鐘 亮

（虔東稀土集團(tuán)股份有限公司，江西 贛州 341000）

我國的稀土資源相對比較豐富，稀土分離工業(yè)的規(guī)模和產(chǎn)品產(chǎn)量也得到了有效的發(fā)展。但是隨著社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，稀土工業(yè)生產(chǎn)逐漸呈現(xiàn)集中化、大型化以及連續(xù)化的發(fā)展趨勢，要求其進(jìn)行更加高效和穩(wěn)定的自動化生產(chǎn)，目前我國的稀土工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平相對較低，導(dǎo)致生產(chǎn)效率較低，并耗費(fèi)了大量資源，產(chǎn)品的質(zhì)量也不能得到穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了稀土企業(yè)的發(fā)展，并阻礙了我國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)，因此對稀土萃取分離的綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行研究具有十分重要的意義。

1 稀土萃取分離的相關(guān)概述

稀土的組成元素一共有17種，其是一個金屬大家族，在自然界當(dāng)中一般以共生礦和離子礦的形式存在。因為稀土元素之間的化學(xué)性質(zhì)比較相似，所以對其進(jìn)行分離工作存在較大的難度[1]，并且稀土元素在實際應(yīng)用當(dāng)中不僅需要純度較高、質(zhì)量較高的產(chǎn)品，同時還會稀土雜質(zhì)等具有較高的要求，更是進(jìn)一步增加了稀土元素分離的難度。

稀土進(jìn)行萃取和分離的過程，主要是分離、富集以及提取混合稀土溶液當(dāng)中所需純度和收率的稀土產(chǎn)品，假設(shè)易萃組分為A，難萃組分為B。稀土具體萃取和分離的過程入下圖所示。

圖1 稀土萃取和分離的過程圖

上圖中n表示n級的混合澄清槽構(gòu)成的萃取段 ；m表示m級混合澄清槽構(gòu)成的洗滌段 ；u1表示稀土料液的流量 ；u2表示有機(jī)溶劑的流量 ；u3表示有機(jī)皂化氨水流量 ；u4表示洗滌液流量 ；y1表示水相出口產(chǎn)品B的純度 ；y2表示產(chǎn)品A的純度 ；y3、y4表示工業(yè)控制監(jiān)測點(diǎn)的稀土元素的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

將含有被分離組分的A產(chǎn)品和B產(chǎn)品的水相稀土料液從進(jìn)料段中以u1的流量進(jìn)入到萃取槽內(nèi)，有機(jī)溶液和皂化氨水溶液以u2和u3的流量進(jìn)入萃取槽，并在萃取槽內(nèi)放入u4的洗滌液，其中萃取段的主要作用就是讓料液當(dāng)中的大部分A和少許B萃取有機(jī)得到一定的負(fù)載有機(jī)相，洗滌段的主要作用就是讓洗滌液接觸到有機(jī)相，將含有B的絕大部分洗入水相當(dāng)中。因為萃取槽的結(jié)構(gòu)相對比較特殊，并加上在萃取分離過程中擁有一定的攪拌作用，會讓各級萃取槽內(nèi)的有機(jī)相從左往右產(chǎn)生逆向的流動，經(jīng)過萃取和洗滌之后，最后從萃取段的第一級就可以得到含有B、純度為y1的水相出口產(chǎn)品。

2 稀土萃取分離的綜合自動化系統(tǒng)研究

2.1 流量控制分析

稀土在萃取分離的過程中，對各類給料流量進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，是讓整個生產(chǎn)線實現(xiàn)穩(wěn)定產(chǎn)出的重要基礎(chǔ)。一般情況下，稀土萃取分離過程中使用的料液具有較強(qiáng)的腐蝕性和油溶性。通過調(diào)查可以知道，目前我國的稀土企業(yè)一般使用耐腐蝕性能較好的轉(zhuǎn)盤流量控制裝置對給料流量進(jìn)行控制，通過對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，對各種料液的流量進(jìn)行控制，并且還有一些會將計量泵與調(diào)速器、變頻器等結(jié)合起來，讓其形成閉環(huán)的流量控制系統(tǒng)。計量泵等設(shè)備為被控對象，PLC會對調(diào)速器下達(dá)相應(yīng)的命令，要求調(diào)速器等按照相關(guān)的指令對電擊轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，讓料液流量實現(xiàn)有效控制。

中流量計量裝置根據(jù)流量計的結(jié)構(gòu)形式不同，可以分為容積流量計、電磁流量計等類型，通過結(jié)合工藝、對正常流量的要求以及相關(guān)介質(zhì)的特點(diǎn)，一般采用不銹鋼金屬轉(zhuǎn)子流量計，該類流量計的抗腐蝕能力較強(qiáng)。在實際計量的過程中還可以根據(jù)不同的流量范圍，選擇電磁流量計、質(zhì)量流量計等設(shè)備，但是這些流量計設(shè)備的價格相對較高，如果選用應(yīng)將其價值充分發(fā)揮出來。

2.2 液位控制研究

液位控制系統(tǒng)一般由傳感器和液位控制器組成。稀土在萃取分離的過程中一般都將各種溶液儲存在防腐蝕性性能較高的儲罐當(dāng)中，因為料液的腐蝕能力較強(qiáng)，且容易揮發(fā)，所以實際生產(chǎn)的現(xiàn)象應(yīng)該使用PLC和液位計等構(gòu)成的液位監(jiān)控系統(tǒng)。其中PLC主要是對液位計的輸出信號進(jìn)行讀取，并將其轉(zhuǎn)換后得到實時的液位值，然后依據(jù)儲罐的設(shè)定值對儲罐內(nèi)液位是否處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)進(jìn)行判斷。如果儲罐內(nèi)的液位較低或者較高時，就會立馬報警，并在操作站的顯示屏上顯示危險標(biāo)志。液位控制系統(tǒng)的主要工作原理就是 ：現(xiàn)場接受槽接受萃取分離槽產(chǎn)出的料液后，會經(jīng)過遠(yuǎn)程的貯槽進(jìn)行處理，泵與泵槽之間主要使用自動連鎖的裝置，當(dāng)泵槽內(nèi)的液位到達(dá)限定值時，就會啟動泵，當(dāng)其液位下降到下限值時就會關(guān)閉泵，如果遠(yuǎn)程貯槽內(nèi)的料液液位較高時，就會停止輸送狀態(tài)，并發(fā)出警報聲，讓相關(guān)的工作能源能夠進(jìn)行及時的處理，讓萃取分離的質(zhì)量和效率得到一定的保證。

在液位控制系統(tǒng)中，液位控制器一般可以分為邏輯控制和數(shù)字控制兩種類型。其中邏輯控制器主要使用防腐浮球和微動的開關(guān)對液位進(jìn)行感知和檢測，泵使用低壓的繼電器進(jìn)行控制，當(dāng)檢測的信號傳入邏輯控制器之后，控制器就會根據(jù)信號的運(yùn)算在中心繼電器中輸入相應(yīng)的控制信號[2]，如果信號滿足報警條件時，邏輯控制器就會發(fā)出相應(yīng)的警報聲，讓值班人員進(jìn)行相應(yīng)的處理，一般情況下將報警器放置在值班人員的控制室或者現(xiàn)場內(nèi)容，讓操作人員的操作更加方便。

數(shù)字控制器主要是利用DCS控制系統(tǒng)對液位進(jìn)行控制[3]，在實際控制的過程中主要采用超聲波液位計將檢測的信號傳遞到控制系統(tǒng)的DI模板當(dāng)中，并且DO模板會輸出相應(yīng)的控制信號到中心繼電器中，對交流接觸器進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)電機(jī)的控制工作。

2.3 在線分析檢測研究

稀土萃取分離的生產(chǎn)過程非常復(fù)雜，其具有滯后性、非線性等特點(diǎn)，如何在生產(chǎn)過程中在線監(jiān)測和優(yōu)化控制稀土元素組分的含量，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量是目前稀土萃取分離生產(chǎn)中重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

稀土萃取分離過程的監(jiān)測主要包括離線、現(xiàn)場分析以及在線監(jiān)測等階段，其中離線分析主要是通過工作人員進(jìn)行取樣，并送入實驗室使用專門的起義進(jìn)行分析檢測，整個過程由人工進(jìn)行，耗時相對較長，并且在進(jìn)行的過程中無法保證產(chǎn)品的質(zhì)量，容易出現(xiàn)廢品和次品的情況。所以在線檢測方法的出現(xiàn)是必然趨勢，其能夠在一定程度上提高產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。目前比較常用的在線檢測方法包括同位素激發(fā)的XRF方法、紫外、可見分光光度方法以及X射線熒光方法等。而在稀土萃取分離中進(jìn)行在線監(jiān)測，就必須要將檢測的原理、傳感器以及被檢測對象的連接等內(nèi)容解決好，使用在線檢測裝置能夠?qū)崟r分析料液組分以及分離的效果，并通過計算機(jī)顯示屏顯示相應(yīng)的檢測分析結(jié)果，與工藝參數(shù)計算的軟件相結(jié)合，還能對流量進(jìn)行及時調(diào)整，能夠進(jìn)一步提高收率和產(chǎn)品質(zhì)量。但是目前在線監(jiān)測系統(tǒng)的使用效果還不明顯，且投資較大，設(shè)備的耐腐蝕能力較差，運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用相對較高，所以需要相關(guān)的設(shè)計人員充分結(jié)合機(jī)理分析以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提出在線分析的測量技術(shù)，也就是使用軟測量技術(shù)構(gòu)建出相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系模型，利用相關(guān)的工藝參數(shù)將元素組分含量的工藝參數(shù)推斷和計算出來，不斷提高稀土萃取分離的在線監(jiān)測能力。

2.4 系統(tǒng)整合研究

通過整合流量、液位控制以及在線分析監(jiān)測系統(tǒng)，在各個萃取槽段安裝流量給料裝置、稀土在線的分析探頭等裝置，并在控制室內(nèi)集中安裝接口、顯示、分析儀器以及控制器等，保證CRT能夠?qū)崟r將運(yùn)行的狀態(tài)顯示出來，讓工程技術(shù)人員能夠?qū)囬g運(yùn)行的控制情況進(jìn)行遠(yuǎn)程掌控，及時下達(dá)相應(yīng)的工藝指令，不斷提高管理效率。稀土萃取分離綜合自動化系統(tǒng)能夠顯示稀土分離過程中的實時流量和累計流量，實現(xiàn)有效的自動控制目標(biāo)，生產(chǎn)出更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

3 結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，稀土萃取分離的綜合自動化系統(tǒng)的出現(xiàn)是必然趨勢，其能夠?qū)崿F(xiàn)對稀土萃取分離過程的優(yōu)化控制和管理，減少資源浪費(fèi)的情況，生產(chǎn)出更多質(zhì)量上乘的產(chǎn)品，為我國社會創(chuàng)造出更多的社會經(jīng)濟(jì)和社會效益，對推動我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)具有十分重要的意義。