浮選智能控制系統(tǒng)在某鉬礦選廠的應(yīng)用

張燕紅，劉 俊，陳 沖，鄒聲勇，郝 兵，譚文才

1洛陽(yáng)欒川鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司 河南欒川 471500

2中信重工工程技術(shù)有限公司 河南洛陽(yáng) 471039

3礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

4中信重工機(jī)械股份有限公司 河南洛陽(yáng) 471039

浮選是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，浮選礦漿與浮選藥劑在充入空氣的浮選槽內(nèi)相互作用，通過(guò)浮選機(jī)的強(qiáng)烈攪拌，產(chǎn)生大量氣泡，有用金屬礦物附著在泡沫上，溢出溢流堰，獲得泡沫產(chǎn)品。浮選效果的好壞受到多種因素影響，如礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粒度、溫度、pH 值、泡沫層厚度、充氣量、藥劑制度等。傳統(tǒng)的浮選操作主要依靠操作者自身經(jīng)驗(yàn)，而浮選過(guò)程具有多變量、非線性、隨機(jī)性和大延滯的特點(diǎn)[1]，筆者將介紹一種基于泡沫圖像分析儀的浮選智能控制系統(tǒng)，其通過(guò)自主調(diào)整泡沫層厚度以及充氣量，明顯提高了浮選過(guò)程的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了尾礦品位。

1 現(xiàn)場(chǎng)浮選工藝及控制現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)場(chǎng)浮選工藝

某鉬礦選礦廠目前原礦處理能力為 24 000 t/d，浮選段采用“一次粗選—一次預(yù)精選—三次粗掃選—三次精選—五次精掃選”的選礦工藝，精掃選尾礦進(jìn)行選銅。筆者主要介紹浮選智能控制系統(tǒng)在 4 臺(tái) 50 m3精掃選浮選機(jī)的應(yīng)用情況，浮選機(jī)精掃選工藝流程如圖 1 所示。

圖1 精掃選工藝流程Fig.1 Process flow of clean scavenging

4 臺(tái)精掃選浮選機(jī)的給礦來(lái)自于浮選柱精掃尾礦，精礦返回精 1 給礦，最終精掃尾礦進(jìn)入選銅作業(yè)。4 臺(tái)浮選機(jī)原為兩側(cè)刮板浮選機(jī)，兩側(cè)同時(shí)獲取泡沫產(chǎn)品，但由于刮板問(wèn)題較多，目前已拆除，并改為自溢流型浮選機(jī)。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)控制現(xiàn)狀

現(xiàn)場(chǎng)給礦為浮選柱精掃尾礦，其性質(zhì)多變，礦石粒度較細(xì)，受精選段的藥劑影響較大，浮選過(guò)程不穩(wěn)定，冒槽、落槽現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生 (見(jiàn)圖 2)，浮選泡沫大小、顏色、黏度變化頻繁 (見(jiàn)圖 3)；同時(shí)浮選機(jī)自身的漿閥和氣閥問(wèn)題較多，給生產(chǎn)帶來(lái)了很多不確定性。加之現(xiàn)場(chǎng)人員操作方法不一，浮選指標(biāo)相對(duì)波動(dòng)較大，亟需一種浮選智能控制系統(tǒng)，擺脫人為因素干擾，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高浮選過(guò)程的穩(wěn)定性。

圖2 浮選機(jī)的滿槽與落槽現(xiàn)象Fig.2 Full cell and falling cell of flotation machine

圖3 浮選泡沫大小和狀態(tài)變化Fig.3 Variation in size and state of froth

2 浮選智能控制系統(tǒng)

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝進(jìn)行浮選智能控制具有很大的挑戰(zhàn)，需要從浮選機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)自動(dòng)化改造開(kāi)始，首先實(shí)現(xiàn)浮選機(jī)基礎(chǔ)自動(dòng)化、增加氣體流量計(jì)以及氣動(dòng)閥門(mén)、優(yōu)化浮選機(jī)液位控制系統(tǒng)等；其次安裝泡沫圖像分析儀對(duì)浮選泡沫進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)量化泡沫特征；隨后，浮選智能控制系統(tǒng)利用量化的參數(shù)，智能調(diào)整泡沫層厚度以及充氣量，穩(wěn)定浮選過(guò)程，進(jìn)而提高金屬回收率。

2.1 泡沫圖像分析儀

在浮選過(guò)程中，浮選泡沫狀態(tài)是浮選作業(yè)指標(biāo)好壞的指示器。操作人員通過(guò)觀察泡沫狀態(tài)，調(diào)整泡沫層厚度、充氣量以及藥劑制度等，實(shí)現(xiàn)對(duì)浮選過(guò)程的控制。

浮選泡沫圖像分析儀主要由圖像采集攝像頭、圖像處理算法與軟件、工業(yè)計(jì)算機(jī)組成，能夠?qū)崟r(shí)獲取泡沫圖像，并通過(guò)先進(jìn)的圖像分割技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分析處理 (見(jiàn)圖 4)，可以實(shí)現(xiàn)浮選槽溢流泡沫的實(shí)時(shí)檢測(cè)與分析，檢測(cè)泡沫速度、方向、大小、穩(wěn)定性等參數(shù)，同時(shí)還提供相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析。

圖4 浮選泡沫圖像分析儀的應(yīng)用Fig.4 Application of flotation froth image analyzer

泡沫圖像分析儀可以代替人工對(duì)泡沫情況進(jìn)行觀察分析，并量化泡沫特征。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，每臺(tái)浮選機(jī)配備 1 臺(tái) FOIA-Ⅰ型泡沫圖像分析儀 (見(jiàn)圖 5)，將其安裝在靠近溢流堰的正上方，用于檢測(cè)溢出泡沫。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)精掃選工況，利用泡沫圖像分析儀，通過(guò)修改相機(jī)參數(shù)以及圖像算法，適應(yīng)了現(xiàn)場(chǎng)泡沫黏度高、大小變化頻繁的情況，獲得了較為準(zhǔn)確的泡沫特性參數(shù)。

圖5 FOIA-Ⅰ型泡沫圖像分析儀的安裝與顯示界面Fig.5 Installation and display interface of FOIA-I froth image analyzer

2.2 浮選智能控制策略

泡沫移動(dòng)速度可以表征浮選機(jī)的刮泡量，它是浮選效率高低的重要指示器，間接反映了精礦產(chǎn)率、金屬回收率等重要指標(biāo)[2-3]?；谂菽瓐D像分析儀的浮選智能控制系統(tǒng)即泡沫流速穩(wěn)定控制。

2.2.1 泡沫流速的影響因素

(1) 泡沫層厚度 它主要影響礦化氣泡的富集時(shí)間和礦物顆粒在浮選槽內(nèi)的駐留時(shí)間。隨著泡沫層厚度的增大，氣泡在泡沫層的駐留時(shí)間延長(zhǎng)，增加了泡沫破碎排水的概率，泡沫的含水量相應(yīng)降低，礦物富集比增大，但泡沫溢流速度同時(shí)變緩，表面活性礦物的回收率降低；當(dāng)泡沫層厚度減小時(shí)，情況則相反。

(2) 充氣量 增大充氣量，會(huì)增加氣泡吸附比表面積，從而縮短分離時(shí)間，泡沫流速變快；減少充氣量，情況則相反。

2.2.2 泡沫流速控制策略

泡沫圖像分析儀實(shí)時(shí)分析泡沫流速，浮選智能控制系統(tǒng)根據(jù)泡沫流速的變化，實(shí)現(xiàn)泡沫層厚度和充氣量的智能調(diào)整。泡沫流速同時(shí)受到多種因素影響，但在實(shí)際操作中，主要因素是泡沫層厚度和充氣量大小。

泡沫流速控制的主要思路是：根據(jù)泡沫圖像分析儀檢測(cè)的流速情況，智能控制系統(tǒng)將實(shí)時(shí)流速與設(shè)定流速進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)自主調(diào)整泡沫層厚度和充氣量，實(shí)現(xiàn)泡沫流速的穩(wěn)定控制。單臺(tái)浮選機(jī)泡沫流速控制思路如圖 6 所示。

圖6 單臺(tái)浮選機(jī)的泡沫流速控制思路Fig.6 Thinking about control of froth flow of single flotation machine

泡沫層厚度和充氣量的調(diào)節(jié)分為充氣量?jī)?yōu)先和泡沫層厚度優(yōu)先。泡沫流速增大，增加泡沫層厚度或減少充氣量；泡沫流速減小，降低泡沫層厚度或增加充氣量。浮選智能控制系統(tǒng)如圖 7 所示。

圖7 浮選智能控制系統(tǒng)的顯示界面Fig.7 Display interface of intelligent control system for flotation

3 應(yīng)用效果

4 臺(tái)精掃選浮選機(jī)安裝了 4 臺(tái)中信重工生產(chǎn)的FOIA-Ⅰ型泡沫圖像分析儀，每臺(tái)浮選機(jī)安裝 1 臺(tái)泡沫圖像分析儀，實(shí)現(xiàn)了泡沫圖像信息在線檢測(cè)分析，取代了人工現(xiàn)場(chǎng)觀察，改善了操作人員的工作環(huán)境，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了泡沫流速的量化。浮選智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了泡沫流速自動(dòng)控制，可以根據(jù)泡沫流速變化情況，自動(dòng)調(diào)整泡沫層厚度和充氣量，避免了人為因素干擾；大大提高了調(diào)整頻次，泡沫流速波動(dòng)明顯降低，浮選產(chǎn)率更加穩(wěn)定，同時(shí)精掃尾礦品位出現(xiàn)了下降。

3.1 泡沫流速的穩(wěn)定性

充氣量保持不變，優(yōu)先調(diào)整泡沫層厚度，分別考察人工操作和智能控制在精選 1 中的控制效果，試驗(yàn)結(jié)果如圖 8、9 所示。人工操作的時(shí)間段為夜班，智能控制的時(shí)間段為白班。

由圖 8 可知，在人工控制下，人工調(diào)節(jié)泡沫層厚度的次數(shù)雖然較少，但調(diào)節(jié)幅度很大，造成泡沫流速的波動(dòng)較大。泡沫流速最低降至 100 mm/s 以下，最高達(dá)到 250 mm/s，影響了浮選過(guò)程的穩(wěn)定性。泡沫流速均值為 148.8 mm/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 38.15。

圖8 人工控制時(shí)浮選泡沫流速曲線Fig.8 Curve of flotation froth flow in manual control mode

由圖 9 可知，在智能控制下，控制系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整泡沫層厚度，能夠保證泡沫流速穩(wěn)定，將泡沫流速控制在 150 mm/s 左右。泡沫層厚度的調(diào)節(jié)頻次為1 min 一次，每次調(diào)節(jié)幅度不大，能夠最大程度地保證浮選過(guò)程的穩(wěn)定性。泡沫流速均值為 157.2 mm/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 12.54。與人工控制相比，泡沫流速平均值提高了 8.4 mm/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差降低了 67%。

圖9 智能控制時(shí)浮選泡沫流速曲線Fig.9 Curve of flotation froth flow in intelligent control mode

3.2 精掃尾礦品位

精掃選段的考核指標(biāo)主要是精掃尾礦品位，它的高低代表了精掃選段鉬金屬回收率的高低。精掃尾礦品位的要求是：Mo≤0.2%。人工控制與智能控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，精掃尾礦品位與精礦品位的變化曲線分別如圖 10、11 所示，精選給礦品位與精選回收率的變化曲線分別如圖 12、13 所示。

圖10 人工控制時(shí)精掃尾礦品位與精礦品位曲線Fig.10 Curve of grade of clean scavenging tailings and grade of concentrate in manual control mode

圖11 智能控制時(shí)精掃尾礦品位與精礦品位曲線Fig.11 Curve of grade of clean scavenging tailings and grade of concentrate in intelligent control mode

圖12 人工控制時(shí)精選給礦品位與精選回收率曲線Fig.12 Curve of grade of clean separating feed and recovery ratio of clean separation in manual control mode

圖13 智能控制時(shí)精選給礦品位與精選回收率曲線Fig.13 Curve of grade of clean separating feed and recovery ratio of clean separation in intelligent control mode

從圖 10、11 可以看出，人工控制時(shí)，精掃尾礦平均品位為 0.136%，精礦平均品位為 51.93%；智能控制時(shí)，精掃尾礦平均品位為 0.081%，精礦平均品位為 51.00%。

采用智能控制系統(tǒng)后，精掃選段的浮選流速平均值有所提高，但并未影響最終的精礦品位，現(xiàn)場(chǎng)要求精礦品位為 50%～ 52%。

從圖 12、13 可以看出，人工控制時(shí)，精選給礦平均品位為 8.96%，精選回收率平均為 98.50%；智能控制時(shí)，精選給礦平均品位為 8.54%，精選回收率平均為 99.02%，精選段整體金屬回收率提高 0.52%。

精掃選段僅是選廠浮選精選段的一部分，通過(guò)泡沫流速控制，精掃段的泡沫流速平均值有所提高，浮選過(guò)程更加穩(wěn)定，精掃尾礦品位有所下降，同時(shí)并沒(méi)有影響最終精礦的品位，而是在一定程度上提高了精選段的整體鉬金屬的回收率。

4 結(jié)語(yǔ)

浮選過(guò)程復(fù)雜多變，影響因素多，依靠人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)整滯后，浮選指標(biāo)波動(dòng)大。采用基于泡沫圖像分析儀的智能控制系統(tǒng)，智能調(diào)整泡沫層厚度以及充氣量，實(shí)現(xiàn)了泡沫流速控制，提高了浮選過(guò)程的穩(wěn)定性，明顯降低了精掃尾礦品位，精選段整體回收率提高了 0.52%，取得了較好的效果。同時(shí)，采用泡沫圖像分析儀代替人工觀察并分析泡沫特性，極大地改善了操作人員的工作環(huán)境，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了泡沫層厚度以及充氣量的自主調(diào)整，有效避免了人為因素的干擾。

泡沫流速控制是浮選智能控制的初級(jí)階段。隨著在線品位分析儀的廣泛應(yīng)用，泡沫圖像分析儀結(jié)合礦漿在線分析儀，可以更好地監(jiān)控浮選工藝流程。浮選智能控制的高級(jí)階段即品位-回收率控制，結(jié)合泡沫圖像分析儀、在線品位分析儀實(shí)現(xiàn)浮選藥劑自主調(diào)整，根據(jù)品位數(shù)據(jù)自主設(shè)定泡沫流速，在保證精礦品位的前提下，最大效率地提高金屬回收率，實(shí)現(xiàn)浮選過(guò)程效益最大化。