湿法冶金全流程优化方法研究

发布时间：2020-11-20 13:45

　　 作为提取冶金的两大技术之一,湿法冶金是从原料中提取和分离有价金属的过程,其具有金属回收率高、工艺灵活性大、投资省、见效快和伴生成分综合回收好等特点。因此,更适合低品位矿产资源的回收利用,是解决我国金属矿产资源利用问题的有效途径。然而,与我国较为先进的湿法冶金工艺相对应的优化控制技术却发展缓慢,使得整个湿法冶金流程生产效率较低、资源消耗较大、产品质量不稳定,已经成为制约湿法冶金工业发展的瓶颈。为了解决这一问题,本文以某黄金冶炼厂的湿法冶金生产流程为背景,首先针对湿法冶金流程中综合生产指标和各关键工序指标在线检测的难点,建立了湿法冶金全流程机理模型;然后,在机理模型的基础上,建立了以经济效益为目标的湿法冶金全流程优化模型,并针对湿法冶金全流程优化求解时存在的问题,提出了基于操作变量耦合关系分解的全流程优化求解方法。最后,针对实际生产管理中,工序指标和操作变量的分层决策结构,提出了基于最小消耗模型的湿法冶金全流程分层优化方法,并针对全流程分层优化方法在求解大规模湿法冶金全流程优化问题时所面临的工序指标众多且各工序指标之间存在一定耦合关系的问题,进而提出了基于工序质量指标耦合关系分解的湿法冶金全流程分层优化方法。本文的主要研究工作归纳如下:1.从湿法冶金的典型工序,即浸出、压滤洗涤和置换的基本原理出发,基于物料及能量平衡关系,建立了湿法冶金全流程的静态机理模型。利用实验分析、辨识等手段确定了模型的主要参数,并用实际数据对模型进行了静态实验,验证了模型的有效性。2.在机理模型的基础上,建立了以单位时间内综合经济效益最大为目标、以各槽氰化钠添加量和锌粉添加量为决策变量的湿法冶金全流程优化模型,利用二阶振荡PSO优化算法对所建立的全流程优化模型求解,结果表明所建的全流程优化模型的合理性,并对湿法冶金全流程优化的性能进行了定量描述,为全流程优化求解方法的研究提供了理论依据。3.针对全流程优化模型涉及到的决策变量与约束众多,难于求解的问题,提出了一种基于操作变量之间耦合关系分解的全流程优化求解方法。该方法是依据操作变量之间的耦合程度将全流程优化问题转换为若干易于求解的子优化问题,从而有效地提高了全流程优化问题的求解效率。仿真实验验证了这种优化求解方法的有效性。4.针对实际生产中工序指标与操作变量设定值的分层决策问题,提出了基于最小消耗模型的全流程分层优化方法。该方法利用最小消耗模型来描述各工序指标间相关关系,进而将整个全流程优化问题转换为两层:工序层优化和过程层优化。仿真实验验证了基于最小消耗模型的全流程分层优化方法的有效性。在此基础上,针对该分层优化方法用以求解大规模湿法冶金全流程优化问题时所面临的工序指标众多且各工序指标之间关联紧密、存在耦合关系的问题,提出了一种基于工序指标之间耦合关系分解的湿法冶金全流程分层优化方法。该方法根据工序指标之间耦合程度将工序层优化问题分解为若干易于求解的子优化问题,从而,有效地提高了全流程分层优化方法的求解效率。仿真实验验证了基于工序指标之间耦合关系分解的湿法冶金全流程分层优化方法的有效性。5.在理论研究的基础上,开发出一套湿法冶金全流程优化控制系统软件,将理论方法加以实现。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TF111.3
【部分图文】：

湿法冶金流程主要包括矿石原料的预处理，矿石浸取，固一液分离，溶液的净化、??富集与分离，从溶液中制取出金属或化合物，浸取渣及废液的处置等单元操作过程。本??文以某精炼厂的高铜生产流程为背景展开研宄，该生产流程如图２．１所示。??高铜精矿（分离浮选精矿）??（§）?—Ｓ???压—▼滤???匕贫—液??贵Ｉ液?＿???１??Ｉ??贵液★置换?＿反＿！■洗—｜???＾??丄??备二浸???压▼滤??Ｉ??Ｌ??ｆ——?反士―洗??图２．１高铜生产流程图??Ｆｉｇ．２．１?Ｆｌｏｗ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｃｏｐｐｅｒ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??由图可知，该生产流程首先对高铜精矿进行调浆处理，得到一定浓度的矿浆。然后，??将矿浆依次注入一次浸出工序的４个浸出槽中，精矿中的金在每个浸出槽里与氰化钠发??生浸出反应（如式（２．１）），实现精矿中的金和杂质的分离。一次浸出反应后的矿浆通入到??压滤机中，用从置换工序流出的贫液对压滤成的滤饼进行洗涤，再调浆依次注入到二次??浸出工序的４个浸出槽中，进一步实现精矿中剩余的金与杂质的分离。二次浸出反应后??－１６?－??

２．２．１浸出工序工艺分析及其机理模型??一次浸出和二次浸出工序均是由４个空气搅拌浸出槽串联组成的，该装置示意图如??图２．２所示。??３??２?／??￣￣?＾?ｒ??５??１??６??—ｗ‘４??１?一中心管；２—进料管；３—压缩空气管；４一下排料管；５—上排料管；６—槽体??图２．２气力搅拌槽结构示意图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｉｒ－ａｇｉｔａｔｅｄ?ｔａｎｋ??－１７?－??

精矿中的金在每个浸出槽中与浸出剂（氰化钠）发生浸出反应（如式（２．１）），生成金??氰化合物，实现精矿中金和杂质的分离。在前一个浸出槽参与反应后，将反应后的矿楽??注入到下一个浸出槽中继续进行。浸出工序的工艺流程如图２．３所示。??ｉ?采自分离＿１１矿＾??Ｖ．?／??缓冲箱??ＮａＣＮ?ＮａＣＮ?ＮａＣＮ?ＮａＣＮ??ｃｚ?ｃｚ：??￡＾Ｊ１?＾１?＾??，，?４，?１?风机??ｒｉ?子?冷??＾?ｍ??｜?Ｉ??Ｉ?Ｉ??▼?ｉ??２Ｓ?３Ｓ??４３??图２．３浸出工序工艺流程图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｌｅａｃｈｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ??为了提高浸出率，以提高有价金属回收率，防止贵金属流失，浸出过程为多级串联??浸出。生产中矿浆流量和矿浆浓度可以在线检测，可离线化验固相中的金品位、液相中??的金品位等，整个工序是连续浸出，各级浸出槽之间通过溢流方式连接。浓缩、压滤、??调浆后的矿浆储存在矿浆缓冲槽中，矿浆用栗连续稳定地打入１＃浸出槽，固相中难溶的??金与浸出剂ＮａＣＮ和矿浆中的溶解氧发生反应生成可溶于水的金氰络合离子??［ＡＵ（ＣＮ）２］＿，槽底通入的压缩空气一方面提供反应所必需的溶解氧，另一方面产生气力??搅拌作用以使反应更加彻底并防止矿浆堆积
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本文编号：2891501