基于BP神经网络的菱镁矿法制备碳酸镁工艺优化研究

作     者：朱益斌 

作者单位：沈阳理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王余莲

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 0817[工学-化学工程与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：菱镁矿 BP神经网络 氢氧化镁 三水碳酸镁 无水碳酸镁 

摘      要：三水碳酸镁(Mg CO·3HO)晶须和无水碳酸镁(Mg CO)晶体作为新型镁质化工材料,因优异的力学性能和阻燃性能,在塑料、医药、防火阻燃、冶金等领域具有广泛的应用。本文以菱镁矿为原料,探究一种优化碳酸镁制备工艺的方法。分析了由酸浸法制备的氢氧化镁适宜的工艺条件及机理。设计了三水碳酸镁和无水碳酸镁的正交试验,并对工艺参数择优。建立三水碳酸镁制备工艺和无水碳酸镁制备工艺的BP神经网络,预测不同工艺参数组合下产物尺寸,得到最大长径比三水碳酸镁和最小粒径无水碳酸镁的工艺参数组合。柠檬酸酸浸轻烧镁粉制备氢氧化镁的研究,结果表明:柠檬酸浓度为7%、固液比为1:40、酸浸温度为70℃、酸浸时间为60min时,浸出率最高,为80.60%;以柠檬酸镁溶液为镁源、Na OH为沉淀剂、Mg Cl为添加剂、聚乙二醇和十二烷基苯磺酸钠为复合分散剂,反应温度为70℃、反应时间为60min时,制得非晶态氢氧化镁的粒径最小,为845nm。基于BP神经网络的三水碳酸镁工艺优化研究,结果表明:通过正交试验优化后的实验条件为反应时间80min,反应温度50℃,搅拌速率800r/min,p H值7±0.1,Mg Cl用量0.5g/L,三水碳酸镁长径比最大为19.95;结合正交试验数据建立BP神经网络,预测不同取值下的长径比。验证组的平均误差仅为7.5%,网络性能良好。优化后实验条件下,三水碳酸镁晶体呈一维棒状,长径比达到24.57,相比优化前的19.95,提升了23.2%。基于BP神经网络的无水碳酸镁工艺优化研究,(1)以三水碳酸镁为镁源,采用正交试验优化后的条件为Mg Cl用量为10g/L、反应时间11h、反应温度180℃、固液比为1:30,可以获得粒径为7.03μm的无水碳酸镁。建立BP神经网络,预测不同工艺取值下的粒径。验证平均误差约为3%,网络具有良好的预测性能。在优化后的工艺参数下制备得菱形块状无水碳酸镁,粒径为5.09μm,与正交试验结果7.03μm相比,减小了27.6%。(2)以重镁水为原料设计正交试验进行工艺优化,Na HCO用量为14g/L,反应时间16h、反应温度180℃、重镁水浓度0.3mol/L,无水碳酸镁粒径达到最小值,为13.9μm。建立BP神经网络,网络验证组平均误差为3.3%,网络性能良好,可以用于综合优化工艺参数。优化后晶体形貌呈菱形块状,粒径达到12.06μm,与正交试验结果13.9μm相比,减小了13.2%。