ZEISS/蔡司MCPAS-I礦物特征參數(shù)分析系統(tǒng)

處理實(shí)際樣品時(shí)，本系統(tǒng)首先自動(dòng)拍攝樣品中顯微圖像并拼接，然后自動(dòng)獲取拼接大圖中礦物的色彩特征信息，與之前已經(jīng)建好的目的礦物種類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，由此實(shí)現(xiàn)光學(xué)顯微鏡圖像中金屬礦物的自動(dòng)識(shí)別和分類。

礦物特征參數(shù)自動(dòng)分析系統(tǒng)

研發(fā)背景

工藝礦物學(xué)是地質(zhì)、選礦、冶金交叉的一門學(xué)科。圍繞礦山生產(chǎn)，主要查明礦石或選礦產(chǎn)品中有價(jià)礦物的工藝特性，可以為制定合理工藝流程、評(píng)價(jià)選礦指標(biāo)的合理性以及優(yōu)化流程提供指導(dǎo)，大大提高礦山生產(chǎn)效益。

礦物關(guān)鍵特征參數(shù)自動(dòng)測量的必要性

對于礦石及選礦產(chǎn)品中有價(jià)礦物的工藝特征參數(shù)的研究，傳統(tǒng)常用的方法是由工藝礦物學(xué)研究人員通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡對樣品中的礦物進(jìn)行觀察和分析。但是，這種工作方式對技術(shù)人員的水平要求較高，而且由于是人工操作，工作效率相對較低，數(shù)據(jù)重復(fù)性差。

因此，礦物特征參數(shù)自動(dòng)分析系統(tǒng)（MineralCharacteristicParameterAuto-analysisSystem，簡稱：MCPAS）可有效提高工藝礦物學(xué)研究的效率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。尤其對于缺少工藝礦物學(xué)專業(yè)研究人員的礦山生產(chǎn)一線，一套可供非專業(yè)人員使用的礦物特征參數(shù)自動(dòng)分析系統(tǒng)，是目前各礦山選礦生產(chǎn)亟需配備的儀器?？梢詾檫x礦廠實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理提供重要的指導(dǎo)作用：能夠幫助現(xiàn)場技術(shù)人員及時(shí)了解磨礦細(xì)度是否合適，尾礦金屬損失是否合理，對現(xiàn)有流程的合理性做出評(píng)價(jià)，并指明選礦工藝流程優(yōu)化的方向。

應(yīng)運(yùn)而生的MCPAS

光學(xué)顯微鏡是鑒定礦物常用和比較方便的一種手段，在礦石性質(zhì)和和特征參數(shù)研究方面簡便實(shí)用。北京礦冶總院和北京普瑞賽司儀器有限公司通力合作，在多年積累沉淀下來的豐富的工藝礦物學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過深入研究，以金屬礦物本身所具有的反射色的色彩信息為依據(jù)，利用現(xiàn)代數(shù)字圖像分析技術(shù)，成功突破了光學(xué)顯微鏡圖像中金屬礦物的自動(dòng)快速識(shí)別，以及準(zhǔn)確測量原礦、流程產(chǎn)品中目的礦物的粒度及解離度等重要工藝參數(shù)的技術(shù)難點(diǎn)，開發(fā)出了基于光學(xué)顯微鏡的礦物特征參數(shù)分析系統(tǒng)。

ZEISS/蔡司MCPAS-I礦物特征參數(shù)分析系統(tǒng)產(chǎn)品介紹

基本原理

MCPAS以反射偏光顯微鏡為硬件基礎(chǔ)，利用電荷耦合圖像傳感器CCD（Charge-coupledDevice）把模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，再利用數(shù)字圖像技術(shù)進(jìn)行分析和測試。不同的礦物，尤其是金屬礦物，在反射偏光顯微鏡下會(huì)呈現(xiàn)出特征的反射色。以礦物顯微圖像中目的礦物呈現(xiàn)出的色彩特征RGB（Red紅，Green綠，Blue藍(lán)）為基礎(chǔ)進(jìn)行HSV（Hue色調(diào)，Saturation飽和度，Value明度）色彩模型轉(zhuǎn)換，并對礦物反射色色彩進(jìn)行量化表征（圖1）。不同礦物的HSV值存在一定的差異（表1），以此建立起目的礦物數(shù)據(jù)庫，作為礦物自動(dòng)識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)。

處理實(shí)際樣品時(shí)，本系統(tǒng)首先自動(dòng)拍攝樣品的顯微圖像并拼接，然后采用腐蝕、膨脹、銳化以及平滑等圖像技術(shù)方法對礦物顯微鏡圖像進(jìn)行預(yù)處理，使圖像中的目的礦物（銅、鉛、鋅、鐵的金屬硫化礦物和鐵的氧化礦物）的光學(xué)特征更加明顯。最后，自動(dòng)將圖像中不同礦物的顆粒分割出來并獲取其色彩特征信息，與之前已經(jīng)建好的目的礦物種類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，由此實(shí)現(xiàn)光學(xué)顯微鏡圖像中金屬礦物的自動(dòng)識(shí)別。如下圖示：

系統(tǒng)組成

MCPAS系統(tǒng)主要組成如圖3，包括：

（1）德國蔡司光學(xué)顯微鏡；

（2）智能控制系統(tǒng)：能夠自動(dòng)放大倍數(shù)、調(diào)整觀察方式及光強(qiáng)記憶；具有ECO環(huán)保模式，延長顯微鏡使用壽命；

（3）具備HDR功能的高清蔡司攝像頭：能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)質(zhì)顏色還原；

（4）電動(dòng)XY平臺(tái)及電動(dòng)Z軸；

（5）專用樣品夾具九孔樣品夾具（粉樣）、四孔樣品夾具（塊樣）；

（6）配備有礦物顯微特征參數(shù)分析系統(tǒng)的專業(yè)計(jì)算機(jī)。

產(chǎn)品功能

本系統(tǒng)利用礦物在光學(xué)顯微鏡下光學(xué)特征的差異可對銅、鉛、鋅、鐵的金屬硫化礦物（自然銅、黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、銅藍(lán)、方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、白鐵礦）和鐵的氧化礦物（磁鐵礦、赤鐵礦）等目的礦物進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，根據(jù)樣品特性和客戶需求提供如下多樣化的測量數(shù)據(jù)。

（1）礦石原礦樣品中目的礦物的粒度及其相對比例；

（2）礦石原礦樣品中目的礦物之間的相對比例；

（3）磨礦產(chǎn)品中目的礦物的整體粒度；

（4）磨礦產(chǎn)品中目的礦物的單體解離度、與其他礦物連生的占有率；

（5）磨礦產(chǎn)品中以各種連生類型產(chǎn)出的目的礦物的粒度；

（6）選礦流程產(chǎn)品中目的礦物的整體粒度；

（7）選礦流程產(chǎn)品中目的礦物的單體解離度、與其他礦物連生的占有率；

（8）選礦流程產(chǎn)品中以各種連生類型產(chǎn)出的目的礦物的粒度。

產(chǎn)品優(yōu)勢

（1）三軸控制精度：通過計(jì)算機(jī)軟件控制電動(dòng)XY平臺(tái)（圖3）及電動(dòng)Z軸（圖4）在三軸方向上的運(yùn)動(dòng)，對圖像進(jìn)行自動(dòng)聚焦、拍攝和拼接。

（2）圖像拼接：MCPAS通過對齊空間重疊的圖像并將其自動(dòng)拼接，構(gòu)成一個(gè)無縫、高清晰的礦物樣品整體圖像（如下圖示），具有比掃描電鏡單個(gè)的視域圖像更高的分辨率和更大的視野。實(shí)現(xiàn)粗顆粒礦物測量數(shù)據(jù)的不失真，數(shù)據(jù)結(jié)果更準(zhǔn)確，讓開展原礦石的礦物特征參數(shù)測量成為可能。

（3）去粘連的圖像處理（如下圖示）：優(yōu)良的圖像處理功能可實(shí)現(xiàn)測量樣品顆粒的精準(zhǔn)分割，礦物邊界精準(zhǔn)識(shí)別和粘連顆粒的精準(zhǔn)分離，更精準(zhǔn)測定礦物單體粒度，保證測量所得數(shù)據(jù)的精度。

（4）有效識(shí)別常見重要硫、鐵礦物：處理實(shí)際樣品時(shí)，系統(tǒng)首先自動(dòng)拍攝樣品中顯微圖像并拼接，然后自動(dòng)獲取拼接大圖中礦物的色彩特征信息，與之前已經(jīng)建好的目的礦物種類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，由此實(shí)現(xiàn)光學(xué)顯微鏡圖像中金屬礦物的自動(dòng)識(shí)別和分類，特別是可以區(qū)分在背散射條件下無法區(qū)分的礦物，如磁鐵礦與赤鐵礦、白鐵礦與黃鐵礦（如圖示）等。

（5）根據(jù)用戶需求提供數(shù)據(jù)：在測量單一礦物粒度、解離度的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需求可測量礦物集合體的粒度和解離度（如下圖）；按照四分法為用戶提供不同礦物的連生比例及粒度分布特征（如下圖）。

（6）大幅減少測量時(shí)間：相比于傳統(tǒng)的人工測量與基于掃描電鏡的礦物自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，MCPAS可以實(shí)現(xiàn)多樣品連續(xù)處理，大幅減少測量礦物光片所需時(shí)間，提高工作效率（如表示）。

（7）運(yùn)行、維護(hù)成本低，使用壽命長；

（8）操作簡單、輕松駕馭：MCPAS操作流簡單易學(xué)，非專業(yè)人士輕松上手（如下圖示）