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湿法冶金置换过程建模、模型评价与校正

湿法冶金置换过程建模、模型评价与校正

作者：孙华为东北大学

学位级别：硕士

随着我国冶金行业的快速发展,如何经济有效地利用低品位有色金属资源,对我国的可持续发展具有重要意义。作为提取冶金的两大技术之一,湿法冶金的显著优点在于原料中有价金属综合回收程度高、有利于环境保护、生产过程较易实现连续化和... 详细信息

随着我国冶金行业的快速发展,如何经济有效地利用低品位有色金属资源,对我国的可持续发展具有重要意义。作为提取冶金的两大技术之一,湿法冶金的显著优点在于原料中有价金属综合回收程度高、有利于环境保护、生产过程较易实现连续化和自动化,因此更适合低品位矿产资源的回收利用。置换过程是湿法冶金的重要工序之一。目前置换过程的控制还停留在离线分析、经验调整、手动控制的水平,导致整个湿法冶金企业生产效率低、资源消耗大、产品质量不稳定,已经成为制约我国湿法冶金工业发展的瓶颈。本文针对湿法冶金生产过程中的置换过程置换率无法在线测量的问题,在深入分析锌粉置换过程工艺机理的前提下,建立了基于机理与数据补偿的混合模型,实现置换率的在线预测,并针对上述混合模型展开了模型评价与校正方面的研究。本文主要内容包括：(1)从锌置换金的动力学原理出发,基于物料平衡关系,并结合压滤机的设备特性,建立了锌粉置换过程的机理模型。通过仿真分析,揭示了置换过程的动态特性与稳态特性。(2)针对机理模型存在的问题与不足,建立由机理模型与PLS数据补偿模型并联组成混合模型。机理模型为数据模型提供先验知识,而数据模型又能补偿机理模型的未建模特性,从而使混合模型具有更好的预测性能。(3)本文采用归纳一致性预测算法实现了置换率预测模型的评价。针对模型的在线更新的问题,本文提出了长期校正与短期校正相结合的模型校正方法：基于折息限定窗口的块式递推PLS算法用于数据补偿模型的校正,实现模型的短期校正;基于粒子群优化算法对机理模型参数进行校正,实现模型的长期校正。(4)通过仿真分析验证了本文提出方法的有效性。

关键词：湿法冶金置换过程混合建模模型评价模型校正

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湿法冶金浓密洗涤过程建模及关键变量预测

湿法冶金浓密洗涤过程建模及关键变量预测

作者：徐丽丽东北大学

学位级别：硕士

资源问题已经成为我国乃至世界可持续发展战略的根本问题。湿法冶金能够处理复杂矿、低品位矿等,并且对环境污染较少,因此,许多湿法冶金新工艺不断出现并得到广泛应用。浓密洗涤过程是湿法冶金过程的一道关键工序。浓密机是其中的常用设... 详细信息

资源问题已经成为我国乃至世界可持续发展战略的根本问题。湿法冶金能够处理复杂矿、低品位矿等,并且对环境污染较少,因此,许多湿法冶金新工艺不断出现并得到广泛应用。浓密洗涤过程是湿法冶金过程的一道关键工序。浓密机是其中的常用设备,其底流浓度、溢流浊度、矿浆浓度分布以及泥层高度是衡量浓密洗涤过程质量的关键指标。目前浓密机的控制仍处于人工操作状态,其浓度、流量的波动相应地都比较大,对后续生产过程的生产指标造成较大影响。同时浓密机由于影响因素多、大时滞、慢时变等特性,使得实现其自动控制一直是一个难题。建立与优化控制相关的浓密洗涤过程关键变量预测模型是实现浓密洗涤过程优化控制的关键。本文针对浓密洗涤生产过程中关键变量在线准确检测的难点,在深入分析湿法冶金浓密洗涤生产过程特点的基础上,利用机理建模与数据建模相结合的混合建模方法,全面系统地开展了湿法冶金浓密洗涤过程建模及关键变量预测方面的研究。本文的主要研究工作归纳如下：(1)从浓密洗涤过程矿浆沉降原理出发,依据固体通量理论和质量守恒理论建立浓密洗涤过程机理模型,该模型能够实现对底流浓度、溢流浊度、矿浆浓度分布以及泥层高度四个关键变量的预测。通过对所建立的模型进行仿真,揭示了浓密洗涤过程的动态特性,实现了对关键变量的预测,找出了影响浓密洗涤过程的主要因素,确定了数据建模的辅助变量,为混合建模和模型校正奠定基础。(2)针对动态机理模型在工业现场难以直接应用的难题,提出采用并行混合模型的结构建立浓密洗涤过程的预测模型。该混合模型由简化的机理模型与PLS数据补偿模型并联组成,因此能够充分发挥不同建模方法的优点。模型简化的目的是减少机理模型中的不可测变量,提高模型的运算效率。补偿模型则利用过程数据弥补由于模型简化所带来的预测精度下降问题。(3)针对预测模型无法在线跟踪过程慢时变的特性问题,提出了一种基于模型评价的模型校正策略。该方法是一种短期校正与长期校正相结合的混合校正策略。通过高斯混合模型对混合模型误差分布特性进行描述,实现对模型性能的评价以及实时的模型误差输出补偿;然后当采集样本集达到一定数量,且此时的预测误差较大或预测误差波动较大时,应用折息递推PLS算法实现对PLS模型的校正。模型预测误差补偿和数据模型校正称为短期校正。当模型运行一段时间积累了足够多的新样本数据后,就可以实现对机理模型参数进行校正,即进行长期校正。通过两种校正方式的交替使用,进一步提高了模型的预测精度与实用性。仿真结果验证了这一校正策略的有效性。

关键词：湿法冶金浓密洗涤过程机理模型混合模型模型校正

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湿法冶金金氰化浸出过程建模与优化

湿法冶金金氰化浸出过程建模与优化

作者：牟兴建东北大学

学位级别：硕士

随着我国工业化进程的不断推进,我国有色金属富矿资源日趋枯竭,如何经济有效的利用低品位复杂有色金属矿石资源对我国的可持续发展意义重大。现代的湿法冶金作为两大主要金属冶炼提取技术之一,其显著优点在于原料中有价金属综合回收程度... 详细信息

随着我国工业化进程的不断推进,我国有色金属富矿资源日趋枯竭,如何经济有效的利用低品位复杂有色金属矿石资源对我国的可持续发展意义重大。现代的湿法冶金作为两大主要金属冶炼提取技术之一,其显著优点在于原料中有价金属综合回收程度高,更适合低品位矿产资源的回收利用。浸出过程是湿法冶金核心的操作单元。尽管我国湿法冶金浸出工艺达到世界先进水平,但浸出生产过程的控制还停留在离线分析、经验调整、手动控制的水平,导致整个湿法冶金企业生产效率低、资源消耗大、产品质量不稳定。因此建立浸出过程准确的模型来预测浸出率与优化浸出操作变量就成为了进一步实现湿法冶金自动化生产的当务之急。本文针对山东某黄金精炼厂的湿法冶金浸出实际生产过程,通过深入分析浸出生产过程的特点,建立了浸出率的预报模型,并在其基础上,以生产成本最低为目标,对氰化物添加量的优化进行了探讨,主要研究工作归纳如下：1.根据浸出过程的基本原理,研究以氰化钠为浸出剂的金的浸出过程。基于物料及能量平衡关系,建立了该过程的机理模型,并通过实验仿真,证明了机理模型的有效性。该机理模型为混合模型与优化模型的建立奠定了基础。2.基于混合建模思想,提出了由机理模型与数据补偿模型构成的湿法冶金浸出过程的混合模型。机理模型描述了浸出过程的基本特性,数据模型采用基于遗传算法的神经网络对未建模部分进行误差补偿。通过仿真实验,验证了上述混合建模方法的有效性。3.以经济效益为目标,建立了浸出过程操作变量优化模型,并采用遗传粒子群方法对模型进行优化求解。通过仿真实验,证明了优化方法的有效性。4.以山东某黄金精炼厂湿法冶金全流程智能综合控制系统项目为背景,设计开发了浸出过程优化控制平台,实现了基于实际生产数据的浸出过程浸出率在线预测,并且能够为浸出过程提供优化操作指导。

关键词：湿法冶金浸出过程混合模型神经网络遗传粒子群

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湿法冶金浸出过程非线性预测控制方法的研究

湿法冶金浸出过程非线性预测控制方法的研究

作者：白璐东北大学

学位级别：硕士

矿产资源是经济社会发展的基础,在经济社会发展中起到了重要作用,经济的可持续快速发展都离不开矿产资源的供给。我国矿产资源丰富,种类繁多,但是我国正处于经济高速发展过程,而且我国人口众多,矿产资源需求量非常大。因此,提高矿产资... 详细信息

矿产资源是经济社会发展的基础,在经济社会发展中起到了重要作用,经济的可持续快速发展都离不开矿产资源的供给。我国矿产资源丰富,种类繁多,但是我国正处于经济高速发展过程,而且我国人口众多,矿产资源需求量非常大。因此,提高矿产资源的利用率,对于保证国家的可持续发展意义重大。作为提取冶金的两大技术之一,湿法冶金的显著优点在于原料中有价金属综合回收程度高、有利于环境保护、生产过程较易实现连续化和自动化,因此更适合矿产资源的回收利用。浸出过程是湿法冶金核心的操作单元。本文针对某黄金湿法冶炼厂,在深入分析湿法冶金浸出过程特点的基础上,建立了较为完整的动态机理模型,全面系统地开展了湿法冶金浸出过程浸出率预测的研究。在机理模型的基础上,提出了一种基于全局正交配置法的非线性预测控制方法。本文的主要研究工作归纳如下:1.在详细分析氰化浸出过程反应机理的基础上,建立了由固相中金守恒方程、液相中金守恒方程、液相中氰离子守恒方程以及金和氰离子的动力学反应速度模型组成的浸出过程动态机理模型。基于上述模型,仿真得出浸出过程的动态响应并分析模型中各个输入变量对浸出率的影响关系,验证机理模型合理性。2.对于非线性过程,传统的预测控制方法是将预测模型线性化,再实施预测控制,这样的方法比较适合弱非线性的控制系统,对于强非线性过程的控制效果较差。而浸出过程是一个相对复杂的非线性过程,线性化会造成大量特性的丢失,因此本文采用全局正交配置的动态优化方法,解决每一步的最优控制问题,得到基于全局正交配置法的非线性模型预测控制方法。3.分别针对线性化的模型预测控制方法和基于全局正交配置法的非线性预测控制方法,从跟踪性能、抗扰性能和模型失配鲁棒性能三个方面进行了详细地浸出率控制效果仿真对比,发现本文提出的非线性预测控制方法超调量小,响应速度快,稳定性高,且在模型失配的情况下具有较强的鲁棒性。

关键词：湿法冶金氰化浸出过程非线性模型预测控制正交配置法

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湿法冶金置换过程的实时优化

湿法冶金置换过程的实时优化

作者：陈小龙东北大学

学位级别：硕士

随着我国冶金行业的快速发展,经济有效的利用低品位有色金属资源,对我国的可持续发展具有重要意义。作为提取冶金的两大技术之一,湿法冶金的显著优点在于对原料中有价金属综合回收程度高、有利于环境保护、生产过程较易实现连续化和自动... 详细信息

随着我国冶金行业的快速发展,经济有效的利用低品位有色金属资源,对我国的可持续发展具有重要意义。作为提取冶金的两大技术之一,湿法冶金的显著优点在于对原料中有价金属综合回收程度高、有利于环境保护、生产过程较易实现连续化和自动化,因此更适合低品位矿产资源的回收利用。置换过程是金湿法冶金的重要工序之一,目前置换过程的控制还停留在离线分析、经验调整、手动控制的水平,导致整个金湿法冶金企业生产效率低、资源消耗大、产品质量不稳定,成为制约我国金湿法冶金工业发展的瓶颈。本文针对湿法冶金置换过程产品质量的优化问题,在深入分析湿法冶金置换生产过程工艺和特点的基础上,全面系统的开展了对湿法冶金置换过程建模与优化方面的研究。本文主要工作包括：1、从置换过程基本原理出发,首先简要介绍了影响置换过程的主要因素。基于反应动力学和物料平衡关系,建立了置换过程动态机理模型。通过模型仿真,揭示了置换过程动态特性和稳态特性,确定了数据建模中的辅助变量,为数据模型的建立奠定基础。针对动态机理模型的参数难以准确获得以及一些假设条件对模型准确性的影响,采用核偏最小二乘算法建立了置换过程的数据模型。通过仿真验证,证明了上述数据建模方法的有效性。2、针对置换过程间歇重复的特性,对置换过程进行批次间迭代优化,得到最佳的锌粉添加量。由于生产过程中的不确定因素,使得模型和实际过程存在不匹配问题。针对这一问题,本文将带修正项的自适应优化方法引入置换过程批次间迭代优化中。该方法利用先前批次信息以及当前在线测量信息,通过对优化目标和约束条件进行实时修正,达到校正一阶必要条件,获取实际过程的最优操作轨迹的目的。通过仿真实验,验证了上述方法的有效性。3、针对置换过程实时优化问题,以及批次间与批次内的扰动和模型不确定性对过程优化的影响,提出了一种集成批次间与批次内优化的自适应实时优化方法。一方面,该方法集成了批次间优化与批次内实时优化两种优化策略,充分发挥二者各自的优点,能有效解决批次间和批次内的扰动问题;另一方面,带修正项的自适应优化算法能有效克服批次间和批次内的近似模型与实际过程不匹配问题。通过仿真实验,验证了上述实时优化方法的有效性。4、结合前面提出的建模和优化方法,设计并开发了置换过程预测与优化操作系统,为置换过程提供优化操作指导。

关键词：湿法冶金置换过程建模自适应实时优化

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湿法冶金浓密机底流管道故障诊断与研究

湿法冶金浓密机底流管道故障诊断与研究

作者：于志超东北大学

学位级别：硕士

湿法冶金是一种处理低品位矿石和复杂矿石且比较环保的冶金方法。固液分离是湿法冶金中浸出和置换过程中的中间环节,扮演着重要角色。浓密机是固液分离过程中的主要设备,该设备造价成本昂贵,结构复杂。在实际生产现场,由于浓密洗涤工序... 详细信息

湿法冶金是一种处理低品位矿石和复杂矿石且比较环保的冶金方法。固液分离是湿法冶金中浸出和置换过程中的中间环节,扮演着重要角色。浓密机是固液分离过程中的主要设备,该设备造价成本昂贵,结构复杂。在实际生产现场,由于浓密洗涤工序比较复杂,浓密机的生产环境恶劣,存在诸多干扰因素,导致浓密机故障频发,甚至造成“跑浑”、“压耙”等故障,造成巨大的人力物力损失。因此,湿法冶金浓密洗涤过程中故障监测与诊断具有重要意义。本文以山东黄金某选矿厂湿法冶金浓密洗涤过程为背景,对湿法冶金浓密机底流管道进行故障诊断。本文首先通过支持向量机（SVM）算法建立浓密机底流管道堵塞故障监测模型,对浓密机底流管道是否发生堵塞进行监测。支持向量机（SVM）是一种机器学习算法,在解决非线性、小样本和高维模式识别问题方面具有以往机器学习方法无法比拟的优势。建好监测模型后,采用粒子群算法（PSO）对已建立的监测模型进行参数（核参数及误差惩罚参数）优化,达到了更好的监测性能。引起浓密机底流管道堵塞的原因主要划分为三类,为了更进一步诊断堵塞故障原因,本文建立浓密机底流管道故障诊断模型,对堵塞故障进行诊断,得出故障原因及故障类型,以便采取针对性措施。通过采用随机森林算法建立故障诊断模型,随机森林算法能够很好地容忍噪声和异常值,抗干扰能力强,训练过程中不会出现过拟合现象等特点。建好故障诊断模型后,采用粒子群算法对该诊断模型进行参数（随机森林决策树棵数及生成一棵树所随机选取的属性特征数量）优化,达到了满意效果。最后,为了更好的对生产现场的浓密洗涤过程监测进行指导,利用Visual Studio C#和SQL Server数据库建立了湿法冶金浓密机底流管道运行监控与诊断平台,对浓密机底流管道在线监测,并通过相关仿真分析验证了该平台的实用性。

关键词：湿法冶金浓密机支持向量机随机森林粒子群算法故障诊断

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湿法冶金铜萃取组分含量软测量方法研究

湿法冶金铜萃取组分含量软测量方法研究

作者：张淑宁东北大学

学位级别：硕士

现代工业过程对控制系统越来越高的要求促进了软测量技术的发展,作为能够实现现代复杂工业过程中较难甚至无法由硬件在线检测的过程参数的在线预估的有效手段,软测量已经成为目前过程控制领域的研究热点之一。湿法冶金铜萃取过程具有强... 详细信息

现代工业过程对控制系统越来越高的要求促进了软测量技术的发展,作为能够实现现代复杂工业过程中较难甚至无法由硬件在线检测的过程参数的在线预估的有效手段,软测量已经成为目前过程控制领域的研究热点之一。湿法冶金铜萃取过程具有强非线性、时变、大滞后等特点,元素的组分含量难以在线测量。针对组分含量难以在线测量的问题,本文将最小二乘支持向量机建模方法应用于铜组分含量的在线预估。试验结果表明了该方法的有效性。本文主要内容包括： 1、对软测量技术的基本原理,建模方法进行了研究。 2、简要描述湿法冶金铜萃取过程原理及其工艺流程,从萃取分离过程的化学平衡入手,分析了影响铜元素组分含量的因素。应用萃取平衡分配的相关知识和串级萃取物料平衡原理,建立了铜萃取过程的静态机理模型。. 3、建立了一种基于机理模型和LS-SVM模型相结合的铜萃取组分含量混合软测量模型。利用该混合模型实现了萃取过程中铜组分浓度的在线预估,试验结果表明了该方法的有效性。 4、以湿法冶金铜萃取过程为对象,讨论了萃取过程自动控制系统的体系结构和功能,以及萃取过程组分含量软测量模型在萃取过程控制系统中的应用和地位。 5、最后,本文给出了湿法冶金萃取过程控制系统及铜组分含量软测量模型的实施设计方案,并探讨了铜萃取软测量在萃取过程优化控制中的应用设计。

关键词：湿法冶金铜萃取软测量最小二乘支持向量机

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湿法冶金全流程建模与优化

湿法冶金全流程建模与优化

作者：王海龙东北大学

学位级别：硕士

众所周知,矿产资源既是经济社会发展的基础,也是制约经济社会发展的主要因素。随着我国工业化进程的不断推进,对矿物资源的不断开发利用,具有经济价值的高品位矿石正在迅速减少,金属资源枯竭形势十分严峻;而另一方面,我国却蕴藏着大量... 详细信息

众所周知,矿产资源既是经济社会发展的基础,也是制约经济社会发展的主要因素。随着我国工业化进程的不断推进,对矿物资源的不断开发利用,具有经济价值的高品位矿石正在迅速减少,金属资源枯竭形势十分严峻;而另一方面,我国却蕴藏着大量的低品位有色金属资源,因此,如何经济有效地利用低品位有色金属矿物资源,对我国的可持续发展具有重要意义。湿法冶金能够处理复杂矿、低品位矿等,并且对环境污染较少,因而得到了广泛的应用。尽管我国的湿法冶金工艺并不落后于国外,与之相应的优化控制技术却发展缓慢,致使矿产资源难以得到高效低耗利用。针对这一问题,本文以某黄金冶炼工厂为背景,建立了湿法冶金全流程的机理模型,并采用二阶振荡粒子群优化算法对其进行了优化。结果表明,通过优化可以有效的提高生产效率,节约生产成本,获得最大的经济效益。本文的主要内容包括： (1)对湿法冶金的典型工艺：浸出、压滤洗涤和置换进行深入的分析,并根据物料守恒和反应动力学方程分别建立了这三个环节的机理模型,在此基础上,建立了湿法冶金全流程机理模型,并对模型进行了仿真分析。 (2)根据对全流程工艺的研究,首先采用常规优化方法对全流程进行优化,即直接利用全流程机理模型,建立以经济效益为目标的优化模型,并采用二阶振荡粒子群优化算法对其进行优化。 (3)鉴于常规优化复杂、优化时间长、优化求解难等缺点,本文提出了一种分层优化的思想,将全流程优化分为两层：第一层优化以经济效益为目标,以各个工序指标(浸出率、洗涤率和置换率)为决策变量;第二层优化以达到上层优化确定的各工序指标所需的物耗最少为目标,以操作变量(氰化钠添加量、锌粉添加量)为决策变量。通过将分层优化和常规优化的结果进行比较,验证了分层优化的优点。 (4)最后,本文设计和开发了基于C#、Matlab和SQL Server数据库之间混合编程的湿法冶金全流程指标预测与优化系统,用于指导现场操作。

关键词：湿法冶金全流程建模分层优化

重金属湿法冶金过程中钙镁结晶的工业现状及相关相图研究进展

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中国科学：化学 2010年第9期40卷 1226-1242页

作者：王文磊曾德文杜勇陈启元中南大学化学化工学院长沙410083 中南大学相图及材料设计与制备科学中心长沙410083

首先介绍湿法冶金和材料制备过程中钙镁结晶危害的工业现状及其对溶液化学和结晶相化学基础研究的要求,然后系统地评述相关体系溶液化学和相化学基础研究的进展.接着在作者的系统工作及文献结果分析基础上指出:钙在重金属硫酸盐体系高... 详细信息

首先介绍湿法冶金和材料制备过程中钙镁结晶危害的工业现状及其对溶液化学和结晶相化学基础研究的要求,然后系统地评述相关体系溶液化学和相化学基础研究的进展.接着在作者的系统工作及文献结果分析基础上指出:钙在重金属硫酸盐体系高温溶解度的实验研究、能描述硫酸盐离子缔合的合理热力学预测模型、硫酸盐水溶液结构的光谱和量子化学研究、以及硫酸盐水溶液高温下水的活度测定等是未来研究工作的重点.这些研究工作将加深对重金属湿法冶金过程中钙镁结晶危害行为及规律的认识,为廉价、环保地避免钙镁结晶危害的新工艺开发奠定了重要基础.

关键词：硫酸盐湿法冶金相图