伍雁鵬，阮凱，彭小奇

(1．邵陽學(xué)院 信息工程系,湖南 邵陽，422000；2．邵陽學(xué)院 機(jī)械與能源工程系,湖南 邵陽，422000；3.湖南第一師范學(xué)院 信息科學(xué)與工程系，湖南 長沙，410205)

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金銻礦浮選銻粗選工序參數(shù)相關(guān)性分析

伍雁鵬1，阮凱2，彭小奇3

(1．邵陽學(xué)院 信息工程系,湖南 邵陽，422000；2．邵陽學(xué)院 機(jī)械與能源工程系,湖南 邵陽，422000；3.湖南第一師范學(xué)院 信息科學(xué)與工程系，湖南 長沙，410205)

采集了金銻礦浮選銻粗選工序5種主要藥物(硫酸銅、硝酸鉛、黃藥、2號油、黑藥)的添加記錄及對應(yīng)的泡沫圖像特征值(穩(wěn)定度、灰度值、R均值、G均值、B均值、平均尺寸、偏斜度、尺寸方差)作為工況參數(shù)。參數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果顯示:硫酸銅、黃藥、黑藥之間，灰度值、R均值、G均值、B均值之間，以及平均尺寸、尺寸方差之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性；為降低系統(tǒng)分析與控制的復(fù)雜度，可將工況參數(shù)削減為:硫酸銅+黃藥+黑藥、硝酸鉛、2號油、平均尺寸、偏斜度、尺寸方差。

浮選；視覺特征；參數(shù)相關(guān)性分析

氣泡外觀特征直接反映浮選效果的好壞。實(shí)際浮選生產(chǎn)中，判斷工況最重要的方法是觀察浮選泡沫層的視覺特征信息。有經(jīng)驗的浮選操作工人通過觀察氣泡層的表觀現(xiàn)象，大多可判斷浮選工況及導(dǎo)致工況異常的原因，由此調(diào)節(jié)浮選機(jī)操作參數(shù)、浮選藥劑添加量、精礦刮出量和中礦循環(huán)過程[1]。

浮選氣泡的外觀特征包括氣泡的礦化程度、大小、顏色、光澤、形狀、厚薄、穩(wěn)定性、流動性、聲響等，這些特征由礦物種類、粒度、數(shù)量、密度、礦漿濃度、起泡劑和抑制劑用量等因素決定。

浮選過程的特征參數(shù)很多，部分特征參數(shù)可以實(shí)時測量，部分可以延時測量，還有的暫時不能準(zhǔn)確測量；有的特征參數(shù)測量代價很小，有的測量代價較大。相對而言，視覺特征信息更容易被快速準(zhǔn)確地測量出來[2]。

1 金銻礦浮選過程工況數(shù)據(jù)采集

湖南某金銻礦浮選[3]采用以浮選氣泡為精礦、底流為尾礦的正浮選工藝，包括金粗選、金精選Ⅰ、金精選Ⅱ、銻粗選、銻掃選Ⅰ、銻掃選Ⅱ、銻精選Ⅰ、銻精選Ⅱ等8個選礦作業(yè)。

金粗選工序作為金礦浮選作業(yè)的第一道工序，對后續(xù)工序及最終金精礦的產(chǎn)量和品位有著最大的影響；同樣，銻粗選工序作為銻礦浮選作業(yè)的第一道工序，對后續(xù)工序及最終銻精礦的產(chǎn)量和品位有著最大的影響。因此，金銻礦浮選過程藥劑使用調(diào)整主要在金粗選和銻粗選工序進(jìn)行。

該金銻礦浮選生產(chǎn)車間安裝了自動加藥系統(tǒng)，加藥量可人工設(shè)置，也可由機(jī)器自動設(shè)置。自動加藥系統(tǒng)具有自動記錄功能，利用該功能可采集金銻礦浮選過程的加藥量數(shù)據(jù)。每隔1225s對銻粗選工序的5種主要藥物(硫酸銅、硝酸鉛、黃藥、2號油、黑藥)的添加量(單位:毫升/分鐘) 進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采樣，采樣結(jié)果記錄在浮選工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)庫中。同時，在每個浮選機(jī)的適當(dāng)位置放置高清攝像頭，用于監(jiān)控并采集浮選泡沫圖像，每隔1225s進(jìn)行一次泡沫圖像特征計算，計算結(jié)果記錄在浮選工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)庫中。對銻粗選工序泡沫圖像，計算下列特征值:

(1)氣泡形狀

使用分水嶺方法對泡沫圖像進(jìn)行氣泡邊緣分割，并求取氣泡的平均尺寸、平均偏斜度、尺寸方差作為平均尺寸、偏斜度、尺寸方差。

(2)氣泡顏色

分別提取泡沫圖像三基色RGB顏色空間的R分量、G分量、B分量，取各像素的顏色平均值作為特征值R均值、G均值、B均值。并將彩色泡沫圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像，取各像素的平均灰度值作為 灰度值特征值。

(3)穩(wěn)定度

分析連續(xù)2幀泡沫圖像的變化情況，將對應(yīng)像素灰度差值的平均值作為 穩(wěn)定度特征值。

泡沫圖像特征和加藥量的采集和記錄過程同步進(jìn)行。圖1顯示了硫酸銅、硝酸鉛、黃藥、2號油、黑藥的添加記錄，以及相應(yīng)的 穩(wěn)定度、灰度值、R均值、G均值、B均值、平均尺寸、偏斜度、尺寸方差的特征值，記錄時間范圍為:2013年3月8日至2014年2月24日。

圖1 銻粗選工序運(yùn)行記錄

2 參數(shù)相關(guān)性分析

2.1 參數(shù)相關(guān)性模型

設(shè)有指標(biāo)變量x有n個樣本數(shù)據(jù)xi(i=1，2，…，n)，則指標(biāo)變量x的平均值、方差計算公式分別為:

(1)

(2)

估計標(biāo)準(zhǔn)誤差是因變量各實(shí)際值與其估計值之間的平均差異程度，估計標(biāo)準(zhǔn)誤差計算公式為:

(3)

判定系數(shù)取值范圍:0≤r2≤1。r2越接近于1，表明x與y之間的相關(guān)性越強(qiáng)；r2越接近于0，表明兩個變量之間幾乎沒有直線相關(guān)關(guān)系。

相關(guān)系數(shù)是反映兩變量間線性相關(guān)密切程度的統(tǒng)計指標(biāo)。在直線相關(guān)的條件下，指標(biāo)變量x、y之間相關(guān)系數(shù)為:

(5)

相關(guān)系數(shù)r的取值范圍:-1≤r≤1

r>0為正相關(guān)，r<0為負(fù)相關(guān)；|r|=0表示不存在線性關(guān)系；|r|=1表示完全線性相關(guān)；0<|r|<1表示存在不同程度線性相關(guān)；|r|≤0.3為不存在線性相關(guān)；0.3<|r|≤0.5為低度線性相關(guān)；0.5<|r|≤0.8為顯著線性相關(guān)；|r|>0.8為高度線性相關(guān)。

2.2 金銻礦浮選銻粗選工序參數(shù)相關(guān)性分析

金銻礦浮選過程分穩(wěn)定工況和非穩(wěn)定工況兩種情況，分別對浮選工藝參數(shù)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，計算顯著性水平為0.95的參數(shù)相關(guān)性，結(jié)果如表1所示。表1中正常字體數(shù)據(jù)表示沒有相關(guān)性；粗體字體數(shù)據(jù)表示弱相關(guān)，斜體字體數(shù)據(jù)表示中等相關(guān)，為下劃線字體數(shù)據(jù)表示強(qiáng)相關(guān)。

由表1可知:

(1)加藥量參數(shù)中，硫酸銅、黃藥、黑藥之間存在強(qiáng)相關(guān)性，尤其在穩(wěn)態(tài)工況下相關(guān)性很強(qiáng)，說明這3種藥物在浮選生產(chǎn)控制中具有較強(qiáng)的聯(lián)動性。

(2)泡沫圖像特征參數(shù)中，灰度值、R均值、G均值、B均值之間相關(guān)性系數(shù)接近1，存在很強(qiáng)的相關(guān)性，可以考慮合并為一個參數(shù)。平均尺寸、尺寸方差也存在很強(qiáng)的相關(guān)性，可以考慮合并為一個參數(shù)。

(3)偏斜度和灰度值、R均值、G均值、B均值之間弱相關(guān)，這說明氣泡顏色和氣泡偏斜度之間相互獨(dú)立，互不影響。

(4)在泡沫圖像特征參數(shù)和加藥量參數(shù)之間，穩(wěn)定度與各加藥量參數(shù)之間幾乎沒有相關(guān)性；平均尺寸、尺寸方差、灰度值、偏斜度和加藥量之間存在弱相關(guān)或者中等相關(guān)。也就是說，在考慮加藥量數(shù)據(jù)取值時，平均尺寸、尺寸方差、灰度值、偏斜度有一定參考價值，而穩(wěn)定度幾乎沒有參考價值。

表1 銻粗選工序參數(shù)相關(guān)性表

(5)出于簡化加藥量操作指導(dǎo)系統(tǒng)的考慮，可將加藥量參數(shù)縮減為3種:1號藥(硫酸銅+黃藥+黑藥)、2號藥(硝酸鉛)、2號油；同時，泡沫圖像特征只取3種:灰度值、偏斜度、平均尺寸，其代價是降低了加藥量操作指導(dǎo)系統(tǒng)的可信度。

3 小結(jié)

利用金銻礦浮選廠自動加藥系統(tǒng)2013年3月8日至2014年2月24日之間的浮選過程生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄，對其中銻粗選工序5種主要藥物(硫酸銅、硝酸鉛、黃藥、2號油、黑藥)的添加記錄及對應(yīng)的泡沫圖像特征值(穩(wěn)定度、灰度值、R均值、G均值、B均值、平均尺寸、偏斜度、尺寸方差)進(jìn)行了分析處理，對各參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析的結(jié)果顯示:硫酸銅、黃藥、黑藥之間存在強(qiáng)相關(guān)性，該結(jié)果啟示可以探索將這3種藥物按照適當(dāng)比例重新組合成1種(或2種)混合藥物，從而降低加藥系統(tǒng)控制的復(fù)雜度；灰度值、R均值、G均值、B均值之間，以及平均尺寸、尺寸方差之間存在極強(qiáng)的相關(guān)性，表明可以減少相關(guān)參數(shù)的數(shù)量，以降低系統(tǒng)分析的復(fù)雜度；偏斜度和灰度值、R均值、G均值、B均值之間弱相關(guān)，表明氣泡顏色和氣泡偏斜度之間相互獨(dú)立，互不影響；穩(wěn)定度與加藥量參數(shù)基本無關(guān)，而其它泡沫圖像特征參數(shù)與加藥量參數(shù)之間大多存在較弱的相關(guān)性。

[1]陽春華,任會峰,桂衛(wèi)華,等.基于泡沫紋理信度分配SVM的礦物浮選工況識別[J].儀器儀表學(xué)報,2011,32(10):2205-2209.

[2]張世杰,劉文禮,趙樹凱.浮選氣泡測量及其影響因素分析[J].煤炭工程,2014,46(12):117-119.

[3]黃光耀,曹玉川,楊柳毅,等.湖南某銻礦浮選工藝研究[J].礦冶工程,2015,35(04):44-47.

[4]李潔明,祁新娥.統(tǒng)計學(xué)原理[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2005.

[5]張堯庭.回歸分析應(yīng)用中的誤區(qū)[J].統(tǒng)計教育,1998,(3):12-14.

[6]郭紅霞.相關(guān)系數(shù)及其應(yīng)用[J].武警工程學(xué)院學(xué)報，2010，26(3):3-5.

Parameters correlation analysis of gold and antimony flotation roughing process

WU Yanpeng1,RUAN Kai2,PENG Xiaoqi3

(1.Department of Information Engineering,Shaoyang University,Shaoyang 422000,China;2.Department of Mechanical and Energy Engineering,Shaoyang University,Shaoyang 422000,China;3.Department of Information Science and Engineering,Hunan First Normal University,Changsha,410205,China)

The additive amount of 5 kinds of main reagents of gold and antimony flotation roughing process,including copper sulfate,lead nitrate,xanthate,2# oil,and aerofloat,were collected with corresponding bubble characteristic values,such as stability,gray value,R component mean,G component mean,B component mean,average size,skewness and size variance.The collected data were taken as condition control parameters.Parameter correlation analysis showed that the correlation between copper sulfate,xanthate and aerofloat ,and the correlation between gray value,R component mean,G component mean,B component mean,average size and size variance are strong.In order to decrease the system complexity of analysis and control,the solution of reducing condition control parameters,including copper sulfate + xanthate + aerofloat,lead nitrate,2# oil,average size,skewness and size variance,is suggested.

flotation; visual features; correlation analysis

1672-7010(2016)03-0028-05

2016-06-06

國家自然科學(xué)創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金項目(61321003)；湖南省自然科學(xué)基金項目(2016JJ6136)；邵陽市科技計劃項目(2015JH40)作者簡介：伍雁鵬(1975-)，男，湖南邵陽人，教授，碩士生導(dǎo)師，從事計算機(jī)應(yīng)用研究

阮凱(1984-)，男，湖南邵陽人，碩士生,從事計算機(jī)應(yīng)用研究， E-mail:519891745@qq.com

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