小波分析在铁矿石交货批在线粒度结果偏析的研究

杨东彪　王振新　应海松　夏奥度

小波分析在铁矿石交货批在线粒度结果偏析的研究

杨东彪1王振新2应海松1夏奥度3

（1.北仑出入境检验检疫局，浙江 宁波 315800；2.中国检验认证集团宁波有限公司，浙江 宁波 315012；3.巴西山马矿亚洲公司，香港）

利用小波分析的趋势分析功能，对铁矿石交货批粒度的在线检测中每个份样的结果进行时序分析，观察交货批每个粒级的粒度变化趋势，然后根据各粒级粒度变换趋势分析铁矿石装卸过程中的粒度偏析，从而为尽可能避免粒度结果的偏析提出相应的方法。

小波分析；铁矿石；粒度；结果偏析；趋势分析

1　前言

在铁矿石机械取样和在线粒度检测中，既要遵循一些机械取样标准的原则，也要符合粒度测定的一些规定。有时对一交货批的铁矿石粒度进行自动取样及在线测定，虽严格按照相关标准进行操作，但还是会产生最终检测结果的偏析。如巴西某铁矿石公司的技术人员发现，送往某国的球团矿，其粒度检测结果装港与卸港差别不大，但进入堆场前后粒度结果有差异，导致最终收货厂家对该批球团矿的品质不满意。经研究发现，粒度偏析产生的原因主要由于铁矿石运输、装卸、堆存的方式不同引起［1］。

以一批42200t的球团矿为例，该交货批取样间隔为800t，机械取制样系统在线粒度测定选择，一次筛为9mm，二次筛为5mm，三次筛为16mm。最终结果表示为-5mm、5-9mm、9-16mm、+16mm四档数据，把每一个份样的四档数据对应取样时间，可形成一个从卸载开始到卸载结束的时间-粒度曲线，即形成如图1所示的过程曲线。从表面上看，该图形成的4条曲线毫无规律，但如果把这4条曲线分别用小波分析方法进行信号处理，就能将杂乱信息转换成有规律的信息，此例可以利用小波分析的趋势分析。

通常情况下，一些含噪信号的发展趋势很难分辨，因此可以采用小波分解滤掉噪声信号，最终显现有用信息，这就是小波分析的趋势分析。通过趋势分析，可以得出检测结果随时间变化的规律，从而有针对性地提出避免结果偏析的方法。

图1　某一球团矿的时间-粒度变化曲线

2　粒度结果的趋势分析

采用Matlab小波工具，选择一维离散小波分析，导入数据，如9～16mm的结果。选择db5小波对其进行4层分解，得如图2结果。

图2　粒度9-16mm的结果小波分解

在本例中，当小波db5分解到第四层时，原信号（s）中的高频部分（d1-d4）被分离，此时低频部分（a4）已经显现出该粒度段按时间顺序变化的发展趋势。图2如将显示模式选择“Separate Mode”，则该图变成如图3的没分解层高低频部分。可见随着分解层次的加深，分解系数的近似部分越来越清楚显示出原始信号的发展趋势。趋势分析其实就是分别分解的低频部分提取及重构［2］。

3　小波分解粒度信息

通过这种方式，巴西公司的技术人员通过了解球团矿进入堆场前后粒度检测结果按时间顺序变化的趋势，并对照趋势变化的不同，结合分析球团矿装卸的工艺流程，找到了粒度结果偏析的原因是因为工艺流程中的某一堆存方式不当，最终通过改进装卸的堆存工艺流程避免了检测结果的偏析。见图4。

图4　四种粒度范围结果按时间顺序变化的发展趋势

从四种粒度范围结果按时间顺序变化的发展趋势可知，高粒度段，即（a）、（b）的变化是随时间的变化从低到高，而低粒度段，即（c）、（d）的变化是随时间的变化从高到低。利用小波信号发展趋势分析方法

4　防止粒度结果偏析的措施

4.1巴西与我国某口岸的装卸方式的异同

以巴西某一铁矿石输出港口和我国某铁矿石中转码头为例，介绍铁矿石输出、输入国的取样设施及粒度测定情况。位于巴西维多利亚某港口的铁矿石球团厂自备装货码头，由于其装货铁矿石品种比较单一，因此取样设施比较简单。其采用到粒度测定流程图见图5。

图5　巴西维多利亚某港口的铁矿石球团粒度测定流程

我国华东某铁矿石中转码头的粒度检测，其直接取样机为移动式皮带取样机，位置处在港务皮带头部落料口处，以港务卸货设备上的铁矿石流量信号为重量等间隔进行取样或以等时间间隔进行取样，直接取样机采取港务皮带全流幅样矿，移送至引入皮带上，舍弃皮带前后段变形试样，然后一次取样机采取No.1（制样用）和No.2（粒度测定用）2个试样。No.2试样通过振动筛筛分，由计量皮带累积计量，测定粒度。粒度筛分采用在线自动筛分。

粒度测定部分设备包括：二方向转换式1号转换挡板；单层干式平面编织一次、二次、三次振动筛，筛网面积1800 ×800mm，孔径大小按实际测定粒度指标要求调换；双开门式a、b、c料斗；杠杆及压力传感器并用方式计量皮带称。

粒度测定部分，根据矿种的选择切换NO.1切换档板。筛选“块矿”或者“整粒矿”时，1次、2次、3次筛起动，选择“粉矿”时，2次筛起动。根据不同的粒度，采用各个筛子，A、B、C料斗及计量皮带，分别筛分NO.2试样。当试样排完，停止一定时间后，筛子工作停止。筛子停止一定时间后，将计量皮带上的计量值（1）输入程序器，打开C料斗阀。之后，将试样排往计量皮带，阀关闭一定时间后，将计量皮带上的计量值（2）输入程序器。当选择“块矿”或者“整粒矿”时，打开B料斗阀，将试样排往计量皮带，阀关闭一定时间后，将计量皮带上的计量值（3）输入程序器。当选择“块矿”或者“整粒矿”时，打开A料斗阀，将试样排往计量皮带，阀关闭一定时间后，将计量皮带上的计量值（4）输入程序器。计量皮带根据不同的粒度，将所有的试样积累计量完成。计量皮带完成所有试样称量后，开始正转排出试样。当计量皮带检出“计量零”，试样排完之后就停止正转。排完试样后，粒度测定完毕。

4.2原因分析

在铁矿石入堆场到出堆场的过程中，铁矿石堆存会因粒度大小而产生分离、剥蚀和污染，首先因铁矿石堆垛多通过皮带输送机输送而形成，当铁矿石经皮带输送机运送时，传送带在两个辊轮之间产生下垂，使铁矿石在经过辊轮时产生一个小的跳跃，使得小颗粒铁矿石沉于横切面的底部，而大颗粒则在上部，同时大颗粒形成的桥接效应使其继续浮于上部。当铁矿石到达皮带输送机头部滑落时，由于皮带头部的圆周曲线运动，使得已经上下分离的大小颗粒作不同速度的移动，即大颗粒速度快，小颗粒速度慢，因此铁矿石下落时大颗粒动能大于小颗粒，引起大颗粒滚的距离比小颗粒远，使得铁矿石堆垛下部周围粒度大而中间上部粒度小，见图6。另外铁矿石颗粒的形状差异也会产生粒度分离， 如平滑表面的矿石比四四方方或粗糙表面的矿石滚动得快。有时风力对小颗粒铁矿石影响较大，而对大颗粒矿石影响较小。

4.3改进措施

铁矿石码头常见堆存方式为山形方式、排放方式和圆锥方式，基本上是从纵向方向在每一铁矿石堆顶部堆放多层物料。山形堆放很容易导致小颗粒铁矿石集中于堆中间部，而大颗粒则集中在底部及表面。排放方式可防止粒度分离，以确保大小颗粒均匀分配于料堆中。纵向排列得圆锥物料堆同样可使粒度均一化。比较好得堆存方式为，按堆场得长度，利用可变高度堆放机械制造数个小型物料堆，完成一个料堆后则机械向后移动，然后将物料堆的空隙填满，可以减少粒度分离效应。

5　结论

铁矿石交货批粒度结果为多个份样或副样缩分后的多个试验样检测结果的平均值。然而，在粒度的测定符合ISO标准的基础上，装卸二港的结果却时有不同。也就是说，二处检验结果，至少有一处存在结果偏析现象。或者，铁矿石进口后，临时堆存在码头堆场，由于堆存的方式与国外装货码头堆场堆存方式有所不同，也有可能造成出入堆场时的粒度结果偏析。为了分析偏析产生的原因，可以把每个份样的粒度检测结果值按装或卸货时的时间顺序进行排列，可以形成一条检测结果随时间顺序的波动曲线，通过利用小波分析技术分析这条波动曲线，能作为结果偏析产生原因分析的重要依据。

［1］应海松.铁矿石检验系列丛书－铁矿石取制样及物理检验［M］.北京：冶金工业出版社，2007.

［2］高成.MATLAB小波分析与应用［M］.北京：国防工业出版社，2007.

Study of result 's segregation of determination on line of size for iron ore of a lot with wavelet analysis

By use of trendline of wavelet analysis， the results of determination on line of size of every increment were analyzed， the changing trend of size of every level of a lot was observed. Than the segregation of determination on line of size during loading or unloading of iron ore was analyzed according to the changing trend of size， in order to the method is put forward to avoid segregation of result of size.

Wavelet analysis； iron ore； size； segregation of result； trendline analysis

图6　铁矿石堆垛的粒度分离

TD91

A

1008-1151（2016）02-0039-03

2016-01-15

杨东彪（1978－），男，浙江诸几人，北仑出入境检验检疫局助理工程师，从事大宗资源矿产品检验监管工作。