本發(fā)明涉及鐵礦石選礦粉的鐵品位無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

鐵礦粉是鋼鐵工業(yè)的主要原料，鐵礦粉的品質(zhì)直接影響生產(chǎn)成本、環(huán)境效益和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著國(guó)內(nèi)供給側(cè)改革的穩(wěn)健推進(jìn)，要求鋼鐵企業(yè)加大高品位鐵礦粉的使用，要求入廠(chǎng)鐵礦粉的品位達(dá)到某個(gè)等級(jí)。中國(guó)鐵礦資源特點(diǎn)是貧礦多，富礦少，平均品位只有32.67％左右，絕大部分鐵礦石需要經(jīng)過(guò)選礦后提煉制成鐵精粉，剩余處理成鐵尾礦。為了監(jiān)查選礦效果，確定精礦的品位等級(jí)，同時(shí)檢測(cè)尾礦鐵含量，需要不間斷地快速、準(zhǔn)確測(cè)定鐵礦廠(chǎng)選礦產(chǎn)品的鐵品位。因此鐵礦石選礦粉鐵品位檢測(cè)方法改進(jìn)對(duì)選礦鐵品位質(zhì)量監(jiān)控、檢測(cè)時(shí)效性和防止鐵尾礦鐵浪費(fèi)具有重要的意義。

現(xiàn)有測(cè)定鐵品位的方法主要有儀器分析法和化學(xué)分析法，主要有重量法、比色法、滴定法、原子吸收法、等離子體發(fā)射光譜法和x射線(xiàn)熒光光譜法等。儀器分析檢測(cè)鐵品位的方法需將樣本制成溶液或熔融狀態(tài)，存在儀器測(cè)試樣本制備耗時(shí)，存在原料損耗和污染，一般一個(gè)樣品檢測(cè)需要30分鐘，檢測(cè)精度有待進(jìn)一步提高?；瘜W(xué)分析檢測(cè)鐵品位的方法精度最高，存在分析步驟繁瑣、周期較長(zhǎng)、存在原料和化學(xué)試劑損耗和污染等缺點(diǎn)，一個(gè)樣品檢測(cè)需要約30分鐘；在iso標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中，選礦廠(chǎng)鐵精粉中鐵品位最常用化學(xué)檢測(cè)方法是重鉻酸鉀滴定法、壞血酸滴定法、edta滴定法，其中重鉻酸鉀的使用會(huì)嚴(yán)重污染了環(huán)境，壞血酸滴定法、edta滴定法雖然無(wú)汞、無(wú)絡(luò)的污染，但是適用范圍和穩(wěn)定性較差，會(huì)對(duì)環(huán)境造成少量污染；

cn1810783651.0公開(kāi)了一種基于光譜數(shù)據(jù)的鐵礦石全鐵含量檢測(cè)方法，其基于改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化的雙隱含層極限學(xué)習(xí)機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鐵礦石全鐵品位檢測(cè)模型，利用光譜數(shù)據(jù)對(duì)其礦石種類(lèi)分類(lèi)的基礎(chǔ)上檢測(cè)其全鐵含量。

關(guān)于選礦廠(chǎng)精鐵粉和尾礦的鐵品位高光譜檢測(cè)方法還未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)導(dǎo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜檢測(cè)方法，可以簡(jiǎn)便、無(wú)損、快速測(cè)定精礦樣品及尾礦的鐵品位，是鐵礦粉品位無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的有益補(bǔ)充，具有重要的意義。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：

一種鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜檢測(cè)方法，包括以下步驟：

s1.建立不同鐵品位等級(jí)的鐵礦石選礦粉的高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)；

s2.確定不同鐵品位的鐵礦石選礦粉的高光譜曲線(xiàn)的強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段；

s3.建立高光譜曲線(xiàn)的強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段的光譜反射率與選礦粉鐵品位的高光譜預(yù)測(cè)模型；

s4.確定待檢測(cè)樣本的鐵品位。

采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：

通過(guò)高光譜遙感數(shù)據(jù)反演鐵礦粉品味的技術(shù)手段，達(dá)到了快速、無(wú)損、準(zhǔn)確挖掘數(shù)據(jù)潛在信息、反演精度高、預(yù)測(cè)效果好的技術(shù)效果，解決了傳統(tǒng)方法判斷鐵礦粉品味工作流程繁瑣、周期長(zhǎng)、存在化學(xué)試劑污染或適用性差的技術(shù)問(wèn)題。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的優(yōu)選方案如下：

s1.建立不同鐵品位等級(jí)的鐵礦石選礦粉的高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，按下述步驟進(jìn)行：

s11.選取不同類(lèi)型鐵礦石選礦粉的不同鐵品位的樣本，經(jīng)過(guò)篩選、干燥標(biāo)準(zhǔn)化處理后，制作成鐵礦石選礦粉的基準(zhǔn)樣本；

s12.用高光譜儀收集基準(zhǔn)樣本在350～2500nm波段的高光譜數(shù)據(jù)；

s13.高光譜數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)去噪、歸一化處理后，建立不同鐵品位鐵礦石選礦粉的高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

s2.確定不同鐵品位的鐵礦石選礦粉的高光譜曲線(xiàn)的強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段，按下述步驟進(jìn)行：

s21.提取基準(zhǔn)樣本高光譜曲線(xiàn)的fe離子吸收位置、吸收寬度、吸收深度特征參量；

s22.確立鐵品位數(shù)值與高光譜曲線(xiàn)相關(guān)的強(qiáng)線(xiàn)性特征波段。

s3.建立高光譜曲線(xiàn)的強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段的光譜反射率與選礦粉鐵品位的高光譜預(yù)測(cè)模型，按下述步驟進(jìn)行：

s31.采用最小二乘、偏最小二乘匹配或相似性匹配方法建立高光譜預(yù)測(cè)模型；

s32.采用迭代計(jì)算，當(dāng)?shù)Y(jié)果變化小于1個(gè)單位時(shí)，對(duì)應(yīng)的參數(shù)為鐵品位高光譜預(yù)測(cè)的模型參數(shù)。

s4.確定待檢測(cè)樣本的鐵品位，按下述步驟進(jìn)行：

s41.用高光譜儀測(cè)量待檢測(cè)鐵礦石選礦粉樣本在350～2500nm波段的高光譜數(shù)據(jù)；

s42.提取樣本高光譜曲線(xiàn)吸收位置、吸收寬度和吸收面積特征參量，檢核與不同鐵品位等級(jí)的鐵礦石選礦粉的高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)強(qiáng)線(xiàn)性波段指標(biāo)一致性；檢查合格后，將樣本高光譜曲線(xiàn)的特征參數(shù)導(dǎo)入預(yù)測(cè)模型，求解出待檢測(cè)樣本的鐵品位。

附圖說(shuō)明

圖1是存儲(chǔ)于黑色不反光盒體內(nèi)的鐵礦石選礦粉干燥樣本示意圖；

圖2是樣本的高光譜曲線(xiàn)示意圖；

圖3是樣本歸一化處理后的高光譜曲線(xiàn)示意圖；

圖4是待測(cè)樣本的高光譜曲線(xiàn)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本發(fā)明。

一種鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜檢測(cè)方法，按以下步驟進(jìn)行：

步驟1：建立不同鐵品位等級(jí)的鐵礦石選礦粉的高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)；具體是：

(1)采集不同鐵品味的鐵礦石選礦粉為樣本；

實(shí)驗(yàn)使用某鐵礦石選礦廠(chǎng)提供的鐵礦石選礦粉作為樣本，樣本的鐵品味已知，鐵含量及光譜曲線(xiàn)命名如下表1，樣本干燥后平鋪于10cm*10cm黑色不反光的盒體內(nèi)存儲(chǔ)待測(cè)，如圖1所示。

表1樣本分類(lèi)名稱(chēng)

(2)采集樣本的高光譜數(shù)據(jù)；

采用波長(zhǎng)范圍350～2500nm，采樣間隔2nm的光譜儀(asdfieldspec4便攜式地物光譜儀，asd公司)采集樣本的高光譜數(shù)據(jù)。高光譜數(shù)據(jù)的采集在暗室內(nèi)進(jìn)行，具體操作為：將裝有樣本的盒體放置在鋪有黑色絨布的桌子上，將樣本在盒體內(nèi)鋪平。打開(kāi)主機(jī)電源預(yù)熱一段時(shí)間，待光譜儀的光源穩(wěn)定后開(kāi)始試驗(yàn)，測(cè)量時(shí)參考白板水平放置，采用接觸式測(cè)量方式。為了提高數(shù)據(jù)可靠性，抑制環(huán)境噪聲，對(duì)每個(gè)樣本分為10份，每份重復(fù)采集10次。

(3)高光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理；

消除采集的高光譜數(shù)據(jù)的階躍性誤差并對(duì)測(cè)得的高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接校正后取平均值，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑后剔除邊緣異常值，得到每個(gè)樣本的高光譜曲線(xiàn)，并存儲(chǔ)為鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜原始數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖2所示。

(4)對(duì)每個(gè)樣本的高光譜曲線(xiàn)進(jìn)行歸一化處理，存儲(chǔ)為鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖3所示。

步驟2：確定不同鐵品位的鐵礦石選礦粉的高光譜曲線(xiàn)的強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段；具體是：

(1)選取所有樣本的fe離子的吸收位置；

根據(jù)每個(gè)樣本的高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中高光譜曲線(xiàn)，提取每個(gè)樣本的fe離子吸收位置，具體如表2所示，選取所有樣本的fe離子的吸收位置。在本實(shí)施例中，所有樣本的fe離子的吸收位置為517～550nm和873～913nm。

表2fe離子的光譜特征參量(部分)

(2)對(duì)鐵品位和高光譜數(shù)據(jù)特征波段進(jìn)行相關(guān)性分析，遴選相關(guān)性強(qiáng)的波段；

獲取樣本在fe離子吸收位置為517～550nm和873～913nm處鐵礦粉光譜曲線(xiàn)反射率和鐵品位相關(guān)性的絕對(duì)值，選取相關(guān)性的絕對(duì)值在0.98以上的波段(相關(guān)性絕對(duì)值越接近1，相關(guān)性越強(qiáng))為強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段，在本實(shí)施例中，選擇相關(guān)性的絕對(duì)值在0.98以上的波段517～520nm和873～888nm為強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段；

在本實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)鐵品位和鐵礦粉光譜曲線(xiàn)反射率相關(guān)性的絕對(duì)值從大到小進(jìn)行排序來(lái)選取絕對(duì)值在0.98以上的波段，部分內(nèi)容如表3所示。

表3鐵品位和鐵礦粉光譜曲線(xiàn)反射率的相關(guān)性排名前300的波長(zhǎng)(部分)

步驟3：建立預(yù)測(cè)模型并進(jìn)行預(yù)測(cè)模型效果評(píng)價(jià)；具體是：

(1)依據(jù)最小二乘法構(gòu)建鐵品位和鐵礦石選礦粉光譜曲線(xiàn)關(guān)系的預(yù)測(cè)模型；

將強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段中每一個(gè)波長(zhǎng)作為一個(gè)特征參量，針對(duì)每n個(gè)特征參量，n為大于等于1的整數(shù)，依據(jù)最小二乘法構(gòu)建鐵品位和鐵礦粉光譜曲線(xiàn)關(guān)系的預(yù)測(cè)模型：預(yù)測(cè)模型將全部樣本同一個(gè)特征參量所對(duì)應(yīng)的高光譜值作為x，樣本的鐵品位作為y；同時(shí)計(jì)算每個(gè)預(yù)測(cè)模型的擬合誤差r2。選取r2接近1的預(yù)測(cè)模型作為鐵品位和鐵礦石選礦粉光譜曲線(xiàn)關(guān)系的預(yù)測(cè)模型。

通過(guò)大量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同樣本的鐵品位y與每一特征參量相對(duì)應(yīng)的高光譜反射率x，呈現(xiàn)明顯的分段相關(guān)性。且針對(duì)不同特征參量所建立的模型拐點(diǎn)在鐵品位(y坐標(biāo)在)30％附近，反射率x坐標(biāo)隨鐵品味的增大而減小。

在本實(shí)施例中，針對(duì)單獨(dú)的特征參量520nm、880nm(即n等于1)以及兩者都考慮(即n等于2)分別建立預(yù)測(cè)模型，選取r2如表4所示。

表4

x1為520nm的高光譜值，x2為880nm的高光譜值。

采集其在350～2500nm波段的高光譜數(shù)據(jù)，對(duì)采集的高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、歸一化處理后，待測(cè)樣本的高光譜曲線(xiàn)如圖4所示，提取待測(cè)樣本的高光譜曲線(xiàn)的吸收位置，經(jīng)檢核與鐵品位高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段指標(biāo)一致。進(jìn)一步的，判斷每個(gè)待測(cè)樣本在波長(zhǎng)520處的反射率值，求得每個(gè)待測(cè)樣本在波長(zhǎng)520處的反射率值x1，同理得到每個(gè)待測(cè)樣本在波長(zhǎng)880處的反射率值x2，代入該預(yù)測(cè)模型求解出待測(cè)樣本的鐵品位。

在本實(shí)施例中，待測(cè)樣本如表5所示，且該待測(cè)樣本的鐵品位已知。

表5

進(jìn)一步解釋?zhuān)瑢⒋郎y(cè)樣本的高光譜曲線(xiàn)在520nm和880nm的高光譜值代入步驟3中所得預(yù)測(cè)模型中的x，所得y見(jiàn)表6中的預(yù)測(cè)值。

表6

以上對(duì)本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說(shuō)明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡(jiǎn)單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

1.一種鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

s1.建立不同鐵品位等級(jí)的鐵礦石選礦粉的高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)；

s2.確定不同鐵品位的鐵礦石選礦粉的高光譜曲線(xiàn)的強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段；

s3.建立高光譜曲線(xiàn)的強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段的光譜反射率與選礦粉鐵品位的高光譜預(yù)測(cè)模型；

s4.確定待檢測(cè)樣本的鐵品位。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜檢測(cè)方法，其特征在于，s1.建立不同鐵品位等級(jí)的鐵礦石選礦粉的高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，按下述步驟進(jìn)行：

s11.選取不同類(lèi)型鐵礦石選礦粉的不同鐵品位的樣本，經(jīng)過(guò)篩選、干燥標(biāo)準(zhǔn)化處理后，制作成鐵礦石選礦粉的基準(zhǔn)樣本；

s12.用高光譜儀收集基準(zhǔn)樣本在350～2500nm波段的高光譜數(shù)據(jù)；

s13.高光譜數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)去噪、歸一化處理后，建立不同鐵品位鐵礦石選礦粉的高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜檢測(cè)方法，其特征在于，s2.確定不同鐵品位的鐵礦石選礦粉的高光譜曲線(xiàn)的強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段，按下述步驟進(jìn)行：

s21.提取基準(zhǔn)樣本高光譜曲線(xiàn)的fe離子吸收位置、吸收寬度、吸收深度特征參量；

s22.確立鐵品位數(shù)值與高光譜曲線(xiàn)相關(guān)的強(qiáng)線(xiàn)性特征波段。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜檢測(cè)方法，其特征在于，s3.建立高光譜曲線(xiàn)的強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段的光譜反射率與選礦粉鐵品位的高光譜預(yù)測(cè)模型，按下述步驟進(jìn)行：

s31.采用最小二乘、偏最小二乘匹配或相似性匹配方法建立高光譜預(yù)測(cè)模型；

s32.采用迭代計(jì)算，當(dāng)?shù)Y(jié)果變化小于1個(gè)單位時(shí)，對(duì)應(yīng)的參數(shù)為鐵品位高光譜預(yù)測(cè)的模型參數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜檢測(cè)方法，其特征在于，s4.確定待檢測(cè)樣本的鐵品位，按下述步驟進(jìn)行：

s41.用高光譜儀測(cè)量待檢測(cè)鐵礦石選礦粉樣本在350～2500nm波段的高光譜數(shù)據(jù)；

s42.提取樣本高光譜曲線(xiàn)吸收位置、吸收寬度和吸收面積特征參量，檢核與不同鐵品位等級(jí)的鐵礦石選礦粉的高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)強(qiáng)線(xiàn)性波段指標(biāo)一致性；檢查合格后，將樣本高光譜曲線(xiàn)的特征參數(shù)導(dǎo)入預(yù)測(cè)模型，求解出待檢測(cè)樣本的鐵品位。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜檢測(cè)方法，包括以下步驟：利用高光譜儀采集已知鐵品位的鐵礦石選礦粉樣本的高光譜曲線(xiàn)，建立不同鐵品位的鐵礦石選礦粉高光譜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)；確定鐵品位評(píng)定的強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段；建立Fe離子強(qiáng)線(xiàn)性識(shí)別波段的光譜反射率與鐵礦石選礦粉鐵品位的高光譜預(yù)測(cè)模型；采集待檢測(cè)樣本的高光譜曲線(xiàn)，將樣本高光譜曲線(xiàn)的特征參數(shù)導(dǎo)入預(yù)測(cè)模型，計(jì)算待檢測(cè)樣本的鐵品位。本發(fā)明采用高光譜探測(cè)和反演識(shí)別的技術(shù)手段，對(duì)選礦后鐵礦粉鐵品位進(jìn)行快速、無(wú)損的鑒定，成本低，精度高。

技術(shù)研發(fā)人員：李孟倩;韓秀麗;汪金花;吳兵;高偉;黃海輝;賈玉娜;陳凱江

受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北理工大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2020.03.19

技術(shù)公布日：2020.06.12