[發明專利]沉鐵過程出口離子預測方法及系統

在審

• 申請號: 202011381228.1
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112562797A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 陳寧;胡福海;陽春華;桂衛華;陳嘉瑤;郭宇騫;趙彥霞
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G16C20/70
• 分類號: G16C20/70;G16C60/00;C22B3/44;C22B19/20
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 鄧宇

本發明涉及濕法煉鋅沉鐵過程控制領域，公開一種沉鐵過程出口離子預測方法及系統，以解決現有的沉鐵過程出口離子濃度預測模型精確度不高的技術問題。本發明方法包括：圍繞c個中心樣本選取相似度高的L個時間連續樣本構成c個子訓練樣本集；將對應不同工況的各子訓練樣本集分別進行訓練得到c個動態概率隱變量子模型；獲取用于預測離線沉鐵過程出口離子濃度特征的無標簽的測試樣本數據，對同一測試樣本數據進行局部鄰域標準化處理后輸入到各動態概率隱變量子模型得到出口離子濃度預測值的概率分布；采用貝葉斯決策進行聯合估計將c個動態概率隱變量子模型輸出的預測值的概率分布結果進行融合，得到對應所述測試樣本數據最終的出口離子濃度的預測值。

技術領域

本發明涉及濕法煉鋅沉鐵過程控制領域，尤其涉及一種沉鐵過程出口離子預測方法及系統。

背景技術

鋅是一種能應用在各個領域的重要金屬。濕法冶煉由于高產出和低能耗成為最主要的鋅冶煉方法，主要包括磨礦、浸出、凈化、電解等工序。該方法中的硫酸鋅溶液需要經過凈化除雜后，方可進行電解得到鋅單質。目前，針鐵礦法常用來去除硫酸鋅溶液中的主要雜質鐵離子。沉鐵過程的主要生產設備為連續攪拌釜式反應器(CSTR)，然而單個反應器不能將浸出液中過量鐵離子直接降低到工藝要求范圍內，因此需要在四個由高到低級聯的反應器中進行除鐵。前一反應器的出口離子濃度為下一個反應器的入口離子濃度，各個反應器出口鐵離子濃度需按要求依次降低，保證硫酸鋅溶液離開最后一個反應器后其中鐵離子含量降低至工藝指標要求范圍內。為了達到這個目的，需根據每個反應器入口離子濃度(即上一反應器的出口離子濃度)分別對其中添加的氧氣和焙砂進行調節，然而在實際沉鐵過程中，反應器自身的密閉性及檢測裝置的局限性使得反應器出口溶液中各離子的濃度只能通過人工定期抽樣檢測獲得。導致對操作參數(氧氣和焙砂)的調節具有很大的滯后性，降低沉鐵效率。因此，建立沉鐵過程模型，預測反應器出口離子濃度，對調整操作參數的盲目性、提高沉鐵效率具有重大意義。

實際沉鐵過程中，合理控制Fe²⁺的氧化速率即氧化反應速率是實現高效除鐵的關鍵。Fe²⁺的氧化速率過快，會使Fe³⁺的含量過高，生成氫氧化鐵膠體，影響水解反應的正常進行；氧化速率過慢，會使沉鐵后液鐵離子含量超標，達不到需要的除鐵效果。而氧化反應速率除了受催化劑Cu²⁺含量的影響以外，主要由通入反應器的氧氣流量來控制。因此，獲取溶解氧濃度是對沉鐵過程進行機理建模的重要的一環。可是實際生產過程中由于檢測難度高等原因，對沉鐵溶液進行離線抽樣檢測并沒有檢測溶解氧濃度。且氧氣溶解度受到多種因素影響，機理模型難以在考慮眾多影響因素的同時兼顧可計算性和精確度。由于現有的沉鐵過程出口離子濃度預測模型中難以檢測溶解氧濃度，造成預測的出口離子濃度精確度不高，使得根據預測出口離子調節氧氣流量的控制行為，并不能實現合理控制Fe²⁺的氧化速率，達到高效除鐵的作用。

因此，現有的沉鐵過程出口離子濃度預測模型中難以檢測溶解氧濃度，造成預測的出口離子濃度精確度不高已成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明目的在于公開一種沉鐵過程出口離子預測方法及系統，以解決現有的沉鐵過程出口離子濃度預測模型中難以檢測溶解氧濃度，造成預測的出口離子濃度精確度不高的技術問題。

為達上述目的，本發明公開一種沉鐵過程出口離子預測方法，包括以下步驟：

S1：構建影響沉鐵過程出口離子濃度效果的特征向量，獲取有標簽數據樣本集，采用仿射聚類傳播算法得到c個有代表性的中心樣本點，分別圍繞c個中心樣本選取相似度高的L個時間連續樣本構成c個子訓練樣本集；

S2：將對應不同工況的各子訓練樣本集分別進行局部鄰域標準化處理，然后以處理后的各子訓練樣本集數據分別對c個動態概率隱變量子模型參數進行辨識，以及根據EM算法求得各動態概率隱變量子模型的參數，所述EM算法利用現有的子訓練樣本集數據信息并使用矩估計對初值進行選擇；