濕法冶金萃取過程組分濃度軟測(cè)量方法的研究與應(yīng)用.pdf

1、我國蘊(yùn)藏著大量的低品位有色金屬資源，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，如何經(jīng)濟(jì)有效地利用這類礦產(chǎn)資源，對(duì)我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有極其重要的意義。作為提取冶金的兩大技術(shù)之一，濕法冶金的顯著優(yōu)點(diǎn)在于原料中有價(jià)金屬綜合回收程度高、有利于環(huán)境保護(hù)、生產(chǎn)過程較易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化，因此更適合低品位礦產(chǎn)資源的回收利用。溶劑萃取技術(shù)簡(jiǎn)化或取消了濕法冶金過程中大量耗資的固液分離工序，促進(jìn)了濕法冶金工藝的迅速發(fā)展。盡管我國濕法冶金萃取工藝

2、達(dá)到世界先進(jìn)水平，但萃取生產(chǎn)過程的控制還停留在離線分析、經(jīng)驗(yàn)調(diào)整、手動(dòng)控制的水平，導(dǎo)致整個(gè)濕法冶金企業(yè)生產(chǎn)效率低、資源消耗大、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，已經(jīng)成為制約我國濕法冶金工業(yè)發(fā)展的瓶頸。
　　本文針對(duì)濕法冶金萃取生產(chǎn)過程中組分濃度在線檢測(cè)的難點(diǎn)，在深入分析濕法冶金萃取生產(chǎn)過程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用機(jī)理建模與數(shù)據(jù)建模相結(jié)合的混合建模方法，全面系統(tǒng)地開展了濕法冶金萃取過程組分濃度軟測(cè)量方法及應(yīng)用方面的研究。本文的主要研究工作歸納如下:

3、　　1.從溶劑萃取的基本原理出發(fā)，首先簡(jiǎn)要分析了影響萃取平衡的主要因素?；谖锪虾馑汴P(guān)系，提出利用串行結(jié)構(gòu)建立多級(jí)逆流萃取過程的動(dòng)態(tài)機(jī)理模型。在多級(jí)逆流萃取過程模型的基礎(chǔ)之上，又提出對(duì)分餾萃取過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模。模型中利用數(shù)據(jù)建模方法描述萃取平衡關(guān)系，與物料平衡關(guān)系共同組成分餾萃取過程的動(dòng)態(tài)機(jī)理模型。通過模型仿真，揭示了分餾萃取過程的動(dòng)態(tài)特性與穩(wěn)態(tài)特性，找出影響分餾萃取過程的主要因素，確定了軟測(cè)量模型中的輔助變量，為軟測(cè)量模型的建立奠定基

4、礎(chǔ)。
　　2.針對(duì)動(dòng)態(tài)機(jī)理模型在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)難以直接應(yīng)用的難題，提出采用并行混合模型的結(jié)構(gòu)建立分餾萃取過程的軟測(cè)量模型。該模型由簡(jiǎn)化的機(jī)理模型與數(shù)據(jù)補(bǔ)償模型并聯(lián)組成，因此能夠充分發(fā)揮不同建模方法的優(yōu)點(diǎn)。模型簡(jiǎn)化的目的是減少機(jī)理模型中的不可測(cè)變量，提高模型的運(yùn)算效率。補(bǔ)償模型則利用過程數(shù)據(jù)彌補(bǔ)由于模型簡(jiǎn)化所帶來的預(yù)測(cè)精度下降問題。為了建立補(bǔ)償模型，還提出了一種基于PLS、模糊系統(tǒng)以及減聚類算法的非線性數(shù)據(jù)建模方法，該方法能夠抑制過程數(shù)據(jù)

5、中正態(tài)分布的噪聲，并簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)。通過仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了上述混合建模方法的有效性。
　　3.針對(duì)過程數(shù)據(jù)通常包含有異常點(diǎn)的難題，提出利用魯棒非線性建模方法建立補(bǔ)償模型。由于多維數(shù)據(jù)中的異常點(diǎn)，很難利用傳統(tǒng)方法將其一一剔除，為此首先提出了基于RBF網(wǎng)絡(luò)的魯棒非線性數(shù)據(jù)建模方法。該方法利用RBF變換將低維空間的非線性問題轉(zhuǎn)化為高維空間的線性問題，再利用不同的魯棒PLS算法進(jìn)行模型參數(shù)的訓(xùn)練。在此基礎(chǔ)之上，又提出了一種魯棒KPL

6、S算法。由于該算法采用了核方法，因此不涉及特征空間的維數(shù)，也不需要知道非線性映射的具體形式，可用于建立魯棒補(bǔ)償模型。另外，所建立的軟測(cè)量模型在應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程的時(shí)候，還需要引入模型校正環(huán)節(jié)，以擴(kuò)大其使用范圍。因此本文提出了一種短期校正與長期校正相結(jié)合的校正策略，通過兩種校正方式的交替使用，進(jìn)一步提高了模型的預(yù)測(cè)精度與實(shí)用性。利用所提出的魯棒混合建模方法以及校正策略對(duì)銅萃取過程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，取得了滿意的效果。
　　4.

7、針對(duì)濕法冶金萃取過程優(yōu)化操作的問題，在軟測(cè)量模型的基礎(chǔ)之上，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低輔料消耗為目標(biāo)，提出利用粒子群優(yōu)化算法為萃取過程提供優(yōu)化操作指導(dǎo)。以某鉆濕法冶金工廠的萃取工段作為具體研究對(duì)象，由于原有生產(chǎn)條件自動(dòng)化水平較低，因此首先需要設(shè)計(jì)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，采用了由執(zhí)行層、控制層和管理層構(gòu)成的三層體系結(jié)構(gòu)。在基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的支持下，以上述理論研究為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了萃取工段的優(yōu)化操作系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)了萃取過程組分濃度的軟測(cè)量，并為該過程提供