CN104353375A - 一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置和方法，用于稀土萃取分离生产过程中的碱液的配制。本发明包括：浓碱储罐、水储罐或稀碱储罐，所述浓碱储罐、水储罐或稀碱储罐二路供液系统通过静态混合器与成品储罐连接，静态混合器与浓碱储罐通过电动三通换向阀连接。本发明使整个配制生产线实现密封，连续化生产，大大改善了操作环境，减少了环境污染，减少人为影响因素，提高了产品浓度的配制精度和质量稳定性，实现流量的精准控制，自动化程度高，有效提高劳动生产效率。

Description

一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置和方法，用于稀土萃取分离生产过程中的碱液的配制。 

背景技术

在稀土湿法冶炼生产分离、沉淀过程中，稀土皂化以及稀土沉淀过程是稀土生产的重要工序。稀土皂化和稀土沉淀过程中，所用到碱液根据工艺要求需调配到精确的浓度，并且不同工艺要求的浓度不同，所以生产过程中用高一级浓度的碱液配制成低一级浓度碱液，其浓度的精准程度和稳定性直接影响稀土萃取分离控制过程以及产品质量。

现在国内稀土行业均采用间歇式人工配制的方式：先测量配制容器的体积，按照配制浓度要求计算原碱液和水的加入量，按照计算体积加入配制槽中，搅拌混合均匀后送样分析。该操作方式工人直接接触碱液，存在安全隐患，另外配制过程耗时长、劳动量大、精度低、稳定性差，影响生产过程控制和产品质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置和方法，解决了现有技术操作环境差、配置精度低和稳定性差的问题，实现连续化生产，提高工作效率。

技术解决方案

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置，包括：浓碱储罐、水储罐或稀碱储罐，所述浓碱储罐、水储罐或稀碱储罐二路供液系统通过静态混合器与成品储罐连接，静态混合器与浓碱储罐通过电动三通换向阀连接。

进一步：所述二路供液系统中第一路供液系统为：浓碱储罐通过泵与静态混合器连接，静态混合器通过折光仪与成品储罐连接；第二路供液系统为：水储罐或稀碱储罐通过泵及流量计与静态混合器连接，静态混合器通过折光仪与成品储罐连接，泵连接有变频器，变频器、流量计、折光仪、电动三通换向阀与计算机控制系统通过控制电路连接。

进一步：为了解决自动控制，实现自动计量、统计物料体积，本发明的自控程序还包括根据流量和时间的累加程序，自动统计整个系统在开车时间内，流经的各种物料的体积。当统计的体积到达设定体积后，自动停车。统计数据还可用于生产报表的计算。

进一步：为了解决配置过程，由于物料物化属性造成的吸热和放热问题，静态混合器上设有夹套，夹套连接循环系统，实现热量的交换。

进一步：为了解决设备维护、管路检修等问题，二路供液系统中的管路上分别设有阀门。

进一步：为了实现原料储罐液位达到上限或者成品储罐液位达到下限自动开车，原料储罐液位达到下限或者成品储罐液位达到上限自动停车，所述储罐上还设有液位计。

一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制方法，其特征在于，计算机控制系统包含三类主要的控制回路：1）流量PID控制回路和流量纠偏控制回路：包括计算机控制系统、流量计、变频器和泵，流量计流量信号转换成电信号，传回计算机控制系统，将测量值与设定流量值进行比较，通过PID和自适应控制算法，将控制器的输出信号传给变频器，通过变频器调节泵的转速，实现流量控制。

2）浓度PID控制回路和浓度纠偏控制回路：包括计算机控制系统、折光仪、变频器和泵，折光仪浓度信号转换成电信号，传回计算机控制系统，将测量值与设定浓度值进行比较，通过PID和自适应控制算法，将控制器的输出信号传给变频器，通过变频器调节泵的转速，实现浓度控制。

进一步：主程序流程如下：设定工艺参数包括：控制浓度，配制体积，控制流量，是否启动水循环装置换热，产品的浓度范围。设定控制模式，根据选择控制模式，进行相应物料的流量PID调节，判断流量是否符合设定流量，符合设定程序结束，不符合设定进入流量纠偏程序，经过纠偏再次判断是否符合设定流量。

浓度纠偏程序：根据主程序设定好的控制模式和工艺参数，进行相应物料的浓度PID调节，判断浓度是否符合设定浓度，符合设定程序结束，不符合设定进入浓度纠偏程序，经过纠偏再次判断是否符合设定浓度。

三通阀控制程序：根据主程序设定好的控制模式和工艺参数，判读浓度是否在设定范围内，在范围内，则三通阀链接静态混合器和成品储罐，不在范围内，则三通阀链接静态混合器和原料储罐。

有益效果

本发明的有益效果是： 1.相较传统工艺，采用静态混合器代替原有反应罐，占用设备少，占地少，整个配制生产线实现密封，工人可实现计算机控制，大大改善了操作环境，减少了环境污染；2.通过该装置实现了连续化生产，其流量和液位计量装置，可以实现自动开停车，折光仪可以实现自动监控浓度，工序简单，自动化程度高，有效提高劳动生产效率；3.由于折光仪可以实现从水到浓碱（14mol/L）的连续浓度测量，可实现原碱与水之间各种浓度的碱液自动配制；3.配碱岗位实现自动控制，减少人为影响因素，提高了产品浓度的配制精度和质量稳定性；5.采用流量计-变频器-泵及流量控制，可以实现流量的精准控制。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明电气控制原理图；

图3为本发明主程序控制示意图； 

图4为本发明三通阀程序控制示意图；

图5为本发明浓度纠偏程序控制示意图。

其中：其中：1 阀门；2水储罐；3 浓碱储罐；4 成品储罐；5第一泵、第二泵6；7 静态混合器（带有冷凝器）；第二电磁流量计8、第一电磁流量计9；10 折光仪；11 水循环系统；12 电动三通换向阀；13 计算机控制系统；第一变频器14、第二变频器15变频器；水储罐液位计16、浓碱储罐液位计17、成品储罐液位计18。

具体实施方式

实施例1

配制20m³ 5mol/L的氢氧化钠溶液，原料为摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液和水。

在计算机控制系统13上设置配制产品目标浓度为5mol/L，设定配制体积为20m³,根据原料浓度选择恒水调碱模式，即水的流量人为设定并恒定，碱的流量根据折光仪测量自动调节。根据设备性能设定水的流量为4m³/h。设定需要的浓度范围±0.07mol/L。点击启动按钮。

两种原料从水储罐2和 浓碱储罐3，通过泵5、6，经流量计8、9，进入静态混合器7中混合，经折光仪10测量，通过电动三通换向阀12 进入成品储罐4。

启动0-1min之内，设备处于调整阶段，经过折光仪10测量产品浓度处于设定浓度范围之外，电动三通换向阀12自动切换至浓碱储罐3。该阶段水的流量由流量计8-计算机控制系统13-变频器15-泵5控制，通过水流量PID调节，计算机控制系统13通过变频器15控制泵5的转速。计算机控制系统13将流量计8的测量值与设定值进行对比，符合则变频器15频率保持不变，不符合则进入流量纠偏程序继续调节变频器15的控制频率，通过变频器15间接调节泵5的转速，从而调节水的流量，使其达到设定值。氢氧化钠流量则由折光仪10-计算机控制系统13-变频器14-泵6控制，通过浓度PID调节，计算机控制系统13通过变频器14控制泵6的转速。计算机控制系统13将折光仪10的测量值与设定值进行对比，符合则变频器14频率保持不变，不符合则进入浓度纠偏程序继续调节变频器14的控制频率，通过变频器14间接调节泵6的转速，从而调节氢氧化钠的流量，使其达到浓度的设定值。当水和氢氧化钠溶液流量稳定，水的流量达到设定流量，产品浓度经过折光仪10测量处于设定浓度偏差范围内，电动三通换向阀12自动切换至成品储罐4。运行2.5h，达到设定体积，自动停车。计算机自动计算并显示整个配制过程的水和氢氧化钠的用量。

氢氧化钠配制过程放热，启动水循环系统11，在静态混合,7的夹套中通入冷凝水进行冷却，水的流量通过折光仪10的测量温度进行控制。

在设备运行过程中，每0.5h取样一次，最后将成品储罐经过充分混合，取样一次。共计取样6次，其经过酸碱滴定法测定，取样结果和设定浓度的平均差值为-0.01mol/L，单次取样结果和设定浓度差值在±0.05mol/L之内。

实施例2

配制20m³ 5mol/L（约16.89%）的氢氧化钠溶液，原料为浓度为8mol/L（约25.1%）的氢氧化钠溶液和4mol/L（约13.7%）的氢氧化钠溶液。

此例中稀碱4mol/L（约13.7%）的氢氧化钠溶液放置在水储罐2中。

在计算机控制系统13上设置目标浓度为5mol/L，设定配制体积为20m³,根据原料浓度选择恒水调碱模式，即稀碱的流量人为设定并恒定，浓碱的流量根据折光仪10测量自动调节。根据设备性能设定稀碱的流量为5m³/h。设定需要的浓度范围±0.05mol/L。点击启动按钮。

启动0-1min之内，设备处于调整阶段，经过折光仪10测量产品浓度处于设定浓度范围之外，电动三通换向阀12自动切换至浓碱储罐3，当两种碱液流量稳定，稀碱的流量达到设定流量，产品浓度经过折光仪10测量处于浓度偏差范围内，电动三通换向阀12自动切换至成品储罐4。运行0.5h，浓碱储罐液位计17测量液位达到下限，自动停车，待补满浓碱既8mol/l氢氧化钠溶液，浓碱储罐液位计17测量液位达到上限，自动开车。运行1h，水储罐液位计16测量液位达到下限，自动停车，待补满稀碱既4mol/l氢氧化钠溶液，水储罐液位计16测量液位达到上限，自动开车。运行2h，成品储罐液位计18测量液位达到上限，自动停车，待成品储罐4转料后，成品储罐液位计18测量液位达到下限，自动开车。累积运行3h，达到设定体积，自动停车。

在设备运行过程中，每0.5h取样一次，最后将成品储罐经过充分混合，取样一次。共计取样7次，其经过酸碱滴定法测定，取样结果和设定浓度的平均差值为-0.005mol/L，单次取样结果和设定浓度差值在±0.04mol/L之内。

实施例3

配制10m³ 5mol/L（约9.24%）的氨水，原料为浓度为9.5mol/L（约17.55%）的氨水和水。

在计算机控制系统13上设置目标浓度为5mol/L，设定配制体积为10m³,根据原料浓度选择恒水调碱模式，即水的流量人为设定并恒定，氨水的流量根据折光仪10测量自动调节。根据设备性能设定水的流量为3m³/h。设定需要的浓度范围-0.06～+0.08mol/L。点击启动按钮。

启动0-1min之内，设备处于调整阶段，经过折光仪10测量产品浓度处于设定浓度范围之外，电动三通换向阀12自动切换至浓碱储罐3，当水和氨水流量稳定，水的流量达到设定流量，产品浓度经过折光仪10测量处于浓度偏差范围内，电动三通换向阀12自动切换至成品储罐4。运行1.58h，达到设定体积，自动停车。

在设备运行过程中，每0.5h取样一次，最后将成品储罐经过充分混合，取样一次。共计取样4次，其经过酸碱滴定法测定，取样结果和设定浓度的平均差值为-0.002mol/L，单次取样结果和设定浓度差值在±0.06mol/L之内。

上述仅以稀土萃取生产为例说明，各种距离不对发明实际内容构成限制，除用于稀土生产外，本发明可使用上一级碱液和水（或稀碱液）高效均匀的充分混合，自动快速配制在两个原始溶液浓度间任何一种浓度的碱液，提高劳动效率，还可用于其他行业需要配碱的产品生产中，所述技术领域的人员在阅读了说明书后，可对前述的具体实施方式做修改和变形，而不背离发明的实质和范围。

Claims (9)

1.一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置，包括：浓碱储罐、水储罐或稀碱储罐，其特征在于，浓碱储罐、水储罐或稀碱储罐二路供液系统通过静态混合器与成品储罐连接，静态混合器与浓碱储罐通过电动三通换向阀连接。

2.根据权利要求1所述的一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置，其特征在于，二路供液系统中第一路供液系统为：浓碱储罐通过泵与静态混合器连接，静态混合器通过折光仪与成品储罐连接；第二路供液系统为：水储罐或稀碱储罐通过泵及流量计与静态混合器连接，静态混合器通过折光仪与成品储罐连接，泵连接有变频器，所述变频器、流量计、折光仪、电动三通换向阀与计算机控制系统通过控制电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置，其特征在于，在第一路供液系统中泵与静态混合器之间添加流量计。

4.根据权利要求1-3所述的一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置，其特征在于，所述静态混合器上设有夹套，夹套连接循环系统。

5.根据权利要求1所述的一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置，其特征在于，二路供液系统中的管路上分别设有阀门。

6.根据权利要求1所述的一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制装置，其特征在于，所述浓碱储罐、水储罐及成品储罐分别设有液位计。

7.一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制方法，其特征在于，计算机控制系统包含三类主要的控制回路：1）流量PID控制回路和流量纠偏控制回路：包括计算机控制系统、流量计、变频器和泵，流量计流量信号转换成电信号，传回计算机控制系统，将测量值与设定流量值进行比较，通过PID和自适应控制算法，将控制器的输出信号传给变频器，通过变频器调节泵的转速，实现流量控制。

8.浓度PID控制回路和浓度纠偏控制回路：包括计算机控制系统、折光仪、变频器和泵，折光仪浓度信号转换成电信号，传回计算机控制系统，将测量值与设定浓度值进行比较，通过PID和自适应控制算法，将控制器的输出信号传给变频器，通过变频器调节泵的转速，实现浓度控制。

9.根据权利要求7所述的一种稀土湿法冶炼过程中有机皂化用碱液自动配制方法，其特征在于，程序流程如下：设定工艺参数包括：控制模式，控制浓度，配制体积，控制流量，是否启动水循环装置换热，产品的浓度范围；启动泵，计算机根据设定的工艺参数，自动调节泵的频率，从而实现流量和浓度的控制，根据设定的浓度范围，自动判断产品的合格与否，合格品自动进入成品储罐，不合格品返回原料储罐；达到配制体积后，自动停车。