DE2720006A1 - Einrichtung zur ueberwachung des schaumpegels - Google Patents

Einrichtung zur ueberwachung des schaumpegels

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DE2720006A1 DE19772720006 DE2720006A DE2720006A1 DE 2720006 A1 DE2720006 A1 DE 2720006A1 DE 19772720006 DE19772720006 DE 19772720006 DE 2720006 A DE2720006 A DE 2720006A DE 2720006 A1 DE2720006 A1 DE 2720006A1
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Description

MÜLLER-BOR« · DiiUFEL · SCHÖN · HERTEL
PATENTANWÄLTE 272OUÖB
DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALT VON 1927- 1975) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.- CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHVS.
-*. MAI W/
Hl/Ma - N 1262
NORANDA MINES LIMITED
P.O. Box 45, Commerce Court West
Toronto, Ontario, Canada M5L 1B6
Einrichtung zur Überwachung des Schaumpegels
7Q9847/0854
MÜNCHEN 8β · SIEBERTSTR. 4 · POSTFACH 860720 · KABEL·: MtTEBOPAT · TEL·. (089) 474003 · TEtEX 3-24280
2720Ü06
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung bzw. einen Monitor zur Überwachung des Schaumpegels, mit dem der Pegel bzw. das Niveau des Schaums in einer Flotations- bzw. Flotierungs- bzw. Schwimmaufbereitungszelle festgestellt und automatisch gesteuert bzw. geregelt werden kann.
Flotationszellen werden üblicherweise für die Trennung von Mineralerzen verwendet. In diesen Zellen werden die Flüssigkeiten, welche die abzutrennenden Feststoffe enthalten, belüftet bzw. der freien Luft ausgesetzt bzw. zum Sprudeln gebracht und in Anwesenheit eines Schäummittels gerührt. Dadurch entsteht auf der Flüssigkeit eine Schaumschicht, in der das gewünschte Mineral konzentriert ist. Die Schaumschicht wird üblicherweise von dem Rand der Zellen in einen getrennten Behälter abgestrichen bzw. abgeschöpft, so daß der Schaum in diesem Behälter zusammensinken und die Feststoffe getrennt werden können.
Der Wirkungsgrad dieses Flotationsverfahrens kann näher bei dem Optimum gehalten werden, wenn der Schaumpegel auf einer konstanten Höhe gehalten wird. Deshalb muß der mittlere Schaumpegel durch ein geeignetes Instrument festgestellt und einer Ausgabeeinrichtung für das Schäummittel ein Steuersignal zugeführt werden, um den Zusatz des Schäummittels zu der Flotationszelle auf den gewünschten Wert einzuregeln.
In der Vergangenheit sind verschiedene Versuche gemacht worden, mechanische und elektrische Einrichtungen zur Messung und Steuerung des Schaumpegels in Flotationszellen zu entwickeln. Beispiele für diese Einrichtungen sind die Luftblasenröhren (air bubbler tubes) und die kapazitiven Annäherungssonden (capacitance proximity probes), wie sie in der am 7. Oktober 1969 ausgegebenen US-PS 3 471 010
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beschrieben sind. Diese Einrichtungen waren jedoch keine befriedigende Lösung für die Messung des mittleren Pegels des Schaums, weil der Schaum aufgrund seiner physikalisch porösen Struktur nur sehr geringen physikalischen Widerstand bietet und die turbulente Oberfläche des Schaums kurzzeitige Änderungen des Pegels bzw. des Niveaus verursacht, die vernachlässigt werden müssen, um die tatsächliche Wirkung des Zusatzes von Schäummittel! messen zu können.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Überwachung des Schaums zu schaffen, die den mittleren Schaumpegel feststellen und ein Steuersignal erzeugen kann, mit dem sich in geeigneter Weise der Zusatz von Schäummitteln regeln läßt.
Die Einrichtung zur Überwachung des Schaumpegels nach der vorliegenden Erfindung weist mehrere, elektrisch leitende Elektroden auf, die in vertikaler Richtung in verschiedenen Höhen im Abstand angeordnet sind und mit der Oberseite des Schaums nacheinander in Kontakt gebracht werden können, wenn der Pegel des Schaums ansteigt; mit jeder Elektrode ist eine Konstantstromquelle verbunden, die einen konstanten Strom erzeugen kann, wenn sich ihre zugeordnete Elektrode im Kontakt mit dem Schaum befindet; mit den Ausgängen aller Konstantstromquellen ist ein Summier- und Zeitmittel-Strom-Zu-Spannungs-Umwandler verbunden, der ein Ausgangssignal erzeugt, das als Anzeige für die Zahl der Elektroden, die sich im Kontakt mit dem Schaum befindet, der Summe der Ströme aller Stromquellen entspricht; außerdem mittelt dieser Umwandler zeitlich die Änderungen der Schaumpegel, um eine Anzeige für den mittleren Schaumpegel zu liefern.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt zwischen jeder Stromquelle und ihrer zugeordneten Elektrode eine elektronische Schalteinrichtung, damit die Konstantstromquelle
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nicht empfindlich für die Leitfähigkeit des Schaums ist. Eine geeignete elektronische Schalteinrichtung kann ein Operationsverstärker sein, der ein vorher bestimmtes negatives Potential, wenn seine zugeordnete Elektrode im Kontakt mit dem Schaum ist, und ein vorher bestimmtes positives Potential erzeugt, wenn seine zugeordnete Elektrode nicht im Kontakt mit dem Schaum ist.
Die Konstantstromquelle kann aus einem Feldeffekttransistor mit einer Steuerelektrode bestehen, die mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist, um einen konstanten Strom zu erzeugen, wenn das Ausgangssignal des Operationsverstärkers einen negativen Wert annimmt; weiterhin kann eine rückwärts bzw. umgekehrt geschaltete Diode vorgesehen sein, die den Feldeffekttransistor mit dem Operationsverstärker verbindet, um die Leitung des Feldeffekttransistors zu verhindern, wenn das Ausgangssignal des Operationsverstärkers einen positiven Wert annimmt.
Der Summier- und Zeitmittel-Strom-Zu-Spannungs-Umwandler kann einen Operationsverstärker mit einem Eingang enthalten, der mit dem Ausgang aller Konstantstromquellen verbunden ist, um alle Ströme als Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden, die sich im Kontakt mit dem Schaum befinden, aufzusummieren. Ein solcher Operationsverstärker enthält einen Kondensator mit vorher ausgewähltem Wert, der zu einer Rückkopplungsschleife geschaltet ist, um die Stromänderungen zeitlich zu mitteln, wodurch sich eine Anzeige für den mittleren Pegel des Schaums ergibt.
Das Ausgangssignal des Schaumpegelmonitors kann mit jeder geeigneten Pegeleinrichtung verbunden sein, die selbst wiederum an eine geeignete Ausgabeeinrichtung für ein Schäummittel bzw. Schäumreagenz angeschlossen sein kann, um die Menge des Schäumreagenz zu regeln, die der
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Flotationszelle zugesetzt wird.
Die Erfindung schafft also einen Schaumpegelmonitor, der mehrere, elektrisch leitende Elektroden aufweist, die in vertikaler Richtung im Abstand angeordnet sind und nacheinander mit der Oberseite des Schaums in Kontakt gebracht werden können, wenn der Schaumpegel ansteigt; mit jeder Elektrode ist eine Konstantstromquelle verbunden, die einen konstanten Strom erzeugen kann, wenn ihre zugeordnete Elektrode im Kontakt mit dem Schaum ist; ein Summier- und Zeitmittel-Strom-Zu-Spannungs-Umwandler ist mit dem Ausgang aller Konstantstromquellen verbunden, um alle Ströme als Anzeige für die Zahl der Elektroden, die sich im Kontakt mit dem Schaum befinden, zu summieren und die Änderungen des Schaumpegels zeitlich zu mitteln, so daß sich eine Anzeige für den mittleren Pegel des Schaums ergibt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Steuersystems für den Schaumpegel; und
Fig. 2 eine detaillierte Schaltungsanordnung einer Einrichtung zur Überwachung des Schaumpegels nach der vorliegenden Erfindung.
In Figur 1 ist ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur Steuerung des Schaumpegels in einer Zelle 10 dargestellt.
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Die Vorrichtung weist mehrere Elektroden 12 auf, die nacheinander bzw. in Folge mit der Oberseite des Schaums 14 in Kontakt kommen können, wenn der Schaumpegel ansteigt; mit den Elektroden 12 ist ein Monitor 16 zur Überwachung des Schaumpegels verbunden; an den Ausgang des Monitors 16 zur Überwachung des Schaumpegels ist eine Schaumregeleinrichtung 18 angeschlossen, die eine Ausgabeeinrichtung 20 für ein Schäumreagenz regelt; die Ausgabeeinrichtung 20 reguliert die Menge an Schäumreagenz, die der Flotationszelle 10 zugesetzt wird, wie durch die Leitung 21 angedeutet ist.
Der Monitor zur Überwachung des Schaumpegels nach der vorliegenden Erfindung ist in Figur 2 dargestellt. Eine Konstantstromquelle 20 ist durch einen elektronischen Schalter 22 mit jeder Elektrode 12 verbunden. Die Ausgänge aller Konstantstromquellen sind an einen Summier- und Zeitmittel-Strom-Zu-Spannungs-Umwandler 24 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem geeigneten anzeigenden Meßgerät 26, wie beispielsweise einem Strich- bzw. Stangen-Indikator (bar indicator) und mit der Schaumregeleinrichtung 18 nach Figur 1 verbunden ist.
Der elektronische Schalter 22 besteht aus einem Operationsverstärker 0P1, der auf herkömmliche Weise an einer Quelle von + 15 Volt und an einer Quelle von - 15 Volt betrieben bzw. gespeist wird. Der positive oder nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist geerdet, während sein negativer oder invertierender Eingang mit einer Elektrode 12 verbunden ist. Ein aus Widerständen R1 und R2 bestehender Spannungsteiler ist so an die Quellen von + 15 und - 15 Volt geschaltet, daß eine Spannung von ungefähr 10 Volt an die Gegenelektrode der Elektrode 12 (üblicherweise die längste Elektrode) angelegt wird. Entgegengesetzt geschaltete Dioden D1 und D2 sind zwischen
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den positiven und negativen Anschluß des Operationsverstärkers OP1 geschaltet, um den Verstärker auf herkömmliche Weise zu schützen. Der Operationsverstärker ist negativ durch ein Vorspannetzwerk 28 vorgespannt, das aus einer Diode D3 besteht, die in Reihe mit einem Widerstand R3 zwischen der - 15 Volt-Quelle und Erde bzw. Masse liegt. Das Vorspannetzwerk gibt dem negativen Eingang des Operationsverstärkers durch den Widerstand R4 ein etwas negatives Vorspannungspotential (ungefähr 0,7 Volt), wenn sich die Elektrode nicht im Kontakt mit dem Schaum befindet. Dieses Potential wird durch den Operationsverstärker in dem Verhältnis eines Widerstandes R5, der in der Rückkopplungsschleife des Verstärkers liegt, zu dem Verstärker R4 verstärkt, so daß sich ein Ausgangssignal von ungefähr + 1,4 Volt ergibt, wenn die Elektrode nicht im Kontakt mit dem Schaum ist. Wenn jedoch der Schaum die Elektrode berührt, wird ein etwas positives Potential (ungefähr 0,7 Volt) an den negativen Anschluß des Operationsverstärkers angelegt; dieses Potential wird in dem Verhältnis des Widerstandswertes des Widerstandes R5 zu der Summe der Widerstandswerte der Elektrode und dem Schaum selbst verstärkt. Dieses Verhältnis ist relativ hoch, da der Widerstandswert der Elektrode und des Schaums niedrig ist. Deshalb wird der Operationsverstärker 0P1 vollständig gesättigt, um ein Ausgangssignal von etwas weniger als - 15 Volt zu liefern. Ein an den Widerstand R5 geschalteter Kondensator C1 dient in herkömmlicher Weise als Hochfrequenzfilter. Durch die Verwendung der Schalteinrichtung 22, welche die Konstantstromquelle und die Elektrode verbindet, wird der Monitor im wesentlichen unempfindlich gegenüber der Leitfähigkeit des Schaums, wenn der Operationsverstärker ein Ausgangssignal liefert, das in einer sehr kurzen Zeitspanne von 0 auf volle Sättigung geht, und zwar ohne jede Beeinflussung durch die Größe des angelegten Eingangssignals.
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Die Konstantstromquelle 2o besteht im Grunde aus einem Feldeffekttransistor FET, einer Diode D4, einem Festwiderstand R6 und einem variablen Widerstand R7. Die Steuerelektrode bzw. das Gate des Feldeffekttransistors wird durch den Spannungsabfall an dem Festwiderstand R6 und dem variablen Widerstand R7 vorgespannt, so daß sich ein Konstantstromausgangssignal ergibt, so--bald der Stromfluß durch die Diode D4 beginnt, wenn das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 0P1 einen negativen Wert annimmt.
Der Strom/Spannungs-Umwandler, der die Summierung und die zeitliche Mittlung durchführt, besteht aus einem Operationsverstärker 0P2, der mit den + 15 und - 15 Volt-Quellen verbunden ist. Der positive Eingang des Operationsverstärkers ist geerdet, während sein negativer Eingang mit allen Konstantstromquellen verbunden ist, um alle Ströme als Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden, die sich im Kontakt mit dem Schaum befinden, zu summieren. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers wird durch einen Widerstand R8 gesteuert und ist so ausgewählt, daß sich die volle Ablenkung bzw. der volle Ausschlag des Meßgerätes 26 ergibt, wenn sich alle Elektroden im Kontakt mit dem Schaum befinden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 0P2 ist auch durch den Ausgangswiderstand R9 mit der Schaumregeleinrichtung 18 verbunden, die oben erwähnt wurde.
Ein zur Zeitmittelung dienender Kondensator C2 ist an den Widerstand R8 angeschlossen. Die turbulente Oberfläche des Schaums verursacht kurzzeitige Änderungen in dem Eingangssignal des Operationsverstärkers 0P2. Diese Änderungen haben die Form einer Folge von Stufen. Diese kurzzeitigen Änderungen müssen zurückgewiesen bzw. ausgefiltert werden, damit die tatsächliche Wirkung des Zusatzes einer Schäumreagenz gemessen werden kann. Deshalb wird der an dem Wider-
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stand R8 angeschlossene Kondensator C2 kontinuierlich aufgeladen und entladen und bewirkt so, daß der Operationsverstärker ein Ausgangssignal liefert, das diese kurzzeitigen Änderungen zeitlich ausmittelt. Eine solche Strommittelung ist sehr gut für die Bedingungen geeignet, die in einer typischen Flotationszelle auftreten. Bei Untersuchungen ist festgestellt worden, daß die turbulente Oberfläche des Schaums eine feinere bzw. genauere Auflösung des mittleren Pegels ermöglicht, weil durch die Konstantstrom- und Strommittelungs-Schaltungen eine zeitliche Mittelung sowie Pegelmittelwertbildung durchgeführt wird. Eine Steuergenauigkeit von - 6,35 mm (- 0,25 Zoll) kann bei Elektrodenlängendekrementen bzw. -Verringerungen bzw. -Abschnitten von 19.05 mm (0,75 Zoll) erreicht werden.
In Abhängigkeit von den ausgewählten Dekrementen bzw. Abschnitten der Elektrodenlängen kann das Ausgangssignal des Summier- und Zeitmittel-Strom-Zu-Spannungs-Umwandlers eine lineare oder nicht lineare Funktion des mittleren Schaumpegels gemacht werden. Darüber hinaus können die Elektroden in jeder beliebigen Reihenfolge in die Schaltungsanordnung geschaltet werden, wenn eine lineare Schaumpegel-Zu-Ausgangssignal-Spannung ausgewählt wird.
Die in Figur 2 dargestellten Elemente, insbesondere der elektronische Schalter, die Konstantstromquelle und der Summier- und Zeitmittel-Strom-Zu-Spannungs-Umwandler dienen nur als Beispiele, so daß auch andere Typen dieser elektronischen Einrichtungen verwendet werden können.
Der Regelbereich des Steuersystems für den Schaumpegel kann jeden beliebigen Aufbau haben. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sollte er auf die Zeitkonstante der verschiedenen Flotationskreisläufe eingestellt werden können. Der Soll-Wert der Steuereinrichtung läßt sich von Hand oder durch eine Prozeßsteuerrechner justieren.
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Claims (7)

  1. 272UUOb
    Patentansprüche
    -"A
    ' 1y Einrichtung zur Überwachung des Schaumpegels, gekennzeichnet durch mehrere, elektrisch leitende Elektroden (12), die in vertikaler Richtung im Abstand angeordnet und nacheinander mit der Oberseite des Schaums in Kontakt bringbar sind, wenn der Pegel des Schaums ansteigt, weiterhin durch eine mit jeder Elektrode (12) verbundene Konstantstromquelle (20), die einen konstanten Strom erzeugt, wenn ihre zugeordnete Elektrode (12) im Kontakt mit dem Schaum ist, und durch einen mit den Ausgängen aller Konstantstromquellen (20) verbundenen Summier- und Zeitmittelungs-Strom-Zu-Spannungs-Umwandler zur Aufsummierung der Ströme als Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden (12), die sich im Kontakt mit dem Schaum befinden, und zur zeitlichen Mittelung der Stromänderungen, um eine Anzeige für den mittleren Pegel des Schaums zu liefern.
  2. 2. Einrichtung zur Überwachung des Schaumpegels nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektronische Schalteinrichtung (22), die jede Konstantstromquelle (20) mit ihrer zugeordneten Elektrode (12) verbindet, so daß die Konstantstromquelle (20) ein Ausgangssignal erzeugen kann, das im wesentlichen unabhängig von der Leitfähigkeit des Schaums ist.
  3. 3. Einrichtung zur Überwachung des Schaumpegels nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schalteinrichtung (22) einen Operationsverstärker (OP1) enthält, der ein vorher bestimmtes negatives Potential erzeugen kann, wenn seine zugeordnete Elektrode (12) im Kontakt mit dem Schaum ist, und ein vorher bestimmtes
    1 0 9 8 4 7 / 0 8 5 Λ
    'ORIGINAL lN6PECm>
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    positives Potential erzeugen kann, wenn seine zugeordnete Elektrode (12) nicht im Kontakt mit dem Schaum ist.
  4. 4. Einrichtung zur Überwachung des Schaumpegels nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle (20) einen Feldeffekttransistor enthält, dessen Steuerelektrode mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (OP1) zur Erzeugung eines konstanten Stroms verbunden ist, wenn das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (OP1) einen negativen Wert annimmt, und daß eine rückwärts geschaltete Diode vorgesehen ist, die den Feldeffekttransistor mit dem Operationsverstärker (0P1) verbindet, um die Leitung des Feldeffekttransistors zu blockieren, wenn das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (OP1) positiv
  5. 5. Einrichtung zur Überwachung des Schaumpegels nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Summier- und Zeitmittel-Strom-Zu-Spannungs-Umwandler einen Operationsverstärker enthält, dessen Eingang mit dem Ausgang aller Konstantstromquellen (20) verbunden ist, um alle Ströme als Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden (12) aufzusummieren, die sich im Kontakt mit dem Schaum befinden.
  6. 6. Einrichtung zur Überwachung des Schaumpegels nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker einen Kondensator mit vorher bestimmten Wert enthält, der an seine Rückkopplungsschleife angeschlossen ist, um die Stromänderungen an seinem Ausgang zeitlich zu mitteln, wodurch eine Anzeige für den mittleren Pegel des Schaums gebildet wird.
    7098A7/085
    2720U06
  7. 7. Einrichtung zur Überwachung des Schaumpegels nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine mit dem Summier- und Zeitmittel-Strom-Zu-Spannungs-Umwandler verbundene Regeleinrichtung zur Steuerung der Menge an Schäummittel, die einer Flotationszelle zugesetzt werden soll.
    7Ο98Λ7/ΟΒ5
DE2720006A 1976-05-06 1977-05-04 Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche Expired DE2720006C3 (de)

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