MXPA98010049A - Metodo y aparato para controlar maquinas de flotacion de espuma - Google Patents

Abstract

Se presenta un sistema (110)"inteligente"computarizado y métodos para monitorear, diagnosticar, operar y controlar diversos parámetros y procesos de máquinas (40) de flotación. El sistema de control de computadoras acciona por lo menos uno de una pluralidad de dispositivos (48) de control basados en la entrada de uno o más sensores (42, 44) de monitoreo de manera que proporciona un control operacional continuo, de tiempo real. La respuesta del sistema de control se basa en el modelo de proceso propio del sistema el cual a su vez se basa en la entrada del sensor y una o más técnicas avanzadas de análisis, que incluyen, pero que no se limitan a redes neurales, algoritmos genéticos, lógica confusa, sistemas de experto, análisis estadístico, procesamiento de señales, reconocimiento de patrón, análisis categórico y combinaciones de los mismos. Los parámetros de proceso y operación de interés particular incluyen velocidad y cantidad de adición de reactivo químico, espesor de la espuma, consumo de energía y velocidad de aireación. En una modalidad particularmente preferida, el aparato comprende una máquina de flotación de espuma con por lo menos un sensor (46) de video que proporciona una entrada la cual es analizada por un modelo de proceso generado por una combinación de métodos estadísticos y redes neurales. Como resultado del análisis se puede generar por lo menos una salida para activar un dispositivo (48) de control que lleva a cabo cambios en las variables de operación como se sugiere por el modelo de proceso. En otra modalidad particularmente preferida, el aparato comprende una máquina de flotación de espuma con por lo menos un espectrómetro (114) láser que proporciona entrada con respecto a la composición de las corrientes de entrada (alimentación) y de salida (efluente).

Description

MÉTODO Y APARATO PARA CONTROLAR MÁQUINAS DE FLOTACIÓN DE ESESBSh ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN i . Campo de la Invención Esta invención se relaciona generalmente con máquinas de flotación de espuma para la separación de partículas a partir de una suspensión líquida o pulpa. Más particularmente, esta invención se relaciona con métodos y aparatos para monitorear, operar y controlar automáticamente máquinas de flotación de alimentación continuas que utiliza sistemas de control de computadora "inteligentes" y dispositivos de detección remota, particularmente dispositivos de detección del tipo de espectroscopia láser. 2. Descripción Breve de la Técnica Anterior Las máquinas de flotación se utilizan en muchas aplicaciones industriales para separación de materiales particulados de suspensiones en un líquido, habitualmente agua. Las partículas que se van a remover de la suspensión se tratan con reactivos que las vuelven hidrofóbicas o repelentes al agua, y se suministra un gas, habitualmente REF. 29008 aire, a la suspensión en forma de burbujas pequeñas. Las partículas hidrofóbicas entran en contacto con las burbujas y se adhieren a las mismas, ascendiendo con ellas a la superficie del líquido para formar una espuma. Después se remueve la espuma que contiene las partículas que flotan, como el concentrado o producto, mientras que cualquier partícula hidrofílica se deja detrás en la fase líquida o pasa fuera como residuos. Las máquinas de flotación encuentran utilidad particular en la industria de recuperación de metales, proporcionando una recuperación superior de metales o minerales metálicos a partir de una mezcla sólida/líquida conocida como "pulpa", "suspensión" o "ganga" . El proceso de flotación también se puede aplicar a la remoción de gotitas de aceite o partículas de aceite emulsificadas, así como también a material fibroso o vegetal tal como fibras de papel, células bacterianas y similares. En la mayor parte de las aplicaciones, los reactivos conocidos como colectores vuelven hidrofóbicas, selectivamente, a una o más de las especies de partículas suspendidas, por lo que ayudan al proceso coalición y recolección por las burbujas de aire. También es habitual encontrar agentes espumadores para ayudar en la formación de una espuma estable en la superficie del líquido. El proceso de agregar diversos reactivos al sistema se conoce como acondicionamiento.

Se han desarrollado máquinas de flotación en numerosas configuraciones conocidas diferentes. En algunas modalidades convencionales, la máquina de flotación incluye un receptáculo, una celda o tanque con paredes sustancialmente verticales, y un miembro de rotación interior conocido como un rotor-dispersor . El rotor proporciona agitación para mantener la suspensión de las pulpas, y también puede extraer aire externo al interior del tanque a través de un tubo vertical. El surtidor descompone el aire en burbujas minúsculas y lo dispersa uniformemente a través de la pulpa, y al mismo tiempo proporciona mezclado mecánico del aire y la pulpa. Tales celdas también pueden incluir un fondo falso y un tubo de aspiración para proporcionar una trayectoria de flujo canalizada, asegurando una recirculación máxima de la suspensión y un mezclado de aire/suspensión. En otras modalidades convencionales, el rotor funciona únicamente para agitación y la aireación se proporciona por un medio externo, habitualmente un ventilador o compresor. Alternativamente, el aire se puede disolver en un líquido, el cual después se inyecta dentro de la pulpa o suspensión. El aire utilizado puede ser aire atmosférico, o un gas inerte tal como nitrógeno o argón. Otras celdas de flotación propuestas incluyen un tanque y un medio para generar ultrasonido, el cual actúa para agitar la pulpa y de esta manera genera la separación de sólidos, como se describe en la patente norteamericana número 5,059,309 para Jordán. Alternativamente, se puede llevar a cabo la separación de partículas por una combinación de aire, campos magnéticos y/o eléctricos como se describe en la patente norteamericana número 5,224,604 para Duczmal y Schneider. Otra configuración conocida de una máquina de flotación es la columna. En una columna, la suspensión acondicionada se introduce hacia la parte superior del receptáculo, una columna vertical delgada y se forman burbujas de aire en el fondo de la columna mediante ventilación de aire presurizado a través de un difusor. Se forma una capa de espuma que tiene las partículas flotables por encima del líquido y que fluye por encima desde la parte superior de la columna. Se mantiene la posición de la interfase espuma-líquido a un nivel deseado mediante control, por ejemplo, del flujo de líquido desde la parte inferior de la columna. Opcionalmente, se introduce agua de lavado cerca de la parte superior de la capa de espuma para crear un flujo descendente de líquido el cual tiende a reducir el arrastre de partículas de ganga no deseadas en el flujo superior de espuma. En estos tipos de columnas de flotación, el líquido fluye hacia abajo mientras que las burbujas ascienden verticalmente hacia arriba. Puesto que la ascensión de las burbujas se relaciona fuertemente con su tamaño, las burbujas deben estar por encima de cierto diámetro crítico para ascender a través del líquido y el interior de la capa de espuma. Se han descrito diversas modalidades alternativas adicionales de la máquina de flotación de columna, por ejemplo, en la patente norteamericana número 4,938,865 para Jameson, la cual introduce una mezcla de aire/suspensión en la columna, en donde tiene lugar la separación. La operación eficiente y efectiva de máquinas de flotación requiere el monitoreo y control de una multitud de procesos y parámetros operacionales. Por "parámetros de proceso" se quiere significar parámetros tales como concentraciones de suspensión y tamaño de burbuja, como se describe antes. Otros parámetros de proceso que se incluyen, pero que no se limitan son la densidad de la pulpa en la cámara de la máquina de flotación, la concentración y distribución de burbujas, las velocidades de remoción de producto y de residuos, la adición de reactivo y las velocidades de consumo, el flujo de aire, la concentración de sólidos, la masa y volumen de espuma, el nivel de espuma, el nivel de pulpa, la velocidad de alimentación y similares. Por "parámetros operacionales" se quiere significar incluir diversos parámetros de operación de la máquina de flotación tales como velocidad del 'rotor y posición, posición del tubo de aspiración, posición del afinador, consumo de energía y similares. Estas clasificaciones y ejemplos son por conveniencia y únicamente como ejemplos.

Las máquinas de flotación presentan problemas demandantes con respecto al diseño e instalación de sensores asociados con las máquinas de flotación, la adquisición de diversas mediciones, la capacidad de comunicar datos y energía dentro y fuera de la máquina de flotación, así como la capacidad de proporcionar dispositivos de control dentro de la máquina y accionar tales dispositivos de control en respuesta a una instrucción desde una computadora de control central. Un reto especial ha sido mejorar el control de eficiencia de los diversos parámetros discutidos anteriormente. Cada uno de estos parámetros debe ser ajustado para optimizar tanto la operación económica de la planta, así como las condiciones de operación, es decir, un rendimiento total eficiente y niveles deseados de purificación. Las máquinas de flotación normalmente son controladas por retroalimentación simple o circuitos de control de alimentación posterior. Se han descrito diversos dispositivos los cuales pueden ser utilizados para monitorear parámetros importantes en la operación de la máquina de flotación. El más común de estos describe un sistema de control de separación de la máquina de flotación que comprende un controlador ' (por ejemplo un microprocesador) el cual se comunica con uno o más sensores y en respuesta a la información recibida desde los sensores, acciona un aparato de control (por ejemplo una válvula) para ajustar uno o más parámetros de control. Por ejemplo, en la patente norteamericana número 4,343,654 para Lambert se describe un sistema de control que resuelve el nivel de pulpa, en donde una computadora se comunica con un sensor de nivel, y se basa en estas señales e instrucciones preprogramadas desde la memoria de la computadora, envía señales de control a un elemento de ventilación el cual regula la ventilación de aire y de esta manera ajusta el grado de espuma. La patente norteamericana número 5.011,595 para Meenan utiliza métodos de control de alimentación delantera y retroalimentación para detectar concentraciones de sólidos y ajustar la tasa de adición química a las corrientes de alimentación. El sistema de control incluye detectores optoeléctricos que responden a diferentes concentraciones de sólidos y parámetros de suspensión. Los detectores envían señales respecto a las concentraciones de sólidos y parámetros de suspensidn a un controlador de proceso. En respuesta, el controlador de proceso ajusta la velocidad de adición de sustancias químicas a la corriente de alimentación de la máquina de espuma para controlar la separación de sólidos de las impurezas. El controlador calcula la salida de alimentación delantera a partir de las señales y el controlador ajusta la salida de la adición de diferentes sustancias químicas o aditivos a la máquina de procesamiento. El controlador también calcula una salida de retroalimentación después de recibir una señal desde un tercer detector el cual monitorea la extensión de separación y recuperación de sólidos desde la máquina de procesamiento. Las patentes relacionadas incluyen a la patente norteamericana número 4,795,550 para Nelson y Oblad, y la patente norteamericana número 4,797,559 par Oblad et al . , las cuales describen un método y aparato para determinar la reflectividad de los residuos de una máquina de flotación de carbón utilizando un láser y una celda de fibra óptica bifurcada para suministrar señales. En la patente norteamericana número 5,062,964 para Ortner y Pfalzer se describe otro sistema de control dirigido para controlar la cantidad de espuma. Una sonda mide el nivel de cantidad de espuma y transmite una señal a un controlador o aparato regulador, el cual a su vez controla la cantidad de aire introducir dentro del sistema por medio de una válvula. El control de parámetros múltiples se obtiene en la patente norteamericana número 3,551,897 para Cooper, el cual describe la medición de varias condiciones de operación, y después se realiza un cálculo de una pluralidad de coeficientes que, junto con ciertas ecuaciones, describen el proceso en un punto en el tiempo particular, y después la utilización de las mismas ecuaciones para ajustar ciertos parámetros con el fin de optimizar las condiciones de operación y maximizar el rendimiento.

Para la mayor parte, los sistemas de control de la técnica anterior resuelven únicamente uno o dos procesos o parámetros operacionales, por ejemplo, controlan el nivel de líquido o de espuma. En la patente norteamericana número 5,073,253 para Bishop y Gray, se proporciona un flotador soportado por la espuma el cual trabaja en batería con un detector de nivel ultrasónico para proporcionar una medición del nivel de espuma. La patente norteamericana número 4,938,865 para Jameson utiliza un controlador para operar una válvula que introduce aire dentro de la parte superior de una columna. La patente norteamericana número 4,552,651 para Sandbrook y Scandrol describe dispositivos para medir la densidad de pulpa y el nivel de pulpa. Después las dos señales se combinan a una señal única la cual se utiliza para controlar el nivel de líquido en la máquina al ajustar la velocidad de extracción de los residuos. La patente norteamericana número 5,192,423 para Duczmal y Schneider, utiliza un dispositivo de control para mantener el nivel deseado de líquido y para optimizar la recolección de espuma. La patente norteamericana número 4,795,550 y el documento intitulado "Fuzzy Mdel Based Control for a Mineral Flotation Plant" por A, Cipriano 'y M. Ramos representa la técnica anterior más cercana a la presente invención. Se han utilizado otros controladores sencillos para medir y ajustar la densidad de alimentación de pulpa. Por - lO ejemplo, la patente norteamericana número 5,368,166 para Chu ak, et al . , describe un dispositivo de control para medir la densidad de pulpa y para controlar la velocidad de flujo de agua y de agente de espumado. En la patente norteamericana número 5,417,102 para Prevost se describe un densitómetro diferencial para medir continuamente los sólidos totales no disueltos en un líquido. Uno de los parámetros de proceso más importantes de controlar es la velocidad de adición de reactivos químicos para acondicionamiento. Esta velocidad afecta tanto la calidad del producto (es decir, la cantidad del mineral extraído y la pureza) así como el costo del proceso total. Ha habido numerosas descripciones que resuelven este parámetro, además de la patente norteamericana número 5, 011, 595 descrita antes. La patente norteamericana número 4,810,371 para Fonesca describe un sistema para controlar el contenido de carbón en residuos de carbón que incluyen detectar el contenido de carbón de los residuos a partir de una celda de flotación y controlar el suministro de aditivos a la máquina para optimizar la recuperación de carbón en la suspensión. En la patente norteamericana número 4,731,176 para Macdonald se describe un método y aparato para detectar variaciones en el contenido de sólidos en por lo menos una corriente de salida y después ajustar la cantidad de reactivo de flotación. En la patente norteamericana número 4,559,134 se utiliza un analizador de tamaño de partícula para comparar un análisis de tamaño de partículas sólidas en una corriente separada con un análisis de tamaño de partículas sólidas en una corriente de alimentación. La velocidad de adición del reactivo de recolección se ajusta en respuesta por un controlador. Un parámetro de operación importante es el consumo de la energía de la máquina de flotación. La aximización de la eficiencia de la máquina por un rotor adecuado, un dispersor y la colocación del tubo de aspiración puede representar ahorros importantes en el costo de operación. Sin embargo, no se considera que ninguna técnica anterior haya resuelto un sistema de control específicamente diseñado para minimizar el consumo de energía y al mismo tiempo maximizar la eficiencia y pureza del producto. Además, no se considera que ninguno de los documentos de la técnica anterior mencionados antes proporcione un sistema de control "inteligente" computarizado, comprensivo para operar, controlar y monitorear diversas máquinas de flotación. La capacidad de proporcionar un control y monitoreo preciso, el tiempo real de tales máquinas de flotación constituye una necesidad industrial crítica actual.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN Los problemas discutidos antes y otros adicionales así como deficiencias de la técnica anterior se resuelven o se disminuyen por los diversos métodos y aparatos de la presente invención para proporcionar sistemas "inteligentes" computarizados para operar, controlar, monitorear y diagnosticar diversos parámetros y procesos de máquinas de flotación. Por el término "inteligente" se quiere significar el uso de métodos de control computarizados que incluyen, pero que no se limitan a redes neurales, algoritmos genéticos, lógica confusa, sistemas de expertos, análisis estadístico, procesamiento de señal, reconocimiento de patrones, análisis categórico o combinaciones de los mismos. Por lo tanto, en las modalidades preferidas (pero no necesariamente en todas las modalidades) , esta invención comprende por lo menos uno de estos métodos de control y otros métodos más avanzados que el control de estabilización convencional. Una máquina de flotación inteligente del tipo descrito en la presente tiene la capacidad de detectar información acerca de si misma, predecir su propio estado futuro, adaptarse y cambiar con respecto al tiempo conforme cambia el proceso y las condiciones operaciones, conocer acerca de su propio funcionamiento y cambiar su modo de operación para mejorar el funcionamiento. Específicamente, el sistema de control de la presente invención recibe regularmente lectura de instrumentos, imágenes digitalizadas de video u otros datos que indican el estado de la máquina de flotación; analiza estas lecturas en términos de uno o más modelos internos actualizados continuamente, generados por si mismos; y realiza cambios en las variables de operación como se sugiere por los modelos internos. De acuerdo con la presente invención, un sistema de control de computadora actúa por lo menos en uno de una pluralidad de dispositivos de control en base, en parte, en la entrada desde uno o más sensores de monitoreo de manera que proporciona un control operacional continuo en tiempo real . Se apreciará que es difícil detectar y comunicar ciertos parámetros en tiempo real dentro de las máquinas de flotación. Así, de acuerdo con una característica importante de la presente invención, se pueden utilizar una variedad de tecnologías que incluyen absorción y reflexión ultrasónica, espectroscopia de cavidad calentada por láser, espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS) , espectroscopia de masas inducida por láser (LIMS) , fluorescencia de rayos X, espectroscopia de activación de neutrones, medición de presión, reflectancia o absorción de radar de microondas o de ondas milimétricas y otros métodos ópticos y acústicos. En una modalidad preferida, el sensor o sensores comprenden un medio para determinar la composición de la corriente de entrada y el tamaño de partícula. Idealmente, tal sensor proporcionará los datos de lectura a la corriente de entrada sin la necesidad de remover muestras del flujo de proceso con el fin de que sea analizado en una posición separada. Por lo tanto, un sensor preferido incluye sensores que utilizan espectroscopia láser (es decir, espectroscopia de ruptura inducida por láser y espectroscopia de masas inducida por láser) . Tales sensores pueden oscilar en una trayectoria en forma de arco, se pueden mover linealmente a lo largo del flujo de proceso o en el radio del tanque para proporcionar un perfil de la corriente de proceso sin necesidad de remover muestras individuales de la corriente de proceso. Alternativamente, se pueden utilizar sensores separados múltiples para obtener un perfil completo de la corriente de proceso. Una modalidad particularmente preferida de la presente invención utiliza un sistema de formación de imagen que comprende cámaras de video que producen imágenes las cuales se completan en datos utilizables por los modelos de proceso de la presente invención. Esta modalidad comprende además un sistema avanzado de control que utiliza tanto análisis de patrón como redes neurales, así como análisis de vector de estadísticas y de color. El mapeo de vectores de entrada de alta dimensionalidad a mapas de baja dimensionalidad es una manera de preservar el orden topológico por estos sistemas de control avanzados y puede ser utilizada para el seguimiento del funcionamiento de un proceso de flotación en una base continua, lo cual es altamente ventajoso cuando se monitorean bancos de celdas de flotación. El controlador de computadora utilizado en el sistema de la presente invención preferiblemente es una computadora personal o estación de trabajo, con un dispositivo de exhibición asociado (pantalla de CRT) y un dispositivo de entrada/salida (teclado o pantalla sensible al tacto) . El controlador se puede localizar en la máquina de flotación de espuma o en una posición remota tal como un cuarto de control central en una planta. De manera importante, el controlador puede controlar una o una pluralidad de máquinas de flotación en un solo lugar o en una pluralidad de sitios. El sistema de control y monitoreo computarizado descrito antes para equipo de flotación de espuma proporciona un esquema comprensivo para monitorear y controlar una variedad de parámetros de entrada y salida así como una pluralidad de parámetros operacionales que resultan en mayor eficiencia, optimización de operación y seguridad aumentada. Las características discutidas antes y otras características y ventajas de la presente invención se apreciarán y comprenderán por aquellos familiarizados en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada y dibujos.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS Con referencia ahora a los dibujos, en donde los elementos similares se numeran de manera similar en las diversas figuras: las figuras 1A-D son vistas en sección esquemáticas de celdas de flotación y columnas de flotación con las cuales se utiliza el sistema de monitoreo y control de la presente invención; la figura 2 es una vista esquemática de un sistema de monitoreo y control para una máquina de flotación de acuerdo con la presente invención; la figura 3 es una vista esquemática de un sistema preferido de monitoreo y control que utiliza un sistema sensor LIBS o LIMS, de acuerdo con la presente invención; la figura 4 es una vista esquemática de un sistema de monitoreo y control que utiliza un sensor LIBS o LIMS para monitorear la composición y tamaño de partícula de un flujo de proceso seco o deshidratado, de acuerdo con la presente invención; la figura 5 es una vista esquemática de un sistema de monitoreo y control que utiliza un sensor LIBS o LIMS para monitorear la composición y tamaño de partícula de un flujo de proceso seco o deshidratado, de acuerdo con la presente invención; y las figuras 6A-B son vistas esquemáticas de un sistema de monitoreo y control que utiliza un sensor LIBS o LIMS para monitorear un proceso húmedo o mojado de corriente de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN PE LA MODALIDAD PREFERIDA La invención se relaciona con métodos y aparatos para controlar, operar y monitorear automáticamente máquinas de flotación utilizando sistemas controlados por computadora "inteligente" y dispositivos de detección remota. Por el término "inteligente" se quiere significar el uso de métodos de control computarizados que incluyen pero que no se limitan a redes neurales, algoritmos genéticos, lógica confusa, sistemas expertos, análisis estadístico, procesamiento de señal, reconocimiento de patrón, análisis categórico o una combinación de los mismos para analizar entradas en términos de uno o más modelos internos, actualizados continuamente, generados por si mismos, y para realizar cambios en las variables de operación como se sugiere por los modelos. Se debe entender que el término máquina de flotación se utiliza en su sentido más general, incluyendo las celdas de flotación tradicionales, o columnas de flotación, en donde la flotación se puede llevar a cabo por una variedad de medios que incluyen aire, ultrasonido, campos magnético o eléctrico o una combinación de los mismos. Además se debe entender que la máquina de flotación en el contexto de la presente invención se puede referir a una celda o columna única, o a un banco o conjunto de células o columnas. Con referencia a las figuras 1A-D, se muestran ejemplos simplificados de máquinas de flotación contemplados por la presente invención. En la figura ÍA, se muestra con el número 10 una celda de flotación común. La celda 10 de flotación incluye un impulsor 12 montado centralmente para rotación alrededor de un eje vertical adyacente, pero separado del fondo del receptáculo 14 que tiene un orificio 16 de alimentación de pulpa desde el cual un tubo 18 de alimentación se extiende hacia abajo a una posición justo por encima de un estabilizador 20. Los agentes acondicionantes se reciben a través de la parte inferior del extremo del tubo 22. La pulpa se descarga finalmente a través de la salida 24. La figura IB muestra una celda de flotación en donde se monta un dispositivo 30 de inyección para expulsar una mezcla de gas/líquido de dos fases dentro de la celda. La figura ÍC muestra esta celda montada para operación en un banco de celdas.

La figura ID muestra una columna 32 de flotación típica contemplada para uso con la presente invención. Las columnas 32 de flotación comprenden una columna 33 proporcionada con una fuente de aireación 34 y agua 35 de lavado. La aireación (generación de burbujas) se puede obtener ya sea directamente a través de aspersores internos o después de contacto externo de gas con agua o con la suspensión. El agua de lavado habitualmente se agrega a partir de un arreglo de tubos perforados localizados justo por debajo del reborde de sobreflujo de espuma. La alimentación 36 se introduce aproximadamente un tercio hacia abajo desde la parte superior de la columna 33, y desciende contra las burbujas ascendentes de la fuente 34 de aireación. El concentrado 37 de espuma se derrama en el labio de la columna superior, mientras que los residuos 38 salen del fondo de la columna de flotación. De acuerdo con la presente invención, las máquinas de flotación de tipo discutido antes y en la técnica anterior se proporcionan con uno o más sensores para la detección de uno o más parámetros relacionados con el proceso y operación de la máquina de flotación. Además, se puede localizar un sistema de control computarizado en la máquina de flotación, cerca de la máquina de flotación o en una posición remota de la máquina de flotación que se proporciona para interacción con el sensor o sensores en la máquina de flotación. Este sistema de control de computadora incluye una computadora de control y uno o más dispositivos de control los cuales son accionados en respuesta a una señal de instrucción de la computadora de control. De manera importante, la respuesta del sistema de control preferiblemente se basará tanto en la entrada de sensor como en una serie de reglas de experto, determinadas inicialmente por adelantado y actualizadas continuamente al propio análisis de su funcionamiento del sistema de control. El control generará y actualizará continuamente su propio "modelo de proceso" utilizando entradas de datos descritas y una o la totalidad de las avanzadas técnicas de análisis, que incluyen redes neurales, algoritmos genéticos, lógica confusa, sistemas de experto, análisis estadístico o una combinación de estos. El sistema de control tendrá la capacidad para seleccionar independientemente la mejor técnica de análisis para el conjunto de datos actuales. El sistema de control de computadora accionará uno o una pluralidad de dispositivos de control basados en la entrada de uno o más sensores de monitoreo de manera que proporcione control operacional continuo en tiempo real. Además, el sistema de control puede incluir un sistema de mon'itoreo para clasificación de datos, mantenimiento preventivo o falla y predicción de desgaste. Adicionalmente, el sistema de control puede incluir diagnósticos en relación a la condición del equipo.

Con referencia ahora a la figura 2, se muestra un esquema que describe los ejemplos de los sensores de monitoreo, dispositivos de control y componentes y características del sistema de control de esta invención. La figura 2 muestra más particularmente una máquina 40 de flotación que tiene asociada a la misma uno o más sensores 42 de proceso y/o uno o más sensores 44 de equipo que incluyen cámaras 46 de video opcionales (o dispositivos generadores de imagen) . Además, la máquina de flotación se asocia con uno o más dispositivos 48 de control operacional. Los sensores 42, 44 se comunican a través de un sistema de comunicaciones apropiado, es decir, una interfase 50 de adquisición de datos analógico y/o digitales con la computadora 52 de control central. Uno o más dispositivos 48 de control se comunican a través de un sistema de comunicaciones apropiado, es decir, una interfase 54 de salida de control analógico y/o digital con un controlador 52 central. Alternativamente, los sensores 42, 44 y los dispositivos 48 de control se comunican a través de una computadora 52 de control apropiada, única. Como se menciona previamente, la computadora 52 de control se puede localizar en la máquina de flotación, cerca de la máquina de flotación o en una posición remota tal como el cuarto de control. La computadora 52 tiene asociada con la misma una pantalla 56 par exhibir los datos y otros parámetros, un teclado 58 u otro medio para introducir señales de control, datos y similares, una memoria o grabadora 60 y un modem 62 para introducir y transmitir datos a la computadora 52 de control desde por lo menos una posición remota. Con referencia aún a la figura 2, la computadora 52 de control recibe una variedad de entradas las cuales han sido categorizadas generalmente en términos de: (1) información almacenada en la memoria cuando se fabrica la máquina de flotación; (2) información programada en el sitio en donde se va a utilizar la máquina de flotación; (3) parámetros de proceso detectados por los sensores 42 de proceso; y (4) parámetros de equipo (operacionales) detectados por los sensores 44 de equipo. Las salidas desde la computadora de control generalmente se pueden categorizar como: (1) datos almacenados en la memoria 60 asociados con una computadora 52 de control; (2) control operacional de la máquina de flotación; y (3) información de tiempo real proporcionada al operador en el monitor 56 asociado con la computadora 52 de control. En la siguiente tabla se resumen las diversas entradas y salidas.

TABLA ENTRADAS SALI DAS 1. INFORMACIÓN ORIGINALMENTE ALMACENADA EN LA MEMORIA 1. DATOS ALMACENADOS DE MEMORIA INFORMACIÓN DE MANTENIMIENTO DE OPERACIONES DATOS DE OPERACIONES INFORMACIÓN DE ENTRENAMIENTO INFORMACIÓN DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO MODELOS DE PROCESO (OPCIONAL) PREDICCIÓN DE FALLAS Y DE DESGASTE CONTROLES Y LÍNEAS DE GUÍA DE PROCESO (OPCIONAL) 2. INFORMACIÓN PROGRAMADA EN EL SITIO 2. CONTROL DE OPERACIONES INTERVALOS DE OPERACIÓN VOLUMEN O VELOCIDADES DE FLUJO DE MASA PARÁMETROS DESEADOS DE SALIDA VELOCIDADES DE FLUJO DE AIRE DATOS ESPECÍFICOS DEL SITIO (POR EJEMPLO AMBIENTALES) NIVELES DE PULPA MODELOS DE PROCESO (OPCIONAL) NIVELES DE ESPUMA CONTROLES Y LÍNEAS DE GUÍA DE PROCESO (OPCIONAL) PH TAMAÑO, CONCENTRACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS, 3. PARÁMETROS DE PROCESO DETECTADOS VELOCIDAD DE ADICIÓN DE REACTIVO DE FLOTACIÓN ro VOLUMEN Y MASA DE FLUJOS PRESIONES CM NIVELES DE PULPA PATRONES DE FLUJO NIVELES DE ESPUMA VELOCIDAD DE AGITACIÓN MOVILIDAD DE ESPUMA POSICIÓN/ORIENTACIÓN DEL AGITADOR VISCOSIDAD DE ESPUMA POSICIÓN/ORIENTACIÓN DEL SURTIDOR COLOR DE LA ESPUMA POSICIÓN/ORIENTACIÓN DEL TUBO DE EXTRACCIÓN DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULA EXTRACCIÓN DE ENERGÍA CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE BURBUJAS 3. PRESENTACIÓN EN EL MONITOR COMPOSICIÓN QUÍMICA DIAGNÓSTICO DE LA CONDICIÓN DEL EQUIPO DISTRIBUCIÓN DE BURBUJAS EN LA PULPA ORDEN DE PARTES DIVERSAS DENSIDAD MODEM/FAX PARA SOLICITUD DE PARTES PRESIONES REGIONALES PRESENTACIÓN DE PARÁMETROS DE OPERACIÓN VELOCIDAD DE FLUJO DE AIRE SCADA O DCS VELOCIDAD DE FLUJO DE LÍQUIDO VELOCIDAD DE FLUJO DE ESPUMA VELOCIDADES DE ADICIÓN DE REACTIVO VIBRACIÓN PARÁMETROS DE EQUIPO DETECTADOS POSICIÓN DEL MECANISMO DE AGITACIÓN POSICIÓN DE AFINADOR POSICIÓN DE SURTIDOR VELOCIDAD ROTACIONAL DEL MECANISMO DE AGITACIÓN EXTRACCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DEL AGITADOR EXTRACCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DEL COMPRESOR CM Tnfnrmación Almacenada en la memoria Los ejemplos de información almacenados originalmente en la memoria incluyen información en relación a la operación y mantenimiento de la máquina de flotación e información de entrenamiento del operador, la totalidad de las cuales puede estar disponible fácilmente a un operador en la pantalla 56 de exhibición asociada con la computadora 52 de control.

Información Programada en el Sitio Los ejemplos de información programada en el sitio en donde la máquina de flotación se va a utilizar incluyen intervalos de operación, parámetros de equipo y parámetros de alimentación deseados, junto con otros datos y factores ambientales específicos par el sitio. La introducción en la computadora de control también incluye diversos modelos de proceso, controles de proceso y líneas de guía. Estos modelos y objetivos pueden ser almacenados en la memoria o se pueden programar en el sitio, según sea apropiado.

Proceso y Parámetros de Equipo Una característica importante adicional de la presente invención es la gran cantidad de sensores 42, 44 de proceso y equipo, los cuales detectan una variedad de aspectos en relación a la máquina de flotación, sus operaciones y su alimentación, residuos y corrientes de flotación. Son particularmente importantes los sensores en relación a la velocidad de adición química, consumo de energía, velocidad de aireación y espesores de la capa de espuma. Otros parámetros de proceso los cuales pueden ser detectados incluyen, pero no se limitan a carga de burbujas, volumen o velocidades de flujo de masa en las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; las velocidades de flujo de aire en las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; la densidad de las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; la composición química o mineralógica de las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; la pulpa o niveles de espuma; el tamaño de partícula, concentración y distribución de sólidos en las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; el tamaño, color y distribución de burbujas en las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; el pH de las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; la velocidad de adición de reactivos de flotación que incluyen agentes de espumado, agentes de recolección, agentes promovedores, agentes supresores y similares; los patrones de presiones y de flujo regionales dentro de la máquina de flotación, las emisiones acústicas desde la máquina de flotación; o imágenes de video digitalizadas de la superficie de la espuma u otras partes claves del proceso, analizadas para determinar las características clave del objeto del cual se este formando la imagen. Los parámetros de equipo los cuales pueden ser detectados incluyen, pero no se limitan a la velocidad de agitación, la velocidad de flujo de aire inducido o forzado, la posición y orientación de un dispositivo de asinamiento de espuma, la posición y orientación de un tubo de extracción, la posición y orientación de un agitador, la posición y orientación de un surtidor, la extracción de potencia de un motor agitador y la extracción de potencia de otros dispositivos tales como un compresor. Se apreciará que con frecuencia es difícil detectar y comunicar ciertos parámetros en tiempo real dentro de las máquinas de flotación. Por lo tanto, se pueden utilizar en la presente invención una variedad de tecnologías que incluyen absorción y reflexión ultrasónica, espectroscopia de cavidad calentada por láser, espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS) , espectroscopia de masa inducida por láser (LIMS) , espectroscopia de fluorescencia por rayos X, espectroscopia de activación de neutrones, 'medición de presión, reflectancia o absorción en radar de microondas u ondas milimétricas, u otros métodos ópticos y acústicos. Un sensor de microondas adecuado para detectar la humedad y otros constituyentes en fase sólida y líquida en las corrientes de fluido de entrada y fluido de salida se describe en la patente norteamericana número 5,455,516, todo el contenido de la cual se incorpora en la presente como referencia. Un ejemplo de un aparato adecuado para detección utilizando LIBS se describe en la patente norteamericana número 5,379,103, la totalidad del contenido de la cual se incorpora en la presente como referencia. Un ejemplo de un aparato adecuado para detectar LIMS es el analizador de masa láser LASMA disponible de Advanced Power Technologies, Inc. of Washington, D.C. Una modalidad preferida utiliza un sensor basado en espectroscopia láser y se describe con detalle en lo siguiente, con referencia a las figuras 3-6. En un sensor acústico adecuado, se colocan uno o más micrófonos, acelerómetros de eje único o acelerómetros de eje múltiple sobre o cerca de la máquina de flotación. Las emisiones acústicas que surgen de la máquina, que incluyen ondas subsónicas, sónicas y ultrasónicas, se detectan ya sea directamente por los acelerómetros o por micrófonos conforme se transmiten a través del aire. Las emisiones acústicas se convierten a señales electromagnéticas y se digitalizan para procesamiento. El procesamiento puede incluir, pero no se limita a transformación de Fourier, transformación rápida de Fourier y transformación de forma de onda. Se sabe que la señal caracteriza cambios en el proceso y tiene lugar en la máquina de flotación. Sin embargo, típicamente un modelo estocástico que relacione la señal de emisión acústica con el proceso y el funcionamiento de la máquina es demasiado complejo para ser útil. Por lo tanto, las señal de emisiones transformadas preferiblemente se utiliza como una entrada a un sistema de control avanzado, como se describe en lo siguiente, en donde puede ser utilizado en una red neural u otro sistema de modelo heurístico para controlar el funcionamiento de la máquina y el proceso de flotación. Las técnicas adecuadas para comunicación entre sensores, computadora de control y otros componentes incluyen sistemas eléctricos cableados, sistemas ópticos, sistemas de RF (radiofrecuencia), sistemas acústicos, sistemas de video y sistemas ultrasónicos.

Datos Almacenados en la Memoria Con referencia más particularmente a los datos almacenados en la memoria, se apreciará que el sistema de monitoreo y control computarizado de esta invención puede utilizar los sensores mencionados antes para monitorear diversos parámetros al tiempo y de esta manera proporcionar un registro histórico detallado de la operación 66 de la máquina de flotación. Se puede utilizar este registro con la computadora de control para elaborar un modelo de operación de máquina de flotación, ajustar modelos para operación de máquina de flotación o generalmente para aprender como se comporta la máquina de flotación en respuesta a cambios en diversas entradas. En cualquier momento, tales datos de operación pueden ser recuperados de la memoria de una computadora local a la máquina de flotación o bien de manera remota. Los datos pueden ser exhibidos en tiempo real mientras que la máquina de flotación está operando utilizando el monitor 56, o como un registro histórico de alguna secuencia de operación previa. Este registro también se puede utilizar para proporcionar una clasificación de datos, proporcionar tendencias e información de mantenimiento preventiva, predecir fallas y predecir el desgaste 68 de la máquina. Los reportes preformateados pueden presentar los datos recuperados para mostrar información tal como horas de operación, alarmas generadas, números de inicio, número de funcionamientos, energía eléctrica utilizada, valores máximo y mínimo para variables medidas, alimentación total procesada y similares. Mediante la utilización de datos de operación, el fabricante de equipo de flotación puede recomendar medidas para evitar tiempo desperdiciado y para optimizar el tiempo de funcionamiento. Además, se pueden sugerir procedimientos de mantenimiento en base en los registros de operación del tiempo de funcionamiento transcurrido y las condiciones de operación poco habituales. El registro de datos de operación de esta manera ayuda a eliminar problemas de diversas condiciones de operación del equipo de flotación. Esto mejora la capacidad por parte del fabricante del equipo de flotación para resolver los problemas operacionales del usuario y para mantener el equipo en línea. Opcionalmente, estos datos 66, 68 después pueden ser utilizados para proporcionar alarmas o notificación de emergencia 70 cuando se alcanzan ciertos niveles críticos.

Control de Operaciones El controlador 52 de manera preferible se comunica a través de tarjetas de comunicación estándar utilizadas con computadoras personales o estaciones de trabajo. Como tales, existen capacidades de Ethernet, RS-232 y modem para uso del operador. Por lo tanto, la presente invención permite que una planta dada recolecte datos de operación de máquina de flotación mediante sistemas Ethernet de distribución en planta u otra red. Adicionalmente, la presente invención se puede comunicar con otros dispositivos de proceso no suministrados por el fabricante. De esta manera, el operador utiliza el sistema de control y monitoreo de esta invención para obtener información en una porción más grande del proceso. Al utilizar una- red de planta conectada, el operador puede monitorear el funcionamiento en tiempo real de la máquina de flotación y los registros históricos. Los elementos de programación adecuados para esta actividad incluyen pantallas del operador para exhibición de datos, y exhibición de mensajes para ayuda de operación, y también se puede incluir operación y mantenimiento manual en línea. El operador también puede controlar y optimizar el funcionamiento de la máquina de flotación a través de la red de la planta. Los parámetros de operación como se describen abajo también pueden formar parte de un Control de Supervisión total y un sistema de Adquisición de Datos (SCADA) o de un sistema de control distribuido (DCS) . Como es bien conocido, en un sistema SCADA o DCS, los dispositivos del microprocesador convierten la medición de la planta y las entradas de estado en datos de computadora para registro y transmisiones a procesadores de nivel superior. El sistema SCADA o DCS por lo tanto se conecta a muchos controladores y dispositivos de campo para obtener información y realizar decisiones globales. Los controles expertos de supervisión realizan decisiones estratégicas para la operación de una unidad de proceso o planta y envían puntos establecidos a controladores dedicados los cuales realizan los cambios a accionadores y finalmente al proceso en su totalidad. Continuando con referencia a la figura 2, una característica importante adicional de esta invención es que, en respuesta a uno o más parámetros detectados por los sensores 42, 44, la operación de la máquina de flotación de esta manera se puede ajustar finalmente con eficiencia, se puede cambiar y preferiblemente se utiliza durante uno o más métodos de control computarizados avanzados. El control de la máquina incluye el control del estado de operación mecánico y el control de los intervalos de operación para optimizar una operación segura al mismo tiempo que eficiente. Tales métodos de control computarizados avanzados incluyen, pero no se limitan a redes neurales, algoritmos genéticos, lógica confusa, sistemas de expertos, análisis estadísticos, procesamiento de señal, reconocimiento de patrones, análisis categórico o combinaciones de los mismos. Por lo tanto, en una modalidad preferida, esta invención comprende por lo menos uno de estos métodos de control y otros métodos más avanzados que los métodos de control de estabilización convencionales, por ejemplo, la retroalimentación simple o los circuitos de control de alimentación hacia adelante de la técnica anterior. La respuesta del sistema se basa en una serie de reglas de experto, determinadas inicialmente por adelantado y actualizadas continuamente en base en el análisis propio del sistema de control de su funcionamiento. El sistema de control generará y actualizará continuamente su propio "modelo de proceso" utilizando las entradas de sensor descritas y las técnicas de análisis mencionadas antes. El sistema de control puede tener la capacidad de seleccionar independientemente la mejor técnica de análisis para el conjunto de datos actual.

Aunque el control 52 puede operar utilizando cualquiera de una pluralidad de métodos de control computarizados avanzados, también se contempla que estos métodos pueden ser combinados con uno o más métodos de la técnica anterior, que incluyen alimentación hacia adelante o circuitos de control de retroalimentación. La alimentación hacia adelante es cuando el proceso y las mediciones de la máquina (o las variables calculadas, inferidas, modeladas consideradas normalmente por adelantado con respecto al proceso de la máquina) se utilizan en el controlador 52 para controlar efectivamente la operación de la máquina de flotación. Los esquemas de alimentación hacia adelante inherentemente reconocen que las condiciones y el estado del material de alimentación de la máquina de flotación cambia con respecto al tiempo y que, mediante la detección o cálculo de estos cambios antes de que entren a la máquina de flotación, los esquemas de control pueden ser más efectivos que lo que serían de otra manera posibles, La retroalimentación es donde las mediciones y los valores calculados que indican el funcionamiento de proceso de la máquina y el estado de la máquina se utilizan por el controlador 52 y el esquema de control contenido en el mismo para estabilizar el • funcionamiento y optimizar el funcionamiento como condiciones de alimentación cambian así como cambia el funcionamiento de la máquina con referencia a los puntos establecidos y los objetivos de optimización.

Los modelos de proceso y de máquina están incrustados en el controlador 52, dado que son métodos para evaluar los modelos para determinar las condiciones de operaciones óptimas presentes y futuras para la máquina. Las condiciones óptimas se especifican mediante funciones objetivas flexibles que se introducen dentro del controlador 52 por los operadores o el sistema de control de planta con el que está trabajando, con un control y optimización de toda la planta. Los modelos contenidos en la misma se adaptan en su forma o representación matemática, así como los parámetros asociados con cualquier modelo dado, y se pueden realizar cambios según se requiera. Estos modelos incluyen, pero no se limitan a los primeros principios y modelos fenomenológicos así como a todas las clases de modelos empíricos que incluyen las representaciones de red neural y otros enfoques de espacio de estado. La optimización se lleva a cabo al combinar el conocimiento contenido de los procesos y la máquina a través de estos modelos con reglas de sistema experto aproximadamente iguales. Estas reglas constituyen hechos operacionales y conocimiento heurístico acerca de la máquina de flotación y las corrientes de proceso que son procesadas. El sistema de regla puede estar constituido de representaciones crisp y confusa y combinar toda la alimentación hacia adelante, la retroalimentación y las representaciones de modelo de la máquina y el proceso para mantenerse estable, seguro y también con una operación óptima, lo que incluye a la máquina y al proceso. La determinación de las etapas de operación óptimas incluyen evaluar la representación del modelo de la máquina y el proceso. Esto se realiza por combinación de las reglas de sistema experto y modelos junto con las funciones objetivas. Se utilizan algoritmos genéticos y otros métodos de operación para evaluar los modelos para determinar las mejores condiciones de operación posibles en cualquier punto en el tiempo. Estos métodos se combinan de manera tal que el enfoque de control combinado cambia y aprende con respecto al tiempo y se adapta para mejorar el funcionamiento con respecto a las máquinas y el funcionamiento de proceso. Una descripción detallada de un sistema adecuado que utiliza un modelo de proceso interno como se describe en la presente para uso en relación con la presente invención se describe en la solicitud norteamericana número de serie 60/037,355, presentada el 21 de febrero de 1997, cedida al cesionario de la presente, todo el contenido de la cual se incorpora en la presente como referencia. Como se discute en lo anterior, el sistema de control adaptable de esta invención utiliza uno o una combinación de variables de máquina y/o de proceso internas y/o externas para caracterizar o controlar el funcionamiento de la máquina de flotación, en términos de la salida de procesos deseadas. Preferiblemente, el sistema de control actualiza continuamente su conocimiento del proceso de manera que el funcionamiento de control mejora con respecto al tiempo. Uno de los valores calculados importantes incluidos en este proceso es el funcionamiento económico de la máquina de flotación. El funcionamiento económico incluye los costos de operación base de la máquina que incluyen el uso de potencia y el uso de aditivos químicos, el tratamiento de los costos de funcionamiento normalizados con velocidades de rendimiento total y la calidad de los productos que se elaboran, tanto en términos absolutos como en términos normalizados para las condiciones de alimentación, y el valor económico de los productos elaborados. Con referencia aún a la figura 2 , en respuesta a uno o más parámetros detectados por los sensores 42 y 44, el sistema de control avanzado del microprocesador puede accionar uno o más procesos y/o dispositivos 48 de control de equipo para operaciones de control. Las salidas operacionales desde el controlador 52 central se pueden procesar a través de una interconexión 54 de salida de control. En algunos casos, los dispositivos de control serán accionados si ciertos parámetros detectados están fuera de lo normal o del intervalo de operación de la máquina • de flotación preseleccionado. Este intervalo de operación se puede programar en el sistema de control ya sea antes o durante la operación. Los ejemplos de parámetros operacionales los cuales se pueden ajustar incluyen, pero no se limitan a velocidades de flujo de volumen o de masa dentro de las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; las velocidades de flujo de aire inducido o forzado en las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; los niveles de pulpa o espuma; el tamaño de partícula, concentración y distribución de sólidos en las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; el tamaño de burbuja, el volumen de burbuja y la distribución de burbujas en las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; el pH de las corrientes de alimentación, concentrado, espuma o residuos; la velocidad de adición de reactivos de flotación que incluyen agentes de espumado, agentes de recolección, agentes de promoción, agentes supresores y similares; las presiones regionales y los patrones de flujo dentro de la máquina de flotación; la velocidad de agitación en la máquina; la posición y orientación de un dispositivo hacinador de espuma; la posición y orientación de un tubo de recolección; la posición y orientación de un agitador; la posición y orientación de un surtidor; la extracción de potencia de un motor agitador, y la extracción de potencia de otros dispositivos, tal como un compresor. Los controles operacionales. anteriores y los ejemplos de dispositivos de control reales los cuales proporcionarán tal control operacional se describirán con mayor detalle en lo siguiente.

Presentación en un Monitor Con referencia aún a la figura 2, otras salidas incluyen el estado en tiempo real de diversos parámetros en la máquina de flotación. Por lo tanto, el operador puede utilizar el control computarizado y el sistema de monitoreo en la presente invención para diagnosticar la presente condición del equipo, el orden de las partes dispersas (se puede incluir un modem/fax 66 para ordenar partes dispersas) o para obtener una lectura como parte de un sistema SCADA o DCS, como se describe antes. Una modalidad particularmente preferida de la presente invención utiliza un sistema de formación de imagen que comprende cámaras de video o similares 46 que producen imágenes las cuales se convierten a datos utilizables por los modelos de proceso de la presente invención. Los operadores de planta de flotación actualmente utilizan observación visual del color y consistencia de las espumas de flotación para estimar el funcionamiento de un circuito. La automatización del análisis visual de las composiciones de espuma proporcionaría un control de proceso grandemente mejorado. Una descripción de un sistema de sensor para' uso en operaciones de procesamiento mineral se describe por J.M. Oestreich, et al.; Minerals Engineering, Vol. 8, Nos. 1-2, pp. 31-39, 1995, incorporada en la presente como referencia. El sistema sensor de color descrito en el mismo comprende una cámara de video a colores, una fuente de luz, un tablero de captura de video, una computadora y un programa de computadora que compara los ángulos de vector de color medidos con una curva de calibración almacenada previamente. Se pueden conectar varias cámaras a una sola computadora sensora de color único o una sola cámara puede observar simultáneamente varias posiciones utilizando una red de cable de fibra óptica. Esta modalidad preferida de la presente invención puede comprender además un sistema avanzado de control que utiliza tanto análisis de patrón como redes neurales, así como análisis estadístico y de vector de color. Como se describe por Oestreich et al., antes, se utilizan métodos de matriz de dependencia de nivel de gris para extraer las características estadísticas que forman imágenes digitalizadas de las espumas. Estas características estadísticas constituyen un conjunto compacto de datos esenciales contenidos en la imagen original, los cuales se pueden relacionar con los parámetros metalúrgicos del proceso de flotación por medio de redes neurales. Ya sea redes neurales supervisadas, tales como sistemas de cuantificación de vector de aprendizaje, redes no supervisadas, tales como mapeos autoorganizados, o redes neurales autoorganizadas las cuales pueden mapear vectores de entrada dimensionales elevados a mapas dimensionales inferiores de una manera topológica donde se conserve el orden son los que se utilizan. Los mapas topológicos tienen la ventaja de que pueden ser utilizados para seguir el funcionamiento de procesos de flotación en una base continua, en oposición a una clasificación discreta por otros paradigmas de clasificación. Por ejemplo, cuando se considera un sistema de proceso que consiste de un banco de celdas de flotación, el proceso puede ser monitoreado por medio de un perfil característico en un mapa de características bidimensional, lo cual permitiría la detección temprana de la desviación de condiciones óptimas mediante sistemas inteligentes de automatización mediante comparación del perfil actual del sistema con un perfil ideal u óptimo. Además del color, se pueden registrar y analizar por medios visuales tanto la viscosidad como movilidad de las espumas. Por lo tanto, en una modalidad adicional de esta invención, se utilizan una serie de módulos para monitorear características diferentes con un alto grado de precisión. Por lo tanto, un sistema de visión de máquina basado en la interpretación de características visuales de la estructura de la espuma que tiene una estructura modular, en la cual un módulo diferenciará entre espumas basado en diferencias en morfología, un siguiente módulo se basará en la distinción de movilidad de espuma, otro extraerá la información cromática, otro el tamaño promedio de burbuja y así sucesivamente.

Con referencia ahora a la figura 3, se muestra una modalidad preferida de la presente invención en donde un sistema de control inteligente mostrado generalmente con el número 110 incluye uno o más sensores de espectroscopia de ruptura inducida por láser (sensores LIBS) y/o sensores de espectroscopia de masa inducida por láser (sensores LIMS) . Los sensores LIBS y LIMS son particularmente útiles en la determinación de composición elemental in situ, esto es, sin necesidad de remoción de una muestra para análisis en una posición separada. Esto representa un avance significativo sobre la técnica anterior, por ejemplo el análisis de composición por analizadores de rayos X. De hecho, los analizadores de rayos X se han utilizado para determinar la concentración de ciertos elementos en corrientes de flujo de flotación, pero requieren la remoción de una muestra y el análisis en una posición separada. Cada análisis generalmente requiere por lo menos 15 a 20 minutos. Además, tales análisis necesariamente deben ser mediciones discretas y por lo tanto no pueden proporcionar determinaciones de flujo (es decir continuas) de composición en tiempo real. En contraste, el sistema 110 de control de acuerdo con la presente invención permite un análisis en tiempo real discreto o continuo rápido. La configuración general del sistema de control inteligente de acuerdo con la presente invención 110 comprende a la computadora 112 de control descrita con detalle antes, que recibe datos de un sensor 114 LIBS. Un sensor tipo LIBS adecuado para uso con la presente invención se describe en la patente norteamericana mencionada antes número 5,379,103 para Zigler. Tales sensores son capaces de medir el por ciento de concentración de uno o más elementos en una mezcla. El controlador 112 acciona por lo menos un dispositivo 116 de control en respuesta a los datos recibidos del sensor 114 LIBS y un modelo de proceso interno como se describe con detalle antes. El dispositivo 16 de control afecta el parámetro operacional del sistema 118 de procesamiento que contiene una mezcla 120 de componentes múltiples. Los sensores LIBS son particularmente adecuados para determinar la composición elemental esencialmente en sólidos secos o deshidratados o en espumas. Por lo tanto, aunque las modalidades particulares descritas en la presente se dirigen a una máquina de flotación de espuma, otros sensores LIBS que utilizan sistemas de procesamiento, en asociación con un controlador para monitorear la composición, se encuentran dentro del alcance de la presente invención. Tales sistemas de procesamiento son aquellos los cuales tienen corrientes de muestra las cuales no necesitan ser secadas o deshidratadas y que incluyen, pero que no se limitan a espesantes, filtros, centrífugas análisis de metal fundido o corrientes de lodo de hornos de fusión, soluciones de proceso químico y similares.

Una modalidad particularmente preferida que utiliza sensores LIBS junto con el sistema de control inteligente de acuerdo con la presente invención se muestra generalmente con el número 210 en la figura 4. Esta modalidad ejemplifica el análisis y control de muestras los cuales no requieren deshidratación. La mena 212 triturada para separación de al menos una máquina 214 de flotación de espuma se mueve a lo largo de una banda 216 al aparato 218 de triturado. Después del triturado, la mena se acondiciona o almacena en un tanque de acondicionamiento o caja 222 de alimentación. Se pueden agregar reactivos al aparato 218 del triturado y/o a la caja 222 de alimentación o tanque de acondicionamiento por medio del sistema 224 de adición de reactivo. El material acondicionado y triturado después se somete a flotación por espuma en por lo menos una máquina 214 de flotación. El sensor 226 LIBS analiza la composición de uno o más constituyentes de la mena 212 triturada y comunica estos datos al controlador 228 inteligente. Preferiblemente, el controlador utiliza estos datos como entrada a un programa de computadora el cual utiliza la red neural y el análisis de patrón para caracterizar la muestra y estimar su composición en términos de compuestos químicos o minerales contenidos. En respuesta a este análisis y a un modelo de proceso interno, el controlador después puede enviar señales al aparato 218 de triturado, al sistema 224 de adición de reactivo para realizar ajustes respecto a la velocidad de adición de reactivo o puede accionar por lo menos un dispositivo 230 de control que afecta los parámetros operacionales de la máquina de flotación de espuma. Tales parámetros operacionales incluyen, pero no se limitan a la velocidad del impulsor, la velocidad de aireación, el lavado de la espuma, la velocidad de flujo y los diversos niveles de cada fase, la velocidad de alimentación y similares. Con referencia a la figura 5, se muestra una segunda modalidad preferida que utiliza sensores LIBS junto con el sistema de control inteligente de la presente invención, generalmente con el número 231. En esta modalidad, el sensor LIBS realiza un análisis de algunos elementos clave en muestras secas o deshidratadas, por ejemplo, la concentración de cobre, molibdeno, hierro, silicio y magnesio en los concentrados de flotación de cobre. Por lo tanto, el sensor 232 LIBS se coloca cercano al sobreflujo 234 de espuma o a la máquina 218 de flotación de espuma. Por lo tanto, el sensor LIBS incorpora un sistema óptico rugoso para permitir la operación sobre o cerca de las corrientes de proceso, lo que proporciona tolerancia para vibración, polvo y humedad. El sensor 232 también puede comprender uno o más mecanismos para movimiento del dispositivo mediante traslación, rotación o desviación aleatoria, de manera que se pueden tomar análisis sucesivos de diferentes partes de la corriente de muestra. Los datos desde el sensor 232 se comunican a la computadora 228 de control, la cual puede accionar uno o más dispositivos de control como se describe antes. Las modalidades descritas antes se dirigen a análisis de muestras esencialmente secas o deshidratadas. Tales modalidades son particularmente útiles en la medida en que el análisis es rápido, y proporciona datos de tiempo real con respecto a un flujo de proceso. En una tercera modalidad de la presente invención que utiliza sensores LIBS, se deshidratan muestras húmedas y se analizan para proporcionar datos para el sistema de control inteligente. Esta modalidad aún proporciona un análisis rápido en tiempo real. Con referencia a las figuras 6A-B, el sensor 312 LIBS detecta una corriente 314 de muestra desde un tanque acondicionador/caja de alimentación 316. El sensor 318 LIBS detecta una corriente 320 de muestra de residuos 322 desde la máquina 324 de flotación de espuma. Los datos desde cada sensor se comunican en la computadora 326 de control, la cual a su vez afectan los parámetros operacionales tanto del sistema de flotación de espuma al accionar diversos dispositivos de control como se describe antes. Debido a que las corrientes de muestra 320, 322 contienen humedad, cada una debe ser deshidratada antes de análisis por el sensor LIBS. En consecuencia, cada corriente de muestra primero se hace pasar a través del sistema 340, como se muestra en la figura 6B. El sistema 340 comprende la alimentación 320, 322 de muestra (habitualmente en forma de una suspensión) , un tanque 342 de cabeza de suspensión, y un filtro 344 de prensa de banda de vacío continua. Los filtros de prensa de banda de vacío preferidos están disponibles de Ei co, Salt Lake City, Utah. Tanto el tanque 342 de cabeza de suspensión como los filtros 344 de prensa de banda de vacío pueden ser dimensionados apropiadamente para proporcionar el nivel deseado de deshidratación antes de la activación para análisis. La suspensión 320, 322 entra al tanque 342 de cabeza y se descarga regularmente sobre la banda 346 de filtro, en donde es deshidratado antes del análisis y después se descarga. Los sensores 321, 318 LIBS analizan la muestra 348 deshidratada. Este sistema es particularmente ventajoso en la medida en que permite el análisis de materiales de contenido de humedad desconocido, sin que se requiera que las muestras se sequen completamente. Los materiales pueden ser analizados sin necesidad de transporte a un sitio remoto. En otra modalidad preferida adicional, se pueden utilizar otros dispositivos de deshidratación, según sea apropiado. Por ejemplo, el dispositivo 350 mostrado en la figura 6C funciona al hacer pasar un medio 352 de muestreo, por ejemplo una banda en movimiento o un disco giratorio, a través de una suspensión 354 que es analizada, para capturar por adhesión una capa delgada 356 de los sólidos de la suspensión. La capa delgada 356 después se puede secar mediante una corriente de aire 358 en movimiento, antes del análisis por LIBS, y se puede remover del medio 352 de muestreo mediante aspersión de agua o un raspador 360 después del análisis. Aunque la presente invención se ha descrito en conjunción con máquinas de flotación de espuma, se apreciará que muchas de las técnicas de detección, monitoreo y control e instrumentación pueden ser utilizadas en relación con cualquier sistema de procesamiento para una mezcla de componentes múltiples. Aunque se han mostrado y descrito las modalidades preferidas, se pueden realizar a la misma modificaciones y sustituciones diversas sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. En consecuencia, debe entenderse que la presente invención se ha descrito a modo de ilustración y no como limitante. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:

Claims (22)

REIVINDICACIONES

1. Una máquina de flotación de espuma, la máquina de flotación está caracterizada porque comprende: por lo menos un sensor de espectroscopia láser para detectar el tiempo real por lo menos un parámetro relacionado con la composición elemental de por lo menos uno de los flujos de entrada y de salida asociados con la máquina de flotación; una computadora de control asociada con la máquina de flotación y que se comunica con el sensor; un dispositivo de control para controlar la máquina de flotación, el dispositivo de control se comunica con la computadora de control, en donde la computadora de control acciona al dispositivo de control en respuesta a la entrada del sensor.

2. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la máquina de flotación se selecciona del grupo que consiste de celdas o células de flotación y columnas de flotación.

3. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación l, caracterizada porque incluye uno o más sensores adicionales que se seleccionan del grupo que consiste de sensores para detectar el volumen de entrada de pulpa, masa de entrada de pulpa, densidad de entrada de pulpa, nivel de pulpa, nivel de espuma, masa de espuma, movilidad de espuma, viscosidad de espuma, color de espuma, volumen de salida de residuos, densidad de salida de residuos, masa de salida de residuos, tamaño de partícula, distribución de partícula, concentración de partícula, tamaño de burbujas, distribución de burbujas, concentración de burbujas, composición química o mineralógica, presiones regionales, velocidad de flujo de aire, velocidad de flujo de líquido, velocidad de flujo de espuma, velocidad de adición de reactivo, carga de burbujas y emisiones acústicas.

4. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el sensor de espectroscopia láser se selecciona del grupo que consiste de espectroscopia de ruptura inducida por láser y sensores de espectroscopia de masa inducidos por láser.

5. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la computadora de control incluye un modelo de proceso el cual es por lo menos parcialmente autogenerado y actualizado continuamente y adaptado en cuanto a posición, velocidad de agitación, extracción de energía eléctrica, velocidad de adición de reactivo, aireación, lavado de espuma, nivel de espuma, nivel de pulpa, velocidad de alimentación, tamaño de burbujas, volumen de burbujas y distribución de burbujas.

6. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque: el modelo de proceso se actualiza continuamente utilizando por lo menos una de las avanzadas técnicas de análisis que se seleccionan del grupo que consiste de redes neurales, algoritmos genéticos, lógica confusa, sistemas expertos, análisis estadístico, procesamiento de señales, reconocimiento de patrones y análisis categórico.

7. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque incluye por lo menos un sensor adicional, en donde el sensor adicional comprende por lo menos una cámara de video.

8. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque: por lo menos un sensor de espectroscopia láser se coloca para analizar una muestra del material que se va a separar antes de que tal material se agregue al flujo de entrada.

9. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque: por lo menos un sensor de espectroscopia láser se coloca para analizar una muestra del material que se va a separar subsecuente al secado o deshidratado.

10. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque por lo menos un sensor de espectroscopia láser incluye: por lo menos un mecanismo para mover el sensor en por lo menos uno de traslación, rotación o hidración.

11. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque incluye : por lo menos un dispositivo de secado asociado con la máquina de flotación para secar una muestra del metal que se va a separar antes del análisis por al menos un sensor de espectroscopia láser.

12. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo de control controla por lo menos un parámetro de operación que se selecciona del grupo que consiste de posición del mecanismo de agitación, forma del hacinador, posición del hacinador, posición del dispersor, posición del tubo de aspiración, velocidad de agitación, extracción de energía eléctrica, velocidad de adición de reactivo, aireación, lavado de espuma, nivel de espuma, nivel de pulpa, velocidad de alimentación, tamaño de burbujas, volumen de burbujas y distribución de burbujas.

13. Un método para controlar un sistema de procesamiento para una mezcla de componentes múltiples, el método está caracterizado porque comprende: detectar en tiempo real por lo menos un parámetro relacionado con la composición elemental de por lo menos un flujo de entrada y de salida asociado con el sistema utilizando por lo menos un sensor de espectroscopia láser; controlar el sistema de procesamiento basado, por lo menos en parte, en información del sistema sensor.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque comprende además: analizar por lo menos un parámetro por medio de un modelo de proceso interno el cual es, por lo menos parcialmente, autogenerado y actualizado y adaptado continuamente.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el modelo de proceso interno se actualiza continuamente por medio de una técnica de control avanzada que se selecciona del grupo que consiste de redes neurales, algoritmos genéticos, lógica confusa, sistemas expertos, análisis estadístico, procesamiento de señal, reconocimiento de patrón, análisis categórico o una combinación de los mismos.

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el modelo de proceso interno se genera y actualiza adicionalmente por medio de por lo menos una técnica que ee selecciona del grupo que consiste de alimentación hacia adelante y circuitos de retroalimentación.

17. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque incluye uno o más sensores adicionales que se seleccionan del grupo que consiste de sensores para detectar el volumen de entrada de pulpa, la masa de entrada de pulpa, la densidad de entrada de pulpa, el nivel de pulpa, el nivel de espuma, la masa de espuma, la movilidad de espuma, la viscosidad de espuma, el color de la espuma, el volumen de salida de residuos, densidad de salida de residuos, masa de salida de residuos, tamaño de partícula, distribución de partículas, concentración de partículas, tamaño de burbujas, distribución de burbujas, concentración de burbujas, composición química, adición de reactivo, presiones regionales, velocidad de flujo de aire, velocidad de flujo de líquido, velocidad de flujo de espuma, velocidad de adición de reactivo, cargas de burbujas y emisiones acústicas.

18. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el sensor de espectroscopia láser se selecciona del grupo que consiste de espectroscopia de ruptura inducida por láser y sensores de espectroscopia de masa inducida por láser.

19. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque: el control incluye controlar de por lo menos un parámetro operacional que se selecciona del grupo que consiste de la posición del mecanismo de agitación, la forma del hacinador, la posición del hacinador, la posición del dispersor, la posición del tubo de aspiración, la velocidad de agitación, la extracción de potencia eléctrica, la velocidad de adición de reactivo, la aireación, el lavado de espuma, el nivel de espuma, el nivel de pulpa, la velocidad de alimentación, el tamaño de burbujas, el volumen de burbujas y la distribución de burbujas.

20. Una máquina de flotación de espuma mejorada, que tiene por lo menos un sensor asociado, la mejora está caracterizada porque comprende: un sistema de control para analizar las entradas de sensor en términos de por lo menos un modelo interno actualizado continuamente, autogenerado, basado por lo menos parcialmente en técnicas de análisis avanzada que se seleccionan del grupo que consiste de redes neurales, algoritmos genéticos, sistemas expertos, procesamiento de señal, reconocimiento de patrón, análisis categórico o una combinación de los mismos.

21. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada porque: el sistema de control se incrusta por lo menos parcialmente en la máquina de flotación de espuma.

22. La máquina de flotación de espuma, de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada porque incluye un sensor el cual comprende uno o más sensores acústicos para detectar emisiones acústicas que emanan de la máquina de flotación de espuma y en donde el sistema de control procesa señales recibidas del sensor para caracterizar cambios en el proceso que tienen lugar en la máquina de flotación de espuma. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se presenta un sistema (110) "inteligente" computarizado y métodos para monitorear, diagnosticar, operar y controlar diversos parámetros y procesos de máquinas (40) de flotación. El sistema de control de computadora acciona por lo menos uno de una pluralidad de dispositivos (48) de control basados en la entrada de uno o más sensores (42, 44) de monitoreo de manera que proporciona un control operacional continuo, de tiempo real. La respuesta del sistema de control se basa en el modelo de proceso propio del sistema el cual a su vez se basa en la entrada del sensor y una o más técnicas avanzadas de análisis, que incluyen, pero que no se limitan a redes neurales, algoritmos genéticos, lógica confusa, sistemas de experto, análisis estadístico, procesamiento de señales, reconocimiento de patrón, análisis categórico y combinaciones de los mismos. Los parámetros de proceso y operación de interés particular incluyen velocidad y cantidad de adición de reactivo químico, espesor de la espuma, consumo de energía y velocidad de aireación. En una modalidad particularmente preferida, el aparato comprende una máquina de flotación de espuma con por lo menos un sensor (46) de video que proporciona una entrada la cual es analizada por un modelo de proceso generado por una combinación de métodos estadísticos y redes neurales. Como resultado del análisis se puede generar por lo menos una salida para activar un dispositivo (48) de control que lleva a cabo cambios en las variables de operación como se sugiere por el modelo de proceso. En otra modalidad particularmente preferida, el aparato comprende una máquina de flotación de espuma con por lo menos un espectrómetro (114) láser que proporciona entrada con respecto a la composición de las corrientes de entrada (alimentación) y de salida (efluente) .