專利名稱：控制工藝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制工藝的方法，其中藉助該方法，得到了在基本上連續(xù)的工藝條件下在足夠的精度下的原料組成。
開發(fā)了數(shù)種不同的控制方法用于各種工藝。這些被應(yīng)用到高溫冶金和自然濕法冶金工藝上。長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)表明，許多控制方法得到良好的結(jié)果，但僅僅在原料的組成基本上恒定或者要么已知的情況下。由于原料質(zhì)量變化較大，因此通常較小的工藝調(diào)節(jié)不再合適。適合于已知工藝的方法或者太慢，或者從控制工藝的角度考慮，各種不同的晶體形式、溶解度或其它物理化學(xué)因素妨礙了足夠精確和快速且在該工藝內(nèi)直接進(jìn)行的原料質(zhì)量的監(jiān)控。在這類方法中，已使用例如基于原料含量分析、pH測(cè)量、氧化還原電勢(shì)測(cè)量和X-射線衍射各種方法以及使用惰性電極的方法。
大多數(shù)工藝基于非均相的表面反應(yīng)。因此，原料組成變化導(dǎo)致的原料質(zhì)量直接或間接的非常小的變化可引起工藝的顯著變化。在固體和熔融相中，數(shù)ppb或ppm級(jí)的組分含量已經(jīng)可能是顯著的，如果在處理中，該組分例如在顆粒的表面上濃縮的話。
同樣，關(guān)于在實(shí)際的工藝條件下的液相，已發(fā)現(xiàn)如果一些離子、分子或類似物以微克/升(μg/l)或者毫克/升(mg/l)數(shù)量級(jí)的含量存在于液相內(nèi)的話，則工藝可以以不同的方式進(jìn)行。在漿料中，這些可部分地存在于溶液相內(nèi)，且同時(shí)還吸附在固相顆粒的表面上?？瑟?dú)立地提及本質(zhì)上是聚合物和/或膠態(tài)化合物且含有硅、碳、硫、砷或硒的化合物，以及由與許多不同價(jià)態(tài)的元素形成的許多其它化合物。另外，指出影響工藝控制的組分不僅從原料中獲得，而且常常在工藝開始時(shí)使在該工藝內(nèi)使用的水循環(huán)的循環(huán)流動(dòng)中已經(jīng)存在。當(dāng)觀察到該工藝的快速和精確的派生(derivate)控制時(shí)，這類循環(huán)與原料質(zhì)量的變化一起構(gòu)成了實(shí)際的挑戰(zhàn)，這是由于其結(jié)合的非線性影響導(dǎo)致的。
對(duì)于工藝的監(jiān)控來(lái)說(shuō)，已開發(fā)了更精確和可靠的方法，如在CA專利No.1222581中所述的方法。作為在所述方法內(nèi)的基本因素，使用原則上由與處于觀察下的工藝步驟內(nèi)包含的原材料本身相同的礦物制成的活性電極。以美國(guó)專利No.5108495中所述的方式進(jìn)一步發(fā)展了在CA專利No.1222581中所述的測(cè)量和控制方法，其中利用阻抗分析。在美國(guó)專利No.5108495中的改進(jìn)的測(cè)量控制方法中，在測(cè)量與工藝控制中綜合動(dòng)力學(xué)因素，且還以非常特殊的方式，例如以逐個(gè)礦物(mineral by mineral)方式綜合物理因素。在測(cè)量和控制表面反應(yīng)以及液相、熔融相和固相內(nèi)的反應(yīng)和現(xiàn)象中，美國(guó)專利No.5108495的方法在數(shù)種不同的技術(shù)領(lǐng)域中是非常有益、靈敏和精確的。然而，工藝原料質(zhì)量增加的波動(dòng)需要進(jìn)一步的要求以供工藝監(jiān)控和控制。
本發(fā)明的目的是消除現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)能測(cè)量并控制的改進(jìn)方法，其中對(duì)于表面反應(yīng)構(gòu)成該工藝的主要部分的工藝，如浸提、沉淀、浮選、沉降、過(guò)濾和絮凝工藝來(lái)說(shuō)，藉助該方法，得到了在工藝條件下，在基本上連續(xù)的操作中，在足夠的精度下的原料組成。本發(fā)明的基本的新型特征列在所附的權(quán)利要求中。
根據(jù)本發(fā)明，測(cè)量在該工藝的操作范圍內(nèi)和在所述操作范圍的附近處，各類原材料對(duì)礦物電勢(shì)和阻抗譜的影響。按照這一方式，可鑒定所討論的原料，以及在原料的組成上出現(xiàn)的變化和因組成變化引起的性能變化。與此同時(shí)，得到了在該工藝內(nèi)每一成分可獲得的尺寸范圍。
在本發(fā)明的方法中，對(duì)于工藝的控制來(lái)說(shuō)，使用至少一個(gè)工作電極和至少一個(gè)參考電極，例如氯化銀(AgCl)類電極。工作電極由固體或粉狀材料組成。工作電極也可由熔融或液體材料制成。工作電極可以是可再生的，如在CA專利No.1222581中所述的一樣，或者是可棄置的，在此情況下，在電極內(nèi)以控制的方式供入新的工作電極制造材料，如粉末、固體材料或液體，熔融材料，在此情況下，通過(guò)用新材料替換在該方法中消耗的工作電極材料，再生工作電極。
在本發(fā)明方法內(nèi)使用的工作電極和參考電極排列在至少一個(gè)測(cè)量池內(nèi)，以便每一測(cè)量池包括至少一個(gè)工作電極和至少一個(gè)參考電極。有利地，在或者工藝流體內(nèi)合適地安裝測(cè)量池，或者在與工藝流體分開的樣品流體內(nèi)安裝測(cè)量池，其中可藉助獨(dú)立的樣品分析儀分析所述質(zhì)量流體。在測(cè)量池內(nèi)，供入對(duì)于該工藝或?qū)τ趩我坏墓に嚥襟E來(lái)說(shuō)所指的原料，和視需要，以及以有利的方式實(shí)現(xiàn)該工藝的試劑。另外，在測(cè)量池內(nèi)，供入預(yù)定量的至少一種組分，和在測(cè)量池內(nèi)測(cè)量因所述組分引起的變化，為的是確定在對(duì)于該工藝或?qū)τ趩我坏墓に嚥襟E來(lái)說(shuō)所指的原料內(nèi)出現(xiàn)的波動(dòng)，調(diào)節(jié)該工藝，為的是改變工藝條件到所需的水平，以便可消除改變的效果。為了控制本發(fā)明的工藝，在所要求的測(cè)量當(dāng)中，為了得到在各種性能上出現(xiàn)的變化，優(yōu)選至少定義酸-堿平衡作為pH的測(cè)量結(jié)果，藉助電化學(xué)電勢(shì)測(cè)量氧化還原電勢(shì)平衡，以及進(jìn)行該工藝或單一的工藝步驟時(shí)的溫度。此外，視需要，在該工藝內(nèi)待處理的材料的延遲可定義為時(shí)間的函數(shù)。此外，在測(cè)量中，有利地關(guān)注或者在該工藝中添加的或者在該工藝中生成的絡(luò)合劑。絡(luò)合劑的特征是，甚至在難以檢測(cè)的非常小含量的情況下，它們對(duì)工藝的進(jìn)程具有顯著的影響。在本發(fā)明的方法中，在或者由原料中生成的或者在該工藝中添加的絡(luò)合劑的含量與質(zhì)量的監(jiān)控中，為了分析原料質(zhì)量，使用通過(guò)至少兩種礦物電極或者惰性電極獲得的測(cè)量結(jié)果之差。
當(dāng)控制工藝時(shí)，為了能考慮原料的波動(dòng)和這些波動(dòng)對(duì)不同性能的影響，有利的是，在所進(jìn)行的工藝中的各測(cè)量點(diǎn)處測(cè)量，以便對(duì)于所有的變化來(lái)說(shuō)，獲得至少一個(gè)測(cè)量結(jié)果。自然地，在此情況下，在每一單獨(dú)的測(cè)量點(diǎn)處，目的是保持變化的數(shù)量盡可能小和仍維持充分的可靠程度。
因此，在本發(fā)明方法中使用的測(cè)量池內(nèi)，當(dāng)在測(cè)量池內(nèi)同時(shí)供入例如氧化劑、還原劑、酸、堿和/或絡(luò)合劑時(shí)，通過(guò)所述測(cè)量池供入的原料必須包括充當(dāng)工作電極的至少一個(gè)礦物電極，和至少一個(gè)參考電極以及優(yōu)選一些物質(zhì)，如捕集劑(collector)和硫化物的電化學(xué)電勢(shì)測(cè)量用電極。關(guān)于原樣使用的礦物電極，它們由處于觀察下的所需的原料中包含的礦物制成。因此，例如通過(guò)確定連接到礦物電極的還原或氧化電流上的電流峰的面積，通過(guò)觀察礦物電極的電勢(shì)和表面結(jié)構(gòu)的變化，以及可溶物質(zhì)含量的變化，可確定在所需原料內(nèi)出現(xiàn)的變化，這種變化進(jìn)一步被用于控制該工藝。視需要，測(cè)量池可自然地用于觀察現(xiàn)有技術(shù)的一些其它變量，如導(dǎo)電率、溫度、顏色變化、pH變化、可能的氣體生成、粘度變化、磁性和濁度，沉降速度的變化，當(dāng)表面電荷移動(dòng)時(shí)(＝電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象)因強(qiáng)烈的超聲引起的電效應(yīng)、所謂的ζ電勢(shì)等。此外，對(duì)于不同的變量，可進(jìn)行含量測(cè)量，這意味著測(cè)量pH的變化，在原料內(nèi)因原樣使用的一些試劑質(zhì)量引起的電化學(xué)電勢(shì)或者ζ電勢(shì)，或者在變量中時(shí)間變化的讀數(shù)。因此，事先在高精度下和基本上連續(xù)地由供應(yīng)的原料得到原料組成的因素。通過(guò)將所得信息輸入到相連的監(jiān)控和控制軟件上，相對(duì)于原料的組成，可以以基本上連續(xù)的方式調(diào)節(jié)該工藝到最佳的條件。
有利地，在例如下述工藝浸提、沉淀、浮選、沉降、過(guò)濾和絮凝中，在原料質(zhì)量的監(jiān)控上采用本發(fā)明的方法。在此情況下，在具有已知含量的原料流體中，供入酸或堿、還原劑或氧化劑、絡(luò)合劑的某些可測(cè)量的含量。藉助測(cè)量池，觀察例如在pH、導(dǎo)電率、顏色、磁性、電動(dòng)力學(xué)電勢(shì)、電化學(xué)電勢(shì)、粘度、溶解度和氣體形成方面可能引起的變化。當(dāng)還利用礦物狀所謂的阻抗譜監(jiān)控、阻抗分析時(shí)，有利地確定在該工藝內(nèi)供入的材料組成中出現(xiàn)的變化。
在使用礦物電極與阻抗分析和以上列出的其它方法的情況下，可以以有利地控制該工藝的方式直接且連續(xù)地觀察工藝進(jìn)料內(nèi)的波動(dòng)。與此同時(shí)，得到具有所討論的工藝的工藝變量，如pH和溫度的可變范圍寬度。在本發(fā)明的方法中，為了確定來(lái)自電極的阻抗值，采用低于300Hz，優(yōu)選100Hz的頻率。
通過(guò)使用本發(fā)明的方法，還可觀察到循環(huán)固體流體和進(jìn)料質(zhì)量波動(dòng)的結(jié)合效果，并因此觀察到進(jìn)料質(zhì)量的波動(dòng)。本發(fā)明的方法適于各種不同的工藝，與所采用的溫度和壓力無(wú)關(guān)。這尤其意味著采用正常壓力的的工藝、高壓釜工藝、熔融鹽工藝和高溫冶金工藝。
以下參考所附實(shí)施例描述本發(fā)明的方法，在所述實(shí)施例中，選擇水合硫化鎳礦石，自然界普遍存在的一種物質(zhì)。
通過(guò)附圖進(jìn)一步闡述所附實(shí)施例，其中

圖1示出了對(duì)于各類礦石來(lái)說(shuō)，在Z′-Z″坐標(biāo)系中，在實(shí)施例的表1中列出的數(shù)值，其中起始pH值為3.5。
當(dāng)采用本發(fā)明的技術(shù)確定這一鎳礦石的各種礦石類型時(shí)，獲得表1所示的結(jié)果。通過(guò)硫酸和還原劑硫化氫引起本發(fā)明的變化效果。在表1中，Z′、Z″和ΔR是指通過(guò)施加5mV的脈沖和10Hz的頻率，用來(lái)自原料漿料的NiS基礦物電極在阻抗分析中獲得的以歐姆為單位的電阻值。此處Z′是指實(shí)際的部分，和Z″是指與電容和感應(yīng)系數(shù)相關(guān)的假想部分。在表1中用ΔR標(biāo)出了根據(jù)該方法的NiS基礦物電極的表面的反應(yīng)電阻(Z′低頻-Z′高頻)，其單位是歐姆。在表1中，當(dāng)用AgCl/Ag參考電極測(cè)量時(shí)，NiS基礦物電極的電化學(xué)電勢(shì)E的單位為mV。
表1
表1示出了四類不同的礦石蛇紋石閃石(SPAFK)、滑石閃石(TLKAFK)、硫酸蛇紋石(SSP)和蛇紋石(SP)的所得結(jié)果。當(dāng)在漿料中添加僅僅硫酸(-)時(shí)，和當(dāng)在漿料中還添加硫化氫鈉(NaHS)(+)時(shí)，采用不同的pH值3.5、4、5和6，測(cè)量以上提及的數(shù)值(Z′、Z″、ΔR和E)。此外，在表1中還給出了在每一測(cè)量之后的pH值。
作為指示劑，當(dāng)使用僅僅中性酸的消耗作為pH的函數(shù)時(shí)，可鑒定所討論的礦石中SP礦石的類型，但不能鑒定在礦石內(nèi)存在的其它礦石類型。另一方面，當(dāng)采用本發(fā)明的阻抗分析(Z′、Z″、ΔR)和礦物電極的電勢(shì)測(cè)量，以表中所述的方式，和通過(guò)硫酸與影響氧化還原平衡的試劑，即硫化氫鈉(NaHS)，引起原料變化時(shí)，可彼此區(qū)分在實(shí)施例中的水合硫化鎳礦石中存在的所有礦石類型。根據(jù)該方法，通過(guò)使用其它可測(cè)量的含量產(chǎn)生進(jìn)一步的差別。在表1中，可看出，采用礦石中的SP礦石類型獲得最低的Z′值，和采用TLKAFK礦石類型獲得最高值。盡管在控制該工藝所要求的原料鑒定中必須使用合適的多變量軟件，但在此情況下，也可通過(guò)二維表示法，闡述表1所示的結(jié)果，即對(duì)于各類礦石來(lái)說(shuō)得到的差別，其中所述二維表示法的一個(gè)實(shí)例是所附的圖1。
在圖1中，當(dāng)起始pH為3.5時(shí)，當(dāng)使用僅僅硫酸和還當(dāng)添加硫化氫鈉，NaHS時(shí)，在Z-Z″坐標(biāo)系中，不同類礦石作為獨(dú)立的組排列?？衫斫獾氖?，在不同的工藝和采用不同的原料情況下，根據(jù)本發(fā)明方法的鑒定數(shù)據(jù)的最有效的指示劑是在各種不同的組合中的各種礦物以及其它可測(cè)量的變量。與該實(shí)施例中涉及的水合礦石有關(guān)的最天然礦物之一是NiS。然而，作為所生成的差別的指示劑，Ni3S4類礦物更有效。
權(quán)利要求
1.一種控制工藝的方法，在該方法中，至少一部分工藝原料被導(dǎo)入到至少一個(gè)測(cè)量池內(nèi)，所述測(cè)量池包括至少一個(gè)工作電極和至少一個(gè)參考電極，其特征在于，在測(cè)量池內(nèi)，與原料一起供入至少一種組分，和通過(guò)在測(cè)量池內(nèi)提供的工作電極和參考電極，測(cè)量通過(guò)所述組分引起的原料性能的變化，和利用該測(cè)量結(jié)果來(lái)確定原料的組成，并藉助所確定的原料組成，控制該工藝，以便消除可能的變化效果。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，以基本上連續(xù)的操作進(jìn)行在測(cè)量池內(nèi)該組分與原料的供入。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在確定酸-堿平衡作為pH測(cè)量結(jié)果時(shí)利用該組分的供入。
4.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在藉助電化學(xué)電勢(shì)測(cè)量氧化-還原平衡時(shí)利用該組分的供入。
5.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，使用由礦物制成的電極作為測(cè)量池的工作電極。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，由處于觀察下的類似原料的礦物制成工作電極。
7.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，測(cè)量池的工作電極用于進(jìn)行阻抗分析。
8.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，在監(jiān)控為了分析而添加的絡(luò)合劑和在該工藝中因供入的原料而生成的絡(luò)合劑的含量中，利用使用至少兩個(gè)礦物電極獲得的測(cè)量結(jié)果的差別。
9.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，將組分供入到在工藝流體內(nèi)安裝的測(cè)量池中。
10.權(quán)利要求1-8任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，將組分供入到在與工藝流體分開的樣品流體內(nèi)安裝的測(cè)量池中。
全文摘要
一種控制工藝的方法，在該方法中，至少一部分工藝中的原料被導(dǎo)入到至少一個(gè)測(cè)量池內(nèi)，所述測(cè)量池包括至少一個(gè)工作電極和至少一個(gè)參考電極。根據(jù)本發(fā)明，在測(cè)量池內(nèi)，與原料一起供入至少一種組分，和通過(guò)在測(cè)量池內(nèi)提供的工作電極和參考電極，測(cè)量通過(guò)所述組分引起的原料性能的變化，和利用該測(cè)量結(jié)果，為的是確定原料的組成，并藉助所確定的原料組成，控制該工藝，以便消除可能的變化效果。
文檔編號(hào)G01N27/00GK1761874SQ200480006948
公開日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2004年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月14日
發(fā)明者K·普爾金恩, H·勞里拉, K·薩羅黑莫, M·里拉, S·赫馬拉 申請(qǐng)人:奧托昆普技術(shù)公司