浸出液 PLS · 萃余液 · 电积阴极液浓度在线监测

湿法冶金浸出液浓度在线测：高温强酸工况的选型边界

超声波声阻抗法替代 γ 射线 / 差压式与人工取样 —— 浸出液、萃余液与电积阴极液的连续浓度监测

适用范围：铜 / 钴 / 镍 / 锂湿法冶金 L-SX-EW 流程 —— 浸出反应槽出口、SX 萃余液管路、电积阴极液循环管三类测点

▍项目快报 / 工况速览

一 工艺背景与测量痛点

▍1.1 L-SX-EW 三段工艺的共同控制变量是溶液浓度

湿法冶金（Hydrometallurgy）是铜、钴、镍、锂、铀等金属精炼的主流路线，典型流程为「浸出（Leaching）— 萃取（Solvent Extraction）— 电积（Electrowinning）」，简称 L-SX-EW：矿石中的目标金属先经酸浸转入溶液形成浸出液（PLS, Pregnant Leach Solution），再由有机相选择性萃取并经反萃形成富集电解液，最后在电积槽以铅银阳极加不锈钢阴极电沉积获得阴极金属产品。

三段工艺各自的操作变量不同，但控制目标最终都落在溶液浓度上：

▪ 浸出液 PLS 浓度 —— 反映浸出反应的进程与终点，是浸出工序控制与 SX 系统进料调度的依据；

▪ 萃余液（Raffinate）浓度 —— 反映 SX 段的萃取效率与金属回收情况，也用于酸循环平衡核算；

▪ 电积阴极液 Cu²⁺ / H₂SO₄ 浓度 —— 直接关系电流效率、吨金属电耗与阴极板质量，是三段中控制要求最高的测点；

▪ 浓度失控的传递性 —— 上游一段的偏离会沿工艺链向下传递，等到阴极产品出问题时已经滞后数个工序。

湿法冶金矿区多分布在南美、非洲、青海等偏远地区，化验室资源与人员配置有限，人工取样化验的频次通常按班次甚至按天计。在这类项目上，连续在线的浓度趋势值往往比更高的单点精度更有价值 —— 前提是仪表要能在高温强酸环境里长期活着，并且不给现场增加合规负担。

▍1.2 现有测量方案的局限

▪ γ 射线（核子）浓度计：能适应强腐蚀介质，但属辐射类计量器具。放射源的进口报关、许可证办理、年检与源退役处置在偏远矿区往往难以落地；跨国矿业公司的安全与 ESG 合规审查也普遍对放射源持保留态度，审批周期不可控。

▪ 差压式 / 膜片式密度计：导压管与膜片直接接触「高浓酸 + 高浓金属离子 + Cl⁻ / F⁻」的复合腐蚀介质；膜片穿孔后泄漏物进入溶液，可能引发下游 SX 有机相中毒或电积阴极结瘤等连锁损失，其代价远大于仪表本身。高温强酸下引压管还容易结晶堵塞。

▪ 人工取样化验：频次按班次甚至按天计，跟不上浸出与电积工况的变化；高温强酸溶液的现场取样本身也存在作业安全风险。

▪ 电积车间的复合干扰：强电磁场、酸雾与振动叠加，对仪表的抗干扰能力、外壳防护与接线规范要求高，普通仪表在 EW 工段容易出现输出漂移。

图 1 湿法冶金 L-SX-EW 工艺浓度在线监测布置示意图（PS7000 #1 浸出液 PLS / #2 萃余液 / #3 电积阴极液）

二 PS7000 的技术路径

▍2.1 测量原理：线性调频（Chirp）声阻抗法

超声波在介质中传播遇到固液界面时，回波强度由界面两侧的声阻抗差异决定，而声阻抗 Z = 介质密度 ρ × 声速 c，与介质密度直接相关。PS7000 采用单探头自发自收设计，持续发射线性调频（Chirp）超声脉冲并实时采集回波；Chirp 信号的宽频带特性有助于穿透气泡层、抑制多重反射干扰，主机通过算法解析回波的声阻抗特征还原介质密度。

与 γ 射线法的本质区别在于：PS7000 不含任何放射源，属非核源仪表，无需辐射安全许可证，也不涉及源的年检、人员资质与退役处置。

▍2.2 非侵入式测量：探头浸没于介质，但不伸入流道

PS7000 的测量管段以法兰串接在工艺直管段上，超声探头装在管段上 —— 这是与传统插入式仪表最关键的结构差异，也是选型时最容易被误解的一点，此处按《使用说明书》口径明确说明：

▪ 非侵入式（非侵入 ≠ 非接触）：探头须浸没于介质中才能工作，但不伸入流道 —— 流道内没有凸出物。说明书对此有明确要求：水平安装且探头位于管道上方时必须保证满管，否则探头接触不到液体即测量失效；分体式水平安装时探头应置于管道下方，以保证浸没。

▪ 因此不存在插入式探头的迎流面冲刷磨蚀、根部挂料与下游扰流问题，也不会造成堵管。

▪ 探头声窗为蓝宝石，光洁度高、耐磨、耐腐蚀；测量管段可按工况定制衬里（PTFE / 橡胶 / 陶瓷）。

▪ 强结垢介质仍应纳入日常点检 —— 说明书将「探头表面结垢」列为校准失败的排查项之一，处理方式为清洗探头后重新校准。

▪ 适用性边界：允许介质中存在气泡；但介质中不应含有大量悬浮或沉积的大颗粒物质。

图 2 PS7000 安装形式剖面示意 —— 与传统插入式的结构差异（结构原理示意图，非实测记录）

▍2.3 关键技术参数

※ 本工况部分测点的介质温度超出标准型 0 ~ 80 ℃ 范围，须选用高温定制型；具体上限请在选型阶段与派声确认，本材料不给出高温型的温度承诺值。测量管段衬里、探头材质、法兰与密封件属定制项，须依据溶液全分析（Cu²⁺、H₂SO₄、Cl⁻ / F⁻、有机相夹带、温度）逐项确认。

▍2.4 选型与安装条件（重要）

以下条件直接决定现场测量的稳定性，建议在设计选点阶段即予确认，可避免绝大多数投运后的偏差争议：

▪ 优先垂直安装，流体自下而上。水平安装时须确认介质无分层、测点具代表性。

▪ 流速 > 1 m/s；固相密度越大所需流速越高。避免低流速或滞流工况，防止颗粒沉降扰动精度与稳定性。

▪ 直管段要求：安装位置应远离泵及阀门、弯头等局部阻力件；水平安装时须保证前 10D、后 5D 直管段（最少前 5D、后 3D）。

▪ 保证探头浸没：一体式水平安装、探头位于管道上方时必须满管；分体式水平安装时探头应置于管道下方。非满管工况优先选分体式。

▪ 避开游离气泡富集点。曝气、双泵抽吸、负压入口等工况会引入大量游离气泡，气泡会抬高回波能量、使读数偏高，这是声学法的原理性限制，应通过测点位置规避，而非依靠标定补偿。

▪ 对比取样点应尽量靠近测点。取样点距测点过远会引入输送滞后，人工化验值与表显值的时间不对齐，会被误判为仪表偏差。

▪ 高温段必须走定制型，且温度须逐点核实：标准型的介质温度范围是 0 ~ 80 ℃，这是硬边界，超过必须选用高温定制型；高温型的上限属定制范围，请在选型阶段与派声确认，并按测点逐个提供实际最高工作温度、常态温度与波动范围，而不是给一个全厂笼统的温度区间。另需注意主机的环境温度指标为 -30 ~ 60 ℃ —— 高温管道附近的辐射热会让主机所处环境超标，此类测点应采用分体式，把主机移到散热条件好的位置。

▪ 接液材质须依据溶液全分析确认：高浓酸叠加 Cl⁻ / F⁻ 的复合腐蚀环境下，测量管段衬里、探头材质、法兰密封面与密封件需逐项核对，SX 段的有机相夹带也应在选型时一并说明。现场腐蚀失效多发生在密封件与法兰面，而不是衬里本体；材质清单建议写入技术协议。

▍2.5 现场标定：取样称重法，在线完成

标定用于让仪表显示值与介质真实密度一致：采集若干组「仪表读数 + 对应化验值」，由仪表自动回归计算修正系数。整个过程无需停机，只要工况稳定、探头清洁即可在线进行。

标定前须逐项确认的工况条件：

现场最常见的是「只有工艺介质、无法临时通清水」的情况。此时用同一介质连续采集两次（每次约 2 分钟，共约 4 分钟）：两次实测点加上系统自动补充的虚拟零点构成 3 个回归点，仪表通过拟合优度 r² 交叉校验两次信号的一致性 —— 若采集期间出现气泡、流量突变或阀门异常导致数据不一致，系统会直接拒绝校准而不是给出一个错误的系数。这是防止「标定看起来成功、实际标歪了」的关键机制。

标定周期建议：新装仪表在首次运行 12 ~ 24 小时内标定一次；稳定运行后每 6 ~ 12 个月复核；精度要求高的测点每 1 ~ 3 个月复核；更换探头或介质后应立即重新标定。

三 改造前后对比

四 现场验证与运行情况

在海外某大型铜湿法冶金项目中，3 台 PS7000 分别部署于浸出反应槽出口（PLS）、SX 萃余液管路与电积阴极液循环管。该项目反馈：投运一年内三个测点连续运行；电积阴极液 Cu²⁺ 浓度的波动区间由约 ± 3 g/L 收窄至约 ± 0.8 g/L；同期统计的电流效率提升约 1.5 个百分点。

上述数字为该项目在其自身统计口径下的运行反馈。需要说明的是，电流效率受电流密度、槽温、添加剂、极板管理与短路率等多项因素共同影响，1.5 个百分点的变化不宜全部归因于单一仪表 —— 更准确的表述是：浓度有了连续在线值之后，补酸与进料调整具备了依据，这是电流效率改善的条件之一。建议在验收阶段以厂内化验值为参照，连续采集多组「表显值 + 同时刻取样化验值」，以平均偏差与趋势一致性作为判据，并在合同附件中明确取样点、取样时机与化验方法。

同类方案后续也用于国内的钴湿法精炼、镍红土矿加压浸出与盐湖提锂等项目。需要提醒的是，这些工况在温度、酸度、卤素含量与有机相体系上的差异很大，选型不能照搬本案例，须按各自的溶液全分析与温度条件逐个核算。

▍客户侧的实际收益

▪ 免除放射源的进口报关、许可证办理、年检、放射工作人员资质与源退役处置，偏远矿区与跨国项目的合规路径简化。

▪ 结构上取消承压膜片这一泄漏通道，降低了仪表失效引发 SX 有机相污染、电积阴极结瘤等连锁损失的风险。

▪ 三个测点采用同一型号仪表，备件与运维统一；标定用取样称重法在线完成，不需要为校准安排停机。

▪ 浓度信号接入集中监控与远程诊断平台后，浸出终点判断、萃取效率核算与电积补酸调整具备了连续的输入量（具体工艺改善以该厂运行统计为准）。

五 常见问题

Q1 工况温度超过 80 ℃，标准型是不是就不能用？高温型到底能到多少度？

A 是的，标准型不能用 —— 说明书给出的介质温度范围是 0 ~ 80 ℃，这是硬边界，超过就必须选用高温定制型。高温型的上限属于定制范围，需要按具体测点的最高工作温度、波动幅度、管道材质与保温条件核算后确认，我们不在案例材料里给一个统一的承诺值，请在选型阶段把每个测点的实际温度单独提供给我们。还有两点常被忽略：一是主机的环境温度指标为 -30 ~ 60 ℃，高温管道旁的辐射热会让主机所处环境超标，此时应采用分体式并把主机移到散热条件好的位置；二是温度本身会改变溶液的密度与声速，标定条件里明确要求「温度稳定」，高温测点的标定应在接近正常运行温度下进行，并记录取样时刻的液温 —— 用常温标定的系数去测高温溶液，偏差会被系统性地带进来。

Q2 PS7000 能分别测出 Cu²⁺ 和 H₂SO₄ 吗？

A 不能。声阻抗法输出的是介质密度这一个标量，它是金属离子浓度、游离酸浓度与温度共同作用的结果，单台仪表无法把它分解成两个独立的浓度值。在电积阴极液这类双参量工况下，可行的做法是：把密度作为综合浓度的指示量与趋势监视量，配合厂内化验做定期标定与复核；若工艺确实要求分离 Cu²⁺ 与 H₂SO₄，需要引入第二个独立测量量，此时可考虑 PS7020 声速法方案并配合双参量分离标定曲线，或与在线分析仪表配合使用。请不要把密度计当作在线化验仪使用 —— 在浸出液与萃余液这类主要关注趋势与终点判断的测点上，密度值已经够用；但用于金属平衡核算或结算，仍应以化验值为准。

Q3 萃余液带的有机相、电积车间的酸雾和电磁场，会不会影响测量？

A 分三层说。有机相夹带：SX 段溶液中的微量有机相若在测点处聚集成层或附着在探头表面，会改变回波特征 —— 这属于介质本身的变化，不是仪表故障。测点应避开混合澄清器出口的有机相富集区，探头表面附着须纳入日常点检；出现标定失败时，先冲洗探头再重新标定。酸雾与湿度：外壳防护等级为 IP65、湿度范围 ≤ 98 %RH，接线口与电缆入口的密封须按规范施工 —— 现场进液故障绝大多数出在这里，而不是外壳本体。电磁干扰：Chirp 宽频解析对电积车间的电磁环境有较好抑制，但仍须按规范做屏蔽接地、信号线与动力电缆分槽敷设，不要指望仪表算法替代基本的电气施工规范。

Q4 探头到底接不接触介质？会不会被磨掉？

A 接触。说明书的正式用词是「非侵入式」而不是「非接触」—— 探头必须浸没在介质中才能工作（水平安装且探头在上方时必须满管，否则测量失效），但探头不伸入流道，流道内没有凸出物，因此不存在插入式探头迎流面被高速固相持续冲刷的磨损机理。请注意：市面上部分资料把这类结构写成「非接触」，并不准确 —— 派声产品线中真正不接触介质的是 PS7010 外夹式（声衰减法），以及核法的 γ 射线密度计。

Q5 现场怎么标定？要停机吗？多久标一次？

A 取样称重法，通过遥控器菜单完成，不需要停机 —— 只要满管、流量波动在 ± 5 % 以内、无排气作业、温度稳定、探头清洁即可在线标定。现场只有一种介质时，用同一介质连续采集两次（共约 4 分钟），系统会用 r² 交叉校验两次信号一致性，不一致直接拒绝校准。周期：新装 12 ~ 24 小时内首标，稳定后每 6 ~ 12 个月复核，高精度测点每 1 ~ 3 个月，更换探头或介质后立即重标。

Q6 测点该选 PS7000 还是别的型号？

A PS7000（超声声阻抗）针对的是含气泡、高固含的浆液密度。若管道不允许开孔或为老旧管道改造，选 PS7010 外夹式（声衰减）；清洁液体的浓度分析选 PS7020（声速）；易结垢的化工酸碱液体选 PS7400（音叉）；DN200 以上大口径主管线可选 PS7300（差压）；贸易计量级精度选 PS7200（科里奥利）；多组分浓度分析选 PS7100 / 7110（光谱 / 折光）；含水悬浊液可选 PS7600（微波）。选型不确定时可把工况参数发给我们代为核算。

关于派声

西安派声信息科技有限公司（PISONICS）专注于超声波在线测量技术，产品覆盖浆体密度、溶液浓度、光谱浓度、液位与流量等工业过程参数。PS7000 系列超声波浆液密度计为公司自主研发的非核源浆体密度在线监测仪表，已在电力脱硫、有色与黑色金属选矿、煤炭洗选、盐湖化工、疏浚工程、市政污泥等行业投入运行。

超声波 · 密度 · 浓度 · 在线测量专家

※ 本案例中的工况参数与运行情况依据实际项目整理；图 1、图 2 为原理与布置示意图，非实测记录曲线。仪表技术参数与安装、标定要求以随货《Pisonics 超声密度计使用说明书》为准，如有变更恕不另行通知。