СПЕЦПРОЕКТ

Mining World Russia 2020

ПЕРЕЙТИ

Объёмный анализ на конвейере

Продолжая тему умного рудника, а вместе с ним и умной фабрики, нельзя обойти стороной вопрос исследования состава руды, причём в режиме экспресс.

Лабораторный анализ в этом деле не самый быстрый помощник — его результатов можно дожидаться до 24 часов.

конвейерный онлайн-анализатор
Фото: dmliefer.ru

Чтобы оперативно управлять процессами горно-обогатительного производства и при минимальных затратах достигать максимального качества конечного продукта, необходимы конвейерные онлайн-анализаторы.

Главная задача такого оборудования — оперативный контроль качества рудопотоков посредством мониторинга в режиме реального времени.

Принцип действия конвейерных онлайн-анализаторов у разных производителей схож, но методы анализа разные и зависят в том числе от особенностей месторождения. Это может быть рентгенофлуоресцентный (РФА), нейтронно-активационный (PGNAA) и лазерный анализ. Чтобы понять, какие бывают модели и как они работают, мы рассмотрели несколько примеров.

Какие они бывают?

врезка

Одна из востребованных разработок компании ООО «Техноаналитприбор» — поточный рентгенофлуоресцентный анализатор АРП-1Ц, предназначенный для измерения массовой доли химических элементов в технологических продуктах переработки минерального сырья, горных пород и руд, твёрдых, порошкообразных, пульпообразных материалов.

Это устройство выполняет измерения флуоресцентным рентгенорадиометрическим методом, в основе которого лежит зависимость плотности потока характеристического рентгеновского излучения химических элементов от их концентраций.

Прибор предназначен для использования на горно-обогатительных предприятиях цветной и чёрной металлургии при обогащении драгоценных металлов, полевого шпата и в других отраслях.

«Эта установка универсальна, применять её можно и для твёрдых (руда/шихта), и для жидких (пульпа/растворы) продуктов.

Поэтому прибор используют на всех этапах обогащения:
в подготовительных процессах — для входного контроля руды при подаче на дробление, для контроля дроблёной руды перед измельчением и классификацией в гидроциклоне;
в основных процессах — для контроля измельчённой руды при подаче её на флотационные машины и анализа пульпы с целью управления количеством флотирующего вещества;
во вспомогательных процессах — для анализа готового концентрата и отвальных хвостов» (рис. 1), — объясняет генеральный директор ООО «Техноаналитприбор», канд. физ.-мат. наук Арсений Трушин.

Ещё один пример использования РФА — энергодисперсионный анализатор с лазерной триангуляцией типа «СканХ-3D» российского производителя ООО «Красрадос». С его помощью можно быстро определить качественное и количественное содержание основных и второстепенных химических элементов в различных образцах со статистически значимой точностью.

«Сканер применяется в технологии поточного бесконтактного экспрессного рентгенофлуоресцентного (энергодисперсионного) опробования состава сырья на транспортном носителе.

Это может быть конвейерная лента, тарельчатый питатель или шахтная вагонетка, причём в режиме реального времени.

Помимо основного назначения — рентгенофлуоресцентного анализа использование такого прибора позволяет оценить насыпной объём рудной массы, даёт возможность крупнопорционной сортировки по измеренным содержаниям анализируемого элемента и управления технологическими процессами подготовки и переработки сырья.

Установка обеспечивает возможность контролировать содержание элементного состава в широком диапазоне элементов с атомными номерами от Z=20 (кальций) до Z=92 (уран). Количество одновременно определяемых элементов можно варьировать в зависимости от поставленной задачи.

По результатам измерений определяется качество измеряемого продукта: тип, сорт, а также тренд: изменение измеряемого параметра во времени», — рассказывает заместитель генерального директора ООО «КРАСРАДОС» Александр Степанов.

Одна из технологий анализа австралийского производителя — анализ мгновенного гамма-излучения нейтронной активации (PGNAA) для поминутного анализа элементного состава проходящего через анализатор сыпучего материала.

Как она работает? Радиоактивный источник калифорний-252 испускает нейтроны. Эти нейтроны поглощаются ядрами атомов химических элементов материала на ленте конвейера. Каждый элемент испускает мгновенное гамма-излучение уникальной энергии. И уже полный спектр гамма-излучения регистрируется и анализируется для определения элементного состава материала.

Время измерения — одна минута. В нашей стране такой способ анализа представляет компания Scantech.

«Основой нашей производственной программы и наиболее интересной её частью является конвейерный онлайн-анализатор элементного и химического состава серии OBA Mk4 на основе технологии PGNAA, которая у нас выпускается под тремя брендами: GEOSCAN-M для горно-металлургического сектора, COALSCAN 9500X для угольно-энергетического сектора и GEOSCAN-C для цементного сектора промышленности.

Наш метод применим для конвейерного онлайн-анализа широкого круга материалов, таких как уголь, кокс, железные, марганцевые, медные, свинцово-цинковые, никелевые, литиевые, платиновые и другие руды, концентраты и агломераты, бокситы, фосфаты, известняки, сырьевая цементно-клинкерная смесь. Обеспечивает точное определение таких элементов, как Fe, Ti, Mn, Cu, P, Si, Al, Ca, Mg, Na, K, Cl, S и других.

Например, на одном из ГОКов в Австрии наш анализатор позволяет определить в руде ртуть при её содержании в граммах на тонну», — рассказывает маркетинг-менеджер австралийской компании Scantech Михаил Лысый.

Предобогащение необходимо на любом предприятии, уверен Александр Степанов. Существует Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых (ГКЗ), которая обязывает на добывающие объекты — и старые, и вновь вводимые в эксплуатацию — устанавливать для этих целей специальное оборудование.

Применение анализатора АРП-1Ц на всех этапах обогацения руды

«Начиная с 1990-х годов у нас было порядка 50 объектов внедрения, в том числе 16 единиц техники на уранодобывающем предприятии. Эта техника работала в течение 20 лет и днём и ночью, но добычу по разным причинам заморозили.

В настоящий момент мы предлагаем горнодобывающим предприятиям не только рудоконтролирующие станции ScanX-3D, но и рентгенорадиометрические сепараторы типа СЭФ для предобогащения минерального и техногенного сырья.

Ставим сепаратор на борт карьера, через него пропускаем руду, сепаратор убирает пустую породу. Сканер показывает, что идёт по транспортёрной ленте рудопотоков предприятия. Это важный этап добычи, однако владельцы предприятий в большинстве своём считают его неэффективным», — полагает Александр Иванович.

Особенности

Мы уже сказали о том, что в основе флуоресцентного рентгенорадиометрического метода лежит зависимость плотности и энергетического состава потока характеристического (вторичного) рентгеновского излучения элементов от их содержания. В чём же принципиальное отличие технологии анализа мгновенного гамма-излучения нейтронной активации(PGNAA)?

«Эта технология объёмна. То есть определяется химический состав всей толщи материала на глубину слоя до 530 мм, а не только видимой поверхности, как у рентгеновской и лазерной технологии, поэтому ошибки опробования как таковой здесь нет.

Это позволяет анализировать неравномерно вкрапленные или уложенные слоями материалы», — уточняет Михаил Лысый.

Особенность АРП-1Ц в том, что для анализа жидкого вещества прибор может как устанавливаться непосредственно в потоке в цехе, так и работать в комплексе с системой доставки проб, последовательно анализируя отобранные пробы. Доступна и комбинированная конфигурация этих процессов.

Эксплуатация

«Конфигурация анализатора пульпы непосредственно в точке контроля, без доставки проб открывает новые возможности при управлении процессом обогащения на предприятии, а именно позволяет повысить надёжность и отказоустойчивость анализатора, так как при выходе из строя одного датчика вся система продолжает работать, в отличие от системы с отбором и доставкой проб.

Кроме того, есть возможность экспериментировать и искать оптимальные точки контроля за счёт быстрой и простой установки датчика в любой точке контроля. При этом стоимость нескольких датчиков примерно соответствует цене системы с пробоотборниками и одним датчиком.

Таким образом, для всей обогатительной фабрики можно использовать единый комплекс оборудования и, соответственно, единое метрологическое и программное обеспечение, что позволяет облегчить создание АСУ ТП, снизить издержки на обслуживание, упростить обучение персонала, уменьшить количество ЗИП и затраты на них, облегчить процедуру поверки», — сообщает Арсений Трушин.

энергодисперсионный анализатор с лазерной триангуляцией типа «СканХ-3D»
Фото: rados.ru

Станция мониторинга качества рудной массы ScanX-3DC представляет собой оборудование, зафиксированное неподвижно над конвейером на высоте от 300 мм до 500 мм от ленты. Причём ширина засыпки транспортируемого материала должна быть не менее 450 мм. К скорости конвейера особых требований не предъявляется, как правило, это 2–3 м/с.

Допустимый класс крупности руды — 300 мм.

Измерительный модуль монтируется в устройство защиты от столкновения с негабаритами.

Время измерения одной микропорции — 0,2 секунды, даёт возможность более детально обследовать перемещаемый поток рудной массы.

Характерная особенность всех перечисленных типов анализаторов — полное отсутствие контакта анализатора с лентой и непосредственно с рудой.

«Это возможно благодаря тому, что все типоразмеры наших анализаторов по длине ленточных конвейеров занимают всего лишь 1 метр. То есть их можно разместить между двумя соседними рядами ролик опор, и на таком коротком расстоянии лента не успевает провиснуть настолько, чтобы возникла необходимость её внутри анализатора поддерживать при помощи каких-то контактов», — описывает устройство представитель Scantech.

ЭКПЕРТ

Александр Степанов,
заместитель генерального директора ООО «КРАСРАДОС»

«На данный момент интерес к нашему оборудованию преимущественно у иностранных коллег, они думают о себестоимости продукции, чего пока нельзя сказать о наших недропользователях.

У нас столько земли, столько руды, столько металла. К нам приезжали представители австралийской, немецкой, китайской, английской компаний, даже из ЮАР. Им наше оборудование незнакомо, и когда мы говорим, что входит в состав конкретного куска металла, они не верят, для них это сказка.

Все соглашаются с тем, что 30 лет назад сложно было представить анализаторы и рентгеновские аппараты, которые есть сегодня.

Мир не стоит на месте, и мы внедряем инновации в своё оборудование, оно наукоёмкое, поэтому, чтобы работать с ним, нужно иметь специальную квалификацию.

В связи с этим возникает проблема: оборудование стоит, потому что в компаниях текучка кадров: человек, который обслуживал оборудование, уволился, другого принимают и не обучают, поэтому зачастую неправильно задают параметры, теряется эффективность оборудования».

Технические характеристики

При разработке таких устройств особое внимание уделяется климатическим условиям эксплуатации. Сохранить работоспособность при отметке до +45 °С и значительных отрицательных температурах «СканХ-3D» помогает термоэлектрическая сборка класса «ВОЗДУХ-ВОЗДУХ» на элементах Пельтье.

Бесперебойную работу в холодном климате до -10°С (опционально до -40°С) обеспечивает предусмотренный электрообогреватель. Напряжение питания станции может быть адаптировано к имеющимся электрическим сетям потребителя.

Размер и масса прибора АРП-1Ц позволяют устанавливать его непосредственно в точке контроля.

Габариты датчика составляют 150x140x300 мм, шкафа питания — 300x250x170 мм при массе соответственно (не более) 5 и 6,5 кг. Анализатор может эксплуатироваться в диапазоне температур от -30 до +50 °С, относительная влажность не более 95 % при 35 °С и более низких температурах, без конденсации влаги.

ЭКСПЕРТ

Михаил Лысый, менеджер по продажам и маркетингу компании Scantech
Михаил Лысый, менеджер по продажам и маркетингу компании Scantech

«Анализатор распределения по крупности SizeScan — это новый для нас продукт, основанный на технологии объёмной съёмки в инфракрасном спектре, разработанной компанией COREM из канадской провинции Квебек, а также патентованных алгоритмах обработки изображений для определения гранулометрического состава транспортируемых конвейерами материалов в режиме реального времени.

Она определяет гранулометрический состав частиц материала крупнее 10 мм. На рынке таких систем существует несколько.

Чем отличается наша? Сканирование происходит не в видимом спектре, а в инфракрасном, и для съёмки используются 3D-камеры, что делает возможным анализ объёмного изображения».

К техническим характеристикам можно отнести всё, что обеспечивает безопасность. Например, при транспортировке или демонтаже датчика анализатора АРП-1Ц зона облучения закрывается шибером защитно-монтажного блока, что полностью обеспечивает безопасность обслуживающего персонала.

Кроме того, место размещения АРП-1Ц требуется обнести заграждением и разместить на нём знак радиационной опасности. В зависимости от модели и назначения это может быть экранирование при помощи полимеров, индикация положения радионуклидного источника при помощи сигнальных ламп, огнестойкие литые экраны защиты от нейтронов, а также устройство автоматического привода источника: при остановке ленты конвейера источник перемещается в более безопасное экранированное положение.

Такие меры обеспечения безопасной работы персонала производители принимают в соответствии со стандартами России и зарубежных стран, таких как Австралия и США. Кроме того, во время пусконаладки и по запросу компании проводят тренинги по радиационной безопасности.

Справка

Для каких целей применяется онлайн-анализ при добыче и обогащении руды?

Для контроля качества самой руды, товарной продукции и хвостов фабрики. Для валовой сортировки, когда в материале, транспортируемом по конвейеру, изменяется содержание какого-либо химического элемента либо соотношение содержания двух разных элементов.

В зависимости от этого руду можно перенаправить в один, второй, третий склад. Незаменимы онлайн-анализаторы в процессах автоматического смешивания и усреднения материала, когда на фабрике необходимо получить материал заранее заданного химического состава, для чего используют материалы с нескольких складов различного качества и смешивают их в определённых пропорциях.

Также эти устройства применяют непосредственно для управления теми или иными технологическими процессами.

конвейерный онлайн-анализатор
Фото: dmliefer.ru
конвейерный онлайн-анализатор
Фото: dmliefer.ru
конвейерный онлайн-анализатор
Фото: dmliefer.ru

Как это работает online?

врезка

В каждом из случаев все измерения сохраняются в базе данных.

Управляющий компьютер обеспечивает автоматическую запись результатов измерений и расчётов с возможностью их дальнейшей записи на жёсткий диск и передачу в АСУ ТП предприятия по сети Ethernet для просмотра или управления технологическим процессом, что обеспечивает создание архива результатов анализа за любой промежуток времени.

«Комплекс, основанный на сканере ScanX-3D, в реальном времени фиксирует среднее содержание заданных элементов в рудной массе с заданным интервалом усреднения от 10 сек., при длительности микроцикла опробования 0,2 сек.

Дополнительно предоставляется программное обеспечение для наблюдения в реальном времени показаний станции и для формирования сводных отчётов: ПО «Пульт оператора» и «Пульт диспетчера».

В шахтном исполнении после измерения состава комплекс выдаёт сведения о среднем содержании заданных металлов в каждой вагонетке и усреднённое значение по всему составу. На основании этих данных автоматически принимается решение о месте разгрузки состава.

Дополнительно по каждой вагонетке фиксируется профиль насыпки и оценивается насыпной объём руды. Все данные заносятся в базу данных и отправляются на поверхность.

Диспетчер в реальном времени наблюдает за процессом добычи в шахте. Есть возможность помимо общих сводных отчётов формировать выборки данных по ортам и штрекам, чтобы геологическая служба могла оперативно принимать решения», — констатирует представитель ООО «КРАСРАДОС».

Анализаторы Scantech в режиме реального времени взаимодействуют с АСУ ТП предприятия. Обмен данными производится через стандартные промышленные интерфейсы: базу данных Microsoft Access, OPC-сервер, Modbus, Profibus, Profinet и другие.

«Система SUPERSCAN — это промышленный компьютер с программным обеспечением на базе Windows. Он представляет собой надёжный человеко-машинный интерфейс на базе SCADA-системы iFIX Proficy и может работать сразу с несколькими анализаторами.

Система отображает результаты анализа и даёт информацию о состоянии оборудования, используется для контроля, управления и предупреждения», — поясняет Михаил Лысый.

Справка

Существует множество технологий анализа: инфракрасная 3D-съёмка и патентованные алгоритмы обработки изображений, которые определяют гранулометрический состав сыпучих материалов.

Анализаторы с передачей микроволнового излучения определяют содержание влаги в угле, горно-металлургическом и цементном сырье.

Измерение естественного гамма-излучения анализируемых материалов позволяет определить содержание различных компонентов в рудах, урана в урановой руде и золы в угле.

Содержание золы также могут определить приборы с технологией передачи сдвоенного потока гамма-лучей различной энергии (DUET). А определить содержание влаги в токопроводящих и ферромагнитных материалах позволяет технология передачи быстрых нейтронов и гамма-лучей (FNGT).

Текст: Надежда Гесс

Понравился материал? Подпишитесь
на отраслевой дайджест и получайте подборку статей каждый месяц
.

Статья опубликована в журнале Добывающая промышленность №1, 2019

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.