气泡调控尾煤泥的浮选控制方法、电子设备及存储介质

1.本发明涉及煤泥浮选控制方法，具体是气泡调控尾煤泥的浮选控制方法、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.煤泥浮选是根据煤和矿物杂质表面润湿性的差别，在浮选药剂的作用下，分选细粒煤的选煤方法。
3.浮选是在气-液-固三相体系中进行的物理化学分选过程。煤的表面呈疏水性，矿物杂质表面多呈亲水性。疏水的煤粒和分散在水中的捕收剂及气泡发生吸附和附着，形成矿化气泡。这种矿化气泡升浮到水面，积聚成矿化泡沫层，经刮出脱水后即为精矿。传统的浮选控制系统浮选精矿回收率较低；并且传统的浮选控制系统中，矿浆中的金属离子没有有效离开系统的途径，促使金属离子排放到外界，对环境造成污染，因此亟待解决。


技术实现要素：

4.为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了气泡调控尾煤泥的浮选控制方法。本发明将气泡特征纳入控制指标，能够提高浮选精矿回收率。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.气泡调控尾煤泥的浮选控制方法，包括以下步骤：
7.s1、检测煤泥中气泡的状态，获取气泡的数量、尺寸、分布区域以及宽纵比数据；
8.s2、检测煤泥中矿浆的状态，获取矿浆的浓度、离子浓度、泥化性质、ph和灰分数据；
9.s3、根据s1和s2获取的数据，向煤泥中添加浮选药剂，进行浮选分离。
10.作为本发明进一步的方案：所述s3具体步骤如下：
11.s31、起泡剂的加药控制，加药控制单元依据铝离子和钙离子浓度计算添加起泡剂的类型；
12.s32、根据气泡数量分布函数f1确定各个加药位置需要添加药剂的比例yq，其计算公式如下：
[0013][0014]
式中，yq为起泡剂添加比例，x为气泡数量，pq为特定类型起泡剂的最大组分分数；
[0015]
s33、捕收剂的加药控制，加药控制单元依据矿浆浓度d、矿浆ph值f、矿浆灰分指标g以及矿浆泥化指标e确定捕收剂添加量yb，其计算公式如下：
[0016]
[0017]
式中，yb表示捕收剂添加量，α、β、γ为常数；
[0018]
s34、根据s32和s33的计算结果向煤泥中添加相应的起泡剂和捕收剂，对煤泥进行浮选分离。
[0019]
作为本发明再进一步的方案：所述s1具体步骤如下：
[0020]
s11、气泡数量检测，气泡数量采集装置使用工业相机拍照并对图像进行分析，得到平面的气泡分布函数f1：
[0021]
f1(x,y,z)＝x2 ay2 bz2 cx dy ez f
[0022]
式中，z为气泡数量，x和y分别为横纵坐标，a、b、c、d、e、f分别为对应变量的系数；
[0023]
s12、气泡的尺寸分布检测，通过对识别所得到的气泡进行统计分析，得到气泡在x轴的数量分布；并将气泡的尺寸数据带入拉格朗日插值基函数lk(x)：
[0024][0025]
将气泡尺寸坐标数据分别带入lk(x)；
[0026]
将计算得到的lk(x)与对应的气泡尺寸坐标的x值同时代入气泡尺寸沿x轴的分布函数f2(x)：
[0027]
f2(x)＝l0(x)x0 l1(x)x1 l2(x)x2 l3(x)x3 l4(x)x4
…
l
n-1
(x)x
n-1
[0028]
式中，n为气泡尺寸等级个数；
[0029]
整理上式，可得到一个关于x的多项式，对相同次方项进行合并得到合并总结后的分布函数f2(x)：
[0030]
f2(x)＝anxn a
n-1
x
n-1

…
a2x2 a1x a0[0031]
式中，a0为常数，a
1-an分别为对应多项式的系数；
[0032]
s13、局部气泡运动追踪，通过气泡分布函数f1和气泡尺寸分布函数f2，计算气泡最密集的区域σ，取该区域气泡进行局部气泡运动追踪；
[0033]
s14、局部气泡的宽纵比检测，通过对所述区域σ进行轮廓识别，得到气泡的宽纵比w，并使用g(w)对宽纵比进行分类，公式如下：
[0034][0035]
式中w为气泡的宽纵比，a和b为常数，e为2.71828。
[0036]
作为本发明再进一步的方案：所述s2具体步骤如下：
[0037]
s21、矿浆浓度检测，采用电磁流量计在入料管道处检测矿浆流量；采用压差式密度计测定矿浆在一段位置内的密度，矿浆的浓度d：
[0038][0039]
式中，q表示溶质，rj表示溶剂；
[0040]
s22、矿浆离子检测，利用矿浆或溶液中带电离子的电化学性质检测矿浆离子浓度；通过检测采集的矿浆上清液，获得矿浆中的铝离子和钙离子浓度；
[0041]
s23、矿浆泥化性质检测，利用矿浆上清液对光的吸收量检测矿浆泥化性质；通过
检测静置矿浆上清液透光率表征泥化矿物含量，为后续浮选控制提供控制指标；
[0042]
s24、矿浆ph检测，通过ph计连续测量矿浆中ph变化情况；
[0043]
s25、矿浆灰分检测，对采集的矿浆离心压滤脱水后进行检测，得到矿浆灰分纳入浮选控制指标。
[0044]
优选的，一种电子设备，其特征在于，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器依次连接，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行所述的方法。
[0045]
优选的，一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行所述的方法。
[0046]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0047]
1、本发明将气泡特征纳入控制指标，能够提高浮选精矿回收率。
[0048]
2、本发明在根据气泡数量添加药剂时，以常规起泡剂如杂醇类为主，聚乙二醇为辅，聚乙二醇起泡性能优越，但价格昂贵，上式优化聚乙二醇用量，在保证起泡性能的条件下，降低聚乙二醇用量，降低生产成本。
[0049]
3、随着环保意识的增强，选矿厂实现洗水闭路循环，由于循环水的存在，矿浆中金属离子没有有效离开系统的途径，检测矿浆中金属离子的含量，并将其纳入浮选控制指标，可增强药剂的选择性，减少药剂消耗量。
附图说明
[0050]
图1为本发明的流程图。
[0051]
图2为本发明的入料灰分比例示意图。
[0052]
图3为本发明的y与x函数关系曲线示意图。
[0053]
图4为本发明的电子设备框架示意图。
[0054]
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
[0055]
10-电子设备
[0056]
11-处理器 12-存储器 13-输入装置 14-输出装置
具体实施方式
[0057]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058]
1、气泡检测单元
[0059]
1.1、气泡数量检测
[0060]
气泡数量采集装置使用工业相机拍照并对图像进行分析，得到平面的气泡分布函数f1：
[0061]
f1(x,y,z)＝x2 ay2 bz2 cx dy ez f
[0062]
式中z为气泡数量，x和y分别为横纵坐标。
[0063]
1.2、气泡尺寸分布
[0064]
通过对识别所得到的气泡进行统计分析，得到气泡在x轴的数量分布；并将气泡的尺寸数据带入拉格朗日插值基函数lk(x)：
[0065][0066]
将气泡尺寸坐标数据分别带入lk(x)；
[0067]
将计算得到的lk(x)与对应的气泡尺寸坐标的x值同时代入气泡尺寸沿x轴的分布函数f2(x)：
[0068]
f2(x)＝l0(x)x0 l1(x)x1 l2(x)x2 l3(x)x3 l4(x)x4
…
l
n-1
(x)x
n-1
[0069]
式中，n为气泡尺寸等级个数；
[0070]
整理上式，可得到一个关于x的多项式，对相同次方项进行合并得到合并总结后的分布函数f2(x)：
[0071]
f2(x)＝anxn a
n-1
x
n-1

…
a2x2 a1x a0[0072]
式中，a0为常数，a
1-an分别为对应多项式的系数；
[0073]
在本实施例中，由于煤矿浮选中气泡尺寸均在2cm以下，因此将气泡分为5个尺寸等级，分别为：2-1cm，1-0.7cm，0.7-0.5cm，0.5-0.3cm，-0.3cm。
[0074]
已知随着气泡上升，气泡尺寸会显著增长，因此仅统计x轴方向气泡尺寸数据。通过对上述识别所得到气泡进行统计分析，得到其在水平方向(x轴)的数量分布，由于共有5个尺寸数据，将其分别记为(x0，x0)、(x1，x1)、(x2，x2)、(x3，x3)、(x4，x4)，并得出如下的拉格朗日插值基函数lk(x)：
[0075][0076]
将五个尺寸点坐标数据分别带入lk(x)，计算得到l0(x)、l1(x)、l2(x)、l3(x)、l4(x)、l5(x)；
[0077]
将计算得到的l0(x)、l1(x)、l2(x)、l3(x)、l4(x)、l5(x)，与五个尺寸坐标点的x值同时代入气泡尺寸沿x轴的分布函数f2(x)：
[0078]
f2(x)＝l0(x)x0 l1(x)x1 l2(x)x2 l3(x)x3 l4(x)x4 l5(x)x5[0079]
将上述5个尺寸点数据(x0，x0)
…
(x4，x4)带入上式，可得到一个关于x的多项式，对相同次方项进行合并得到合并总结后的分布函数f2(x)：
[0080]
f2(x)＝ax5 bx4 cx3 dx2 ex f
[0081]
式中，a、b、c、d、e、f分别为多项式五次方项、四次方项、三次方项、二次方项、一次方项、零次方项的系数；
[0082]
1.3、局部气泡运动追踪
[0083]
已知0.5-0.3cm气泡对浮选最有利，通过气泡分布函数f1和气泡尺寸分布函数f2，计算0.5-0.3cm气泡最密集的区域σ，取该区域气泡进行局部气泡运动追踪。局部气泡运动追踪由不同时刻的σ区域图像对比分析得来，区域σ在t1时刻的运动状态为σ1，区域σ在t2时
刻的运动状态为σ2，通过σ
2-σ1得到σ区域各个气泡的运动方向和速度。
[0084]
1.4局部气泡的宽纵比检测
[0085]
通过对上述区域σ进行轮廓识别，得到气泡的宽纵比数据。宽纵比用来表征气泡的形貌是否接近于圆形。此处采用logistic函数，对不同宽纵比的数据进行分类，式中e为气泡的宽纵比，a和b为常数，此时，我们通过设置一个阈值c，若g(w)小于c，则气泡视作圆形，若g(w)》c，则将气泡视作非圆形，气泡是否为圆形对后续加药机构的运转具有影响。
[0086][0087]
式中，e为2.71828。
[0088]
2、矿浆检测单元
[0089]
2.1、矿浆浓度检测
[0090]
采用电磁流量计在入料管道处检测矿浆流量，电磁流量计安装在竖直管道靠近入料口位置。采用压差式密度计测定矿浆在一段位置内的密度，采用如下公式换算后得到矿浆的浓度d：
[0091][0092]
式中，q表示溶质，rj表示溶剂。
[0093]
2.2、矿浆离子检测
[0094]
利用矿浆或溶液中带电离子的电化学性质检测矿浆离子浓度。
[0095]
矿浆离子检测为非连续性检测手段，每间隔5min对矿浆采样一次，单个样品最小容积为50ml。对采取的矿浆样品静置1min后取10ml上清液送入电化学矿浆离子成分分析系统，该系统可检测矿浆中的铝离子和钙离子浓度。
[0096]
2.3、矿浆泥化性质检测
[0097]
利用矿浆上清液对光的吸收量检测矿浆泥化性质。
[0098]
浮选矿浆中通常含有高岭石、蒙脱石等易泥化矿物，这类矿物遇到水后自身晶体结构发生变化，宏观上表现为粒度变细，极细粒的矿物黏附在目的矿物表面降低泡沫浮选的精矿质量。
[0099]
通过检测静置矿浆上清液透光率表征泥化矿物含量，为后续浮选控制提供控制指标。矿浆泥化性质检测为非连续性检测手段，每间隔3min对矿浆采样一次，单个样品最小容积为50ml，对采取的矿浆样品静置2min后取10ml上清液送入紫外分光光度计，检测样品透光率大小作为泥化指标纳入浮选控制系统。
[0100]
2.4、矿浆ph检测
[0101]
矿浆ph会改变矿物表面电性影响药剂与矿物的吸附，ph波动过大会增大药剂消耗量，降低浮选精矿回收率。
[0102]
通过ph计连续测量矿浆中ph变化情况，ph计安装距离与加药机构应保持一定距离，防止检测未混合均匀的矿浆ph。ph计探头应选择耐盐型，避免矿浆中金属离子对ph计探头腐蚀过快。ph计探头插入矿浆应具有一定深度，避免检测泡沫层的性质。
[0103]
2.5、矿浆灰分检测
[0104]
灰分作为最终浮选精矿的检测指标具有重要意义，因此对浮选矿浆中的灰分波动也需要检测。
[0105]
矿浆灰分检测为非连续性检测手段，每间隔5min对矿浆采样一次，单个样品最小容积为50ml，对所采样品进行离心压滤脱水后，送入x射线灰分检测仪，得到矿浆灰分纳入浮选控制指标。
[0106]
3、加药控制单元
[0107]
3.1、起泡剂的加药控制
[0108]
加药控制单元依据铝离子和钙离子浓度计算添加起泡剂的类型。
[0109]
当铝离子浓度大于1.5mmol/l或钙离子浓度大于0.8mmol/l时，添加起泡剂类型为常规起泡剂 离子型起泡剂(如十二烷基磺酸钠等)，否则添加起泡剂类型为常规起泡剂 非离子型起泡剂(如戊醇、聚乙二醇等)。
[0110]
根据气泡数量分布函数f1确定各个加药位置添加药剂的数量y：
[0111][0112]
式中，yq为起泡剂添加比例，x为气泡数量，pq为特定类型起泡剂的最大组分分数；即在气泡数量x为0时，添加特定起泡剂的组分分数为pq，其余(100-pq)％则为常规起泡剂。在根据气泡数量添加药剂时，以常规起泡剂如杂醇类为主，特定起泡剂为辅，特定起泡剂类型由前述矿浆离子检测流程判断，尽管特定类型起泡剂性能优越，但由于其价格昂贵，上式优化特定起泡剂用量，在保证起泡性能的条件下，降低特定起泡剂用量，降低生产成本。
[0113]
其中，在10cm
×
10cm的单位面积中，气泡数量z小于200个，在这个区域内添加药剂的流量变为原来流量的1.5倍；在10cm
×
10cm的单位面积中，气泡数量z位于200-300个，这个区域内添加与前一步相同数量的药剂；在10cm
×
10cm的单位面积中，气泡数量z多于300个，在这个区域内添加药剂的流量变为原来流量的0.5倍；依据气泡的尺寸分布函数，调节搅拌机构的转速，目的是使得0.5-0.3cm的气泡含量最高；若大尺寸气泡数量较多，增大转速，使得气泡被切割变小，若小气泡尺寸较多，则减小转速，降低矿浆的湍流程度，减小气泡撕裂。
[0114]
以聚乙二醇(peg)为例：
[0115][0116]
如图3所示，在气泡数量x为0时，添加药剂中组分10％为聚乙二醇，其余90％则为常规起泡剂。在根据气泡数量添加药剂时，以常规起泡剂如杂醇类为主，聚乙二醇为辅，聚乙二醇起泡性能优越，但价格昂贵，上式优化聚乙二醇用量，在保证起泡性能的条件下，降低聚乙二醇用量，降低生产成本。
[0117]
根据局部气泡运动追踪方案，得到平面内气泡的运动函数，统计气泡的运动方向及速度；通过调整加药机构的喷洒范围，使得气泡具有最大的向外扩展速率；即相对于速度
分布较小的区域(即区域内80％的气泡速度都小于1.5cm/s)，加大起泡剂加药机构的喷洒时间。
[0118]
根据区域σ气泡的椭圆度检测，若检测结果为非椭圆，则增大药剂浓度，若检测结果为椭圆则保持上一步药剂浓度，若气泡长时间为圆形，则减少起泡剂用量，降低药剂消耗。
[0119]
3.2、捕收剂的加药控制
[0120]
根据2.1矿浆浓度检测，矿浆浓度为d；根据2.3矿浆泥化性质检测，矿浆泥化指标为e；根据2.4矿浆ph检测，ph指标为f；根据2.5矿浆灰分检测，灰分指标为g。
[0121][0122]
由煤泥浮选专业知识可知，矿浆由干煤泥和水组成。矿浆浓度高，则干煤泥量高，浮选单位质量矿物所需捕收剂含量则高；矿浆易泥化矿物组分高，则精矿灰分不容易达标，通过降低捕收剂用量，减少泡沫精矿产率以增加精矿产品质量；ph指标越偏离适宜ph值越远越不利于浮选，通过增加捕收剂用量，来提高精矿产率；矿浆灰分越高，则越难浮选出目的矿物，则需要通过减少捕收剂用量来提升浮选精矿质量，故灰分与捕收剂用量成负相关关系。
[0123]
浓度、泥化指标、ph指标、灰分指标的加权式如下：
[0124][0125]
式中，y表示捕收剂添加量，α、β、γ为常数。
[0126]
捕收剂加药量控制依据上式计算得出，其中矿浆泥化指标e，矿浆灰分指标g为非连续测量指标，在计算过程中采用上一时刻测量指标作为输入，当矿浆泥化指标e，矿浆灰分指标g更新后，再使用更新后的值计算下一时刻捕收剂添加量。整个浮选的流程如图1所示。
[0127]
传统的浮选控制系统没有把气泡特征纳入浮选的控制指标，气泡与颗粒的粘附是浮选过程中至关重要的部分，本发明将气泡特征纳入控制指标，提高浮选精矿回收率，并且降低了灰分，如图2所示。
[0128]
下面，参考图4来描述本技术实施例所用的电子设备；该电子设备可以是可移动设备本身，或与其独立的单机设备，该单机设备可以与可移动设备以及超声医疗设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号，并向其发送所选择的目标决策行为。
[0129]
如图4所示，电子设备10包括一个或多个处理器11和相应的存储器12。
[0130]
处理器11可以是中央处理单元或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备10中的其他组件以执行期望的功能。存储器12可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存等。在所述计算机存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器11可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本技术的各个实施例的决策行为决策
方法以及/或者其他期望的功能。
[0131]
在示例中，电子设备10还可以包括：输入装置13和输出装置14，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。例如，该输入设备13还可以包括例如键盘、鼠标等等。该输出装置14可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
[0132]
当然，为了简化，图4中仅示出了该电子设备10中与本技术有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备10还可以包括任何其他适当的组件。
[0133]
除了上述方法和设备以外，本技术的实施例还可以延及计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本技术各种实施例的决策行为决策方法中的步骤。
[0134]
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本技术实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、c 等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
[0135]
此外，本技术的实施例还可以是可读计算机存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述具体实施流程部分中描述的根据本技术各种实施例的决策行为决策方法中的步骤。
[0136]
所述计算机存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者存储介质。存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0137]
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0138]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0139]
本发明未详细描述的技术均为公知技术。