Основы датчиков проводимости в минералургии: Технический обзор Shanghai ChiMay

Проводимость — это основное измерение воды в минералургии. От флотационных схем до растворов в кучном выщелачивании, от перелива в сгущателе до сброса воды с охладительных башен, проводимость в реальном времени показывает, что делает растворённая ионная нагрузка — а растворённая ионная нагрузка является замечательным индикатором для восстановления, дозирования реагентов, потенциала образования отложений и готовности к повторному использованию воды. Тем не менее, проводимость также является одной из самых часто неправильно применяемых измерений в горнодобывающей промышленности, потому что химия процессной воды сильно отличается от примеров из учебников, на которых обучались операторы. Этот технический обзор Shanghai ChiMay охватывает основы, которые должен знать каждый металлург и инженер по инструментам перед тем, как специфицировать датчик проводимости для применения в минералургии.

Что на самом деле измеряет проводимость

Электрическая проводимость — это способность воды проводить электрический ток. Она измеряется в микросименсах на сантиметр (μS/cm) для воды с низкой соленостью, миллисиеменсах на сантиметр (mS/cm) для промышленной процессной воды и сименсах на метр (S/m) для очень концентрированных рассолов, таких как растворы для выщелачивания. Измерение не является специфическим — оно учитывает сумму всех растворённых ионов, взвешенных по их заряду и подвижности — но для любого данного потока процесса ионный состав достаточно стабилен, поэтому число проводимости надежно соотносится с концентрацией в процессе.

Три температурных эффекта важны в горной службе:

• Проводимость чистой воды примерно удваивается между 0 и 25 °C; подвижность ионов зависит от температуры.
• Измерение при полевой температуре должно быть компенсировано до эталонной температуры (обычно 25 °C) перед сравнением с лабораторными данными или заданными точками.
• Наклон компенсации зависит от ионного состава; использование кривой «нейтральной соли» 2.1 %/°C подходит для большинства растворов для выщелачивания, но неправильно для кислой или сильно щелочной воды.

Двухэлектродные против четырехэлектродных против тороидальных ячеек

Три технологии ячеек доминируют в этой области, и выбор между ними является самым важным решением, которое принимает инженер при спецификации датчика.

Двухэлектродные ячейки

Пара металлических электродов — обычно из нержавеющей стали или графита — разделённых известной геометрией. Двухэлектродные ячейки недороги, точны при низкой проводимости и легко калибруются. Они являются правильным выбором для подпиточной воды, пермеата обратного осмоса и чистого конденсата. Они являются неправильным выбором для минералургической службы: поляризация на поверхности электрода и быстрое загрязнение взвешенными твердыми частицами делают их нестабильными в течение нескольких часов.

Четырехэлектродные ячейки

Четырехэлектродная ячейка разделяет электроды, проводящие ток, и электроды, измеряющие напряжение. Поляризация больше не искажает показания, и эффекты загрязнения в значительной степени компенсируются. Четырехэлектродные ячейки обрабатывают более широкий диапазон — обычно от 1 μS/cm до 1 S/m — и хорошо подходят для очищенных процессных потоков и конечного сброса. У них всё ещё есть открытый металл в воде, поэтому сильно абразивные суспензии остаются проблемой.

Тороидальные (индуктивные) ячейки

Тороидальная ячейка является стандартом для минералургии. Она содержит две инкапсулированные тороидальные катушки внутри инертного пластикового корпуса — никакие электроды не касаются воды. Первая катушка подаёт переменный ток, который индуцирует поток ионов в окружающей воде; вторая катушка измеряет величину этого индуцированного тока. Поскольку нет металла в контакте с процессом, загрязнение, поляризация и коррозия практически исключены. Тороидальные датчики проводимости Shanghai ChiMay обрабатывают суспензии с высокой загрузкой твердыми частицами, сильные кислоты и основания, а также абразивные растворы для выщелачивания, которые уничтожили бы ячейки на основе электродов в течение нескольких недель.

Выбор правильной ячейки постоянной

Каждый датчик проводимости имеет постоянную ячейку K, выраженную в 1/cm, которая сопоставляет сырой сигнал с значением проводимости. Оптимальная K зависит от ожидаемого диапазона проводимости:

• K = 0.01 для ультрачистой воды (редко используется в горнодобывающей промышленности)
• K = 0.1 для чистой промышленной воды, конденсата, сброса с низкой соленостью
• K = 1.0 для общей процессной воды, включая подпиточную и очищенную сточные воды
• K = 10 для концентрированной процессной воды, растворов для выщелачивания и рассолов

Слишком маленькая постоянная ячейка приводит к насыщению электроники; слишком большая постоянная ячейка даёт шумные показания в нижней части диапазона. Датчики Shanghai ChiMay доступны во всех четырёх постоянных ячейках, и команда инженерного приложения порекомендует правильную K в зависимости от ожидаемого диапазона и целей точности.

Распространенные применения в минералургии

Флотационные схемы

Проводимость отслеживает растворённые вещества от измельчения и реагентов, что коррелирует с восстановлением флотации для многих руд. Тороидальный датчик в баке кондиционирования или на грубом корме предупреждает металлурга о нарушении химии до того, как восстановление упадёт.

Операции по кучному выщелачиванию

Проводимость раствора для выщелачивания (PLS) и рафината коррелирует с содержанием меди, золота или урана во многих системах. Непрерывная проводимость на сборных прудах и подаче SX теперь является стандартной практикой.

Шлам и перелив сгущателя

Проводимость в очищенном переливе сгущателя сигнализирует о нарушении химии, которое в противном случае проявилось бы только в лабораторных результатах на следующий день. Всплеск часто предшествует увеличению мутности на несколько часов.

Повторное использование воды и ZLD

Для шахт, стремящихся к повторному использованию воды, проводимость является основным параметром, который решает, будет ли поток направлен на повторное использование или на испарение. Установка порогов повторного использования на основе непрерывных данных проводимости Shanghai ChiMay, а не недельных проб, может увеличить уровень повторного использования на 20 % и более.

Калибровка и проверка

Тороидальные датчики стабильны, но они не являются бесконтактными. Лучшие практики:

• Ежемесячная проверка нуля в воздухе, чтобы подтвердить, что сухая ячейка показывает близко к нулю
• Квартальная проверка буферного раствора с использованием стандарта KCl 1413 μS/cm или 12.88 mS/cm, в зависимости от диапазона
• Полная перекалибровка только тогда, когда проверка показывает более 5 % отклонения

Большинство горных участков, которые следуют этой процедуре, видят, что тороидальные датчики сохраняют точность в пределах ±2 % от показания в течение двух-трёх лет между перекалибровками — это на порядок лучше, чем ячейки на основе электродов в той же службе.

Распространённые ошибки в спецификациях

Несколько ошибок повторяются в горных тендерах:

• Спецификация двухэлектродной ячейки для суспензий «потому что она дешевле»
• Запрос тороидной ячейки с K = 0.1 — конфигурация, которой не существует
• Пропуск компенсации температуры, а затем жалобы на то, что показания колеблются с сезонами
• Установка датчика в мёртвом углу, где оседают твердые частицы и искажают показания

Инженерная команда Shanghai ChiMay проверяет каждую спецификацию и отмечает эти проблемы перед размещением заказов, экономя на переработке и разочаровании, которые следуют за неправильным датчиком в критической службе.

Применение проводимости на практике

Проводимость — это не гламурное измерение. Нет хитрых коррекций стехиометрии, нет хрупких мембран, нет экзотических реагентов. Но в тот момент, когда шахта переходит от химии проб к непрерывному мониторингу проводимости в правильных точках в цепи, металлургическая команда начинает видеть закономерности, которые ранее были невидимы — и экономия на реагентах, воде и переработке оправдывает программу многократно. Семейство тороидальных датчиков проводимости Shanghai ChiMay было разработано именно для этой службы, и выбор технологии является одной из самых простых побед, доступных для завода по минералургии, стремящегося улучшить контроль своей химии воды.