[發明專利]基于狀態轉移算法的除銅過程的猶豫模糊c均值聚類方法

有效

• 申請號: 202010128838.4
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111368897B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 周曉君;張潤東;徐沖沖
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F18/2321
• 分類號: G06F18/2321;G06N3/006;G06N3/126
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 鄭久興

基于狀態轉移算法的除銅過程的猶豫模糊c均值聚類方法，包括：基于除銅級聯反應釜的數據設置狀態轉移算法的參數并初始化距離測度權重；基于距離測度權重通過模糊c均值聚類仿真得到除銅級聯反應釜的數據的聚類中心和隸屬度矩陣；根據聚類中心和隸屬度矩陣建立目標模型并進行仿真后輸出優化結果。本發明中對濕法煉鋅除銅工藝過程的數據進行了聚類分析，能夠很好地判別具有安全威脅的數據，同時能夠較快且準確地得到最優的權重結果，對于整個除銅工藝過程的參數辨識與優化控制具有重要意義。

技術領域

本發明涉及除銅工序數據挖掘技術領域，特別涉及基于狀態轉移算法的用于除銅的猶豫模糊c均值聚類方法。

背景技術

在有色冶金濕法煉鋅流程工業過程中，凈化除銅是其中一道非常重要的工序，銅離子是硫酸鋅溶液中含量最高且對后續電解工序有害的雜質離子，因此需要在凈化工段首先被除去。除銅工序通過向兩個連續的反應釜中添加鋅粉除去銅離子，但是又需要適當保留一定量的銅離子作為后續除鈷工段的活化劑，因此需要確保最后的反應釜的出口銅離子濃度保持穩定且處于合格的范圍內。現場的工藝流程中需要根據出口銅離子濃度調整鋅粉添加量，添加太多鋅粉會造成鋅粉浪費的同時也會導致出口銅離子濃度過低；而鋅粉添加過少會導致出口銅離子濃度過高，影響后續電解工藝。

現有的針對除銅工序的反應釜出口銅離子濃度的檢測是采取“現場采樣+實驗室分析”的常規方法，該方法的采樣及檢測周期過長，使得對銅離子濃度的檢測及分析失去了其對工業除銅工序的入口鋅粉添加量進行指導的價值。

現有的濕法煉鋅除銅工藝過程是通過在兩個連續的級聯反應器的入口處添加鋅粉以達到沉淀銅離子的目的，浸出后的硫酸鋅溶液中涉及到的主要的反應有鋅粉置換銅反應和單質銅沉淀銅離子的歸中反應，最終的雜質銅離子將會以氧化亞銅為主的形式沉淀下來。

置換反應與歸中反應共同消耗銅離子，兩者之間存在相互競爭的關系，且置換反應生成的單質銅是歸中反應的反應物，前者對后者具有促進作用。

兩級聯反應釜中的置換反應與歸中反應的具體反應式如下：

在整個除銅反應過程反應釜中，硫酸鋅溶液中的銅離子首先與鋅粉發生置換反應，生成單質銅，如上(1)式；部分單質銅在底流晶種的作用下，繼續與銅離子發生歸中反應，生成了氧化亞銅沉淀，如上(2)式。

從電化學的角度分析，鋅的標準還原電位為-0.763V，而銅的標準還原電位為0.3402V，因此具有正電位的銅能更輕易地被具有負電位的鋅置換，因為電子更容易從鋅單質轉移至銅離子，發生的反應如(1)式的置換反應。

在直接浸出冶煉除銅工藝中，通過控制溶液堿度與反應晶種，能夠促進(2)式中的歸中反應正向進行，則可以得到氧化亞銅沉淀與鋅粉之間的化學計量關系式：

在鋅直接浸出冶煉除銅過程中，銅離子主要是以氧化亞銅的形式沉淀，1摩爾的鋅粉理論上能夠沉淀2摩爾銅離子，因此相比較與單一的置換反應(1)，若能促進反應(3)的進行，則更能夠節約鋅粉添加量。

工業除銅過程中的各項數據為實時檢測數據，是通過檢測控制系統將數據傳送至現場監控主機中，由于浸出后液具有高溫度高腐蝕性等特性，在線金屬分析儀很難應用在除銅過程濃度檢測當中，因此級聯反應釜的出口銅離子濃度是通過每兩小時人工采樣，并最終在實驗室化驗檢測得到銅離子濃度數據。實際生產過程依然是依靠操作人員根據實時監控信息以及雜質濃度離線的化驗值，按老師傅的經驗來調節鋅粉添加量，以期將出口銅離子濃度保持在生產指標范圍內。然而這種通過離線檢測出的銅離子數據再對實時現場的鋅粉添加量進行指導已經無法適應實際工業需要。