Простой метод контроля пенной флотации при производстве калийного удобрения, позволяющий автоматизировать и одновременно увеличить эффективность процесса, разработали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 25 апреля сообщает пресс-служба вуза.

Одним из важнейших компонентов удобрений является хлорид калия (KCl). Он востребован сельхозпроизводителями всего мира. Другими отраслями, где широко применяется хлорид калия, являются химическая и фармацевтическая промышленности.

Добывают эту соль калия из природных минералов, содержащих калийные соли, таких как сильвинит и карналлит, извлекая ее из измельченной руды методом пенной флотации на специальных флотомашинах. Управлением такими машинами занимается технолог-флотатор.

Он вручную регулирует подачу компонентов в зависимости от внешнего вида пены, к которой прилипают или частички KCl, или пустой породы в зависимости от типа флотационной машины. Однако флотатор обычно один на несколько машин отделения флотации, что снижает оперативность его действий.

Специалисты ПНИПУ решили автоматизировать процесс распознавания состояния пены, исключить влияние человеческого фактора, увеличить извлечение нужных компонентов из руды и одновременно снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.

Результаты исследования нового метода авторы представили в статье «Разработка и настройка алгоритма программной идентификации отклонений в пенном слое калийной флотомашины», опубликованной в журнале «Вестник ЮУрГУ. Серия „Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника“ том 23, № 1 за 2023 год.

Процесс флотации заключается в подаче воздуха через пульпу (взвесь тонкоизмельченной руды в воде с реагентами), что создает пузырьки, на которых при шламовой флотации (удаление нерастворимого остатка) всплывают частицы пустой породы, а при сильвиновой — полезный продукт, в данном случае хлорид калия.

Пена вращающимся пеногоном смахивается в лоток-приемник. Поскольку состав руды может оказаться неоднородным, то его изменение может привести к неполной флотации, и значительная часть хлорида калия уйдет в отвалы. При этом визуально подобное явление будет выглядеть, как изменение вида пены, которую флотаторы в этом случае называют «лысой», «неровной» или «не красной».

Такие визуальные отклонения от нормального процесса флотации может распознать система компьютерного зрения и подать управляющий сигнал на корректировку параметров процесса быстрее, чем это сделает оператор.

Такие системы уже успешно применяются при флотации полиметаллических руд. Но там пузырьки пены контрастные, с почти черными краями, а в сильвиновой флотомашине пена блеклая, что затрудняет распознавание краев пузырьков, чтобы оценить их размер.

Ученые ПНИПУ предложили свою систему распознавания качества пены — вместо оценки пузырьков по определению их краев рассматривать блики с их поверхности от точечного источника света.

Кроме того, на данных с видеокамеры оцениваются и антиблики — черные пятна на пузырьках с искаженной формой. Правильная настройка алгоритмов предварительной обработки изображения позволяет оценить параметры пены быстро и надежно.

Заведующий кафедрой «Автоматизация технологических процессов» Березниковского филиала ПНИПУ, профессор, доктор технических наук Андрей Затонский рассказал, что они тестировали свою новую программу оценки процесса флотации на видеопотоках, полученных на разных машинах ПАО «Уралкалий» и ООО «Еврохим — Усольский калийный комбинат».

После этого разработчики усовершенствовали ее алгоритм за счет улучшения учета антибликов и статистической обработки характеристик бликов для более раннего распознавания переходных процессов флотации.

«Наш метод показал высокую точность — в некоторых точках значение погрешности изменяется на 0,5–1,5%, но в большинстве случаев результаты полностью совпадают», — рассказал ученый.

Затонский отметил, что одна статистическая характеристика бликов хорошо описывает начало переходного процесса, а другая — его окончание, что было учтено разработчиками алгоритма при построении системы регулирования или сигнализации отклонений.

Разработка ученых ПНИПУ позволит увеличить эффективность обогащения калийной руды и автоматизировать процессы получения компонентов для удобрений. Новый бликовый метод оказался применим также для распознавания размеров горнорудных окатышей (комков рудного концентрата) и дефектов листового металла, отмечают его разработчики.