22Na浓(密)度计在马钢罗河选矿厂的应用

沈 毅

(安徽马钢罗河矿业有限责任公司)

罗河选矿厂磨选工序为阶段磨矿—浮选—弱磁选，将一段磨矿溢流浓度控制在合理的范围内对后续浮选精矿选别及设备稳定运行至关重要。多年来罗河选矿厂为优化提升磨矿及浮选效果，一直在探索能够满足使用精度要求且稳定可靠的浓度在线检测仪表。针对工业领域常用的超声波浓(密)度计、放射性同位素浓(密)度计、音叉式浓度计、科里奥利浓(密)度计等在线式浓(密)度计在罗河选矿厂进行了长期的现场应用试验，试验得出22Na浓(密)度计因其非接触式测量、安全环保的特点可有效解决磨矿过程浓度难以监测的难题。

1 仪表应用工艺条件

罗河选矿厂磨选工艺采用阶段磨矿—阶段选别—先浮后磁的选矿工艺流程，浮选硫铁矿得到硫精矿，浮选尾矿经弱磁粗选，粗精矿磨至-0.074 mm 75%，弱磁精选得到弱磁铁精矿。矿石硬度12～16，浮选给矿-0.074 mm 55%，浮选给矿浓度42%，矿浆流均由渣浆泵动力输送，矿浆颗粒粗、流速快，夹杂少量气泡。浮选给矿矿浆浓度的控制对后续选别效率及设备的稳定运行至关重要。

2 存在的问题

浮选给矿浓度过高会加快设备磨损，缩短浮选设备使用寿命，同时易造成浮选机沉槽，极大地影响生产的连续性；浮选给矿浓度过低将影响浮选效果[1]。为寻找适合现场使用的浓(密)度计，罗河选矿厂会同国内外多个知名仪表厂家对超声波式浓(密)度计、音叉式浓(密)度计及科里奥利浓(密)度计进行了现场应用试验，但均未达到理想的使用效果。

(1)在浮选给矿管道及浮选给矿泵池进矿溜槽分别进行了管段式及浸入式超声波浓度计的现场应用试验。管段式超声波浓度计矿浆夹杂气泡，仪表精度及稳定性不够，仪表探头及管节易磨损，生产过程中管道磨通后拆卸不便，易造成生产中断；在矿浆溜槽内安装浸入式浓度计需将溜槽液位抬高，但影响矿浆流通，造成溜槽漫矿，同样也存在气泡影响检测精度及探头易磨损的问题。

(2)音叉式浓度计对介质流速要求不超过1 m/s，但应用现场无论是在溜槽上安装还是在管道上安装，矿浆流速均超过2 m/s，矿浆流人为降速后易造成矿浆分层、沉降、堵塞等问题。

(3)科里奥利浓(密)度计不适用于大口径管道介质浓(密)度检测，对介质内的气泡及外界振动较为敏感，由于动力输送管道振动较大，仪表精度及稳定性难以保证；对矿浆进行截流后同样存在易磨损、易堵塞的问题，现场应用效果不佳。

(4)放射性同位素浓(密)度计采用管道夹抱式非接触测量，应用范围广、精度高、安装方便，在很大程度上解决了浓度检测的难题，但因申报手续繁琐，使用及管理过程需要专人负责，管理成本高，存在一定的安全隐患，且存在放射源不易处置等问题。

3 22Na浓(密)度计简介

3.1 测量原理

22Na浓(密)度计是由22Na放射源产生的γ射线穿过被测介质，其中一部分γ射线被介质阻挡吸收，剩余的部分射线被探测器接收，探测器接收的γ射线量越多则表明被测介质的浓(密)度越小，反之亦然[2]。根据探测器接收γ射线的衰减程度，智能测控仪计算电离辐射通量的变化情况，进而得出工艺管道内介质的浓(密)度值，并可以标准的4～20 mA电流信号输出至智能仪表或DCS控制系统。

3.2 仪表构成说明

22Na浓 (密) 度计由夹抱装置、探测器、射线输出装置、智能测控仪等组成(图1)。

图1 22Na浓(密)度计系统结构

3.3 仪表指标参数

DF-5428浓(密) 度计可有效应用在管径为DN80～DN300的工艺管道，仪表采用AC220V供电，输出4～20 mA信号，要求现场环境温度在-20～45 ℃，管道输送矿浆物料连续。

3.4 用 途

DF-5428浓 (密) 度计可应用于冶金、矿山、化工、煤炭、污水处理等行业中各种料液浓(密)度的在线检测。

3.5 技术特点

(1)使用活度<1×106Bq的22Na放射源，半衰期为2.6 a，低于国家标准 GB 18871—200《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》，对人体无伤害，对环境无污染，在国家生态环境部的豁免清单之内,可以当做普通仪表使用。

(2)探测器采用高灵敏、高效率的闪烁体、自动稳峰技术，可对温度变化或元器件老化等因素造成的仪器漂移进行补偿，具有极高的稳定性，大大减少仪表的维护工作。

(3)非接触式测量方式，探测器及放射源安装在工艺管道外侧，不受物料的黏稠、腐蚀、高温、高压、磨损等恶劣条件影响，长期运行稳定可靠，经久耐用。

(4)适应性强，任何环境因素以及物料的速度、温度等均对射线测量没有影响。

(5)浓 (密) 度计采用管道夹抱式安装，安装便捷，不与检测介质直接接触，在生产过程中同样可以顺利的完成仪表地拆解、维修、更换工作，极大地满足现场的使用需求。

4 22Na浓(密)度计的应用效果

4.1 工艺点情况

22Na浓度计应用于现场浮选给矿管道矿浆的浓度检测。

4.2 夹抱装置应用情况

夹抱装置包含射线输出装置、射线接收装置、螺杆3部分，射线输出装置固定22Na放射源，射线接收装置固定探测器，采用螺杆将夹抱装置固定于被测管道上。22Na放射源及射线接收装置安装、拆卸较为方便，无须停产处理。

4.3 智能测控仪应用情况

智能测控仪包含数据处理、显示单元，智能测控仪可就近安装于被测工艺点处，方便操作人员实时掌握被测工艺点的浓度信息，以对现场工艺做出及时调节。测控仪也会输出4～20 mA信号给控制中心，便于现场自动化集中控制。

4.4 应用情况

22Na浓度计在选矿厂现场应用半年以来，精度及趋势性良好，对比数据及趋势见表1、图2。

图2 2019年8—12月份西北角钻机穿孔产量

表1 一段浮选给矿DF-5428浓度计验证数据

图2 浓度验证数据趋势图

将22Na浓(密)度计测控仪输出的4～20 mA信号接至磨矿智能控制系统，通过设备运行状态数据及浮选给矿浓度等其他磨矿过程指标数据的实时在线监测，系统可自动调节给矿给水量，在保证浮选给矿浓度等生产指标及设备安全稳定运行的前提下，最大限度地提升了一段磨机的台时能力，实现了磨矿的智能控制[3]。

5 结 论

(1)矿浆浓度是磨选工艺流程中的重要指标，实现对磨选过程浓度的实时在线检测与控制，对提升选别效果有着重要的指导意义。

(2)超声波式浓(密)度计、音叉式浓(密)度计、科里奥利浓(密)度计及放射性同位素浓(密)度计因其检测原理、管理成本、安全隐患等方面的原因，在选矿工艺流程中应用都有一定的局限性。22Na浓(密)度计因其非接触式测量、安全环保的特点，在磨选工艺流程中的应用更为广阔。

(3)随着矿山智能化建设的推广，22Na在线检测型浓(密)度计的应用可有效解决磨矿过程浓度难以检测的难题，加快矿山智能化建设的步伐。

(4)22Na浓(密)度计在罗河选矿厂已连续运行半年多，在此期间，仪表运行稳定可靠，精度能够满足现场使用需求，充分发挥了浓度在线连续检测的特点，对优化生产、提高效率，降低生产成本起到了重要作用。