但是由于溜槽液位随生产状况的变化而高低起伏，气力输送器产生喘气，液体输送时断时续。为此，在气力输送器抽液前端增加利用虹吸原理制作的缓冲罐（高进、低出），彻底解决了液体输送的问题，如图5所示。

图5 pH在线检测测量控制系统

3 改进效果

经过对pH计探头安装位置的改进，溜槽液体经过气力输送器送出，此时可以观测到出口液体是以气液状喷出，这样pH计探头一直处于气液喷洒中，探头上的结晶、结垢现象以及重离子浸蚀现象明显减少，探头的使用寿命得以延长。对pH在线检测仪数据同人工取样化验数据对比，数据偏差在0.04以内，完全满足工艺生产要求。同时，pH在线检测仪显示测量温度比探头安装在溜槽内或者安装在缓冲罐内温度降低了20℃，大大降低了高温对探头的损伤。

通过对控制器Unical 9000(X)的参数设置，每隔2 h对pH计探头进行1次水洗，半个月进行1次自动标定，维护人员除了定期添加校正缓冲液外，无其他维护量，实现了真正意义的全自动、免维护。

4 总结

目前，pH值在线检测装置在该厂应用后，实现了全自动运行，定期自动清洗、自动标定，探头寿命得到大幅延长，既降低了设备成本，又减少了维护人员的工作量。同时，pH值在线检测装置的使用为锌粉等中和剂的加入提供了及时有效的数据支撑，为工艺生产过程实现闭环自动控制提供了可靠的指标数据，确保了液体质量控制高效、稳定，在氧压浸出湿法炼锌过程中产生了较高的经济效益和社会效益。