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正交试验设计在选矿中的应用现状采矿08-3班张新（310802010323）摘要选矿试验是一个复杂的多因素试验，以浮选试验为例，假定磨矿细度、调整剂用量、捕收剂用量、粗选时间等四个因素，分别利用一次一因素法和正交试验设计法，通过试验次数、各水平的组合数以及试验数据的分析等方面对两种方案进行比较，可以得出运用正交试验设计的方法，可以使试验结果更准确，更容易得到需要的生产最佳组合条件。

最后提出了对于选矿试验中利用正交实验设计的思想的一些建议。

关键字：选矿，正交设计，浮选，浮选“正交试验设计方法”是多因素试验的一种科学的试验方法，它利用一种规格化的表——“正交表”，合理安排试验，用这种方法只做较少次数的试验便可判断出较优的条件，具有很高的效率及广泛的应用。

[1]对试验结果进行简单的统计分析，可以更全面、更系统地掌握试验结果，作出正确判断。

目前正交试验设计在新产品的试制，新技术的应用和新工艺的研究方面，得到了广泛的应用，在选矿方面虽然有一点的应用，但是在众多的选矿试验中其应用微乎其微的。

本文旨在通过对正交试验设计在选矿中的应用实例进行分析，并结合选矿的专业特点，探讨正交试验设计的方法如何在选矿试验中的得到更好的应用。

1 正交试验设计在选矿方面的应用现状1.1 浮选陈强[2]以某铜矿为研究对象，对原矿性质相对接近的1991年至1993年三年的选矿指标和重要的影响的影响因素——原矿品位、磨矿细度和药剂制度进行分析调优。

选取原矿品位、磨矿细度、石灰、乙黄药、丁黄药和2#油等六因素作为正交试验设计的因素。

采用L25（56）的正交表进行模拟正交试验设计。

水平均为范围，这样更加接近现场实际。

通过对最近几年数据进行模拟正交试验分析，对今后的生产有重要的实际意义。

何庆志，刘杰英，丛树民等[3]采用正交试验设计法对正北沟金矿选矿厂的浮选参数进行优化，将磨矿细度、矿浆浓度、黄药和松醇油等四个指标作为考察的因素，采用L9(34)正交试验表进行生产试验，得到最优生产条件组合。

对于中小型选矿厂，不改变工艺流程和不增置设备，采用正交试验设计的方法优化选矿参数是提高选矿回收率切实可行的方法。

牛艳萍，许洪峰，葛凤，丁淑芳，何章辉等[4]对青海某地铁矿进行研究，用弱磁选流程进行粗选，再利用脂肪酸类捕收剂对磁选精矿进行反浮选以去除石英为主的脉石矿物，在反浮选阶段，采用正交设计表确定适合的反浮选药剂制度，选取捕收剂、淀粉及充其量等三个因素。

但是分析只确定了最优实验条件，没有进行正交试验设计的方差分析。

朱岩，张立君[5]对磁选精矿的反浮选生产流程进行试验研究，采用L9（34）正交表进行试验，选取矿浆浓度、药剂制度、PH值及浮选温度作为因素。

考察指标为精矿品位、尾矿品位、精矿产率、回收率和选矿效率。

通过采用正交设计法作多因素浮选试验，能够在众多的因素相互影响中，找出其最佳浮选条件。

客服了单因素法存在的缺点和弊病，从而使试验研究更加严谨、更科学、速度也更快。

余学彬，方和平，肖玉菊，张凌燕等[6]为了从含有半石墨的难选细鳞片石墨中提高石墨的品位及回收率，进行了浮选法试验研究。

采用L9（34）正交表进行试验，选取磨矿时间、水玻璃用量、2#油及煤油作为试验因素，最后通过试验结果分析，得到了各因素的最优组合。

1.2 设备参数的优化严峰，赖越殿，沈正义，吴宏志等[7]将正交试验设计用于自生介质旋流器结构参数的优化，选用L8（4×24）正交表安排试验。

选取底流口直径、自由间隙、溢流管直径、锥角、柱筒长度等五个因素。

通过用正交表可以安排较少次数的试验，进行综合对比分析，经济而迅速得到最佳的旋流器结构参数。

刘敬福，李赫亮，李智超等[8]对环氧胶黏涂层进行试验。

选用环氧树脂、固化剂、增韧剂3个因素，各取5个试验水平，若采用全面试验法，共需进行53=125次试验，选用L25(53)正交表进行试验，对试验结果进行分析，选取最佳配比方案。

1.3 磁选李勇之，边荣岭[9]利用正交试验设计对磁选的各项指标进行优化，以山东金岭铁矿为对象，将影响指标的主要工艺因素磨矿细度和磁场强度作为正交设计的因素，采用L9（34）正交试验设计表进行试验。

比较优化方案实施前后各项生产指标，采用优化方案，提高了精矿的回收率和品位，矿产资源得到有效回收，企业经济效益得到提高。

赵洪力，郑世阳，张万庆等[10]利用磁选进行石英的除铁研究，采用L9（34）的正交表进行正交试验，确定处理量、冲洗水量、磁场强度三个因素。

分别利用高梯度强磁选机、立环式强磁选机、双转盘式强磁选机进行试验，得到最适宜的工艺和设备。

张欧邦，邓强，刘文全等[11]采用L9（34）正交表进行磁化焙烧—弱磁选试验研究，确定焙烧温度、焙烧时间、煤用量、焙烧矿磨矿细度为因素，对试验数据进行分析，4个因素对选矿效率的影响主次顺序为温度>磨矿细度>焙烧时间>煤用量。

根据指标，对工艺流程进行优化。

1.4 其他刘维平[12]介绍了选矿常用正交试验方差分析计算机算法，将计算机技术应用在正交试验设计和选矿试验中，有重要的意义。

王勇，夏亮，胡劲松，吴国祥等[13]在做擦洗条件试验时，采用正交实验设计，选用L9（34）的正交实验表安排试验，将矿浆浓度、搅拌速度和搅拌时间作为3个因素。

通过试验结果分析，得到了最佳的擦洗条件。

2 正交试验设计在选矿试验中的应用分析对于选矿试验，一般首先进行的是探索性试验，主要是确定选别方法、选别的原则流程以及找出对试验有影响的因素等。

然后进行条件试验，浮选条件试验一般包括：磨矿细度、矿浆pH值、抑制剂用量、活化剂用量、捕收剂用量、起泡剂用量、浮选时间、矿浆浓度、矿浆温度、脱泥、精选、综合验证试验等。

当然根据实际矿物，有些因素是不必考虑在内的。

对于浮选条件试验，一般有两种方法，一种为采用一次一因素试验法（单因素试验法），即固定其他条件，每次只改变一个条件的不同水平进行4～5个点试验，目前这种方法在选矿试验中运用是最广泛和最普遍的。

另一种方法是采用正交试验设计的思想进行多因素组合试验，用正交设计的方法进行条件试验，重点是争取选择最优的试验的因素和试验水平的组合。

以磨矿细度、调整剂用量、捕收剂用量、粗选时间等四个因素(暂不考虑因素之间的交互作用)，各因素的水平数均为4，分别利用两种实验设计方法进行试验。

从试验次数（暂时不考虑重复试验）、各水平的组合数、试验数据分析等方面对两种试验设计方法进行比较。

2.1 试验次数如果利用单因素试验法，应该至少作16次试验，而对于一个4因素4水平的试验，可以选用L16（45）的正交表，利用正交试验设计的方法也要作16次试验。

2.2 各水平的组合数一次一因素试验采用的是固定其他条件，每次改变一个因素的水平，因此，只有本次试验条件好的水平才能与其他水平进行组合，而本次试验不太好的指标，在其他因素的试验中是不考虑的，因此，也就没有机会和其他因素的水平进行组合。

正交设计表具有“均匀性”，对于每一个因素的各个水平之间都有组合，这就使得试验的代表性明显增强。

所以从水平之间的组合数可以看出，正交试验设计比一次一因素试验有很大的优势，其在寻找最优组合方面更有说服力。

2.3 试验数据的分析由于一次一因素法，下一次试验选择的是上一次试验的最优水平，因此，试验完成，其最佳组合也就随之出现。

但是，这样忽略了很多其他的情况组合，分不出主要因素和次要因素，而且无法分析试验误差，因此，其试验数据的结果说服力不强。

正交试验的结果是利用数理统计的知识进行分析的，对每一种组合的试验结果都考虑在内，用方差的思想，对正交试验设计的试验误差进行分析，能够比较出试验结果的变化是由于因素水平差引起的还是试验误差导致的。

能够找出主要因素和次要因素，这样各因素水平之间的组合能够达到最优。

另外，选矿试验是多指标试验，一次一因素法采用的是绘制图形然后根据曲线的趋势选择最优试验条件。

这样就可能由于某一条件在这一次试验中比较明显，而忽略了其他条件，从而得不到最优条件组合。

利用正交试验设计的方法，可以对多指标进行综合考虑，主要方法有综合平衡法和综合评分法，比较全面的对各个因素的各个水平对多指标的变化进行评估。

从某种方面来说，似乎正交试验设计分析数据显得“繁琐”，但目前计算机技术已经非常普及，可以利用一些软件，如：matlab、origin和excel等，做一些比较常用的正交表的分析数据模板，这样只要每次试验后将试验数据带入符合的模板，就得到了试验结果的一整套分析方案。

因此从这方面来说，正交试验设计的结果分析也就非常简单了。

正交试验设计还有其它方面的优势，如因素之间的交互作用，一次一因素试验无法分析因素之间的交互作用，而正交试验设计就弥补了这个缺陷。

这样就可以分析出是两个因素之间的交互作用影响的大还是单个因素的影响大。

当然选矿试验不单单像假设的那样简单，它是一个复杂的多因素试验，通常存在着各因素之间水平数不同，因素之间的交互作用比较多的情况。

因此必须灵活应用正交表，对于基本的正交表一般不能满足试验的实际需要，所以在熟练掌握正交试验设计的基础上，要对现有设计表进行改进。

如可能存在着不同因素水平数不同的情况，可以利用并列法、拟水平法或者是拟因素法，对常规正交表进行改进，使其能满足我们试验的需要。

另外，选矿试验的因素和水平不可能像我们假设的那样简单，有时可能会遇到因素较多而水平数又不等的情况。

如果只用一张正交表安排全部因素，必然试验次数较多，试验的周期长，也不可能在试验过程中及时处理出现的问题，这个时候可以采用直和法，直和法的基本思想是分阶段进行试验，先把一部分因素和水平安排在第一张正交表上进行试验，如果试验结果不能达到要求，再充分利用第一阶段试验结果提供的信息，在第二张正交表上安排下一阶段的试验，最后再对两张正交表上试验的结果进行统一的分析。

因此，正交试验设计是一种比较灵活的、科学的试验方法。

针对不同的情况，一定要灵活应用正交表。

3 正交试验设计在选矿试验设计中应用的建议1、灵活应用正交表。

选矿试验是一个多因素、多水平的复杂实际问题，生搬硬套是行不通的。

我们必须领悟正交试验设计的本质，对已有的方法进行改进创新，这样才能解决我们的实际问题，才能更好的将正交试验设计的方法广泛的用在选矿试验中。

2、掌握一定的数理统计的知识。

正交试验设计是建立在数理统计的基础上，因此，掌握数理统计的知识可以提供对正交试验设计方差分析的理解。

另外，对于正交表的灵活应用也会增强。

3、在试验之前，多做准备，多看论文，多积累一定的经验，多利用自己学的专业课知识以及专业基础课知识，例如化学的相关知识，设计好自己的试验方案。

4、应用计算机技术。

目前计算机技术已经得到相当发展，学会一些软件，例如：origin、matlab、excel等数据处理软件，可以先做好一些选矿试验常用的正交表的模板，这样在实际试验后就可以直接套用适用的模板，可以减少我们的工作量，并且更全面、准确、方便的对试验数据进行分析。