浮選專家系統(tǒng)在大山選礦廠160 m3浮選流程中的應(yīng)用

付 強

（江西江銅環(huán)境資源科技有限公司）

浮選是一種利用礦石顆粒可浮性差異對礦石中的有用礦物與脈石雜質(zhì)進行分離提純的選礦方法。實際工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的浮選流程復(fù)雜多變，受原礦性質(zhì)與浮選藥劑等多種因素的影響，浮選流程一直是選礦工藝生產(chǎn)過程中的一個控制難點。工業(yè)現(xiàn)場主要依據(jù)操作人員對浮選槽表面泡沫的人眼判別，然后根據(jù)長期積累的現(xiàn)場經(jīng)驗以及參照離線化驗的工藝指標對浮選槽液位和浮選藥劑添加量等進行調(diào)節(jié)。由于人為主觀因素的差異，不同操作人員針對同一泡沫現(xiàn)象采取的控制策略往往不同，從而導(dǎo)致現(xiàn)場生產(chǎn)指標不穩(wěn)定。因此，為了提高礦產(chǎn)資源利用率，穩(wěn)定生產(chǎn)指標，降低作業(yè)人員工作量，提升企業(yè)效益，采用浮選流程自動控制系統(tǒng)替代人工操作是大勢所趨。

1 生產(chǎn)工藝簡介

大山選礦廠成立于1988年，目前日生產(chǎn)能力9萬t，其中常規(guī)碎磨流程日處理礦量6.75萬t，半自磨系統(tǒng)日處理礦量2.25萬t［1］。半自磨系統(tǒng)后續(xù)的160 m3浮選流程由9臺KYF-160m3型浮選機與1臺攪拌桶組成，形成2粗2掃作業(yè)。其中粗選1銅精礦進入后續(xù)浮選柱精選流程，粗選2銅精礦經(jīng)再磨分級后進入浮選柱分離粗選流程，掃選1與掃選2浮選泡沫返回前一作業(yè)進行再選，掃選2底流作為160 m3浮選流程最終尾礦（圖1）。

2 專家自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用

大山選礦廠160 m3浮選流程工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場已配有浮選機液位充氣量控制系統(tǒng)、藥劑添加控制系統(tǒng)及在線品位檢測分析系統(tǒng)等，但各套系統(tǒng)均分散且獨立運行，給人員操作帶來了極大不便。同時，由于缺少對浮選泡沫情況的實時有效監(jiān)控，操作人員只能依靠現(xiàn)場不斷巡檢發(fā)現(xiàn)問題，憑借主觀經(jīng)驗進行操作，一旦給礦性質(zhì)發(fā)生變化，由于操作不及時造成的沉槽或冒槽情況時有發(fā)生，對生產(chǎn)指標的穩(wěn)定極為不利。為此，大山選礦廠160 m3浮選流程在關(guān)鍵節(jié)點上安裝了由礦冶科技集團研發(fā)的BFIPS-III浮選泡沫圖像分析儀，同時浮選流程引入了基于規(guī)則的專家自動控制系統(tǒng)。

2.1 浮選泡沫圖像特征提取

BFIPS-III浮選泡沫圖像分析儀分為控制箱與圖像采集桶兩部分［2］。首先采集桶內(nèi)的高清工業(yè)攝像頭對浮選槽頂部的泡沫圖像進行實時采集并將采集到的圖片傳輸?shù)娇刂葡?，隨后控制箱內(nèi)的圖像處理單元基于圖像處理算法對泡沫圖像進行分析與泡沫特征提取，最后通過工業(yè)現(xiàn)場總線將提取出來的泡沫特征參數(shù)傳遞給自動化控制系統(tǒng)（圖2）。

泡沫圖像分析儀可提供的實時在線泡沫特征參數(shù)包括泡沫移動速度、泡沫顏色分量（HSV）、泡沫形態(tài)（大小泡個數(shù)、面積）及泡沫穩(wěn)定性等，泡沫圖像分析儀軟件界面見圖3。

2.2 專家控制系統(tǒng)

專家系統(tǒng)（Expert System）是人工智能領(lǐng)域的重要研究方向之一，是一種可以模擬人類專家的思維模式，在一定程度上解決領(lǐng)域問題，并具備一定專業(yè)知識的智能化系統(tǒng)［3］。將某領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)知識存入知識數(shù)據(jù)庫中，通過編寫規(guī)則、算法與知識推理進而實現(xiàn)對領(lǐng)域內(nèi)的對應(yīng)問題提供應(yīng)對措施。

基于規(guī)則的專家系統(tǒng)由知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機、解釋器和用戶界面5個部分組成。其中，知識庫是存放專業(yè)領(lǐng)域知識的數(shù)據(jù)庫，是專家系統(tǒng)進行推理過程中的數(shù)據(jù)依據(jù)、參考來源；數(shù)據(jù)庫保存了在系統(tǒng)處理過程中的數(shù)據(jù)和推理中生成的重要信息；推理機作為整個專家系統(tǒng)的“核心組件”，在進行推理時將根據(jù)用戶的輸入和預(yù)設(shè)的推理邏輯從知識庫中匹配合適的解決措施；解釋器用來對推理結(jié)果進行修飾或說明；用戶界面主要用于顯示專家系統(tǒng)的推理結(jié)果。此外，知識獲取對于提高專家系統(tǒng)的魯棒性和擴充性具有非常重要的作用，可以有效地擴展領(lǐng)域知識庫，提高專家系統(tǒng)解決問題的能力與服務(wù)質(zhì)量。專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理見圖4。

2.3 浮選流程自動控制策略

浮選專家自動控制系統(tǒng)依據(jù)指標預(yù)測模型的結(jié)果對浮選流程進行調(diào)節(jié)，以穩(wěn)定精礦品位與回收率等生產(chǎn)指標。專家系統(tǒng)以基于泡沫圖像的產(chǎn)率控制模塊為核心，通過挖掘歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)里蘊含的信息建立浮選生產(chǎn)指標預(yù)測模型，并構(gòu)建產(chǎn)率和藥劑控制的模糊專家規(guī)則庫，實現(xiàn)浮選流程的自動控制。

（1）產(chǎn)率控制。產(chǎn)率控制專家規(guī)則庫通過結(jié)合基于泡沫圖像的泡沫相對礦化程度以及品位預(yù)測值，同時參考在線品位分析儀的測量數(shù)據(jù)，調(diào)整浮選流程的整體產(chǎn)率設(shè)定，使之能更好地滿足不同礦性下的生產(chǎn)要求。一般情況下，浮選泡沫的精礦品位與產(chǎn)率大小關(guān)系密切。浮選泡沫的精礦品位偏高時，一般代表此時浮選過程進行得過于充分、泡沫刮出量較小，需要及時提高產(chǎn)率以提高回收率避免跑尾。浮選泡沫的精礦品位偏低時，一般代表此時浮選泡沫未充分反應(yīng)就被刮出，需要增加浮選時間降低產(chǎn)率，以保證精礦產(chǎn)品的達標率。

浮選槽頂部的泡沫溢流速度相比于浮選槽液位更能代表泡沫刮出量大小，這也使得通過泡沫圖像分析儀提取出來的泡沫移動速度來控制浮選流程的產(chǎn)率成為目前最佳的產(chǎn)率控制手段之一。在浮選流程關(guān)鍵點位上安裝泡沫圖像分析儀就可以實現(xiàn)對產(chǎn)率的精細調(diào)節(jié)，同時在一定程度上也能穩(wěn)定浮選泡沫精礦品位指標［4］。專家自動控制系統(tǒng)通過對浮選機狀態(tài)進行判斷，在產(chǎn)率控制模式和傳統(tǒng)液位-充氣量控制模式之間自動無擾切換，可積極主動避免冒槽或沉槽現(xiàn)象，自動調(diào)整重建平衡。采用泡沫溢流速度作為單槽產(chǎn)率控制的主要目標，可使浮選單機產(chǎn)率得到穩(wěn)定的控制［5］。浮選機液位及充氣量自動控制原理見圖5。

此外，考慮到浮選流程串級槽數(shù)多、處理量大、且存在礦漿返回通道等干擾條件，對此采用浮選液位串級協(xié)同控制方法［6］。將已出現(xiàn)產(chǎn)率設(shè)定偏差（即流速設(shè)定偏差）的浮選作業(yè)作為主控制器，上下游相關(guān)的浮選作業(yè)作為輔助控制器，根據(jù)主控制器液位設(shè)定調(diào)整的幅值，輔助液位控制器進行協(xié)同同步調(diào)整液位設(shè)定。

（2）藥劑控制。在藥劑控制方面160 m3浮選流程主要涉及起泡劑及石灰的添加控制。起泡劑能夠促使礦漿中形成富有彈性且穩(wěn)定性合適的氣泡。起泡劑用量過大，泡沫細小發(fā)黏，易使脈石等雜質(zhì)也被選出，進而影響浮選泡沫的精礦品位；起泡劑用量過小，會使泡沫層變薄，泡沫變脆易破滅。石灰是硫化礦浮選中常用的pH值調(diào)整劑。石灰用量小，會使捕收劑對礦物選擇性變差；石灰用量過大，會使泡沫黏結(jié)膨脹，嚴重時會出現(xiàn)跑槽現(xiàn)象。

綜上所述，利用泡沫圖像分析儀實時監(jiān)測得到浮選泡沫大小、流速、顏色及紋理特征等信息，并通過建立泡沫相對礦化程度和品位預(yù)測模型，實時檢測泡沫的相對礦化程度和品位，總結(jié)藥劑用量與礦化程度及品位之間的相關(guān)性，建立藥劑工況診斷方法與藥劑控制專家規(guī)則庫，實現(xiàn)浮選藥劑的智能調(diào)節(jié)，提高生產(chǎn)穩(wěn)定度。

160 m3浮選流程專家自動控制系統(tǒng)軟件界面可劃分為菜單操作區(qū)、數(shù)據(jù)顯示區(qū)、信息提示區(qū)3個部分（圖6）。

3 應(yīng)用效果

將大山選礦廠160 m3浮選專家自動控制系統(tǒng)投入使用前后時間段的生產(chǎn)日報表中的生產(chǎn)指標進行統(tǒng)計比對，結(jié)果見表1。

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由表1可知，粗選1精礦銅品位標準差下降幅度為19%，粗選2精礦銅品位標準差下降幅度為40%，銅回收率標準差下降幅度為19%。此外，自動控制投用期間，粗選1銅精礦富集比為33.4，粗選2銅精礦富集比為4.47；系統(tǒng)未投用期間，粗選1銅精礦富集比為32.7，粗選2銅精礦富集比為4.78。綜合來看，自動控制系統(tǒng)在原礦品位略低的情況下，精礦富集比、尾礦品位和回收率基本控制在同等水平。

4 結(jié)語

浮選專家系統(tǒng)在大山選礦廠160 m3浮選流程進行實際工業(yè)應(yīng)用后，不僅減輕操作人員的勞動強度，并消除人為因素帶來的干擾，保障整個浮選流程的安全穩(wěn)定運行，銅粗精礦品位波動明顯減少，對浮選生產(chǎn)指標穩(wěn)定性的提升發(fā)揮了積極作用。此外，隨著更多浮選生產(chǎn)狀態(tài)信息被實時采集，未來可在提高控制規(guī)則的智能化程度方向進行更深入的研究。