FI114414B - Menetelmä ja laitteisto vaahdottuneen aineen pinnan valvomiseksi ja analysoimiseksi - Google Patents

Description

114414

MENETELMÄ JA LAITTEISTO VAAHDOTTUNEEN AINEEN PINNAN VALVOMISEKSI JA ANALYSOIMISEKSI

Esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukai-5 nen menetelmä vaahdotusvaahdon pinnan valvomiseksi ja analysoimiseksi. Keksintö kohdistuu vastaavasti myös laitteistoon tämän menetelmän toteuttamiseksi.

KEKSINNÖN YLEINEN TAUSTA - Halutut arvomineraalit erotetaan vuoriteolli-10 suudessa malmeista usein vaahdottamalla. Tätä toteutetaan läpivirtaustyyppi-sissä vaahdotuskennoissa, joissa voimakkaasti hämmennettyyn malmijauheen ja veden lietteeseen johdetaan ilmaa. Kemiallisen esikäsittelyn ansiosta arvo-mineraalien rakeet pyrkivät kiinnittymään selektiivisesti ilmakuplien pinnoille noustakseen näiden mukana lietteestä tämän pinnalla olevaan vaahtokerrok-15 seen. Samalla tähän kerrokseen nousee muitakin mineraalirakeita ja sekarakei-ta, joiden vaahdottumistaipumus on heikompi ja myös palautumista vaahdosta lietteeseen esiintyy. Vaahto valuu jatkuvasti kennon lietereunan yli ränniin tuottaen kennon rikasteen.

• · I

t · • * 20 Teollisen vaahdotuspiirin lopullinen rikaste muodostuu yksittäisten vaahdotus-kennojen rikasteista, jotka on tavallisesti puhdistettu vaahdottamalla ne uudel-leen, usein useassakin vaiheessa. Kennon rikasteen arvomineraalipitoisuus on, • · * · yhdessä arvomineraalin saannin kanssa, tärkein tekijä, josta sen rikasteen ta- ν' : loudellinen arvo riippuu. Tästä syystä lopullisen rikasteen ja pitkin väliajoin 25 myös yksittäisten kennojen rikasteiden laatua valvotaan ottamalla näytteitä ja analysoimalla ne laboratoriossa. Vaahdottamon lietteitä välittömästi mittaavista • · · ’··' instrumenteista on tärkein röntgenfluoresenssianalysaattori, joka useimmiten ν': analysoi lietteistä erotettujen näytevirtojen sisältämän kiintoaineen metallipitoi- f I » suuksia. Kalleutensa vuoksi tämä laite ei kuitenkaan sovellu yksittäisen kennon 30 rikasteen analysointiin, vaan se analysoi kennoyhdistelmien tai kokonaisten ·:··: vaahdotuspiirien yhteisnäytteitä. Tarve yksittäisten vaahdotuskennojen toimin taa tai niiden prosessoimaa materiaalia tuotantolinjassa analysoivan instrumen- 114414 2 tin kehittämiseen on siten suuri. Tästä syystä on viime aikoina kiinnitetty huomiota myös vaahdotusvaahtoon kohdistuviin mittauksiin.

Vaahdon ulkonäkö kuvastaa herkästi vaahtokerroksen ja koko kennonkin toi-5 minnallista tilaa, sillä kaikki sen sisältämä ja sen kautta kulkeva materiaali saapuu siihen kennon lietetilan kautta. Sen pinta on nähtävissä ja perinteisesti pro-sessinvalvoja tarkkailee sitä paljain silmin havainnoiden kvalitatiivisesti sen yleiskuvaa ja erityisiä piirteitä, perustaakseen sitten manuaaliset ohjaustoimen-piteensä havaintoihinsa ja päätelmiinsä. Täten hän voi tyypillisesti kuvata vaah-10 toa esim. suurikuplaiseksi, puuromaiseksi, vetiseksi, kuivaksi, jäykäksi tms. sen värin luonnehtimisen lisäksi.

Vaahdon kvantitatiivinen, instrumentaalinen evaluointi on tullut mahdolliseksi, kun videokameran ja siihen kytketyn, sähköistä kuvasignaalia analysoivan tie-15 tokoneen yhdistelmä on tullut käytettäväksi. Eri tutkimusryhmät ovat sittemmin kohdistaneet työnsä vaahdotuskennosta otettujen kuvien käsittelyyn, joko määrittääkseen vaahtojen rakenteita yksivärikuvista (esim. Moolman D.W. & ai. In Int. J. Miner. Process. 43(1995), 193-208) tai niiden värejä moni- so. tavallisesti kolmivärikuvista (esim. Oesteich J.M. ewt ai. In Minerals Engineering 8(1995), :' ·.: 20 31 -39) ja näiden tarkoituksiin käytettyjä laitteistoja ohjelmistoineen on sittemmin pyritty myös kaupallistamaan. Tyypillistä mainituille tutkimuksille ja laitteistolle on havaita suorakaiteen muotoista, suurehkoa osaa teollisuuskennon vaahto-ν’: pinnasta, jonka vaakasuora pinta-ala on tyypillisesti huomattavasti suurempi v ·’ kuin yksi neliömetri, ja käsitellä mainitunlaista näytepintaa kennon vaahtopintaa 25 edustavana näytteenä.

• I »

Yksittäinen kupla voidaan, kameran ja valolähteen sijaitessa kennon yläpuolel-: V: la, erottaa esim. sen laen alueelta voimakkaasti takaisinheijastuvan valon nojal- la. Tätä pientä, kirkasta aluetta ympäröi tällöin tummempi vyöhyke. Valaisusta f30 riippuen tummimmat kohdat voivat sijaita kahden kuplan rajalla, mutta kuplia : j erottavan laakson pohja näkyy usein myös kirkkaana, heijastamansa valon vuoksi, tai tummuusasteen askelmaisena muutoksena. Rajaviivoihin voidaan 114414 3 edelleen perustaa vaahdon rakenneparametrien, kuten keskimääräisen kuplakoon sekä kuplien muodon, tiheyden ja kokojakautuman määritys. Vaahdon lii-kenopeus puolestaan määritetään peräkkäisiä kuvia toisiinsa vertaamalla. Tavanomaista on myös määrittää kuvatun alueen kirkkausjakautuma ja esittää se 5 histogrammin muodossa. Rakenteen piirteitä voidaan määrittää myös muin statistisin menetelmin, eri tummuusasteen omaavien kuva-alkioiden esiintymistiheyden nojalla. - Vaahdon edellä mainitut, deterministisesti ja statistisesti määräytyvät piirteet ovat esimerkkejä kirjallisuudessa esitetyistä, kuva-analyyttisesti määritetyistä suureista, joita yleensä karakterisoi huomattavan suuri hajonta.

10 Värivideo- tai väritelevisiokameralla saadaan samanlaisesta kuvakentästä punainen, vihreä ja sininen (RGB-)signaali, joka signaalijoukko tai sitä vastaava, standardimuotoinen komposiittisignaali voidaan käsitellä sellaisenaan tai muuntaa ennen käsittelyä muuhun koodiasuun. Vaahdon värin ja spektrin määrittä-15 minen kärsii suurista eroista vaahdosta peilimäisesti ja diffuusisti kameraan heijastuvan valon intensiteetissä, minkä vuoksi esim. liian korkeat signaalielementit joudutaan poistamaan ennen käsittelyä. Havaittu väri riippuu vaahdon mine-raalikooostumuksesta, mutta käytännössä tämän riippuvuuden määrittäminen : ‘ tuottaa vaikeuksia, mikä edellä mainittujen intensiteettierojen lisäksi johtuu väril- 20 listen metallimineraalien pienehköistä värieroista ja muista läsnäolevista, yleen-sä musta/harmaa/valkoisista mineraaleista ja niiden pitoisuuksien vaihteluista.

‘Sekä vaahdon rakenteen että värin määrittämiseen vaikuttaa mainittujen kame-v : rainstrumenttien näkökentissä havaittavien suureiden epähomogeenisuus, jota v : ei aikaisemmin raportoiduissa tutkimuksissa ole otettu huomioon tai joka ei ai- 25 nakaan ole vaikuttanut niiden menetelmä- eikä laitetekniikkoihin, ja johon jäl- ···:’ jempänä palataan.

» · v,: Mainittuihin, kirjallisuudessa kuvattuihin määrityksiin on käytetty ennestään tun- * * · nettuja laskenta-algoritmeja tai matemaattisia menetelmiä, jotka on ohjelmoitu : ’: 30 numeerisen laskennan edellyttämään muotoon kuvatun käyttötarkoituksen mu- i kaisesti tai ovat saatavissa kirjasto-ohjelmina (ks. esim. Niemi A.J. & ai. in Int.

J. Miner. Process. 651(1997), 51-65 ja sen useat viitejulkaisut). Määritystulok- 114414 4 siä voidaan hyödyntää vaahdotuksen ohjauksessa, mutta kun niiden riippuvuus vaahdotuksen sisäänmenosuureista ei yleensä ole tarkasti eikä yksikäsitteisesti tunnettu, ovat ohjausta ja säätöä koskevat maininnat jääneet kirjallisuudessa luonnoksen asteelle.

5 KEKSINNÖN ERITYINEN TAUSTA. - Ideaalisesti toimivassa vaahdotusken-nossa saapuva ilma jakaantuu vaakatasossa aksiaalisymmetrisesti ja kuplat jakautuvat homogeenisesti vielä saavuttaessaan vaahtokerroksen alarajapin-nan. Vaahto poistuu tyypillisesti suorakulmaisen suuntaissärmiön muotoisesta 10 kennosta sen yhden reunan yli tai joskus sen kahden vastakkaisen, samansuuntaisen reunan yli. Näin ollen kennon takaosassa (vastaavasti joskus sen keskiosassa) vaahtokerrokseen nousevien kuplien mukanaan tuoma neste ja kiintoaine viipyvät pisimpään matkallaan ylitereunalle ja pois kennosta. Mainittujen komponenttien ja niistä erityisesti muiden kuin vaahdottuvan päämineraalin 15 määrä tosin vähenee matkalla kuplien särkyessä ja yhtyessä toisiinsa, ja niiden rakeiden joko kiinnittyessä viereisiin tai alempiin kupliin näihin heikommin kiinnittyneitä rakeita syrjäyttäen, tai valuessa kuplien lävitse aina lietetilaan asti. Se osa takaosassa nousseesta materiaalista, joka pysyy vaahdon pintakerrokses-sa, liikkuu aluksi hitaasti ja sittemmin nopeutuen kohti ylitereunaa. Nopeutumi-20 nen johtuu vaahtokerrokseen kaikkialla nousevasta, uudesta materiaalista, joka kiintoaineen selektiivisestä palautumisesta huolimatta antaa vaahdon vapaata : i reunaa kohti suuntautuvan, jatkuvan impulssin. Täten pintaan tulee jatkuvasti lähempänä ylitereunaa vaahtoon noussutta materiaalia, jonka viipyminen vaah- I t · v · dossa jää lyhytaikaisemmaksi ja puhdistuminen sivukomponenteista vähäi- 25 semmäksi. - Vaahtokerrokselle on johdettu teoreettisia malleja (esim. Moys,

..!!* M.H. in Frothing in Flotation (Editor J.S. Laskowski), Gordon and Breach, UK

• ·» : : 1989, 203-228), mutta näistä ei voida tehdä vaahtopinnan mineraalikonsentraa- : V: tioita koskevia, käytännöllisiä johtopäätöksiä.

I · 30 Kuvatun prosessin seurauksena vaahtopinnan mineraalikoostumus muuttuu ·;··: siirryttäessä kohti ylitereunaa. Tämä muuttuminen ja liikenopeuden jatkuva kasvu samassa suunnassa merkitsevät epähomogeenisuustaipumusta myös 114414 5 vaahdon rakenteessa. Teollisen vaahdotusvaahdon epähomogeenisuus onkin todettu alan kirjallisuudessa (Laplante A.R. & ai. in Min. Proc. Extr. Met. Rev. 5(1989), 147-168). Sittemmin Niemi A.J. & ai. (Int. J. Miner. Process. 51(1997), 51-65) ovat tutkiessaan apatiittivaahdotuskennoja todenneet kennon takaosan 5 vaahdon suhteellisen vaalean värin vastaavan suurempaa apatiittipitoisuutta kuin lähempänä ylitereunaa esiintyvän vaahdon, jonka väriin sivukivenä esiintyvä, punaruskea kiille selvästi vaikuttaa. Vm. kokeellisessa tutkimuksessa on käytetty suurehkon, suorakaiteen muotoisen alan kuvaavaa videokameraa, jonka välittämien kuvien osa-alueiden analysointi on tuottanut mainitun tuloksen.

10

Voidaan edelleen päätellä, että jonkin, suhteellisen mittavan pinta-alueen sisältämän informaation analysointi yhtenäisenä, ottamatta huomioon sen sisällä esiintyviä väri- ja rakenne-eroja, antaa vain keskimääräisiä tuloksia, joita on kennon tuottaman rikasteen kannalta pidettävä karkeina likimääräistyksinä, ot-15 taen huomioon erityisesti sen, että se osa kuva-alueesta, joka on lähinnä ylitereunaa, on muodostuvan rikasteen kannalta paljon merkitsevämpi kuin kuvatun alueen muut osat tai keskiarvot. Havaintaan vaikuttaa myös kohteen valaisun epähomogeenisuus, joka on sitä suurempi mitä suurempi on mitattavan vaah-:'·topinnan ala ja joka vääristää vastaavasti ilmaisimelle muodostuvaa kuvaa.

20 UUSI MENETELMÄ JA LAITTEISTO. - Keksinnön mukaisen menetelmän ja ;·*: laitteiston olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.

Prosessin luonteen ja mainittujen tutkimusten nojalla on selvää, että vaahdo-v ·’ tusvaahdon pintakerroksen nestefaasin ja eri kiintoainefaasien ikäjakautumat ja 25 liikenopeudet sekä edelleen kiintoaineen mineraalikoostumukset muuttuvat siir- » ryttäessä vaahdon pinnassa kennon takaosasta (keskiosasta) lietereunaa kohti, ja että nämä muutokset vaikuttavat myös pintakerroksen rakenteeseen ja visu-: V: aalisesti havaittaviin ominaisuuksiin. Materiaalialkion ikä tarkoittaa tässä aikaa, :: joka on kulunut sen siirtymisestä vaahtokerrokseen lietetilasta.

30 I * » ;··· Toisaalta ei ole fysikaalisia syitä olettaa, että muutoksia esiintyisi mainitulle lii kesuunnalle kohtisuorassa suunnassa, so. siirryttäessä kennon laidalta toiselle 114414 6 samansuuntaisesti ylitereunan kanssa, lukuunottamatta sitä vaikutusta, joka kennon sivuseinillä voi olla välittömässä läheisyydessään vaahdon liikkumiseen ja rakenteeseen. Uuden menetelmän keskeinen piirre on tämän mukaisesti edustavan kuvainformaation hankkiminen vaahtokerroksesta siten, että vaah-5 don pinnan havainnointi ja havaintotuloksen analysointi kohdistetaan pinnan kapeaan, ylitereunan suuntaiseen kaistaan. Tällaisen kaistan, jonka sisällä vaahto on olennaisesti tasalaatuista, pituus voi olla sama kuin kennon leveys tai tätä pienempi, em. sivuseinämävaikutuksen esiintyessä tai muusta, esim. mitta-laiteteknisestä syystä.

10

Silloinkin kun vaahdotusprosessi toimii stationääritilassa, hetkellinen mittaustulos ja sen nojalla määritetty ominaisuus poikkeavat stationääriarvosta prosessi-kohinan vuoksi. Esim. jo yksikin, suuri kupla voi olla läpimitaltaan useita prosentteja mittauskaistan pituudesta, joten vaahdon rakennetta, kirkkautta, väriä 15 ja muita ominaisuuksia on määritettävä keskiarvo- ja jakautumasuureina yli kaistan, tavallisesti usean, peräkkäisen havainnon ja liukuvan määrityksen avulla. Tällä tavoin saadut suureet kuvaavat vaahdon ominaisuuksia kussakin valitussa kohdassa paremmin kuin laajemmasta, homogeeniseksi oletetusta mutta • todellisuudessa epähomogeenisesta pinnasta määritetyt suureet.

» · 20 • ·

Havaittavan kaistan sijainti riippuu havainnan ja analysoinnin ensisijaisesta tar-:··: koituksesta. Vaahdon rakenteen kannalta se sijoittuu parhaiten ylitereunan edelle, paikkaan, missä ylijuoksusta johtuvat nopeuserot eivät vielä deformoi kuplia. Läheltä ylitereunaa ja tämän jälkipuolelta saatava data taas kuvaa pa- 25 remmin kennon lopullista rikastetta erityisesti värin ja siten myös mineraalipitoi-suuden puolesta. Toisaalta ylitereunan edelle suunnattu havainta ja mittaus voidaan, muiden tulossuureiden kuin kennon syötön mineraalipitoisuuden py-:V: syessä muuttumattomina, periaatteessa kalibroida osoittamaan mineraalipitoi- :.t>: suutta.

30 : · j Havaittavan vaahtokaistan homogeeninen valaisu voi vaatia heijastavien pinto jen ja ulkopuolista valoa eliminoivien varjostimien konstruointia käyttötarkoituk- 114414 7 sen ja käyttöpaikan olosuhteiden mukaisesti, mutta muutoin voi mainitunlaisia määrityksiä suorittava laitejärjestelmä koostua pääosaltaan yhdistelmänä kaupallisesti saatavissa olevista laitteista. Näitä ovat tarkoituksenmukaisen emis-siospektrin omaavat lamput, optiset suodattimet, mustavalkoisia ja värikuvia 5 aseteltavin tai kiintein väliajoin ottavat, tavanomaisella linssioptiikalla varustetut puolijohderivikamerat, tietokoneet, lähinnä mikrotietokoneet, edellisten väliset tiedonsiirtolaitteet ja laitteet mittaus- ja analysointitulosten tulostamiseksi.

Kuvatun menetelmän toteuttava laitteisto voi olla esim. US-patentin No. 10 4,831,641 mukainen, valosähköisellä rivi-ilmaisimella (engl. linear photodiode array detector) varustettu laitejärjestelmä. Tavanomaisen, sfäärisen optiikan avulla muodostetaan tällöin halutun vaahtokaistan ja sen lähialueen pienennetty kuva siten, että kaista kuvautuu ilmaisimen alueen sisäpuolelle, so. valitaan sopivan polttovälin omaava optiikka ja tämän etäisyys vaahdosta siten, että ku-15 vautuminen toteutuu mainitulla tavalla. Ilmaisimen dimensioista määräytyy samalla havaittavan vaahtokaistan leveys ja sen elementtien lukumäärästä havainnan resoluutio kaistan suunnassa. Ilmaisimen lukutiheys (scanning rate) valitaan tämän jälkeen sopivasti siten, että vaahdon liikkuessa keskimääräisellä nopeudellaan kukin pinnan alkio tulee luetuksi likimäärin yhden kerran. Yhden 20 puolijohde-elementtirivin käsittävien ilmaisimien ohella on saatavissa myös : useammasta, rinnakkain sijoitetusta yksirivi-ilmaisimesta koostuvia, integroituja ilmaisimia, joissa rinnakkaisten elementtien signaalit lasketaan yhteen ja jotka v ; antavat vain yhden, sarjamuotoisen lähtösignaalin; aikaisemmin mainitun rivi- ν' : ilmaisimen katsotaan edellä ja seuraavassa käsittävän myös nämä ilmaisimet.

25 - Näihin tarkoituksiin on saatavissa teollisuustuotteina rivikameroita (line scan >·:* cameras), jotka täyttävät riittävästi optiikalle, havainnan resoluutiolle ja ilmaisi- •«· '·*·* men lukutiheydelle asetettavat vaatimukset. Yksivärikameroiden ohella on saa- :,v tavilla RGB- ja muita värikameroita, joissa optisen kuvasignaalin värit joko ero- :: tetaan suodattimia tai jaetaan kuvasignaali esim. prismalla komponentteihinsa, i‘; 30 jotka sitten ohjautuvat eri puolijohderivi-ilmaisimiin. Optiseksi signaalialueeksi : j katsotaan seuraavassa myös infrapuna- ja ultraviolettivaloalueet sinne asti, minne linssioptiikan ja puolijohdeilmaisimien toimintakyky ulottuu.

114414 8

Optista kuvasignaalia vastaava sähköinen, diskreetti signaali luetaan il-maisinelementeiltä pulssisarjamuotoisena ja kukin signaalielementti muunnetaan digitaaliluvuksi, joka on verrannollinen signaalielementin amplitudiin ja si-5 ten kuvaelementin harmaustasoon. Tiedon lukeminen, käsittely ja siirto tietokoneen keskusyksikön prosessointia varten tai tallettaminen muistiin tapahtuvat täten käytännöllisesti esim. sillä tavoin kuin edellä mainitussa patentissa on kuvattu. Vaihtoehtoisesti mittaustieto voidaan siirtää myös jatkuvana analogiasig-naalina, joka tietokoneen liitäntäyksikössä diskretoidaan ja muunnetaan digitaa-10 liseksi dataksi.

Datan siirto tietokoneen keskusyksikköön ja talletus sen muistiin ohjelmoidaan toteuttamaan niitä ennestään tunnettuja menetelmiä, joita on käytetty rivikame-ran välittämän tiedon analysointiin ja tulkintaan tarkkailtaessa kiinteitä, mekaa-15 nisesti siirrettäviä kappaleita, kuten luokiteltaessa siirtohihnan kuljettamia kiviä kaivosteollisuudessa tai etsittäessä ja todettaessa metallilevyjen pintavikoja valssauksen yhteydessä. Datan käsittely ohjelmoidaan toteuttamaan niitä numeerisia menetelmiä, jotka tunnetaan laajan vaahtopinnan analysoinnista mat-jv: riisikameran välittämän kuvan nojalla, redusoituina käsittelemään yksidimensi- 20 öistä dataa tai käyttäen niitä kaksidimensioisessa asussaan, siten kuin seuraa-vassa esitetään. Täten vaahtokaistan harmaushistogrammi saadaan järjestä-':"! mällä mittaustulokset harmauden mukaan ja kaistan tekstuuria vastaava funktio

t I I

v : esim. Fourierin muunnoksella harmauden vaihtelusta, molemmat useiden mit- .: : tausten ja analyysien keskiarvofunktioina. Deterministisesti määritettävistä suu- 25 reistä saadaan vastaavasti kuplien leveydet ja leveyden jakautuma.

·· Kuplien muotojen ja esim. kaksidimensioisten statististen suureiden määrittävä: mistä varten laaditaan peräkkäiset kaistasignaalit toisiinsa liittämällä, vaahdon kaksidimensioinen esitys kaistan sijaintikohdalla. Tällainen kuva edustaa sta-30 tionääritilassa vaahtoa paremmin kuin mikään paljaan silmän tai matriisikame-j ran välittämä, hetkellinen havainto tai näistä johdettu, keskimääräinen kuva.

Konstruoitua kaksidimensioista kuvaa voidaan sitten käsitellä niillä menetelmil- 114414 9 lä. joiden käyttö tunnetaan ennestään matriisikameralla otettujen vaahtokuvien käsittelystä, ja se voidaan esittää monitorilla havaintakaistaa edustavana kuvana vaahdon ominaisuuksien ja näiden muutosten visuaalista ja tarkastelua ja toteamista varten. - Jos vaahdon nopeus on vaihteluiden alainen, se on kuiten-5 kin tällöin määritettävä erikseen. Tämä tapahtuu esim. määrittämällä, ajoittain ja tarpeen mukaan puolijohderivi-ilmaisimen suurempaa pyyhkäisytaajuutta käyttäen, se aika, jonka jokin kuplan etu- tai takanurkka viipyy ilmaisimen kuva-kentässä.

10 Kuva 1 esittää tyypillisen, ensisijaisesti vaahtopinnan rakenteen havaintaan tarkoitetun laitteiston. Lietteen (1) yläpuolella olevan vaahtokerroksen (2) pintaa valaistaan valaisimella (3) ja havaitaan rivikameralla (4). Varjostin (5) estää ulkopuolisen valon pääsyn havaittavalle vaahtokaistalle ja kameraan.

15 Kuva 2 esittää tyypillisen, ensisijaisesti vaahdon värin havaintaan tarkoitetun laitteiston. Vaahtokerroksen pintaa valaistaan lähellä ylitereunaa pitkänomaisilla valaisimilla (7) ja havaitaan värikameralla (8). Varjostin (9) ja valaisimet kanna-tusrakenteineen estävät ulkopuolisen valon pääsyn havaittavalle vaahtokaistal-: le ja kameraan. - Valuvaa vaahtolietettä valaistaan ja havaitaan ja ulkopuolisen : : 20 valon pääsy estetään samanlaisilla, olennaisesti vaakasuunnassa kuvaavilla ; laitteilla (10,11,12). Leikkauskuva B-B on rajoitettu siten, että kamera (11) ei ' : näy siinä.

* ♦ t v : Kuva 3 on suurennettu yksityiskohtakuva vaahdon valaisemisesta kuvan 2 mu- 25 kaisilla valaisimilla.

> * · > • ‘ Rivikamera havaitsee kapean, ylitereunan (6) suuntaisen vaahtokaistan. Ensisi- v jaisesti vaahdon rakennetta määritettäessä tätä valaistaan läheltä kameran suuntaa, parhaiten pienikokoisella valaisimella (3). Tällöin eri kuplien erottami-30 nen voidaan perustaa niiden lakialueilta tapahtuviin heijastuksiin. Valaisin hei- I jastimineen, mahdollisine himmentävine pintoineen ja lampunvalintoineen suunnitellaan mahdollisimman tasomaista, havaittavaan vaahtokaistaan tähdät- 114414 10 tyä valoa antavaksi ja siten valoa ko. tasossa jakavaksi, että se tuottaa homogeenisen valaisun kaistan koko pituudelle. Kapea näkökenttä ja kameran (4) optiikka suojataan ulkopuoliselta valolta levymäisellä varjostimella (5), jonka sisäseinät maalataan minimaalista heijastavuutta silmälläpitäen; vähäisempikin 5 varjostus riittää, jos häiritsevän, ulkopuolisen valon määrä on vähäinen. Kuva 1 esittää edellä kuvattua laitejärjestelyä. Kapeutensa vuoksi laitteisto peittää vain pienen osan vaahdon pinnasta eikä se siten olennaisesti vähennä prosessin-valvojan mahdollisuuksia tarkkailla vaahtoa visuaalisesti.

10 Kuvan 1 valaisu- ja kuvausjärjestelyä voidaan käyttää myös vaahdon värin määrittämiseen, mutta paremmin tähän tehtävään soveltuu vaahtopinnan valaisu matalassa kulmassa tai matalalla kulma-alueella, jotta vältetään suuret erot kuplien erisuuntaisten pintojen vastaanottamassa ja heijastamassa valossa ja siten mm. kuplien huipulta tapahtuvat, kirkkaat heijastukset. Kuva 2 esittää tä-15 män mukaista laitteistoa, jossa valaisimet (7) on sijoitettu havaintasolan juureen, sen ulkopuolelle kuvan 3 selventämään tapaan. Ne antavat homogeenisesti jakautunutta valoa pääasiassa heijastimen symmetriatason mukaisessa, pitkänomaiseen valaisimeen nähden kohtisuorassa suunnassa valittuun, par-haiten vaahdon ylijuoksun lähellä sijaitsevaan vaahtokaistaan. Varjostin (9) on 20 kuvan 1 varjostimen kaltainen ja väriviivakamera (8) on sijoitettu samalla tavoin kuin kuvan 1 kamera, joten ne tuottavat samat edut kuin edellä mainittiin. Pys-: ’ : tysuunnan sijasta laitteisto voidaan suunnata myös kaltevasti, esim. siten, että v : se on kohtisuorassa ylitereunan ylittävän materiaalin pintaan nähden, tai vaa- v : kasuorasti valaisemaan ja havaitsemaan kennon ylitereunalta valuvan vaahto- 25 lietteen kapeaa kaistaa (kuvan 2 vaihtoehtoiset komponentit 10,11,12 ovat täl-löin samat kuin em. komponentit 7,8,9). Valaisu- ja havaintalaitteiston sijoitta-miseen vaikuttaa olennaisesti vaahdon kuplien särkyminen ylitereunan luona ja :V: sen jälkeen, virtauksen kiihtyessä ja hydrodynaamisten rasitusten kasvaessa :,,,: nopeasti. Vaahdon eri kerroksista peräisin olevien kuplien särkyessä liete myös ‘j': 30 sekoittuu, joten havaittavan näytteen edustavuus vaahtolietteen värin ja siten ;·· rikasteen pitoisuuden ilmaisijana paranee, erityisesti ylitereunan ylityksen jäl keen. Valvonnan kohdistuessa ensisijaisesti väriin jää rakenteen kuvaaminen 114414 11 toisarvoiseksi, minkä vuoksi, ja esim. haluttaessa samalla pienentää laitteiston kennon ulkopuolelta vaatiman tilan tarvetta, kamera ja varjostin voidaan suunnata kaltevasti kohteeseen, erityisesti valuvan vaahtolietteen pintaan nähden, valaisun suuntauksen pysyessä pintaan nähden ennallaan. Tämä kameran ja 5 varjostimen suuntausvaihtoehto edellä mainitun varjostimen (12) ja kameran (11) suuntaukseen nähden ilmenee kuvan 3 esittämän, vaihtoehtoisen varjostimen (13) juuriosan suuntauksesta. - Ylitereunalta valuvan vaahdotustuotteen optisen kuvan muodostamiseksi ja tosiaikaiseksi analysoimiseksi ei tiettävästi ole aikaisemmin esitetty mitään menetelmää eikä laitejärjestelyä.

10

Ensisijaisesti vaahdon rakennetta koskevassa sovellutuksessa kuvattu järjestelmä sijaitsee ylitereuna-alueen edellä havaiten deformoitumatonta vaahtopin-taa sen rakenteen määrittämiseksi valitussa kaistassa. Sen antama tieto edustaa yksikäsitteisesti mainittua rakennetta, koska kennon toimiessa tasaisesti 15 kaistan kaikkien suureiden keskiarvot ovat muuttumattomat, vaikka hetkelliset arvot vaihtelevatkin satunnaisesti. Tätä vastoin ennestään tunnettujen, mat-riisikameraa (tyypillisesti esim. 512 sensorielem. x 512 sensorielem.) käyttävien järjestelmien antama tieto ei ole samalla tavoin edustavaa, sillä se ei ota huo-mioon kuvaamansa laajan, kaksidimensioisen vaahtopinnan epähomogeeni-j 20 suutta. Lisäksi kapea kaista on, erityisesti vaahdon väriä määritettäessä, hel- : : posti valaistavissa homogeenisesti, toisin kuin laaja pinta. Edelleen rivikamera : · : on matriisikameraa halvempi ja sen tuottaman datan käsittelyn ohjelmointi yk- sinkertaisempi kuin matriisikameran tapauksessa. Uusi menetelmä ei myös-v · kään olennaisesti rajoita vaahdon pinnan visuaalista tarkkailua.

25 ..! Γ Toisessa, vaahdon väriä koskevassa sovellutuksessa kuvattu järjestelmä mittaa värisuuretta, joka tulkittuna konsentraatiosuureeksi on suhteessa kiintoaineen ; V: mineraalipitoisuuteen. Tällöin käytetään väririvi-ilmaisimia ja -kameraa, joiden käytölle on ominaista, että saatavat värisignaalit perustuvat kulloinkin valittuun, 30 kapeaan vaahtokaistaan. Värien määritys suoritetaan värisignaalikomponent-tien amplitudien nojalla. Valaisun homogeenisuuden, vaahto- tai lietepinnan visuaalisen tarkkailtavuuden, laitteiston taloudellisuuden ja ohjelmoinnin help- 114414 12 pouden osalta uusi värihavaintajärjestelmä on edullisempi kuin vastaava, mat-riisikameraa käyttävä järjestelmä, jonka käyttöä vaahtolietteen havaintaan kennon etuseinällä ei edes tunneta ennestään. - Valittua, yksittäistä värisignaali-komponenttia voidaan lisäksi käyttää, musta/harmaa/valkea-signaalin tapaan, 5 vaahdon rakenteen määrittämiseen.

On periaatteessa mahdollista ohjelmoida myös matriisikameralaitteisto lukemaan toistuvasti samaa yksittäistä, ylitereunan suuntaista elementtiriviä, jolloin saadaan mittaustietoa kapeasta vaahtokaistasta samaan tapaan kuin rivikame-10 rajärjestelmää käytettäessä. Tällaista matriisikameran käyttöä vaahdotusvaah-don havaintaan ja analysointiin ei kuitenkaan ole raportoitu eikä ilmeisesti sovellettu. Toisaalta ko. käyttötapa olisi sekä taloudellisesti että teknisesti epäedullisempi kuin kuvatun, uuden menetelmän käyttö. Matriisikamera on kalliimpi kuin rivikamera ja sen yksittäisen rivin lukeminen ja tulkitseminen on vaativampi 15 ohjelmointitehtävä kuin rivikameran antaman tiedon suoraviivainen käsittely. Se antaa yksittäistä riviä koskevat tiedot huomattavasti pitemmin väliajoin kuin rivi-kamera, mikä olennaisesti viivyttää välttämättömien keskiarvosuureiden laskentaa. Matriisikameran havaitseman kentän valaisussa ei myöskään saavuteta ainakaan yksinkertaisin keinoin samanaikaisesti yhtä hyvää suojausta ulkoisia • 20 valonlähteitä vastaan ja yhtä tasaista primäärivalaisua kuin rivikameraa käytet- : täessä saavutetaan, eikä siten yhtä hyvää kuvan laatua. Homogeeninen va- : : laisutulos ja samalla hyvä visuaalinen tarkkailtavuus saavutettaisiin yleensä /: vain käyttämällä samanlaista, uuden keksinnön mukaista valaisua ja varjostusta / ·' kuin tämän selityksen ja kuvan 1 yhteydessä on kuvattu, mutta olisi teknisesti 25 epäjohdonmukaista käyttää mitään etua saavuttamatta kapean kaistan havain-taan kalliimpaa, hitaampaa ja teknisesti monimutkaisempaa matriisi-ilmaisinta ...: yksinkertaisemman ja helppokäyttöisemmän rivikamerajärjestelmän sijasta.

*: Kuvatulla uudella menetelmällä määritetyt, vaahdon fysikaalisia ominaisuuksia : ·. 30 vastaavien suureiden arvot ja niistä laskennollisesti johdettujen suureiden arvot v · · tulostetaan numerollisesti ja graafisesti monitoreilla ja rivi-, laser- ym. kirjoittimil- la prosessin valvojalle tiedoksi ja prosessin ohjauksessa käytettäväksi. Ne voi- 114414 13 daan tulostaa myös digitaali- tai analogiamuotoisina vaahdotusprosessin si-säänmenoja ohjaaviin säätäjiin ja toimilaitteisiin prosessin automaattista ohjaamista ja säätämistä varten. Toimilaite ja prosessin tulosuure, joita tällä tavoin tulostetut suureet ohjaavat, määräytyvät säädettävän prosessin ominaisuuksis-5 ta ja valitaan siten, että mittaustietoa tai sen muutosta vastaava, korjaava vaikutus saadaan aikaan, ja erityisesti takaisinkytketyn säädön tapauksessa mitattu poikkeama asetusarvosta eliminoiduksi. Vaahdotuspiiri tai -kenno on jo pro-sessiteknistä syistä varustettu tällaisilla, ainakin manuaalisilla toimilaitteilla ja vastaavia laitteita automaattista säätöä varten on saatavissa. Mainittu ase-10 tusarvo on puolestaan se mitatun suureen arvo, joka tällä suureella halutaan mittauspaikassa olevan nimelliskäyttöolosuhteissa. Se voi olla vakio, mutta sitä voidaan myös asetella manuaalisesti tai automaattisesti riippuen käyttöolosuhteista, kuten prosessoitavan malmin arvomineraalipitoisuudesta. Uutta piirrettä vaahdotuskennon automaattisessa säädössä merkitsee uusi, paikallisesti kiin-15 teän vaahtokaistan havaintaan perustuva säädön mittaussuure, joka kuvaa prosessia yksikäsitteisimmin kuin aikaisemmat menetelmät ja laitejärjestelmät ja joka tästä syystä tuottaa, prosessin sisäänmenoja ohjaaviin elimiin tulostettuna, niitä paremman säätötuloksen.

: , · 20 Keksintöä edellä kuvattaessa on sovellutuskohteena ollut tavanomainen vaah- dotuskenno, jonka ylitereuna on suora tai ylitereunat suorat. Teollisuudessa ; ί esiintyy myös tästä poikkeavia vaahdotuskennoja ja esim. vaahdon kaapijoilla : : : varustettuja kennoja, mutta uusi menetelmä on johdonmukaiset muutokset teh- v : den sovellettavissa myös niihin. Samalla tavoin uuden menetelmän katsotaan 25 kattavan sen sovellutukset muihin, rakenteeltaan yksityiskohdissa poikkeaviin ,,,T vaahdotuslaitteisiin, joihin sen soveltaminen on edellä esitetyn nojalla alan tun- tevalle ammattilaiselle ilmeistä. - Keksinnön mukaisen laitteiston taloudellisuus V: ja tekninen yksinkertaisuus tekevät sen käytön, odotettavissa olevan rikasteen laadun paranemisen huomioon ottaen, edulliseksi laajemman vaahdotusjärjes-: . 30 telmän ja koko vaahdottamon monissa, jopa kaikissa kennoissa. Teknistalou- ; > j dellisen lisäedun tuottaa tällöin kuvatiedon käsittelyn keskittäminen siten, että usean kameran välittämät signaalit käsitellään yhteisessä tietokoneessa tai yh- 114414 14 teisissä tietokoneissa ja määritetyn datan tulostus keskitetään tarpeen mukaan yhteisiin esityslaitteisiin ja laajempaa vaahdotusjärjestelmää ohjaaviin laitteisiin.

Claims (7)

1144Ί4

1. Menetelmä vaahdottaneen aineen pinnan valvomiseksi ja analysoimiseksi, jolloin mainitusta pinnasta muodostetaan jatkuvasti optinen kuva, joka toistu-5 vasti muunnetaan optosähköisesti sähköisiksi signaaleiksi, jotka luetaan, siirretään ja käsitellään digitaalisesti mainitun aineen ja pinnan fysikaalisia ja statistisia ominaisuuksia vastaavien suureiden määrittämiseksi ja tulostamiseksi, tunnettu siitä, että mainittu kuva optosähköisesti muunnettaessa rajataan kapeaksi suorakaiteeksi ja jaetaan riviksi kuvaelementtejä, että ilmaistujen, sähköisten 10 signaalien elementit vastaavat yksittäin mainittuja kuvaelementtejä ja että mainittua, kapeaksi suorakaiteeksi rajattua kuvaa optisesti vastaava, samanmuotoinen alue mainitulla pinnalla on homogeenisesti valaistu ja vaahdotuskennon ylitereunan suuntainen.

2. Laitteisto vaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, käsittäen yhdistelmänä - vähintäin yhden valonlähteen ja optiset komponentit (3) vaahdottuneen aineen pinnan valaisemiseksi sekä varjostimen (5) ulkopuolisen valon pääsyn estämi-seksi, 20. kameran (4) optisen kuvan jatkuvaksi muodostamiseksi mainitusta pinnasta ja tätä kuvaa vastaavien, sähköisten signaalien toistuvaksi tuottamiseksi lähtösuu-reenaanja > I t v : - digitaalisen tietokoneen mainittujen signaalien vastaanottamiseksi ja käsitte- * *» v ·* lemiseksi ja vaahdottuneen aineen fysikaalisia ja statistisia ominaisuuksia vas- 25 taavien suureiden määrittämiseksi, liitäntöineen mainittujen suureiden arvojen > -: ’ tulostamiseksi keskusvalvonta- ja prosessinohjauslaitteisiin, tunnettu siitä, että mainittu kamera on puolijohderivi-ilmaisimen käsittävä puoli-v,: johdekamera, joka tuottaa mainitut sähköiset signaalit vaahdottuneen aineen pinnan kapean, ylitereunan (6) suuntaisen kaistan kuvan nojalla, ja että mainitut ;T: 30 vähintäin yksi valonlähde, optiset komponentit ja varjostin tuottavat homogeeni- : **: sen valaisun läheltä kameran suuntaa mainitulle kaistalle. 114414

3. Menetelmä vaahdotusvaahdon pinnan valvomiseksi ja analysoimiseksi, jolloin mainitusta pinnasta muodostetaan optinen kuva, joka toistuvasti muunnetaan optosähköisesti sähköisten signaalien joukoiksi, jotka luetaan, siirretään ja käsitellään digitaalisesti mainitun vaahdotusvaahdon ja pinnan väriä ja muita 5 fysikaalisia ja statistisia ominaisuuksia vastaavien suureiden määrittämiseksi ja tulostamiseksi, tunnettu siitä, että mainittu kuva optosähköisesti ilmaistaessa rajataan kapeaksi suorakaiteeksi ja jaetaan eri värikomponentteja edustaviksi joukoiksi riveittäin järjestettyjä kuvaelementtejä, jolloin mainittujen rivien lukumäärä on enintään sama kuin eri värikomponenttien lukumäärä, että ilmaistut 10 sähköisten signaalijoukkojen elementit vastaavat yksittäin mainittuja kuvaelementtejä ja ilmaistut sähköiset signaalijoukot mainittuja, eri värikomponentteja edustavia joukkoja kuvaelementtejä ja että mainittua, kapeaksi suorakaiteeksi rajattua kuvaa optisesti vastaava, samanmuotoinen alue mainitulla pinnalla on homogeenisesti valaistu ja vaahdotuskennon ylitereunan suuntainen. 15

4. Menetelmä vaahdotuskennon ylitereunalta valuvan vaahtolietteen pinnan valvomiseksi ja analysoimiseksi, jolloin mainitusta pinnasta muodostetaan optinen kuva, joka toistuvasti muunnetaan optosähköisesti sähköisten signaalien joukoiksi, jotka luetaan, siirretään ja käsitellään digitaalisesti mainitun vaahto- .i 20 lietteen ja pinnan väriä ja muita fysikaalisia ja statistisia ominaisuuksia vastaa- vien suureiden määrittämiseksi ja tulostamiseksi, tunnettu siitä, että mainittu "· kuva optosähköisesti ilmaistaessa rajataan kapeaksi suorakaiteeksi ja jaetaan · I eri värikomponentteja edustaviksi joukoiksi riveittäin järjestettyjä kuvaelementte-.·’ : jä, jolloin mainittujen rivien lukumäärä on enintään sama kuin eri värikompo- 25 nenttien lukumäärä, että ilmaistut sähköisten signaalijoukkojen elementit vas- »* * • * taavat yksittäin mainittuja kuvaelementtejä ja ilmaistut sähköiset signaalijoukot mainittuja, eri värikomponentteja edustavia joukkoja kuvaelementtejä ja että v mainittua, kapeaksi suorakaiteeksi rajattua kuvaa optisesti vastaava, saman- t 4 muotoinen alue mainitulla pinnalla on homogeenisesti valaistu ja vaahdotus-30 kennon ylitereunan suuntainen. 114414

5. Laitteisto vaatimuksen 3 tai 4 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, käsittäen yhdistelmänä - vähintäin yhden valonlähteen ja optiset komponentit (7,10) vaahdottuneen aineen pinnan valaisemiseksi sekä varjostimen (9,12) ulkopuolisen valon pääsyn 5 estämiseksi, - kameran (8,11) optisen kuvan jatkuvaksi muodostamiseksi mainitusta pinnasta ja tätä kuvaa vastaavien, sähköisten signaalien toistuvaksi tuottamiseksi läh-tösuureenaan, - digitaalisen tietokoneen mainittujen signaalien vastaanottamiseksi ja käsitte-10 lemiseksi ja vaahdottuneen aineen väriä ja muita fysikaalisia ja statistisia ominaisuuksia vastaavien suureiden määrittämiseksi, liitäntöineen mainittujen suureiden arvojen tulostamiseksi keskusvalvonta- ja prosessinohjauslaitteisiin, tunnettu siitä, että mainittu kamera on puolijohderivi-ilmaisimilla varustettu vä-rivideokamera, joka tuottaa mainitut sähköiset signaalit vaahdottuneen aineen 15 pinnan kapean, ylitereunan suuntaisen kaistan kuvan nojalla ja että mainitut vähintäin yksi valonlähde, optiset komponentit ja varjostin tuottavat mainitulle kaistalle homogeenisen valaisun, joka kohtaa mainitun kaistan matalassa kulmassa.

20 PATENTKRAV