CN107478287B - 一种确定最优浮选机充气回收因子β的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定最优浮选机充气回收因子β的检测方法，包括：在浮选机上设置充气回收因子β在线采集装置，通过所述充气回收因子β在线采集装置采集浮选机的泡沫溢流流速、泡沫溢流高度和泡沫颜色分量值，根据所述泡沫流速、泡沫溢流高度和浮选机充气量计算得出充气回收因子β；充气回收因子其中V_f为泡沫流动速度，h为泡沫溢流高度，l为溢流堰长度，Q_a为浮选机充气量；在检测计算得出充气回收因子β后，对比相邻时间段内充气回收因子β均值和泡沫颜色分量值，确定充气量设定值调节方向和调节步长，设定充气量允许调节区间，然后在该允许调节区间内遍历找出当前充气回收因子β的最大值作为最优值。该方法能自动准确调节浮选机至最佳充气量。

Description

一种确定最优浮选机充气回收因子β的检测方法

技术领域

本发明涉及矿物浮选领域，尤其涉及一种确定最优浮选机充气回收因子β的检测方法。

背景技术

矿物浮选是在特定工艺条件下，向矿浆中加入浮选药剂，充入空气并通过搅拌产生大量气泡，然后回收含有用矿物的泡沫以达到选矿目标的方法。浮选矿物分离效率主要受到原矿品位、粒度分布、矿浆浓度、药剂添加、液位、充气量等多方面因素的影响，而任何一个因素的改变都会引起泡沫相化学条件和物理过程的变化，进而对泡沫结构和泡沫稳定性产生影响，精矿品位和矿物回收率随之发生变化。

目前针对浮选机的泡沫溢流量检测方法较少，主要通过检测精矿搅拌槽的液位高度来间接反映泡沫溢流量。具体方案为：浮选机产生的精矿泡沫溢出后会自流或被渣浆泵输送到搅拌槽中，随着泡沫在管道中的挤压和流动，泡沫将由气液两相态转变为单液态，所以在精矿搅拌槽上安装超声波液位计，可以达到检测浮选机泡沫产量的目的。当泡沫产量低于或高于设定值时，现场将人工调整浮选机的充气量，以此达到调节泡沫产量的目的，进而提升选矿指标。而目前浮选机充气量的调节方法仍主要依靠人工经验。操作工会通过观察浮选槽内的泡沫溢流量和泡沫颜色等特征的变化，进行相应的调节。当观察到浮选泡沫溢流量较低且颜色偏深时，一般会增加充气量设定值；当泡沫溢流量较高且泡沫颜色偏浅时，则减小充气量设定值。此外，充气量调节幅度也是完全取决于现场操作工的经验。

上述检测方法在精矿搅拌槽上安装超声波测距传感器，虽然可以定量检测浮选机的泡沫溢流量，但是存在冲洗水量的干扰，进入到搅拌槽中的介质除了精矿泡沫外还有泡沫冲洗水，所以该方法用于泡沫产量检测存在一定误差。而以人工观察泡沫层的特征(颜色、大小和溢流量)为依据，来调整充气量大小的方法，通常会受到浮选工艺条件变化大、岗位工操作水平参差不齐、分析判断能力受限等因素影响。不同的操作人员对于浮选泡沫特性的理解不同、判断不同、操作不同，选矿指标会出现较大差异，同时由于矿石性质的连续波动性，会造成浮选泡沫特征波动，而这种完全依赖人工经验的操作方法相对粗放，一致性差、实时性差、准确性差，矿物回收水平低且波动大，无法使矿物回收率得到有效提升。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种确定最优浮选机充气回收因子β的检测方法，能自动准确的检测确定最优的浮选机充气回收因子β，为调节浮选机至最佳充气量提供准确的依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种浮选机充气回收因子β检测方法，包括：

在浮选机上设置充气回收因子β在线采集装置，通过所述充气回收因子β在线采集装置采集浮选机的泡沫溢流流速、泡沫溢流高度和泡沫颜色分量值，根据所述泡沫溢流流速、泡沫溢流高度和浮选机充气量按下述公式计算得出充气回收因子β；

充气回收因子

其中V_f为泡沫流动速度，h为泡沫溢流高度，l为溢流堰长度，Q_a为浮选机充气量。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的浮选机充气回收因子β检测和寻优方法，其有益效果为：

通过在浮选机上设置充气回收因子β在线采集装置，采集浮选机的泡沫溢流流速、溢流高度和泡沫颜色分量值，进而能检测计算得到充气回收因子β，并根据计算出的充气回收因子β以区间遍历的方式确定最优的充气回收因子β，为调节浮选机至最佳充气量提供准确的依据。该检测方法操作简单，能自动化进行，方便的将浮选机自动准确调节至最佳充气量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的确定最优浮选机充气回收因子β的检测方法流程图；

图2为本发明实施例提供的充气回收因子β采集装置示意图；

图2中：1-泡沫图像仪；2-热式气体流量计；3-图像处理工作站；4-PLC模块。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

发明人通过试验发现：浮选机存在一种充气回收因子β，该充气回收因子β表示单位时间流过浮选机溢流堰的未破裂气泡的空气含量与充气量的百分比，它是对泡沫稳定性进行定量描述的关键变量，同时对矿物回收率有重要的指示作用。当浮选机的充气量逐渐增加时，充气回收因子β均出现了先增长至某个峰值而后下降的现象，并且在充气回收因子β达到峰值的时候其对应的矿物回收率最高。所以，通过改变浮选机的充气量可以快速调节充气回收因子β达到峰值，增强气泡稳定性，是提高浮选生产指标的有效方法。

如图1所示，本发明实施例提供一种确定最优浮选机充气回收因子β的检测方法，包括：

检测充气回收因子β步骤：在浮选机上设置充气回收因子β在线采集装置，通过所述充气回收因子β在线采集装置采集浮选机的泡沫溢流流速、泡沫溢流高度和泡沫颜色分量值，根据所述泡沫流速、泡沫溢流高度和浮选机充气量按下述公式计算得出充气回收因子β；

充气回收因子

其中V_f为泡沫流动速度，h为泡沫溢流高度，l为溢流堰长度，Q_a为浮选机充气量；

确定最优充气回收因子β步骤：在检测计算得出充气回收因子β后，对比相邻时间段内充气回收因子β均值和泡沫颜色分量值，确定浮选机充气量设定值的调节方向和调节步长，设定浮选机充气量的最大允许调节值和最小允许调节值形成浮选机充气量的允许调节区间，然后在该允许调节区间内遍历找出当前充气回收因子β的最大值作为最优值。

上述检测方法中，泡沫颜色分量值为红色分量值；

确定浮选机充气量设定值的调节方向和调节步长为；通过泡沫颜色分量值对比确定,若当前泡沫颜色相比之前的泡沫颜色浅，则调节方向设为负向，即向减小充气量方向调节；通过泡沫颜色分量值对比确定,若当前泡沫颜色相比之前的泡沫颜色深，则调节方向设为正向，向增大充气量的方向调节；调节步长设定为：1个单位的充气量，一般为1Nm³/min；

设定浮选机充气量的最大允许调节值和最小允许调节值形成浮选机充气量的允许调节区间：按粗选作业所采用的设备规格和入矿条件来确定，具体为：设备规格越大、入选矿石品位越高，则充气量调节值要求较大；相反则需要的充气量值较小。如以钼矿为例：所用浮选机的规格为160立方米的浮选机，浮选机充气量的最小允许调节值设定为12Nm³/min(即标立/分)，浮选机充气量的最大允许调节值设定为22Nm³/min。根据上述说明，本领域技术人员根据所掌握的本领域知识，可以实验验证方式确定浮选机充气量的允许调节区间，也可根据浮选设备的相关说明给出的最大、最小充气量确定充气量的允许调节区间，只要该允许调节区间内存在能达到最好浮选效果的最优充气量即可。

如图2所示，上述检测方法中，充气回收因子β在线采集装置包括：

热式气体流量计、泡沫图像采集仪、PLC模块单元和图像处理工作站；其中，

所述热式气体流量计和泡沫图像采集仪分别设置在所述浮选机上，所述热式气体流量计经所述PLC模块单元与所述图像处理工作站通信连接；

所述泡沫图像采集仪直接与所述图像处理工作站通信连接，该泡沫图像采集仪经所述PLC模块单元与所述图像处理工作站通信连接。

上述检测方法中，泡沫图像采集仪由高速工业CCD相机、高亮点光源和激光传感器构成；

所述高速工业CCD相机，用于采集浮选机泡沫层上方的图像信息，由所述图像处理工作站运行的图像处理程序根据所采集的图像信息计算浮选机的泡沫溢流速度以及泡沫颜色分量值；

所述高亮点光源，用于为所述高速工业CCD相机补光；

所述激光传感器，用于测量浮选机泡沫层上沿距离浮选机溢流堰的高度，作为浮选机的泡沫溢流高度。

本发明利用数字图像处理技术和激光传感技术可以实现在线检测充气回收因子β，同时，建立关于回收因子β的最优寻优方法，可以准确寻找到浮选机当前最佳气量设定值，最大限度地提高矿物回收率。因此开展该技术研究对提高矿物浮选的选别效率和自动化水平均有重大意义。

而采用图像仪在线采集泡沫溢流速度，结合激光传感器检测溢流高度和溢流堰宽度(常量)，就可以准确测算出浮选机的泡沫产量，该检测方法较超声波传感器间接测量方式准确度要高很多。

本实施例提供一种确定最优充气回收因子β的检测方法，包括：

在浮选机上设置充气回收因子β采集装置，该充气回收因子β采集装置主要由热式气体流量计、泡沫图像采集仪、图像处理工作站和PLC模块组成。

泡沫图像采集仪：主要由高速工业CCD相机、高亮点光源以及激光传感器构成。工业CCD相机主要用于采集浮选机泡沫层上方的图像信息；高亮点光源主要起到补光作用，避免相机成像受到浮选机槽内光线不足的影响；图像处理工作站内嵌图像处理算法，用于计算泡沫的溢流速度以及颜色；激光传感器用于测量泡沫层上沿距离浮选机溢流堰的高度，作为浮选泡沫层的溢流高度。

热式气体流量计主要用于浮选机总进气量的在线检测；

图像处理工作站，主要由高性能计算机工作站组成，内嵌浮选泡沫动静态特征的检测算法，可以输出浮选泡沫的溢流速度和颜色值；

PLC模块单元，主要用于激光传感器的模数转换，最终输出浮选泡沫层的溢流高度。

根据以上的检测装置和检测方法就可以实时输出充气回收因子β值。

确定最优充气回收因子β的方法：

在连续选矿过程中，矿石性质和处理量经常发生变化，浮选槽内的矿浆浓度、粒度、液位、加药量等也并非固定不变，而任何一个因素的变化均会导致空气回收率曲线发生偏移，在不同选矿条件和环境下，很难通过建立准确的数学模型预测空气回收率峰值对应的充气量。为此，本发明提供一种自动寻找充气回收因子峰值的控制方法。充气回收因子β寻优方法策略为：通过对比当前和上一时刻的充气回收因子β均值，并根据充气量限制条件和RGB红色分量限制条件，对充气量进行遍历操作，在当前规定的充气量范围内寻找最大充气回收因子β以及所对应的充气量设定值。

表1充气回收因子β寻优过程参数

其中，充气回收因子β的采集时间T_collect用于计算均值；气量PID调节时间T_pid，是指充气量每次修改后到影响泡沫状态的最短时间间隔；充气量设定值更改时间步长T_step，是指充气回收因子β在正常范围内时时，每次修改气量值的时间间隔。

充气回收因子β寻优方法执行步骤如下：

a步骤：开启优化控制：

获得当前充气量初始设定值AIR_SET_first；启动采集时间T_collect，采集时间结束后计算出当前充气回收因子β均值β_first；同时将AIR_SET_last和AVG_last赋值：AIR_SET_last＝AIR_SET_first；β_last＝β_first；

b步骤：执行单次正向遍历：

更改当前充气量设定值，AIR_SET_new＝AIR_SET_last+1。间隔T_pid时间后，启动采集时间T_collect，采集时间结束后计算出当前充气回收因子β均值β_new。

c步骤：比较后确认选择正向遍历函数还是负向遍历函数；

if(β_new≥β_last)

{

执行：气量设定值正向遍历函数；

}

Else

{

执行：气量设定值负向遍历函数；

}

此外，在控制策略执行过程中，正常区间[AR_min，AR_max]，RGB颜色正常区间[RGB_low，RGB_high]，充气量设定值范围[AIR_SET_low，AIR_SET_high]以及连续正/负向最大遍历次数n为主要限制条件，分为以下几种情况：

(1)当充气量设定值更改时间步长T_step结束时，若当前采集的充气回收因子均值β_new与RGB颜色均值RGB_new均位于正常区间内，则当前充气量保持不变，并将当前充气量设定为最佳值：AIR_SET_optimal＝AIR_SET_last；

(2)当充气量设定值更改时间步长T_step结束时，当前采集的充气回收因子均值β_new在正常区间内，RGB颜色均值RGB_new<RGB_low，说明当前泡沫色泽较浅，执行气量设定值负向遍历函数；

(3)当充气量设定值更改时间步长T_step结束时，当前采集的充气回收因子均值β_new在正常区间内，RGB颜色均值RGB_new>RGB_high，说明当前泡沫色泽较深，执行气量设定值正向遍历函数；

(4)在正向遍历或负向遍历过程中，若连续遍历次数超出最大遍历次数n，则立即结束寻优，并将当前时刻充气量设定为最佳值：AIR_SET_optimal＝AIR_SET_last；

(5)在正向遍历执行过程中，若当前充气量设定值超过了充气量设定值范围[AIR_SET_low，AIR_SET_high]，即AIR_SET>AIR_SET_high，则立即结束寻优，并将当前时刻充气量设定为最佳值：AIR_SET_optimal＝AIR_SET_last；

(6)在负向遍历执行过程中，若当前充气量设定值超过了充气量设定值范围[AIR_SET_low，AIR_SET_high]，即AIR_SET<AIR_SET_low，则立即结束寻优，并将当前时刻充气量设定为最佳值：AIR_SET_optimal＝AIR_SET_last。

这样就是实现了通过对浮选机充气量进行遍历操作，实现在当前设定的浮选机充气量范围内寻找出最大充气回收因子β(即最优的充气回收因子β)以及所对应的浮选机充气量最佳设定值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种确定最优浮选机充气回收因子β的检测方法，其特征在于，包括：

检测充气回收因子β步骤：在浮选机上设置充气回收因子β在线采集装置，通过所述充气回收因子β在线采集装置采集浮选机的泡沫溢流流速、泡沫溢流高度和泡沫颜色分量值，根据所述泡沫流速、泡沫溢流高度和浮选机充气量按下述公式计算得出充气回收因子β；

充气回收因子

其中V_f为泡沫流动速度，h为泡沫溢流高度，l为溢流堰长度，Q_a为浮选机充气量；

确定最优充气回收因子β步骤：在检测计算得出充气回收因子β后，对比相邻时间段内充气回收因子β均值和泡沫颜色分量值，确定浮选机充气量设定值的调节方向和调节步长，设定浮选机充气量的最大允许调节值和最小允许调节值形成浮选机充气量的允许调节区间，然后在该允许调节区间内遍历找出当前充气回收因子β的最大值作为最优值；所述泡沫颜色分量值为红色分量值；确定浮选机充气量设定值的调节方向和调节步长为；通过泡沫颜色分量值对比确定,若当前泡沫颜色相比之前的泡沫颜色浅，则调节方向设为负向，即向减小充气量方向调节；通过泡沫颜色分量值对比确定,若当前泡沫颜色相比之前的泡沫颜色深，则调节方向设为正向，向增大充气量的方向调节；调节步长设定为：1个单位的充气量，为1Nm³/min。

2.根据权利要求1所述的一种确定最优浮选机充气回收因子β的检测方法，其特征在于，所述充气回收因子β在线采集装置包括：

热式气体流量计、泡沫图像采集仪、PLC模块单元和图像处理工作站；其中，

所述热式气体流量计和泡沫图像采集仪分别设置在所述浮选机上，所述热式气体流量计经所述PLC模块单元与所述图像处理工作站通信连接；

所述泡沫图像采集仪直接与所述图像处理工作站通信连接，该泡沫图像采集仪经所述PLC模块单元与所述图像处理工作站通信连接。

3.根据权利要求2 所述的一种确定最优浮选机充气回收因子β的检测方法，其特征在于，所述泡沫图像采集仪由高速工业CCD相机、高亮点光源和激光传感器构成；

所述高速工业CCD相机，用于采集浮选机泡沫层上方的图像信息，由所述图像处理工作站运行的图像处理程序根据所采集的图像信息计算浮选机的泡沫溢流速度以及泡沫颜色分量值；

所述高亮点光源，用于为所述高速工业CCD相机补光；

所述激光传感器，用于测量浮选机泡沫层上沿距离浮选机溢流堰的高度，作为浮选机的泡沫溢流高度。