JP7275859B2 - フロス泡移動速度計測装置及びフロス泡移動速度計測方法、並びにこれらを用いた浮遊選鉱装置及び浮遊選鉱方法 - Google Patents

Description

本発明は、フロス泡移動速度計測装置及びフロス泡移動速度計測方法、並びにこれらを用いた浮遊選鉱装置及び浮遊選鉱方法に関する。

従来から、鉱物に含まれる有価成分を回収する際に、鉱物中の有価成分をそれ以外の成分から分離する方法として、浮遊選鉱が知られている（例えば、特許文献１参照）。この浮遊選鉱では、鉱物を粉砕した粉砕物を水などの液体に混合してスラリーを形成し、このスラリーに空気を吹き込む。すると、粉砕物のうち、空気との親和性に富んだものが浮き上がるので、浮き上がる粉砕物とそれ以外の粉砕物に分離することができる。そして、浮遊選鉱では、粉砕物を空気とともに浮き上がらせるために、スラリー中に起泡剤や捕集剤など複数の試薬が添加されており、添加する試薬を調整することによって、所望の有価成分を含む粉砕物を空気とともに浮き上がらせている。

この浮遊選鉱では、スラリーに吹き込む空気の量によって、粉砕物を、浮き上がるものとそれ以外のもの（つまり沈降する粉砕物）に分離する分離性能が変化する。例えば、スラリーに吹き込む空気の量が多くなると、所望の有価成分を含む粉砕物が浮上しやすくなり回収性が向上するものの、それ以外の粉砕物も浮上しやすくなる。このため、スラリーに吹き込む空気の量が多くなると、回収した粉砕物に含まれる不純物が多くなってしまう。したがって、所望の有価成分を含む粉砕物の回収性を向上させつつ、回収した粉砕物の品位を高くする上では、スラリーに吹き込む空気の量を適切に制御する必要がある。

なお、試薬の調整や空気量の調整、浮選機のインペラ（回転翼）の回転数等で品位や実収率が決まってくるが、その指標として現在は、浮選機上面に浮き上がってきたフロス泡の大きさだけでなくフロス泡の移動速度を目視することで定性的に判断している。

特開２０１３－１８０２８９号公報

しかしながら、従来の目視による定性的な判断では作業者による判断の誤差が大きく、試薬の調整や空気量の調整、インペラ（回転翼）の速度調整等を適切に行えなかった。

そこで、本発明は、フロス泡移動速度を画像によりインラインで計測し、リアルタイムに数値化するフロス泡移動速度計測装置及びフロス泡移動速度計測方法、並びにこれらを用いた浮遊選鉱装置及び浮遊選鉱方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るフロス泡移動速度計測装置は、浮選槽の上面に光を照射する光源と、
前記浮選槽の上面の少なくとも一部を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された画像を画像処理する画像処理手段と、
前記画像処理手段によって処理された前記画像から、フロス泡の移動距離を算出して前記フロス泡の移動速度を算出する演算手段と、を有し、
前記撮像手段は、所定の撮像時間差を設けて連続静止画を撮像可能であり、
前記演算手段は、前記撮像手段が撮像した前記連続静止画の各画像において検出した前記フロス泡の重なり度合いから移動した前記フロス泡を特定し、前記フロス泡の移動距離と前記連続静止画の前記撮像時間差とから前記フロス泡の移動速度を算出する。

本発明によれば、目視による定性的な判断に比べて定量的にフロス泡速度を計測できるので、リアルタイムに高精度で試薬の調整や空気量の調整、インペラ（回転翼）速度の調整を行うことができる。

本発明の実施形態に係るフロス泡移動速度計測装置及び浮遊選鉱装置の構成を示す概略図である。 フロス泡の頂上が周辺部に比較して白く光る理由を説明するための図である。 フロス泡を上方からエリアスキャンカメラで撮像した画像の一例を示した図である。 フロス泡の反射光サイズとフロス泡の実際のサイズとの相関関係を示した図である。 ある時点（ｔ＝ｎ、ｔは時刻、ｎは自然数）のフロス泡画像のイメージである。 連続的に撮像する図５の次の時点（ｔ＝ｎ＋１）のフロス泡画像のイメージである。 図５と図６とを重ね合せたフロス泡の画像である。 本発明の実施形態に係るフロス泡径計測方法及び浮遊選鉱方法の処理フローの一例を示したフロー図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の実施形態に係るフロス泡移動速度計測装置及び浮遊選鉱装置の構成を示す概略図である。本発明の実施形態に係るフロス泡移動速度計測装置１００は、光源６０と、エリアスキャンカメラ７０と、接続ケーブル８０と、コンピューター９０とを備える。コンピューター９０は、例えば、画像処理部９１と、演算処理部９２とを備える。

また、本実施形態に係る浮遊選鉱装置１５０は、フロス泡移動速度計測装置１００に加えて、浮選機５０を有する。浮選機５０は、浮選槽１０と、撹拌翼２０と、エア供給シャフト３０とを備える。また、浮遊選鉱装置１５０の関連構成要素として、浮選槽１０内に鉱石スラリー４０が貯留されている。

即ち、浮遊選鉱装置１５０は、浮選機５０と、フロス泡移動速度計測装置１００とが組み合わされて構成されている。

本実施形態に係る浮選機５０は、一般的に用いられている種々の浮遊選鉱機を用いることができる。本実施形態に係る浮遊選鉱装置１５０は、フロス泡移動速度計測装置１００の方に特徴があるが、まず、一通り浮選機５０について説明する。

浮選槽１０は、選鉱の対象となる粉砕物を含む液状の鉱石スラリー４０を貯留するためのスラリー貯留手段である。粉砕物は、選鉱又は精鉱の対象となる有用金属であるから、鉱石スラリー４０を浮選槽１０内に貯留した状態で浮遊選鉱を行う。よって、図１には示されていないが、浮選槽１０は、有用金属を抽出する抽出口を浮選槽１０の上部に有し、有用金属の対象とならない尾鉱を排出する排出口とを備えてもよい。

撹拌翼２０は、エア供給シャフト３０の下端から供給されたエアにより発生したフロス泡４１を細かくするためのフロス泡微細化手段である。エア供給シャフト３０の下端、即ち、撹拌翼２０よりも下方で発生したフロス泡４１は、上昇する際、撹拌翼２０の回転により撹拌翼２０と衝突し、これによりフロス泡径が小さくなる。フロス泡径を小さくすると、鉱石スラリー４０中の鉱石粒子との衝突効率を高めることができる。また、フロス泡径とともに、フロス泡４１の移動速度が所望の有価成分を含む粉砕物の回収性に影響する。

金属面が表面に出ている粉砕物（鉱石粒子）は、フロス泡に付着して鉱石スラリー４０中を浮上し、それ以外の粉砕物はフロス泡４１に付着せず浮選槽１０内の底面に沈降する。この場合、選鉱対象となる粉砕物サイズとフロス泡４１の浮力とのバランスなどを考慮し、粉砕物が付着し易い適切な移動速度を有するフロス泡４１を発生させることが好ましい。そのため、フロス泡移動速度を計測すべく、フロス泡移動速度計測装置１００が設けられている。

上述のように、フロス泡移動速度計測装置１００は、光源６０と、エリアスキャンカメラ７０と、接続ケーブル８０と、コンピューター９０とを備えるが、少なくとも光源６０及びエリアスキャンカメラ７０は、浮選槽１０の上方に配置される。

光源６０は、鉱石スラリー４０の上面を上方から照らすための発光手段又は照明手段である。鉱石スラリー４０の上面を上方から照らすことができれば、光源６０には種々の発光手段又は照明手段を用いることができる。鉱石スラリー４０の上面に上方から光を照射することにより、鉱石スラリー４０中に存在するフロス泡４１の頂上付近が、フロス泡４１の周辺部に比較して白く光り、頂上部の方が周辺部よりも高い輝度で光る。即ち、フロス泡４１に対して光源６０から光を照射してエリアスキャンカメラ２で得られた画像はフロス泡頂上付近がフロス泡の裾野に比べて白く光る。

エリアスキャンカメラ７０は、鉱石スラリー４０の上面を上方から撮像し、フロス泡４１を含む画像を取得するための撮像手段である。本実施形態においては、エリアスキャンカメラ７０を用いた例を挙げているが、鉱石スラリー４０の一部領域又は全体領域を撮像できれば、種々の撮像手段を用いることができる。なお、本実施形態においては、エリアスキャンカメラ７０は、光源６０が光を照射した領域を撮像することができれば十分であり、必ずしも浮選槽１０の全面を撮像できる必要はない。

図２は、フロス泡４１の頂上が周辺部に比較して白く光る理由を説明するための図である。図２に示されるように、光源６０から照射された光がフロス泡４１に当たり反射したときに、フロス泡４１の頂上付近はエリアスキャンカメラ７０が配置された上方に反射するのに対してフロス泡４１の裾野に当たった光は斜め上方や横方向に反射するためである。

図３は、そのようなフロス泡４１を上方からエリアスキャンカメラ７０で撮像した画像の一例を示した図である。図３に示されるように、フロス泡４１の中心部分に白く光る部分（反射光領域）４２が存在する画像となる。

白く光る部分の大きさはフロス泡４１の大きさとフロス泡の曲率で決まるため、フロス泡４１の曲率は鉱石スラリー４０の組成によって多少違いがあるとも考えられる。しかしながら、図２にも示したように、フロス泡４１の輝度の位置による差は、フロス泡４１が略球形に近い形状であることに起因しているものであるから、鉱石スラリー４０の組成による相違は微差に過ぎず、概ね一定であると仮定できる。そうすると、フロス泡４１の大きさは、白く光る部分の大きさと相関があると言える。白く光る部分４２の大きさが決まる要因としては、上述のフロス泡４１の大きさと泡の曲率以外に光源６０の発光面の大きさ、浮選槽１０の上面から光源６０までの距離、浮選槽１０の上面からエリアスキャンカメラ７０までの距離があるが、いずれも条件を変えなければ要因から除外できる。

エリアスキャンカメラ７０はネットワーク経由でコンピューター９０に接続され、エリアスキャンカメラ７０から得た画像はコンピューター９０に取り込まれる。なお、エリアスキャンカメラ７０からの画像は、接続ケーブル８０を介して有線通信で送信されてもよいし、無線通信で送信されてもよい。

コンピューター９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備え、プログラムを読み込んで動作する構造を有する。コンピューター９０は、エリアスキャンカメラ７０から取得した画像に基づいて、フロス泡径を算出する演算処理を行う演算処理手段として機能する。また、コンピューター９０は、画像処理部９１を備え、エリアスキャンカメラ７０から取得した画像を画像処理する機能及び構造を備えている。

図４は、フロス泡の反射光サイズとフロス泡の実際のサイズとの相関関係を示した図である。図４は、予め実験によりフロス泡４１に光を照射したときの反射光のサイズと、実測したフロス泡４１のサイズとの相関関係を関係式として求めておき、これをフロス泡４１のサイズ測定に用いる。つまり、図４において、横軸がフロス泡４１の反射光サイズを示しており、縦軸がフロス泡４１のサイズを示している。これらの測定値をプロットしてゆくと、白く光る部分の大きさと泡の大きさをプロットしたグラフである程度の相関性が確認できる。そして、この関係から回帰式が近似できる。

図４において、プロット点の相間関係を示した曲線が近似回帰式である。図４に示される近似回帰式は、直線ではなく、多項式となっていることが分かる。かかる近似回帰式は、一度作成してしまえば、鉱石スラリー４０の組成によらず、概ね一般化して適用可能である。

エリアスキャンカメラ７０は、所定の撮像時間差で連像的にフロス泡４１の撮像が可能に構成されている。即ち、所定の撮像間隔で連続撮影が可能に構成されている。これにより、所定の撮像時間差で複数枚の画像を撮像することができ、所定の撮像時間差におけるフロス泡４１の状態変化を画像として記録することができる。

図５はある時点（ｔ＝ｎ、ｔは時刻、ｎは自然数）のフロス泡画像のイメージであり、図６は連続的に撮像する図５の次の時点（ｔ＝ｎ＋１）のフロス泡画像のイメージである。また、図７は図５と図６とを重ね合せたフロス泡の画像である。

例えば、撮像周期をＴとしたときに、ｔ＝Ｔ、２Ｔ、３Ｔ・・・ｎＴ、（ｎ＋１）Ｔ・・・の各時点で、エリアスキャンカメラ７０は撮像領域を連続的（時間の流れでは断続的）に撮像し、各撮像周期における画像を取得する。

図５は、ｔ＝ｎＴにおける撮像（取得）画像であり、図５において、６個の各フロス泡４１１ａ～４１６ａは、撮像画像内で各位置に存在する。

図６はｔ＝（ｎ＋１）Ｔにおける撮像（取得）画像である。図６において、６個の各フロス泡４１１ｂ～４１６ｂは、撮像画像内で各位置に存在する。図５及び図６を単独で見比べても、その相違はあまり明確ではない。

図７は、図５と図６とを重ね合せた画像であり、図５におけるフロス泡４１１ａ～４１６ａと図６におけるフロス泡４１１ｂ～４１６ｂとの間の位置のズレが把握できる。

この、図５と図６との間の位置ズレの距離が、時間差Ｔにおけるフロス泡４１１～４１６の移動距離である。

ここで、演算処理部９２は、時刻ｔ＝ｎＴにおけるフロス泡４１１ａ～４１６ａと時刻ｔ＝（ｎ＋１）Ｔとが重なった場合に、同じフロス泡４１１～４１６が移動したとみなす。このように、画像間のフロス泡の重なり具合で同じフロス泡の移動とみなすので、撮像レートは十分に早いレートで撮像することが望ましい。具体的には、撮像時間差Ｔは、フロス泡４１１～４１６の移動距離がフロス泡４１１～４１６の直径以内に収まる時間差であることが好ましい。

なお、光源６０から照射される光は、撮像領域をカバーする指向角の狭いできるだけ均一な面発光であることが望ましい。これは、指向角が狭い方が白く光る部分のコントラストが出やすい為である。

なお、フロス泡４１１～４１６同士の重なりは、フロス泡４１１～４１６の径を求めて演算処理してもよいし、白く光った部分同士で比較してもよい。いずれの場合であっても、白い光の中心付近同士の比較になる場合が多く、演算処理に差が出る訳ではない。

また、必ずしも白く光った部分の中心同士の比較でなくてもよく、フロス泡４１１～５１６のエッジ同士の比較であってもよい。例えば、図７において、フロス泡４１１～４１６の移動方向に平行な直線が、Ｔ＝（ｎ＋１）Ｔのフロス泡４１１ｂ～４１６ｂの中心を通るようにし、その直線と交わるフロス泡４１１ａ～４１６ａ、４１１ｂ～４１６ｂの互いに重ならないエッジ間の距離を算出すれば、それが時間差Ｔにおけるフロス泡４１１～４１６の移動距離となる。図７のフロス泡４１１にそのエッジ同士の関係を一例として示している。

このように、撮像周期Ｔにおいて取得した２枚の画像から、各フロス泡４１１～４１６の時間差Ｔにおける２次元平面（鉱石スラリー４０の上面）における移動距離を把握することができる。

なお、フロス泡４１の撮像は、鉱石スラリー４０内のフロス泡４１、４１１～４１６ｔについては困難であり、実質的には、鉱石スラリー４０の上面におけるフロス泡４１、４１１～４１６の面内における移動を撮像することになる。

そして、フロス泡４１１～４１６の移動速度は、単純に二次元平面内のフロス泡の中心の移動距離を撮像時間差（撮像周期）Ｔで除することにより算出される。

つまり、例えば、フロス泡４１１の時刻ｔ＝ｎＴと時刻ｔ＝（ｎ＋１）Ｔとの間における移動距離をｄとすれば、ｄ／Ｔで移動速度が求められる。これは、各フロス泡４１２～４１６において同様であり、各フロス泡４１１～４１６について適用すれば、各フロス泡４１１～４１６について移動速度を算出することができる。

なお、浮選機５０は円柱状で上部中心に供給エアを裁断して細かい泡を出すための撹拌翼２０の駆動部が配置されることが一般的である為、浮選機５０の上部から全面を撮像することは物理的に困難である。ただし、フロス泡４１の状態は場所による依存性はないため、一部分を撮像することで代表とすることができる。そのため浮選機５０の上面の一部を撮像できる視野で十分であり、浮選機５０の上面からのカメラの高さやレンズの高さは、それに応じて決めれば良い。

また、画像処理部９１においては、画像の雑音を除去し、コントラストを高めて演算処理を容易にするような種々の画像処理を行う。例えば、所定の閾値を定めて取得した画像から二値化画像を取得すれば、フロス泡４１のサイズを求めやすくなる。このような処理を画像処理部９１において行う。なお、画像処理部９１は、コンピューター９０の内部に設けられてもよいし、コンピューター９０の外部に別体として設けられてもよい。

図１においては、光源６０及びエリアスキャンカメラ７０の位置は模式的に示されているが、用途に応じて固定手段を設け、適切な位置に固定することができる。

また、浮選機５０においては、浮選槽１０、撹拌翼２０、エア供給シャフト３０以外の構成要素が示されていないが、浮遊選鉱装置１５０を構成するのに必要な種々の構成要素を備えてよいことは言うまでもない。

計測したフロス泡４１、４１１～４１６の移動速度に基づいて、スラリーに吹き込む空気の量の調整、試薬の調整、浮選機のインペラ（回転翼）の回転数の調整等を行い、よりフロス泡４１の条件が良好となるように調整することができる。

なお、図２～４において、フロス泡４１、４１１～４１６の径を算出することも可能である点を説明したが、フロス泡の径と移動速度の双方を求めることにより、フロス泡の条件を一層良好になるように調整することができる。

このように、フロス泡４１、４１１～４１６の移動速度を算出し、これに基づいて条件を調整したり、自動化してフロス泡４１、４１１～４１６の状態が良好となるようなフィードバック制御を行ったりすることも可能である。

このように、本実施形態に係る浮遊選鉱装置１５０は、フロス泡移動速度計測装置１００を種々の浮選機５０組み込むことにより、フロス泡の調整を容易かつ高精度に行うことができる浮遊選鉱装置１５０を構成することができる。

次に、本発明の実施形態に係るフロス泡移動速度計測方法及び浮遊選鉱方法の処理フローについて説明する。

図８は、本発明の実施形態に係るフロス泡径計測方法及び浮遊選鉱方法の処理フローの一例を示したフロー図である。なお、今まで説明した構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

図８において、ステップＳ１００では、光源６０が浮選槽１０に貯留された鉱石スラリー４０の上面に光を照射する。これにより、鉱石スラリー４０中のフロス泡４１の頂上部分が白く光る。なお、頂上部分は、図２、３で説明したように、フロス泡４１の略中心に相当する。

ステップＳ１１０では、エリアスキャンカメラ７０が、鉱石スラリー４０の上面を撮像し、鉱石スラリー４０の上面から撮像した第１の画像を取得する。取得した第１の画像には、白く光る部分４２を有するフロス泡４１ａが含まれている。取得した画像データは、有線又は無線通信でコンピューター９０に送信される。

ステップＳ１２０では、エリアスキャンカメラ７０が、鉱石スラリー４０の上面を撮像し、鉱石スラリー４０の上面から撮像した第２の画像を取得する。取得した第２の画像には、白く光る部分４２を有するフロス泡４１ｂが含まれているが、フロス泡４１ｂの位置は、第１の画像におけるフロス泡４１ａの位置と異なっているものが含まれている。取得した画像データは、有線又は無線通信でコンピューター９０に送信される。

ステップＳ１３０では、画像処理部９１が受信した２枚の画像について画像処理を行う。画像処理は、例えば、受信した画像から所定の閾値を用いて二値化画像を取得する。これにより、エリアスキャンカメラ７０で取得した画像からノイズが除去される。

尚上記フローでは第１の画像取得後に第２の画像取得を実施しているが、第１の画像取得後に、第１の画像の画像処理を行い、続けて第２の画像取得後に第２の画像の画像処理を行うようにしてもよい。

ステップＳ１４０では、コンピューター９０の演算処理部９２が演算処理を行い、フロス泡４１ａ、４１ｂ間の移動距離を算出するとともに、移動速度を算出する。なお、この時、コンピューター９０は、予め記憶した近似回帰式を用いて、反射光のサイズから、フロス泡のサイズを同時に算出してもよい。

ステップＳ１５０に示されるように、計測されたフロス泡移動速度に基づいて、種々の調整処理を行うようにしてもよい。即ち、エアの供給条件や、撹拌条件を最適化することができる。このような調整は、人間がフロス泡の計測結果を見て調整してもよいが、コンピューター９０が自動制御で調整してもよい。人間が調整を行う場合には、コンピューター９０は、計測結果をディスプレイ等に出力する。また、コンピューター９０が自動調整を行う場合には、計測結果に基づいてコンピューター９０がエア供給シャフト３０の出力や、撹拌翼２０の駆動速度等を調整する。その際、測定結果を併せて出力してもよいことは言うまでもない。かかる観点から、ステップＳ１５０は必須ではなく、必要に応じて実行すればよい。

このように、本実施形態に係るフロス泡径計測方法及び浮遊選鉱方法によれば、自動でフロス泡径を計測し、更に必要に応じてフロス泡径を最適化するような調整を行うこともでき、高品位の浮遊選鉱を行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１０ 浮選槽
２０ 撹拌翼
３０ エア供給シャフト
４０ 鉱石スラリー
４１、４１１～４１６、４１１ａ～４１６ａ、４１１ｂ～４１６ｂ フロス泡
４２ 白く光る部分（反射光領域）
５０ 浮選機
６０ 光源
７０ エリアスキャンカメラ
８０ 接続ケーブル
９０ コンピューター
９１ 画像処理部
９２ 演算処理部
１００ フロス泡移動速度計測装置
１５０ 浮遊選鉱装置

Claims (4)

1. 浮選槽の上面に光を照射する光源と、
   前記浮選槽の上面の少なくとも一部を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段で撮像された画像を画像処理する画像処理手段と、
   前記画像処理手段によって処理された前記画像から、フロス泡の移動距離を算出して前記フロス泡の移動速度を算出する演算手段と、を有し、
   前記撮像手段は、所定の撮像時間差を設けて連続静止画を撮像可能であり、
   前記演算手段は、前記撮像手段が撮像した前記連続静止画の各画像において検出した前記フロス泡の重なり度合いから移動した前記フロス泡を特定し、前記フロス泡の移動距離と前記連続静止画の前記撮像時間差とから前記フロス泡の移動速度を算出するフロス泡移動速度計測装置。
2. 前記浮選槽と、
   前記浮選槽内に設けられた撹拌翼と、
   前記浮選槽内に設けられたエア供給手段と、
   前記浮選槽に設けられた請求項１に記載のフロス泡移動速度計測装置と、を有する浮遊選鉱装置。
3. 浮選槽の上面に光を照射する工程と、
   前記浮選槽の上面の少なくとも一部を撮像して画像を取得する工程と、
   取得した前記画像を画像処理する画像処理工程と、
   前記画像処理工程で処理された前記画像から、フロス泡の移動距離を算出して前記フロス泡の移動速度を算出する工程と、を有し、
   前記画像を取得する工程では、所定の撮像時間差を設けて連続静止画を撮像し、
   前記フロス泡の移動速度を算出する工程では、前記連続静止画の各画像において検出した前記フロス泡の重なり度合いから移動した前記フロス泡を特定し、前記フロス泡の移動距離と前記連続静止画の前記撮像時間差とから前記フロス泡の移動速度を算出するフロス泡移動速度計測方法。
4. 請求項３に記載のフロス泡移動速度計測方法と、
   算出した前記フロス泡の移動速度に基づいて、フロス泡の生成条件を調整する工程と、を有する浮遊選鉱方法。

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