李强1,2，沈政昌1,2
（1. 矿冶科技集团有限公司，北京 100160；2. 北矿机电科技有限责任公司，北京 100160）
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引用格式：
①李强,沈政昌. 浮选动力学过程中气泡特征原位检测技术研究[J]. 铜业工程,2024(3):47-53.
②LI Qiang, SHEN Zhengchang. In-situ detection technology for bubble characteristics in flotation kinetics process [J]. Copper Engineering, 2024(3):47-53.
doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.03.004
浮选机浮选动力学研究是近年来浮选理论研究中最活跃的课题之一，对优化浮选工艺参数、控制浮选设备、改进浮选工艺、提高浮选效率等都具有重要意义。气泡特征参数是浮选动力学过程的关键参数之一，但是目前关于气泡特征参数的检测研究存在较多的理想假设和一定的局限性，与原位检测环境相比有很大差距。针对此问题，本文研究了浮选过程中充气速率、气泡大小和气泡负载的原位检测方法，设计了硬件架构和软件算法，开发了充气速率测量仪、气泡大小测量仪和气泡负载测量仪3种仪器，在实际应用场景中进行了相关试验。结果表明，3种检测手段准确度高，自动化和智能化程度高，能为浮选过程研究、浮选工艺流程优化等提供有效的数据支撑。
浮选是矿物加工过程中常用的一种方法，主要是通过表面物理化学性质的差异来分离各种细粒矿物。目前，浮选效果主要通过回收率、泡沫品位等最终指标，或者充气量、气泡大小、气泡负载率等浮选动力学过程参数予以评价。针对浮选动力学过程参数，国内外众多学者和科研机构主要采用理论计算、仿真模拟和实验验证等方法进行研究。在气泡大小研究方面，南非Stone There公司研发的第一代矿浆相气泡图像采集设备APBS以及加拿大麦吉尔大学开发的矿浆相气泡图像采集设备，均是通过将气泡引出矿浆相来采集矿浆相气泡图像。Stone There的第二代矿浆相气泡图像采集装置OPS，可深入矿浆内部拍摄原始图像。国内的拓金科技公司根据拍摄的矿浆中气泡群分布情况，并结合后台专家数据库进行诊断，提出了气泡大小优化的建议方案。在充气速率方面，Gomez等研究设计了一种充气速率传感器，将带有压力传感器的PVC管插入矿浆中，通过压力的变化计算充气速率；Nesset等进一步研究了充气速率与浮选机械结构的关系。在气泡负载率方面，Seaman和Moys等先后设计出了不同结构的气泡负载测量装置，但是该装置无法实现多次连续测量；韩登峰等设计了改进的测量装置，并研究了浮选槽近液面区域内矿化气泡运输过程中的负载变化规律；许光前以PMMA颗粒模拟矿物颗粒的方法，进一步研究了负载率与气泡运动特性的关系；Ostadrahimi等研究了负载率与充气量和起泡剂的关系。
上述研究工作中，浮选动力学过程参数的获取主要采用理论计算、仿真模拟或者非原位检测等方法，但这些方法均难以获得连续的过程参数，且结果也难以推广到不同矿物环境和不同尺寸的浮选设备。为了更加准确、客观地开展浮选动力学过程参数的相关研究，进而在优化浮选工艺参数、控制浮选设备、改进浮选工艺、提高浮选效率等方面发挥积极作用，有必要研发能够实现原位检测、多场景复用和安全可靠的浮选动力学过程气泡特征检测仪器。
图1 图像采集系统结构
图2 网络结构
图3 优化的SegNet分割网络
图6 气泡负载测量仪结构
图8 气泡大小测量仪：（a）外形结构图；（b）现场安装图
图9 充气速率测量仪：（a）外形结构图；（b）现场安装图
图10 气泡负载测量仪：（a）外形结构图；（b）现场安装图
1）本文介绍的气泡大小测量仪、充气速率测量仪和气泡负载率测量仪3种测量仪器的检测手段自动化、智能化程度高，实现在线测量的同时，丰富了3种浮选动力学过程参数检测手段。
2）本文研究成果实现了气泡大小、充气速率、气泡负载率的原位测量，为优化浮选工艺参数、控制浮选设备、改进浮选工艺、提高浮选效率等提供了更加贴近现实工况的数据支撑。
第一作者：李强，正高级工程师，2012年1月毕业于北京科技大学，获控制理论与控制工程专业硕士学位。2012年2月就职于北京矿冶研究总院，长期从事选矿、冶金装备自动化和智能化系统研发与产业化推广工作，参与或主持国资委1025专项、工信部、发改委、矿冶科技集团科研基金、集团产业基金、企业横向项目等超过25项，内容涉及浮选、浓密、剥锌、摇床、立磨机、铲运机等多种采选冶装备及配套自动化或智能化技术，具有丰富的工程实践经验，善于将科研成果进行工程转化和产业化推广。
通信作者：沈政昌，中国工程院院士，矿冶科技集团有限公司首席科学家。长期从事矿物加工装备研究开发和工程转化，实现了浮选装备大型化、高效化和专属化，形成了国际上最完备的浮选装备体系，使我国成为浮选装备三大强国。开发的系列大型浮选装备，实现从打破垄断到引领发展，在我国90%的日处理万吨以上选矿厂应用。发明的浮选装备联合机组配置技术，解决了选矿厂浮选装备和流程技术升级的重大难题，在我国85%的日处理5千吨以下选矿厂应用。开发了铁精矿提铁降杂、铝土矿选矿拜尔法、钾盐饱和溶液分选、晶质石墨鳞片保护、贵金属快速回收等25种专属浮选装备技术，专属技术国内市场占有率超80%，出口至43个国家，共23000多台套。为满足国民经济对矿产资源的重大需求做出了突出贡献。历获国家科技进步奖2项、国家发明奖3项、中国专利优秀奖4项，部级科技成果奖27项。出版《浮选机理论与技术》等6部中英文专著。获何梁何利奖、全国杰出专业技术人才、全国杰出工程师奖等荣誉称号。
《铜业工程》创刊于1984年，由江西铜业集团有限公司主管主办，是我国铜工业领域全面反映铜产业链技术进步和金属材料科技创新的双月刊。中国工程院外籍院士、加拿大工程院院士、加拿大皇家科学院院士徐政和为期刊特约主编。期刊为《有色金属领域高质量科技期刊分级目录（2023）》T3级别，同时被美国《化学文摘》、俄罗斯《文摘杂志》《中国核心期刊（遴选）数据库》《万方数据库》《维普中文科技期刊数据库》等国内外检索数据库平台收录。本刊主要刊登铜、铅锌、稀有金属、贵金属等有色金属在采选、冶金、加工、环保、分析测试等方面的最新科研成果及应用，以及有色金属领域产业数字化、“双碳”战略推进等研究论文和综述文章。
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