РУЧНОЙ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗАТОР СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА МАГНЕТИТА В ПУЛЬПЕ И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭТОГО СОДЕРЖАНИЯ
MANUAL EXPRESS ANALYZER OF IRON MAGNETITE CONTENT IN THE PULP AND A METHOD FOR DETERMINING THIS CONTENT

Изобретение относится к средствам аналитического контроля и может быть использовано для оперативной оценки содержания железа магнетита в хвостах обогащения пульповых потоков железорудных фабрик.
Из уровня техники известен целый ряд устройств контроля содержания магнитного железа в хвостовых пульповых потоках обогащения железных руд. Все они являются стационарными, металлоёмкими  и не представляют возможности оперативно перемещать по местности. Кроме того, известные устройства не отвечают требованиям оперативности и достоверности оценки содержания железа  магнетита в пульповых потоках, а также отличаются сложностью конструкции и эксплуатации.
Известно устройство контроля содержания магнитного железа (а.с. СССР № 512417, МПК G01N27/72, опубл. 1976), содержащее сифон, датчик магнитной проницаемости, вычислительное устройство, плотномер, на выходе которого установлена накопительная насадка, снабженная в донной части запорным устройством, соединенным с датчиком магнитной проницаемости и кинематически связанным с исполнительным органом вычислительного устройства, причем в верхней части накопительной насадки установлен ограничительный клапан.  Недостатком устройства является высокий порог твердого контролируемой пульпы, стационарная установка устройства, недостаточная достоверность результатов.
Известна, также, система автоматического контроля содержания магнетита в пульпе (патент RU 2746880C1, МПК G01N1/10, опубл. 21.04.2021), содержащая управляемый пробоотборник с клапаном подачи воздуха, датчик плотности пульпы в технологической емкости, пробоприемное устройство с датчиком уровня пульпы и клапаном подачи воды на промывку, шарнирную опору, подвижный рычаг с противовесом и закрепленным на нем электромагнитом, питание которого осуществляется через устройство размагничивания, вертикальную немагнитную трубу с установленным на ней силоизмерительным элементом, электрически соединенным с весоизмерительным преобразователем, клапан подачи сжатого воздуха в вертикальную трубу через фильтр-регулятор, измерительную кювету с плоским прямоугольным выступом, запорный клапан на выходе измерительной кюветы с пневмоприводом, контроллер с операторской панелью, входы контроллера соединены с выходами датчика плотности пульпы, датчика  уровня пульпы, весоизмерительного преобразователя, а выходы соединены со входами клапана подачи воздуха в управляемый пробоотборник, клапана подачи воды на промывку, устройства размагничивания, электромагнита, клапана подачи сжатого воздуха в вертикальную трубу и пневмопривода запорного клапана. Недостатком системы является стационарная установка, а также, сложность конструкции; при этом использование пондеромоторного устройства, основанного на силовом взаимодействии контролируемой среды с магнитным полем, требует обслуживания подвижных механизмов системы.
Наиболее близким к заявленному устройству является тестер руды ОКМЦ-3.1П (https://k-variant.com.ua/ru/магнетит-ii-поколение/окмц-3-1п) (прототип) содержащий пульт управления,  выносной датчик, стакан для проб и зарядное устройство. Определение магнетита известным устройством основано на заполнении заранее подготовленной пробой специального стакана и помещении его в индуктивный датчик, после чего пульт управления в статическом режиме производит расчет содержания массовой доли магнетита. Недостатком тестера является его стационарная установка, а также, визуальный контроль зоны твердой фазы при заполнении стакана для проб и недостаточная точность определения показаний. Устройство позволяет делать анализ только в статическом режиме и без учета крупности частиц пробы, что не позволяет показывать высокую достоверность результатов.
Задачей предлагаемого изобретения является, упрощение конструкции устройства, повышение мобильности, повышение оперативности и достоверности контроля содержания  железа магнетита в пульпе.
Задача решается за счёт использования в качестве первичного преобразователя содержания железа магнетита векторно-разностного индукционного датчика, установленного в пульпоприемнике и связанного с пультом управления анализатора, а также за счёт расчёта содержания железа магнетита в пульпе с учетом гидравлической крупности.
Технический результат заключается в исключении вспомогательных действий по подготовке проб, в охвате всей зоны контроля хвостов обогащения, начиная с первой стадии мокрой магнитной сепарации (ММС), а также в повышении оперативности и достоверности результата за счет учета гидравлической крупности путем определения скорости осаждения твердых частиц под действием силы тяжести в жидкой среде и применения векторно-разностного индукционного датчика для компенсации разброса содержания твердого.
При анализе хвостов обогащения в пульповых потоках, представляющих  жидкую и твердую фазы, разброс содержания твердого колеблется в больших пределах. В зависимости от качественно-количественной схемы обогащения содержание твердого в пульпе варьируется: ММС1 (первая стадия мокрой магнитной сепарации) - 17…25%, ММС2 (вторая стадия) – 5…9%, ММС3 (третья стадия) – 1…4% и так далее, дешламация - 0,1…2%. Массовая доля железа магнетита находится в пределах 0,6…5%. Указанная зависимость выявлена опытным путём, на основании данных, известных из качественно-количественных схем железнорудных обогатительных фабрик.  Параметры регламентируются технологическими инструкциями производства железорудного концентрата.
Известна зависимость магнитной восприимчивости от размеров зерен ферромагнетика (Магнетизм горных пород / Т. Нагата; Пер. с англ. В.П. Августиновича и др.; Под ред. д-ра физ.-мат. наук Г.Н. Петровой. - М.: Мир, 1965).  Экспериментально установлено, что при штатной работе обогатительных аппаратов, в твердом хвостов присутствуют частицы вмещающей породы и сростки с низкой объемной долей магнетита. Чистые зерна магнетита присутствуют в очень ограниченном составе в тонком классе крупности (выявлено в результате исследований технологических проб с использованием метода магнитного фракционного анализа).
Для контроля магнитной восприимчивости сред широкое распространение получили индукционные датчики. В отличие от классических индукционных датчиков, основанных на  приращении взаимоиндуктивности двух систем обмоток при изменении магнитного потока в одной из них, в предлагаемом устройстве применен векторно-разностный датчик.
Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что в установке, содержащей закреплённые на основании (штанге) пульпоприемник с осадочной камерой, индукционный датчик магнитной восприимчивости, и пульт управления,  использован индукционный датчик векторно-разностного типа, схема соединения обмоток которого представлена генераторными обмотками, из которых, первые две обмотки  находятся в синфазном включении, а третья генераторная обмотка включена в противофазе. Сигнал, пропорциональный магнитной восприимчивости материала, формируется путем вычитания сигнала компенсационной обмотки из сигнала рабочей обмотки. При анализе содержания железа магнетита в пульпе принимается во внимание гидравлическая крупность пробы, при этом расчёт производится по формуле:
,
где:
k - коэффициент пропорциональности;
D, C – поправочные коэффициенты;
– величина магнитной восприимчивости.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами.
На фиг.1 представлено схематичное изображение ручного экспресс-анализатора   содержания железа магнетита в пульпе (схема, общий вид).
На фиг.2 представлена схема векторно-разностного датчика.
На фиг.3а и 3б представлены сравнительные схемы магнитных полей векторно-разностного (фиг.3а) и обычного (фиг.3б) индукционных датчиков.
На фиг.4 приведен график сравнительной интегральной чувствительности двух типов датчиков при равномерной упаковке слоев твердого пробы.
Ручной экспресс-анализатор содержания железа магнетита в пульпе  содержит  основание (штангу) 1 с рукояткой, на котором закреплены  пульпоприемник  2, с осадочной камерой 3, индукционный датчик магнитной восприимчивости 4, датчик температуры пульпы 5 и пульт управления 6, электрически связанный с датчиками 4 и 5. (фиг.1) Датчик 4 установлен в пульпоприемнике 2, сообщён с осадочной камерой 3 и выполнен в виде  катушки  с размещенными на ней обмотками: первой генераторной обмоткой 7, второй генераторной обмоткой 8, третьей генераторной обмоткой 9, рабочей обмоткой 10 и компенсационной обмоткой 11. (фиг.2) Переменное магнитное поле такого датчика имеет заданную при изготовлении неоднородность и резкую границу нечувствительности, т.е. датчик имеет фокусировку в нижней зоне третьей генераторной обмотки 9.  При помощи третьей генераторной обмотки, которая является фокусирующей, задается интегральная чувствительность индукционного датчика 4, в данном случае – это зависимость дифференциального сигнала от высоты твердого (сгущенного материала) пробы (фиг.4).  Для компенсации возрастания упаковки частиц при превышении 2% содержания твердого, задана интегральная чувствительность векторно-разностного датчика с отрицательным наклоном выше уровня сгущения 1-2% твердого за счет витков третьей генераторной обмотки, равном 50% от числа витков первой генераторной обмотки. Такой подход позволяет проводить анализ пульпы с низким содержанием твердого в пульпе и свести к минимуму эффект от его вариаций, что ведёт к повышению достоверности результата.
Ручной экспресс-анализатор содержания железа магнетита в пульпе работает следующим образом.
Оператор доставляет экспресс анализатор к определённому месту забора пульпы для контроля железа магнетита, удерживая его за рукоятку основания 1. Для приведения устройства в рабочее состояние оператор нажимает кнопку «Старт» (на фиг. не показана), размещённую на пульте управления 6. После нажатия кнопки «Старт», оператор производит забор пробы при помощи пульпоприеменика 2, в котором осуществляется сгущение твердого пульпы в гравитационном поле. В нижней части осадочной камеры 3 посредством векторно-разностного индукционного датчика 4, фиксируется сигнал, пропорциональный магнитной восприимчивости материала. После заполнения пульпоприемника, последний выводится из потока пульпы. Дифференциальный сигнал  векторно-разностного индукционного датчика 4 усиливается и преобразуется пультом управления в величину магнитной восприимчивости . По приближению к нулю первой производной магнитной восприимчивости по времени определяют  время анализа.  Учет гидравлической крупности выполняется поправочным коэффициентом «D», зависящим  от времени анализа (с увеличением времени коэффициент снижается). Для косвенного учета  вязкости среды осаждения вводится поправочный коэффициент «С», использующий показания датчика температуры пульпы 5, (коэффициент повышается с повышением температуры). Расчетное значение массовой доли железа магнетита определяют по эмпирической формуле, выведенной на основании обобщения данных химического анализа  и данных описываемого экспресс-анализатора:
,
где:  - коэффициент пропорциональности;
– поправочные коэффициенты;
– величина магнитной восприимчивости.
; ;
анализа
t – время анализа, с;
t – температура пульпы, °С.
Например, по завершению анализа получены следующие данные:
анализа
Время анализа t=15 с.
Температура пульпы t=10°С.
Величина магнитной восприимчивости  = 7,5%.
; ; ,
т.е. выявленное содержание железа магнетита в пульпе составляет 1,01%.
После завершения анализа оператор, удерживая устройство за рукоятку основания,  переворачивает пульпоприемник и промывает под струей чистой воды.
Предлагаемый ручной экспресс-анализатор  содержания железа магнетита в пульпе представляет собой компактное  переносное устройство (примерный вес 2 кг), позволяющее оператору перемещать его на местности и оперативно производить контроль и анализ содержания железа магнетита в пульпе в любой точке технологического передела обогатительной фабрики с высокой достоверностью данных.
Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена.