[0001] 本发明涉及一种应用于选矿提金及有色金属选冶的供气系统及控制方法，属于磁悬浮空压机控制的技术领域。

[0002] 黄金选矿氰化冶炼提金工艺、有色金属选冶工艺和污水处理工艺往往包括多个工艺流程，比如浮选工艺流程（特别包括浮选柱选矿技术设备）、常规氰化工艺流程、全泥氰化炭浆工艺流程、生物细菌氧化工艺流程、污水处理工艺流程等等。而以上流程通常要用有关设备进行充气供风增氧，促进加快物理化学反应。目前常规充气风机设备常用的有离心风机、罗茨风机、螺杆空压机、L型空压机、WD型卧式空压机等。‌以全泥氰化炭浆工艺流程为例，在氰化浸出阶段和活性炭逆流吸附阶段中，均需要对矿浆的含氧量进行控制，而氧含量通常用充气量和充气压力来表示。一方面，为了获得设定的充气压力，风机设备一般首先联接储气罐，再经供风主管路及阀门联接到全泥氰化炭浆工艺流程的设备中，每槽（台）设备一般有若干个供风支管路均布进入到多台设备槽体中，以保证槽体内在机械搅拌作用下，形成稳定均匀的供气供氧气流效果。但是以上设计存在一些问题，首先，风机设备一般要用到设备施工混凝土基础，设计放置于专门风机房内；
其次，供风供气管路由于要联接储气罐、多台风机设备及若干管路阀门，及联接较长供风管路，这样又要增加多个主管路弯头，联接支管路才能到达设备槽体中，储气罐、若干个阀门和弯头及增加的主管路长度，都无形中增加供风阻力，造成风压无功损耗，增加了工艺运营电费成本。另一方面，为了满足不同反应槽的供氧量需求，有经验的工人往往根据反应槽内矿浆表面气泡的视觉状态来调节管路阀门开度或空压机的输出风量，对操作人员的要求比较高。

[0024] 下面将以图示揭露本申请的若干个实施方式，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，构成本申请的一部分说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明是用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，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。

[0025] 需要说明，除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下、左、右等方向均是以本申请实施例图2所示的上、下、左、右等方向为准，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应随之改变。本申请使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

[0026] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0027] 另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以互相结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求保护的范围之内。

[0028] 在黄金选矿氰化冶炼提金工艺及有色金属选冶工艺和污水处理工艺中，传统的供气系统如图1所示，以螺杆空压机9为例，该系统包括螺杆空压机9，螺杆空压机9与储气罐6相连通，螺杆空压机9与储气罐6之间的管道上设置有第一阀门1，储气罐6的出气口设置有第三阀门7，供风主管路2上设置若干个供气支管，每个供气支管深入到反应槽10中进行供气，各个反应槽10由高及低依次设置，矿浆按照图中箭头的方向依次流经各个反应槽10进行反应，最后矿浆进入尾矿或者过滤干排。需要说明的是，空气由储气罐6进入到各个反应槽10的过程中，在供风主管路2上会诸多弯头4，会增加管道的压力损失。需要说明的是，传统的供气系统中供风设备也可以是离心风机、罗茨风机、L型空压机、WD型卧式空压机。

[0029] 本发明提供一种应用于选矿提金及有色金属选冶的供气系统，如图2所示，包括磁悬浮空气压缩机和反应槽10，所述磁悬浮空气压缩机的出气口与供风主管路2相连接，所述供风主管路2上设置有第一阀门1，用于调控整个供风流量的大小；供风主管路2上设置若干个供风支管3，所述供风支管3用于为反应槽10供气，所述供风支管3上设置有第二阀门5，用于调控分支管道气体流量。

[0030] 本发明提供的供气系统中，磁悬浮空压机8可以直接安装在浮选机、浸出槽、炭浸槽、中和反应槽、污水处理槽等各类反应槽10处，亦方便设备管理控制。

[0031] 本发明提供的设计管路风压能够降低30KPa以上，节电率能够达到15～30%。

[0032] 去除储气罐6设备，减少供风主管路2阀门2个以上，减少供风主管路2长度70%，减少供风主管路2弯头44～5个；工程造价降低10～15%。

[0033] 在本公开一些示例性的实施例中，所述供气系统还包括摄像机，所述摄像机设置在反应槽10的内部，用于采集反应槽10内部的液面图像。

[0034] 在本公开一些示例性的实施例中，所述第二阀门5为电磁阀。

[0035] 在本公开一些示例性的实施例中，所述磁悬浮压缩机还包括气体流量调控模块，气体流量调控模块用于基于反应槽10内部液面上的气泡的数量、气泡的直径调和气泡分布的均匀度来调控分支管道上第二阀门5的开度和磁悬浮空气压缩机的转速。

[0036] 另一方面，本发明的实施例提供了上述供气系统的控制方法，如图3所示，包括：获取不同气体流量下的反应槽10内部的液面图像，构建训练数据集；
将某一个液面图像输入到训练好的混合神经网络中，混合神经网络基于图像中气泡的数量、气泡分布的均匀度和气泡的直径来预测该工艺参数下的气体流量；
基于预测的气体流量，调节磁悬浮供气系统。

[0037] 在本公开一些示例性的实施例中，获取不同气体流量下的反应槽10内部的液面图像，构建训练数据集，所述数据集包括训练集、验证集和测试集；训练集用于训练模型，验证集用于调整模型参数和选择最佳模型，测试集用于评估模型的性能。具体过程包括：数据收集：
利用反应槽10的内部的摄像机采集不同工艺条件下液面的图像数据；收集大量包含气泡的液面图像，这些图像应该在不同的操作条件下拍摄，以确保数据的多样性和泛化能力；比如在不同温度、湿度和气压下获得的图像数据，因为气候环境的差异会导致泡沫或气泡冒出的大小、数量及分布的均匀度。理想的状态下，生产中通常以矿浆表面均匀弥散直径5‑15mm的小气泡为宜。

[0038] 记录气体流量值：对于每张图像，记录对应的气体流量值，作为训练目标；这是模型需要预测的目标变量。该气体流量值指的是通向反应槽10的供风支管3的气体流量。

[0039] 2）数据预处理：2‑1图像标注：对每张图像进行标注，包括气泡的数量、每个气泡的直径以及气泡分布的均匀度；
在本公开一些示例性的实施例中，采用OpenCV结合LabelImg来获取图像中气泡的数量、每个气泡的直径以及气泡分布的均匀度；具体过程为：
使用OpenCV加载液面图像；
使用LabelImg工具标注气泡的数量、每个气泡的直径和气泡分布的均匀度。

[0040] 具体过程包括：对每张液面图像逐个气泡进行标注；记录图像中出现的每个气泡的数量；
使用工具测量或标注每个气泡的直径；每个气泡的数量和直径通常直接记录在图像标注工具中。

[0041] 使用OpenCV计算气泡之间的距离，来评估气泡分布的均匀度，具体的，通过高斯模糊和二值化准备图像；通过轮廓检测或圆形检测来识别气泡；计算每对气泡之间的欧几里得距离；根据计算得气泡之间距离的平均值和方差来评估分布均匀度，具体的评价标准可以根据经验来确定。

[0042] 使用OpenCV计算气泡之间的距离并评估气泡分布的均匀度，不仅能够高效地处理图像数据，还能提供准确和可靠的分析结果。

[0043] 2‑2图像缩放与归一化：将所有图像缩放到统一大小，并进行归一化处理，以消除光照和对比度等因素的影响。

[0044] 2‑3特征提取：使用CNN部分提取图像中气泡的数量N作为气泡数量特征，提取气泡的平均直径D1、直径的标准差S1作为气泡直径特征，提取气泡间的距离d1、分布的标准差S2作为气泡分布均匀度特征，最后得到一个一维向量[N,D1,S1,d1，S2]，长度为5；2‑4目标变量处理：气体流量作为目标变量Q1，进行归一化或标准化处理，以便与模型的输出范围相匹配。

[0045] 3）构建数据集：将图像特征向量与气体流量配对，形成数据集，每一个样本包括一个特征向量[N,D1,S1,d1，S2]和一个气体流量作为目标变量Q1。

[0046] 当损失值在连续几个训练轮次中变化非常小（例如，减少幅度小于0.001），这通常表明模型已接近最优状态。

[0047] 在本公开一些示例性的实施例中，混合神经网络包括卷积神经网络（CNN）和全连接神经网络（DNN），卷积神经网络（CNN）用于提取气泡直径特征、气泡数量特征和气泡分布均匀度特征，全连接神经网络（DNN）用于基于气泡直径特征、气泡数量特征和气泡分布均匀度特征输出气体流量值；具体的：卷积神经网络（CNN）包括输入层、2个卷积层和和2个对应的池化层、扁平层；
第一卷积层包括32个卷积核，采用ReLU激活函数；第一最大池化层采用2x2窗口；
第二卷积层包括64个卷积核，采用ReLU激活函数；第二最大池化层采用2x2窗口；
扁平层将二维特征图展平成一维向量，以便输入到全连接神经网络（DNN）部分；
全连接神经网络（DNN）包括两个全连接层和输出层；
全连接神经网络（DNN）的输入为卷积神经网络（CNN）输出的一维向量，
第一全连接层包括128个卷积核，采用ReLU激活函数，用于引入非线性；
第一全连接层包括64个卷积核，采用ReLU激活函数；
全连接层中的每个神经元与前一层的每个神经元都连接。这些层有助于学习输入特征之间的非线性关系；
输出层用于生成最终的预测结果，包括一个单一神经元，输出一个连续的气体流量值，并且采用线性激活函数。

[0048] 在本公开一些示例性的实施例中，基于预测的气体流量，调节供气系统，具体包括：基于预测的气体流量调节供风支管3中第二阀门5的开度；
基于预测的气体流量得到磁悬浮空压机8输出流量，根据反应槽10中供风支管3所需的充气压力和磁悬浮空压机8的性能曲线调节磁悬浮空压机8的转速。磁悬浮空压机8的性能曲线为磁悬浮空压机8设备的出厂时由设备厂家提供的，根据出口压力和所需的气体流量，可以得到磁悬浮空压机8的转速。

[0049] 在山东某金矿中，将本发明提供的供气系统应用在氰化车间1000吨/日金精矿氰化处理工艺中；3
供气系统中设置一台磁悬浮空气压缩机，风量100m/min，风压0.20MPa,装机功率
3
280KW；代替原有三台螺杆空压机9（风量40m/min，风压0.20MPa）功率160KW×3台；
3
通过技术改造后，本发明提供的供风系统实际运行风量达到90m /min，能够满足生产技术指标要求，实际运行风压0.092MPa,大大降低了设备负荷，运行功率160～180KW；
3
代替原有三台螺杆空压机9（实际运行风量40m/min×3台，风压0.18MPa）功率160KW×3台，满负荷运行。

[0050] 计算节能改造后，节电率达到50%，每月节电费12万kwh，按照供电电费0.7元/kwh测算，年节约电费144万kwh,相当于节省电费100万元人民币；由此可知，本发明提供的供气系统产生了意向不到的技术效果。

[0051] 本发明提供的供气系统采用磁悬浮空压机8，磁悬浮空压机8中电机与叶轮直接耦合，无传动装置、无机械接触、无需润滑，没有磨损及能量损耗，运行效率高且不存在漏油、产生危废等问题，较DW型卧空气压缩机节约润滑油消耗及废机油处理费用约5.6万元/年。

[0052] 磁悬浮供风系统可就地和远程控制并设有报警系统，无需专人看护及维护，节省人工、维护费用，人工维护成本较DW卧式空气压缩机降低百分之七十。

[0053] 磁悬浮供风系统集成度高，低噪声（≤85dB(A)）和无振动。

[0054] 磁悬浮供风系统设备整机运输，现场无须土建施工设备基础，安装简便，只需与现有工艺供风管路对接即可。

[0055] 磁悬浮供风系统设备智能制造，自动化控制，随着浸出槽矿浆高度及压力变化自动变频调控无须人工干预。

[0056] 以上优点是传统的采用卧空气压缩机+储气罐6供风系统所不能比拟的。

[0057] 上述说明示出并描述了本申请的优选实施方式，但如前对象，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文对象构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。