线性移动刀口取样器在铅锌矿选矿厂的应用

周 成 ，刘英俊 ，孙 振 ，孙学方 ，袁建明

（1.北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160；2.矿冶过程自动控制技术国家重点实验室，北京 100160；3.矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室，北京 100160；4.扎兰屯市国森矿业有限责任公司，内蒙古扎兰屯 021008）

随着选厂自动化和智能化的发展趋势，以及对取样代表性观念的转变，全自动的取样系统及成套设备正成为现代化选矿厂必不可少的一部分，用以取代人工手动取样所产生的较高人力成本以及消除不可控的人为取样偏差；同时，选厂对经济效益的追求对金属量计算的准确性也提出了很高的要求，因此具有取样代表性的全自动取样器及系统对选厂具有重要的实用意义[1]。

北京矿冶科技集团有限公司为国森矿业有限公司二道河铅锌矿选厂设计了成套的BOXA在线X荧光品位和BPSM在线粒度浓度一体化分析系统，包含10多套全自动TMC型管道取样器用于1、2系列磨浮原、精、尾矿及中间工艺流程的取样。整套系统于2016年完成安装调试并投入运行，现已稳定运行约两年。随着生产工艺运行稳定和矿体的深入开采，原矿中Pb品位出现了较大变化，Pb品位变高且有一定波动。经过一段时间运行，该厂发现当Pb品位高于1%时，原有管道取样器系统取出的班样样品用于金属量计算会导致每月Pb精矿盘库胀库现象，而Zn精矿处于可控范围。

本文针对上述问题和厂方实际需求，于2018年初对现场进行了原因排查和问题分析，分阶段定制化设计了M1350线性移动刀口一次取样器和M1860二次缩分取样器，替换1、2系列旋流器溢流原矿取样点原有的TMC管道取样器系统，有效改善了出现的问题，满足了现场的需求。

1 存在的问题分析及解决方案

1.1 原系统问题分析

二道河铅锌矿厂有两个呈对称分布的磨矿浮选系列。两个系列旋流器溢流原矿矿浆都采用TMC固定刀口一次取样器进行取样，取样样品流量70～150 L/min。取样系统受BOXA荧光品位分析仪控制，当需要测量时，取样器气控箱接到BOXA的取样指令进行前冲洗、取样、后冲洗等动作，所取得的样品通过敷设的高分子管道自流到荧光房MAX多路分配器平台，多路分配器一方面按照设定的频次和周期进行矿浆样品取班样动作，另一方面将矿浆样品输送到BOXA仪进行品位测量，测量后的样品和多路器旁路样品流入泵池最终泵送返回到工艺流程，如图1所示。

图1 1、2系列旋流器溢流原矿取样分析系统

TMC型管道取样器结构原理图如图2所示。其取样为重力自流的原理，根据矿浆流动性质进行流体力学仿真专门设计的箱体和D字型刀口保证进入刀口的样品能全部流出，从而保证取样代表性。此外，由于管道取样器采用固定刀口，其取样代表性会受到矿浆混合均匀性的影响，因此取样器安装位置的选择便至关重要。

图2 TMC固定刀口取样器结构原理

二道河铅锌矿为新建矿山，随着采矿生产的深入推进，Pb品位＞1%、Zn品位＞10%的高品位矿石越来越多。系统稳定运行一年半后，发现原矿TMC管道取样器系统在高品位矿石生产时取样偏差变大，出现Pb精矿胀库现象。分析认为导致问题出现有以下几个原因：1）Pb属于重金属，原矿中Pb品位变高后矿浆物理性质发生变化，导致矿浆更易分层，TMC管道取样器取样受此影响；2）TMC取样器到MAX多路器样品管道长约130 m，且为自流管道，样品中Pb在管道中逐渐分层以及富集Pb的泡沫挂壁，导致MAX多路分配器的取班样出现偏差。

1.2 解决方案

为了从根本上解决出现的问题，通过实地考察和测绘，拟采用最具代表性的M1350线性移动刀口取样器替换现有的TMC固定刀口管道取样器，通过取样对比来锁定问题的最终原因，再根据实际效果决定是否采用就地班取样器。

线性移动刀口取样器取样原理[2]可简单地概括为：取样刀口在电机或气缸的带动下以稳定的线速度垂直于矿浆流动的方向切割整个矿浆流，从中取出一定量的矿浆以满足在线检测或实验室化验需求。如图3所示，线性移动刀口取样器的主要技术特点是：1）根据矿浆粒度、浓度和流量参数专门设计的“D”型刀口结构，保证切下来的每“一片”矿浆以无阻力、无喷溅的方式全部进入取样刀口；2）线性移动刀口以合理的速度截取整个工艺流的矿浆，切“一片”矿浆出来，而不是取固定的1个或是几个位置的矿浆作为样品；3）根据矿浆浓度、粒度、流速等参数进行线性移动刀口的尺寸和移动速度的定制性设计，保证矿浆中的每一个颗粒都有均等的机率流入刀口。

图3 M1350移动刀口取样器结构原理

2 移动刀口取样器应用试验

2.1 取样器设计

由图2和图3取样器结构原理图可判断，TMC管道取样器的安装基本不占用工艺管道的高差，而线性移动刀口取样器由于需要形成矿浆瀑布面，对出入口工艺管道的高差有一定的要求。通过现场测绘，旋流器溢流管道规格为DN350，按照移动刀口取样器的标准设计，现场无安装空间。为此，根据实际测绘结果定制化设计了满足现场安装条件的M1350移动刀口取样器。

取样器的设计关键点和难点在于：1）旋流器溢流竖直管道向下直接进直线振动除杂筛，如何在旋流器和除杂筛之间形成平稳的矿浆流以满足取样器的安装使用条件；2）如何小型化设计取样刀口，在有限的高差下满足取样量和取样代表性的问题；3）由于取样器工艺入口和出口高差有限的原因，如何防止工艺矿浆流溅射进入取样样品箱中污染样品进而影响取样代表性的问题。

旋流器溢流管道从上方平台竖直向下布置，而M1350移动刀口取样器入口为带有一定倾角的水平管道，为降低较高的矿浆流速，在取样器入口前增加方形的转角箱体用以改变矿浆流向，同时降低流速。将取样器矿浆入口设计成放射状的喇叭口，可进一步降低流速，还能形成稳定的矿浆瀑布面。矿浆入口的设计由于将宽度方向上的尺寸拉长了一倍以上，因此取样器入口的高度降低至原来的二分之一以下。这样便于取样刀口的小型化设计截取全矿浆流，同时也降低了取样器出入口的高差要求，满足了安装条件。定制版MB50移动刀口取样器见图4。

图4 定制版M1350移动刀口取样器结构图（左）和现场安装图（右）

矿浆入口转角箱的设置和放射状矿浆入口管的设计，都能有效降低矿浆流速，形成平稳的瀑布面。矿浆进入取样器箱体后，按照设计轨迹下降到底部箱壁，避免了与侧壁碰撞导致矿浆飞溅。M1350取样器ICE箱体与样品箱之间增设防溅橡胶帘子，可以满足刀口样品出口管的来回线性移动，同时防止工艺矿浆飞溅进入样品箱中。

由于取样器安装在除杂筛之前，移动刀口取样器能够取到大颗粒矿物以及杂质，为防止样品中的杂质堵塞输送距离超过100 m的自流样品管路，在取样器样品箱出口单独设计了除杂箱用于过滤矿浆样品中的杂质。

2.2 取样对比试验

2018年6月初，技术人员将1、2系列原矿TMC管道取样器替换成M1350线性移动刀口取样器，并在完成取样器改造后，进行了取样对比试验。由于原系统TMC管道取样器是全封闭的，无法就地取样；而M1350移动刀口取样器在样品出口部分增加了除杂箱，可就地手动取样。为判断原矿矿浆样品流经一百多米的高分子样品管道样后是否会产生取样误差，选取M1350移动刀口取样器样品出口的除杂箱和MAX多路器的取样口两处作为对比试验采样点，样品都来源于M1350移动刀口所取下的一次矿浆样品。取样对比试验结果如表1所示。

表1 1系列、2系列原矿多路分配器和M1350取样器处班样对比 %

由表1可以看到，1系列Pb平均品位1.33%，Zn平均品位9.3%；2系列Pb平均品位1.07%，Zn平均品位8.36%。1系列多路器处班取样Pb、Zn的化验结果比M1350处的班样化验结果普遍偏低，且Pb的相对偏差较大，Zn的结果在正常偏差范围内；2系列多路器处班样Pb、Zn的化验结果与M1350处的班样化验结果偏差在可接受控范围内，化验结果数据互有高低。1、2系列数据对比，从图5可以直观地看出1系列Pb品位偏差明显高于2系列，1、2系列Zn品位偏差值大小基本一致。分析结果表明，采用M1350移动刀口取样器后，2系列取样偏差满足金属平衡计算要求，而1系列Pb取样偏差有所改善，但仍然不满足金属平衡计算要求。导致这一结果的主要原因是1系列样品管道比2系列样品管道长度更长、管道走向更加复杂，使得多路器入口出的矿浆混合不均匀，取班样仍然存在较大偏差。的自流管道，1系列原矿在多路器处取得的班样仍然不能满足金属平衡计算要求。为进一步提高取班样的准确性，决定在M1350一次取样器和除杂箱之间就地安装M1860班样器，以排除相关的影响因素，安装示意见图6。M1860班样器取样原理与M1350取样器类似，按照设定频次和周期，通过气缸带动取样刀口来回移动，全断面截取竖直流下的一次样品流进入样品柜中的班样桶中。

图5 对比样中Pb和Zn的偏差曲线

图6 班取样器安装示意

3 就地班样器应用试验

3.1 班样器设计

由于更换M1350取样器后，矿浆样品经过较长

3.2 班样器试验结果

班样器于2019年2月改造完成。将通过自动取样系统完成金属平衡计算获取的回收率与质检部门给出的真实化验结果进行了对比，对比结果如表2所示。

表2 原矿取样器改造前后Pb、Zn金属回收率变化 %

原矿一次取样器改造后，二道河铅锌选厂铅金属平衡计算偏差出现明显改善，但仍然较大；锌金属平衡计算偏差基本维持在原来可接受的范围。进一步改善系统增加就地M1860班样器后，由表2可以看出，铅和锌金属平衡计算偏差已降至1%以内。由于原矿锌金属品位比铅金属品位高一个数量级，反应到生产实际的效果便是，每月锌金属盘库已无胀库和亏空现象；而铅金属盘库从改造前胀库300余吨降低至100 t以内。

4 结论

通过分阶段试验的方法，将二道河铅锌矿选矿厂 1、2系列原矿TMC固定刀口取样器更换成M1350线性移动刀口取样器+M1860班样器的取样系统，有效改善了因原矿中Pb品位变高而带来的取样偏差增大现象。系统改造后，Pb金属每月胀库已从300 t降低在100 t以内，Zn金属已无胀库现象，每月基本实现金属平衡。取样系统的改造对选厂生产调控和计划起到了积极的指导作用，产生了一定的经济效益。由于现场磨矿采用含有药剂的回水系统，观察到旋流器溢流矿浆中漂浮有富集Pb金属的不均匀块状泡沫。这些泡沫虽然能被M1350移动刀口取到，但由于M1860班样器刀口开度较小，可能存在大块泡沫不能进入到班样桶导致班样中Pb品位偏低，从结果上来看每月仍存在胀库现象。要想进一步消除金属平衡计算偏差，需要进行系统优化。