近年来，随着矿产资源的禀赋变差和智能化相关技术发展，传统浮选机技术正在与现代传感技术、人工智能、物联网等前沿技术快速融合，提高浮选过程的效率和可控性，推动选矿领域向智能化、绿色方向转型。但是智能浮选机作为新生事物，没有一个统一和清晰的认识。本文从智能浮选机的定义、内涵及发展路径三个方面诠释，认为智能浮选机的核心特点包括全空间域自感知与自诊断能力、基于数据科学的智能控制算法、核心部件的智能维保技术、浮选过程的全局优化与局部优化协同等内容。针对智能浮选机当前面临的挑战，提出了未来发展路径，包括加强浮选过程参数的全面监测与智能调控、提高设备故障预警与精确定位能力、以及实现无人化操作与智能化运维。通过智能浮选机不断迭代创新，智能浮选机将在选矿行业的可持续发展中发挥越来越重要的作用。

日前，矿冶科技集团有限公司沈政昌院士团队在 MetaResource 期刊上发表了题为"智能浮选机定义、内涵和发展路径 / Definition, Connotation, and Development Path of Intelligent Flotation Machines"的研究论文。该研究阐述了智能浮选机的定义与技术体系。智能浮选机是一种融合现代传感、人工智能、物联网、机器人等技术，能对机械运行状态、浮选动力学过程信息与矿浆工艺性能参数自感知、自诊断和自维护，以最优技术经济指标为目标，自动调控运转参数和工艺过程变量的浮选机系统。通过气泡负载、表观充气速率、气泡直径等关键参数的在线检测技术，构建了“选矿指标-泡沫特性-动力学特征-调控参数”的多级联动优化控制模型，并配套溢流堰清理机器人、叶轮定子磨损检测等智能维保技术，为实现浮选过程的无人化操作与预测性维护提供了完整的发展路径。

图1 智能浮选机系统架构

智能浮选机定义：是一种融合现代传感、自动控制、人工智能、物联网、机器人等技术，能对机械运行状态、浮选动力学过程信息与矿浆工艺性能参数自感知、自诊断和自维护，以最优技术经济指标为目标的，自动调控运转参数和工艺过程变量的浮选机系统。

图 2 智能浮选机发展路径

智能浮选机的发展突破了传统设备的诸多局限。在设备运维层面，通过对减速机、叶轮等核心部件的实时监测，实现了故障预判和自动润滑，大幅降低了非计划停机风险。

系统采集充气量、泡沫层厚度、矿浆流量等关键参数，结合泡沫图像识别技术，动态调节药剂添加量、液位值和充气量，使浮选指标保持最优状态。同时，对气泡尺寸、负载率、气含量等微观参数的精确控制，显著提升了分选效率。设备状态监控实现了全方位覆盖，从电机功率、转速到温振、阀门开度，形成完整的数据链。配合云端存储和移动端可视化，操作人员可随时掌握现场情况。这种多维度的智能化改造，让浮选过程从经验驱动转向数据驱动，为选矿企业的降本增效提供了切实可行的技术路径。

图 3  气泡负载测量装置

气泡负载率表征浮选过程中气泡携带矿物的能力，是浮选动力学的关键参数之一。该装置集成取样收集管、收集器、负压吸气泵、液位检测仪、流量计及称重传感器等核心部件。测试时装置插入浮选机矿浆相内，矿化气泡经采样口进入后上升至腔室破裂，附着矿物颗粒在导流板作用下沉积底部。系统通过称重传感器实时监测质量变化，充气量传感器检测排气量，液位传感器保持液位平衡，精确计算气泡负载，为浮选工艺优化提供可靠数据支撑。

图4  新一代原位表观充气速率测量仪

表观充气速率是衡量浮选机充气性能的关键参数之一。矿冶科技集团设计了一种新型浮选机表观充气速率在线检测仪。该检测仪由导气管、微型热式流量计、开关电磁阀以及PLC控制单元组成。通过控制单元，该仪器能够实现对多个测量点的充气量自动测量。为浮选机表观充气速率的在线测量提供了一种高效、精准的解决方案。

图5 溢流堰清理机器人现场运行

为了解决溢流堰上矿粒板结影响回收率的问题，矿冶科技集团开发了一种能够在浮选机不停机情况下自动清理溢流堰的装置。该装置包括悬挂式双轨道、充电装置和溢流堰清理机器人（如图5所示）。轨道悬挂在泡沫槽正上方，采用分段式结构，内侧轨道安装齿条用于机器人运行。无线充电装置固定于轨道上方某一位置，可以实现机器人的定位感应和无线充电。溢流堰清理机器人由清理机构、行走机构、运行中枢和保护外壳组成。在自动状态下，机器人根据设定运行的间隔时间自动运行。该自动清理装置有效解决了溢流堰上矿粒板结的问题，提高了浮选机运行效率和矿物回收率。

图6 定子磨损检测安装示意图

叶轮定子是浮选机最主要的易损件，若不及时更换，会导致搅拌力急速减弱，矿浆中矿物无法充分悬浮，从而降低选别指标。为解决这一问题，矿冶科技集团设计了一种浮选机叶轮定子磨损检测技术。该技术首先在叶片特定区域埋置磨损专用探测器，实现多层分布式检测；然后利用无线射频技术实现磨损通断信号的无线传输；最后，通过嵌入式终端采用自由口协议解析RFID传输字符串，完成叶轮定子叶片磨损的直接监测。

图7 转速优化控制

在浮选机传动系统设计中，转速的输入输出需要根据实际工况进行调整。为了满足智能化调节需求，电机采用变频电机，并与变频器配合使用。针对矿浆悬浮、气体分散和功率保护等工况，系统能够实时调节转速以适应生产需求，智能调节体现在两个方面：

1）电机转速与槽壁沉槽探测仪的联锁控制：当检测到槽体内有沉砂预警时，电机转速将以步长N周期性增加，直至沉砂传感器的报警信号消除。

2）电机转速与实时运行电流的闭环控制：当检测到电机过流时，电机转速将以步长M周期性下降，直至电流恢复到额定范围内。

这种智能调节方法确保了传动系统在不同工况下的高效运行，提高了系统的可靠性和生产效率。

图8 浮选机运转数据云监测界面

浮选机过程数据云服务平台是现代信息技术的集成应用，通过在线多传感器、无线网络和计算机采集检测设备，实时感知浮选机运行状态。客户端用户可以通过登录访问上述设备、工艺和动力学特性参数，判断设备是否存在故障并作出科学决策。

1、智能浮选机融合现代传感、人工智能、物联网及机器人技术，实现对机械运行状态、浮选动力学过程与矿浆工艺参数的自感知、自诊断和自维护。系统以最优技术经济指标为目标，自动调控运转参数和工艺变量，突破了传统设备依赖人工经验、效率低和过程不稳定的技术瓶颈。

2、在浮选动力学监测方面，气泡负载测量装置通过称重传感器和充气量传感器协同工作，实现气泡携载能力的精确量化；新一代表观充气速率在线检测仪采用微型热式流量计与PLC控制单元，对多个测量点实现充气量自动化高精度检测，为工艺优化提供可靠数据支撑。

3、核心部件智能维保技术包括，叶轮定子磨损无线检测系统采用多层分布式探测器和射频传输技术实现实时监测；溢流堰清理机器人通过悬挂式双轨道和无线充电装置实现不停机自动清理；转速智能联锁控制系统与沉槽和电流监测联动，实现自适应调节，有效降低非计划停机风险。

4、过程数据云服务平台整合在线多传感器、无线网络和计算机采集系统，实时监测充气量、泡沫层厚度、矿浆流量等关键参数。结合泡沫图像识别技术动态调节泡沫层厚度、充气量和药剂添加量等，用户可通过移动终端随时访问设备和工艺参数，推动浮选过程从经验驱动向数据驱动转变。

沈政昌，男，浮选设备专家，中国工程院院士。现任矿冶科技集团有限公司首席科学家。提出了浮选过程动力学新观点，丰富和发展了浮选装备研究的基础理论，攻克了一批核心关键技术，开发了具有自主知识产权的系列大型浮选装备，使我国成为全球浮选装备技术三大强国之一。开发了世界最大容积的680m³智能高效浮选装备，实现了我国浮选机大型化技术从赶超先进到引领发展的跨越。创建和完善我国新的浮选装备体系，27个系列，400余种规格，可满足不同矿物、规模选矿厂的需求，大幅提高了矿产资源的综合利用率，推动了我国矿物加工工艺的改革与进步。开发的浮选装备联合机组配置技术，解决了选矿厂浮选装备和流程技术升级的重大难题。形成的系列专属浮选装备，保障了战略矿产资源高效开发。获国家及省部级科技奖32项，获何梁何利奖、国家科技计划执行突出贡献奖、中国有色金属工业科学技术突出贡献奖等奖项。获全国杰出专业技术人才、全国杰出工程师奖、中央企业劳动模范、中央企业优秀共产党员等荣誉称号。发表论文132篇，出版《浮选机理论与技术》等6部学术专著。