智能图像选矿机在黑钨矿山预选中的应用

主讲人：刘烈文选矿高级工程师江西下垄钨业有限公司钨矿床为石英细脉型黑钨矿床，采矿方法多为浅孔留矿法，在矿石回采中带入大量的围岩，造成矿石贫化，采矿贫化率在70％以上，以致矿石入选品位低。原矿通过粗选洗矿，预先丢弃大量废石（围岩），提高废石选出率和矿石入选品位，是降低选矿生产成本的主要途径。选矿预选作业采用人工手选丢弃大量废石，这种办法要耗用大量的劳动力，工人劳动强度很大。80年初曾使用过光电选矿机，其原理利用光感元件对矿物反射光线的强弱来区分矿石和围岩，其脉石选出率在85%左右，废石丢弃率在90%左右，由于其采用分槽式的给料方式限制了其处理量，机械打板式的分离方式也使得其稳定性不足，当时电子元件使用时间短等因素，使光选机没有一直沿用下来。2015年选矿厂为了早丢多丢废石，预选作业试用了赣州好朋友科技有限公司智能图像选矿机。2016年使用了赣州好朋友科技有限公司智能图像选矿机，用机械设备代替繁重人工手选丢废石，预选粒级下限由19mm降低12.5mm，经过智能图像选矿机分选后的脉石选出率在97-99%，废石丢弃率在93-98%，废石选出率由65%提高到70％，减少重选入磨矿量1.4万吨；减少手选人数24人，实现了减员增效。矿石为高温热液充填石英脉型钨矿床，主要金属矿物为黑钨矿，伴生金属矿物为黄铁矿、白钨矿、辉钼矿、辉铋矿、自然铋、磁黄铁矿、黄铜矿、锡石、方铅矿、闪锌矿、毒砂、磷钇矿等，脉石矿物主要为石英，其次为长石、萤石、方解石、绿柱石、磷灰石、云母、电气石等，颜色呈白色、乳白色，为油脂光泽或玻璃光泽。围岩为变质岩、千枚岩等，颜色呈黑色、灰黑色。黑钨矿赋存于石英脉中，呈板状、柱状结晶或团块状集合体产出，为粗粒不均匀嵌布，1.5mm基本单体解离，至0.1mm完全单体解离。其它硫化矿物呈单体或集合体与黑钨矿一样嵌布在石英脉中或石英与围岩的交界接触带中。黑钨矿颜色为褐色、黑褐色，金刚和半金刚光泽，密度约7.5kg/m3。围岩与脉石黑白分明，容易识别。智能图像选矿机由赣州好朋友科技有限公司与江西下垄钨业有限公司共同研发，其中赣州好朋友科技有限公司研发团队的核心成员拥有在法国SIC国家级图像处理实验室的学习及工作经验。在江西下垄钨业有限公司选矿专家的指导下，经过不断地实验及摸索，该设备最终采用了独有的自由下落瀑布式给料系统，小时处理量最大可达40吨，结合人工智能图像处理引擎、通过双相机取像系统与高速气动系统联合起来，使矿石分拣实现全程自动化。1.给料系统：包括电磁振动给料机和整流器。该系统主要功能是松散物料，物料的松散程度对分选效果有较大的影响，同时给料斗每小时出矿量也决定了设备的处理能力。2.气动系统：主要包括阵列喷阀、储气罐、喷阀驱动器、空压机、干燥机等。气动系统的及时性也是实现分拣成功的重要因素之一。3.图像处理系统：背景板、高频光源、高速相机。物料从给料斗下落时，相机拍摄，拍摄的照片经工控机处理后迅速传递给气动系统进行分选操作，整个处理过程将在几毫秒（一毫秒即千分之一秒）内完成。4.控制系统：包括了软件部分和硬件部分。软件部分主要集中在图像处理控制，喷阀控制等；硬件控制部分包含了整机的一键启停控制，喷阀硬件控制、光源控制等。控制系统是整机的核心部件，由工控机、高速控制器、继电器等重要原件组成。5.供电系统：分为两个部分，一部分是保持24小时常开状态的供电及保护模块控制，如服务器，按钮控制，继电器控制等；另一部分是在设备开启和停止时，必须按照指定的顺序进行开、关操作，避免在设备启停阶段造成不选或者漏选的现象。一个优质的供电系统设计和过硬的零配件选取可以大大的减少设备的故障率，提高设备的稳定性。智能图像选矿机是采用图像识别原理对原矿石区分后再进行分选的设备，其分选原理如图2所示。首先，大量的矿石通过振动给料的方式均匀且快速的从相机拍摄区域的上方自由落下，高速相机对所有经过拍摄区域的矿石进行拍照；然后通过图像处理软件区分出脉石与废石；当矿石下落经过喷射区域时，图像处理软件区分出的脉石被高速气流击中，进入脉石分料仓，从而实现矿石快速的分选。智能图像选矿机（实验机）从2015年6月2日至2016年2月5日（共计203个工作日）生产试验的主要问题及解决办法：一是开关电源被烧坏，更换优质电源；二是由于矿山作业环境粉尘较高，喷阀易损坏，通过3个月的实验后加强了对阀的保护及喷气孔的改进设计；三是喷阀控制卡接触不良，导致找不到喷射卡，加入固定件。总体来看，设备运行比较正常，设备从2015年10月5日后零故障运行至今。智能图像选矿机工业试验情况：试验前粒级为-55+19mm，使用后粒级为-55+12.5mm。生产试验主要技术指标：脉石选出率在96-98%，废石丢弃率在93-97%，达到公司要求质量标准。原工艺流程图改造后的工艺流程选矿厂于2016年2月13日至3月8日对粗选预选系统进行了改造，具体由厂家技术人员指导，选矿厂配合，按标准进行各项安装及调试，安装过程顺利。3月9-11日通过调试，生产主要技术指标：脉石选出率在97-99%，废石丢弃率在93-98%，优于生产试验（试验机）质量标准。改造后的系统运行平稳，用机械设备代替繁重人工手选丢废石，预选粒级下限由19mm降低至12.5mm，生产主要技术指标达质量标准，粗选小时处理原矿量提高10%，减少手选人员24人，废石选出率由65%提高到70％，实现了减员增效。工程投资190万元，预计使用寿命10年，按2015年市场价格计算每年可节约成本134.8万元，相当于创利134.8万元，内部收益率高达113.36%，远高于基准收益率8%，项目实施后1.88年就能收回投资，投资收益较高。选矿厂钨精矿生产成本主要是人工成本，当前在钨市场低迷时期，减员增效显得尤为重要，智能图像选矿替代传统人工手选，不仅投资回收期短，还可以提高生产效率，并带来的更多是无形的、间接的、长期的效益。智能图像选矿替代传统人工分拣矿石工艺是老矿山向数字化矿山迈进的一项重大科技成果，是密集型重体力劳动的一次大解放，符合《国家安全监管总局关于开展“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动的通知》（安监总科技〔2015〕63号）生产安全发展的趋势，项目的实施对同类矿山的推广应用具有十分重要的意义。该系统自2016年2月改造以来，运行正常，已在生产中发挥了积极的作用，达到了提高生产效率，节省成本的目的。目前，赣州好朋友科技有限公司的AWS100-C2S1智能图像选矿机在江西下垄钨业有限公司应用的选别指标，优于2015年11月摩根森AP1200型色选机在广西桂华成有限责任公司长营岭选厂选别指标。今后通过对过丢弃无矿化纯脉石和对块钨图像的识别的探索，尽最大可能地提高废石选出率和选矿回收率，减少磨矿、重选作业成本。