淺析有色金屬濕法冶煉工藝過程中的自動化儀表設計

【摘要】本文針對工業自動化儀表進行了簡述，同時介紹了其分類與發展，對工業自動化儀表在有色金屬濕法冶煉工藝中的運用進行了分析，對設計當中遇到的一些問題進行了探討，希望能夠對相關人士具有一定的借鑒作用。

【關鍵詞】工業自動化儀表;有色金屬;濕法冶煉

在信息化快速發展的今天，在很多領域當中越來越廣泛的應用到了工業自動化儀表，同時一些具有特色的新型儀表也出現了。生產裝置的高度自動化、連續化以及大型化現在已經完整地呈現在現代工業當中，而要想使工業生產的高產量、高效率以及安全平穩運行得到有效的保證，就必須要對自動化儀表進行充分的利用。本文針對自動化儀表在濕法煉銅工藝中的設計以及其自身的發展進行了介紹，同時還有針對性的分析了在施工以及設計中遇到的要點和難點。

1.自動化儀表概述

最早在二十世紀三十年代出現了工業儀表，其一開始只適用于冶金、熱能動力、石油煉制以及化工等連續性熱力生產過程中，所以常常也稱之為熱工儀表。氣動儀表在四十年代出現了，其壓力信號具有統一性，并且具備了帶遠程發射器的功能。隨著集成電路以及半導體在六十年代后期的出現，高性能以及小體積成為了自動化儀表的發展方向。同時，組裝式儀表、單元組合儀表以及基地是儀表等相繼出現了，這樣在數據處理中對計算機進行應用的各種自動化方案便得以實現。數字式控制裝置在七十年代以后出現，其有效地結合了自動控制器桶儀器儀表，是智能化以及數字化工業自動化儀表的誕生標志[1]，通常可以將工業自動化儀表分為四大類，也就是執行器、顯示儀表、控制儀表、檢測儀表等。

作為工業生產進行控制以及了解的一種手段，工業生產過程的檢測具有非常重要的作用，因為只有準確的了解工藝過程參數，并且實施有效的調節與控制，才能使生產的高效率以及安全運行得到保證，最終能夠將合格的產品生產出來。

2.堆浸法濕法煉銅工藝以及檢測要求

2.1 堆浸法濕法煉銅工藝概述

堆浸法濕法煉銅工藝屬于一種新興的煉銅工藝。盡管其發展才有短短的幾十年時間，但是在全球銅產量的20%以上都是采用堆浸法濕法煉銅工藝生產出來的，而且其具有越來越好的發展勢頭。堆浸法濕法煉銅工藝主要可以劃分為四個步驟，也就是堆浸、萃取、反萃以及電積。

2.1.1 堆浸

將硫酸溶液在大氣環境下在礦石堆中噴入，這樣以硫酸銅的形式將銅溶解出來，經過積液渠在堆積匯集，流經積液渠泵向澄清池進行輸送，然后在沉淀之后，采用泵送的形式將浸出液送到萃取區[2]。

2.1.2 萃取

將有機萃取劑混合來自堆浸區的浸出液，這樣就能夠使銅離子在浸出液中向有機萃取液當中轉入，然后利用重力的作用，采用有機分離的方式針對含銅離子的有機相與廢棄的浸出液進行處理。

2.1.3 反萃

在經過洗滌除雜之后，含銅離子有機相就會混合含強硫酸的電解液，這樣有機相當中的銅離子就會向電解液當中轉入，然后在重力作用下分離電解液以及有機相，這樣有機相在分離之后就會向萃取區進行重復利用，并且在電積區當中送入富含銅離子的電解液。

2.1.4 電積

選擇艾薩法作為電積方法，選擇不銹鋼板制作而成陰極板。在電積電富液池流入來自反萃區的電解液，利用泵送的形式將其送進電積高位槽，電解液在電積高位槽內會向電解槽內流入實施電積，這樣就能夠將成品銅生產出來。

在經過萃取之后，剩下的萃余液會被送到堆礦當中進行重復利用;在電積之后電解液會產生，然后利用泵送的形式將其輸送到反萃槽，并且對之進行循環使用，這樣就能夠使整個工程實現無外排廢液，最終不能夠對資源進行充分的利用。

2.2 在堆浸法濕法煉銅工藝當中自動化儀表檢測要求

2.2.1 堆浸工段的要求

在堆浸工段對于以下幾個方面具有要求，也就是循環利用的萃余液流量、含銅離子的浸出液流量，與此同時還有兩種溶液的流量累積。

2.2.2 萃取工段的要求

全廠主要工藝流程都包含在萃取工段當中，其主要是針對電貧液、有機相以及浸出液等主要溶液的流量累積以及流量進行重點檢測，同時還要針對硫酸罐、電貧液池、電富液池、有機相池等主要罐體以及槽體的液位進行檢測;針對板式換熱器、電貧液池、電富液池以及有機相池的進出口溫度進行檢測[3]。

2.2.3 電積工段的要求

在電積工段主要是針對電積貧液池以及電積富液池的出口量進行重點檢測、針對電積高位槽、電積貧液池以及電積富液池的液位進行檢測;針對板式換熱器以及電積高位槽的進出口溫度進行檢測。

3.如何針對自動化儀表進行選型

3.1 如何選擇流量檢測儀表

在項目當中往往具有成分復雜的被測介質，并且其具備一定數量的顆粒狀雜質以及腐蝕性雜質。所以在選擇流量儀表的時候不僅要對其防腐蝕性予以注意，同時還要對其耐磨耐沖擊等因素予以兼顧。通常，選擇采用渦街流量計針對低電導率流體進行檢測，選擇電磁流量計針對導電介質進行檢測。

①選擇電磁流量計：其主要是以法拉第電磁感應原理為根據進行工作，電磁流量計除了能夠對一般導電液體的流量進行測量之外，同時還可以針對紙漿、礦漿、泥漿等液固兩相懸浮的溶液以及強腐蝕性液體等進行檢測，而且其還具有工作可靠、測量精度高、維修量低、安裝方便等一系列特點，所以被廣泛的應用到了鋼鐵以及冶金等行業當中，所以在檢測導電溶液流量的時候通常會將其作為首選儀表。在針對電磁流量計進行選擇的時候通常需要注意以下幾個問題：首先再對流量計型號進行選擇的時候需要以流速以及管徑為根據，如果需要介于成本或者具有流速過低介質的情況，就可以選擇異徑管針對其實施縮徑處理，為了能夠使測量的精度得到有效的保證，必須要保證異徑管具有不大于15度的中心錐角，而且中心錐角越小就會具有越好的效果。

在對內襯和電極材質進行選擇的時候必須要以測量介質腐蝕性為根據，比如在檢測浸出液流量的時候，由于酸性溶液具有一定的腐蝕性，所以選擇聚四氟乙烯作為內襯材質。選擇哈氏合金作為電極材質。在對電磁流量計安裝位置進行選擇的時候，必須要與強烈震動地帶具有較遠的距離。

②選擇渦街流量計：渦街流量計的理論基礎為卡曼渦街理論，作為一種通用型流量計，渦街流量計的檢測信息就是流體漩渦的流體流速與發生頻率之間的函數關系。現在渦街流量計已經得到了非常快速的發展，而且受到了廣大用戶的高度認可，成為了檢測低電導率流體流量的非常重要的一種儀表。在對渦街流量計實施選型的時候需要對以下內容予以充分的注意：首先必須要以流速以及工藝管徑作為根據，最終將渦街流量計的型號確定下來;其次需要以流體的腐蝕性為根據針對合適的傳感器材質進行選擇;再次由于渦街流量計具有較差的抗震性能，因此渦街流量計會在外來震動的影響下出現測量誤差，在嚴重的情況下還會無法正常的進行工作，因此必須要選擇遠離震動帶的位置對其進行安裝，同時還應該將支撐家在流量計兩側管道對之進行穩固;最后，在具體的使用過程中，渦街流量計具有一定程度的局限性，首先在對臟污介質進行測量的時候具有較差的適應性，介質臟污或者污物很容易纏繞在渦街流量計的發生體上，最終使幾何體尺寸得以改變，從而進一步的影響到測量的進度，而且其在低雷諾數流體當中并不適合，而且在使用在小口徑、低流速以及高黏度的時候也具有較大的局限性[4]。

3.2 選擇液位檢測儀表

因為酸性溶液屬于被測介質的主要性質，所以其具有較大的腐蝕性，應該采用非接觸式測量儀表針對液位進行檢測。可以選擇雷達液位計或者超聲波液位計作為主要的液位檢測儀表。相對于超聲波液位計而言，雷達液位計具有較強的穿透能力，在面對存在揮發現象的介質當中具有更強的適用性。通常選擇磁致伸縮液位計來檢測臥式煤油罐的液位，其通過對波導原理的利用，憑借浮子隨液位的變化而出現的脈沖時間差針對液位進行測量，因此被廣泛的運用在了油罐液位的檢測當中[5]。

4.儀表設計優化問題

①萃取槽工作方式的優化：將幾臺開關型電動閥門增設在工藝管道上，從而能夠對浸出液的流向進行有效的控制，最終將萃取槽的功能轉變完成。以浸出液流量的大小為根據，在PLC控制系統當中針對閥門開關進行有效的控制，這樣就能夠保證萃取槽工作方式可以的對功能進行自動調整[6]。

②電解液溫度控制的優化：電解液溫度達到45度以上是最為適宜的溫度，因此要采用板式換熱器針對送入電積高位槽前的電解液進行升溫處理。可以先將調節型電動閥門增設在板式換熱器的熱水進口管道，將溫度檢測裝置設置在電積高位槽，以該溫度檢測結果為根據針對閥門開度進行調整，最終能夠保證電解液溫度的控制功能的實現。

5.結語

在本次研究當中的濕法煉銅廠具有不是很高的整體自動化水平，因此僅僅只是針對自動化儀表設計有色金屬濕法冶煉工藝過程中的應用紀念性和分析和探討，從而能夠對相關人士起到一定的借鑒作用。現在我國的自動化儀表的發展已經達到了一個比較高的水平，然而相對于化工以及石油行業而言，自動化儀表的應用水平在有色金屬冶金以及礦山領域當中還存在這較大的差距，所以仍然需要相關的設計人員通過不斷的努力，從而不斷的完善自動化儀表在有色金屬行業中的發展水平。

參考文獻

[1]張玉萍，武志紅，鞠鶴，蔡天曉，方媛，蔡繼東.濕法冶煉中電沉積鈷用鈦陽極研究[J].稀有金屬，2012（06）.

[2]吳向先.銅—鋅精礦的硫酸化焙燒及濕法冶煉[J].有色金屬（冶煉部分），2013（07）.

[3]王敏學.氧化還原電位計在濕法冶煉中的應用[J].有色冶金設計與研究，2012（S1）.

[4]（美）W.G.達文波特（W.G.Davenport）等著，楊吉春，董方譯.銅冶煉技術[M].化學工業出版社，2011.

[5]中國冶金建設協會編.鋼鐵企業過程檢測和控制自動化設計手冊[M].冶金工業出版社，2010.

[6]陸德民主編.石油化工自動控制設計手冊[M].化學工業出版社，2010.

作者簡介：譚雪峰（1980—），男，吉林農安人，大學本科，講師，現供職于吉林工業職業技術學院，研究方向：自動化。