濕法冶金全流程分層優(yōu)化控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種濕法冶金全流程分層優(yōu)化控制技術(shù)，在生產(chǎn)管理部門確定總產(chǎn)出與總消耗的條件下，將全流程優(yōu)化控制問題分為工序級(jí)指標(biāo)優(yōu)化和過程級(jí)回路設(shè)定優(yōu)化兩層結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)。首先，通過建立描述濕法冶金各工序產(chǎn)出與最小消耗關(guān)系的各工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系模型，然后，在各工序過程模型的基礎(chǔ)上，建立工序過程優(yōu)化模型并加以求解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵控制回路設(shè)定優(yōu)化。本發(fā)明還提供實(shí)施上述全流程優(yōu)化控制技術(shù)的軟件系統(tǒng)，它包括主程序、數(shù)據(jù)庫和界面。本發(fā)明應(yīng)用于某濕法冶金生產(chǎn)流程，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】濕法冶金全流程分層優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于濕法冶金領(lǐng)域，提出一種濕法冶金全流程分層優(yōu)化控制方法，并進(jìn)而 提供一種濕法冶金全流程分層優(yōu)化控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 濕法冶金具有高效、清潔、適用于低品位復(fù)雜金屬礦產(chǎn)資源回收等優(yōu)勢(shì)，特別適于 我國礦產(chǎn)資源貧礦多，復(fù)雜共生，雜質(zhì)含量高等特點(diǎn)，特別是濕法冶金工藝工業(yè)化對(duì)于提高 礦產(chǎn)資源的綜合利用率，降低固體廢棄物產(chǎn)量，減少環(huán)境污染，都有著重大意義。
[0003] 近幾年濕法冶金工藝、設(shè)備研究進(jìn)展迅速。但是，濕法冶金工藝流程復(fù)雜，設(shè)備類 型多樣，工藝條件惡劣，如高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕等，所以，與濕法冶金工藝相適應(yīng)的全流程優(yōu) 化控制技術(shù)成為確保其安全、穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化亟待解決的重要問題。
[0004] 濕法冶金過程的工藝流程如圖1所示，它是一個(gè)將礦石、經(jīng)選礦富集的精礦或其 他原料經(jīng)與水溶液或其他液體相接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使原料中所含的有用金屬轉(zhuǎn)入液相， 再將液相中所含的各種有用金屬進(jìn)行分離富集的過程。該過程是由一系列子過程（如浸 出、壓濾洗滌和置換）連接而成的復(fù)雜過程，隨著優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)復(fù)雜濕法冶金過程的 全流程優(yōu)化也提出了越來越高的要求，單一子過程的優(yōu)化已不能滿足整個(gè)過程生產(chǎn)的需 要，必須將單一子過程的優(yōu)化問題融入到整個(gè)流程優(yōu)化中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)濕法冶金過程的全流 程優(yōu)化控制。
[0005] 目前，尚未見有關(guān)濕法冶金全流程優(yōu)化控制方面的報(bào)道。目前，濕法冶金企業(yè)所采 用的方法主要是由流程管理工程師憑人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行指標(biāo)與設(shè)定控制，導(dǎo)致對(duì)濕法冶金過程 生產(chǎn)的指導(dǎo)帶有較大的模糊性與隨意性，難以保證生產(chǎn)的全流程優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)高效低耗。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的是提出一種濕法冶金全流程分層優(yōu)化方法，即在生產(chǎn)管理部門確定 總產(chǎn)出與總消耗的條件下，將全流程優(yōu)化控制問題分為工序級(jí)指標(biāo)優(yōu)化和過程級(jí)回路設(shè)定 優(yōu)化兩層結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)。首先，通過建立描述濕法冶金各工序產(chǎn)出與最小消耗關(guān)系的各工 序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系1?型，以全流程經(jīng)濟(jì)效益最大為目標(biāo)，以工序指標(biāo)為決策變量，建立工序指 標(biāo)優(yōu)化模型并加以求解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工序指標(biāo)優(yōu)化；然后，在各工序過程模型的基礎(chǔ)上，將工 序指標(biāo)優(yōu)化結(jié)果引入約束，以生產(chǎn)操作偏好或消耗最小為優(yōu)化目標(biāo)，以關(guān)鍵控制回路設(shè)定 為決策變量，建立工序過程優(yōu)化模型并加以求解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵控制回路設(shè)定優(yōu)化。濕法冶 金全流程分層優(yōu)化控制方法主要包括各工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系模型以及過程模型的建立、工序 指標(biāo)優(yōu)化模型與工序過程優(yōu)化模型的建立以及求解等步驟。
[0007] 采用的技術(shù)方案是：
[0008] 濕法冶金過程的分層全流程優(yōu)化方法，包括下述工藝步驟：
[0009] 1)各個(gè)工序的過程模型和指標(biāo)相關(guān)關(guān)系模型的建立
[0010] (A)各工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系|旲型的建立 toon] 工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系模型主要是體現(xiàn)投入與產(chǎn)出關(guān)系的工序最小消耗模型，即各個(gè) 工序指標(biāo)與最小消耗之間的關(guān)系。利用實(shí)際生產(chǎn)過程指標(biāo)數(shù)據(jù)，以產(chǎn)出指標(biāo)為輸入、以其對(duì) 應(yīng)最小消耗為輸出建立各工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系數(shù)據(jù)模型。以圖1所示濕法冶金工藝流程為 例，該生產(chǎn)全流程各工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系模型為：
[0012] Qm = Fi (Qs, Cw, Cs0, Xi) ①
[0013] Qie = F2 (Qs, Cw, Cs0, x1； x2) ②
[0014] QM3 = F3 (Qs, Cw, Cs0, x1； x2, y, pgg) ③
[0015] 式中QM1-一次浸出過程氰化鈉最小消耗所折算的費(fèi)用；
[0016] QM2-二次浸出過程氰化鈉最小消耗所折算的費(fèi)用；
[0017] QM3-置換過程鋅粉最小消耗所折算的費(fèi)用；
[0018] Fi-工序指標(biāo)與最小消耗之間的關(guān)系模型（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型）；
[0019] Qs-流入浸出槽的礦石流量；
[0020] Cw-流入浸出槽的礦漿濃度；
[0021] CsQ-原礦中金的初始品位；
[0022] x2-為二浸浸出率；
[0023] y一為置換過程的置換率。
[0024] pgg -為金泥品位。
[0025] 由于流程各工序指標(biāo)間相互關(guān)聯(lián)、彼此影響，除了各工序最小消耗模型，工序指標(biāo) 相關(guān)關(guān)系模型還包括指標(biāo)間取值范圍相關(guān)關(guān)系模型。以圖1所示濕法冶金工藝流程為例， 一浸浸出率與其對(duì)應(yīng)的二浸最大浸出率之間的相關(guān)關(guān)系模型，即
[0026] x2；max = f (Xi) ④
[0027] 式中Xl-為一浸浸出率；
[0028] &，_一為二浸最大浸出率。
[0029] f一一浸浸出率與二浸最大浸出率之間的關(guān)系模型。
[0030] (B)各個(gè)工序的過程模型的建立
[0031] 本發(fā)明中采用的各個(gè)工序的過程模型為利用物料平衡關(guān)系建立好的浸出、壓濾洗 滌和置換過程模型。
[0032] 2)分層全流程優(yōu)化模型的建立
[0033] 本發(fā)明中采用的分層全流程優(yōu)化模型是由工序級(jí)優(yōu)化模型和過程級(jí)優(yōu)化模型組 成，其工序級(jí)優(yōu)化模型和過程級(jí)優(yōu)化模型如下：
[0034] (A)工序級(jí)指標(biāo)優(yōu)化模型
[0035] 工序級(jí)指標(biāo)優(yōu)化是在完成全流程綜合生產(chǎn)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，以全流程經(jīng)濟(jì)效益最大 為目標(biāo)，確定最優(yōu)的各工序指標(biāo)（一浸浸出率、二浸浸出率、置換率、金泥金品位以及各工 序消耗）。工序級(jí)優(yōu)化模型為
[0036] maxj = QAu · PAu+QZ-ff
[0037] s. t. χ1+(1-χ1) · x2 ^ η
[0038] X2,max = f (Xl)
[0039] W - Qs · Ps+Qm+QM2+QM3+Qe +Qh+Qgg
[0040] Qm = Fi (Qs, cw, cs0, Xl)
[0041 ] Qi2 = F2 (Qs. Cw, cs0, x1； x2) ⑤
[0042] Qms = F3 (Qs. Cw, Cs0, x1； x2, y, pgg)
[0043] Qm1+Qm2+Qm3 ^ Qmu
[0044] Xi；max ^ Xi ^ xi；min，i = 1, 2
[0045] y ^ yfflin
[0046] Pgg ^ Pgg, min
[0047] 式中J一單位時(shí)間經(jīng)濟(jì)效益；
[0048] QAu-金的產(chǎn)量；
[0049] PAu-金價(jià)格；
[0050] QZ-氰渣利潤；
[0051] W-濕法冶金過程的生產(chǎn)總成本；
[0052] η-金的最低回收率；
[0053] Ps-當(dāng)前礦石價(jià)格；
[0054] Qe-空壓機(jī)和渣漿泵電能損耗所折算的費(fèi)用；
[0055] Qh-環(huán)保處理成本；
[0056] Qgg-由金泥品位所產(chǎn)生的處理成本；
[0057] Q"-物耗上限值；
[0058] ymin-置換率工藝技術(shù)要求值；
[0059] pgg；min一金泥品位工藝技術(shù)要求值。
[0060] 在式⑤中，QZ可由下式表示
[0061] QZ = (Qs · Cs0-QAu/y) · PAu · μ ⑥
[0062] 式中μ -氰渣返金率。
[0063] (Β)過程級(jí)回路設(shè)定優(yōu)化模型
[0064] 過程級(jí)回路設(shè)定優(yōu)化是在工序級(jí)所確定的最優(yōu)各工序指標(biāo)（一浸浸出率、二浸浸 出率、置換率、金泥金品位以及各工序消耗）基礎(chǔ)上，分別確定各工序最優(yōu)的控制回路設(shè)定 值。各工序過程級(jí)優(yōu)化模型，包括一次浸出過程優(yōu)化模型、二次浸出過程優(yōu)化模型以及置 換過程優(yōu)化模型。
[0065] 一、二次浸出過程優(yōu)化均以第一槽氰化鈉添加量最大這一操作偏好為目標(biāo)，以各 浸出槽氰化鈉添加量為決策變量建立優(yōu)化模型；置換過程優(yōu)化則以鋅粉消耗最小為目標(biāo)， 以鋅粉添加量為決策變量建立優(yōu)化模型。
[0066] 一次浸出過程優(yōu)化模型為
[0067]
【權(quán)利要求】
1.濕法冶金全流程分層優(yōu)化控制方法，其特征在于：在生產(chǎn)管理部門確定總產(chǎn)出與總 消耗的條件下，將全流程優(yōu)化控制問題分為工序級(jí)指標(biāo)優(yōu)化和過程級(jí)回路設(shè)定優(yōu)化兩層結(jié) 構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)，即首先進(jìn)行各關(guān)鍵生產(chǎn)工序指標(biāo)優(yōu)化，然后，在工序指標(biāo)優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上， 實(shí)現(xiàn)各工序關(guān)鍵控制回路設(shè)定優(yōu)化；通過建立描述濕法冶金各工序產(chǎn)出與最小消耗關(guān)系的 各工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系|旲型，以全流程經(jīng)濟(jì)效益最大為目標(biāo)，以工序指標(biāo)為決策變量，建立工 序指標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工序指標(biāo)優(yōu)化；在各工序過程模型的基礎(chǔ)上，將工序指標(biāo)優(yōu)化結(jié) 果引入約束，以生產(chǎn)操作偏好或消耗最小為優(yōu)化目標(biāo)，以關(guān)鍵控制回路設(shè)定為決策變量，建 立工序過程優(yōu)化模型進(jìn)而實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵控制回路設(shè)定優(yōu)化；濕法冶金全流程分層優(yōu)化控制方法 主要包括各工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系模型以及過程模型的建立、工序指標(biāo)優(yōu)化模型與工序過程優(yōu) 化模型的建立以及求解等步驟； 1) 各個(gè)工序的過程模型和指標(biāo)相關(guān)關(guān)系模型的建立 (1) 各工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系|旲型的建立 工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系|吳型主要是體現(xiàn)投入與廣出關(guān)系的工序最小消耗|吳型，即各個(gè)工序 指標(biāo)與最小消耗之間的關(guān)系，利用實(shí)際生產(chǎn)過程指標(biāo)數(shù)據(jù)，以產(chǎn)出指標(biāo)為輸入、以其對(duì)應(yīng)最 小消耗為輸出建立各工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系數(shù)據(jù)模型；該生產(chǎn)全流程各工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系模型 為： Qn - Fi (Qs> Cw, Cs〇, Xj) ① Qm2 - F2 (Qs, Cw, Cs〇, x1； x2) ② Qm3 - F3 (Qs, Cw, Cs0, x" x2, y, pgg) ③ 式中QM1-一次浸出過程氰化鈉最小消耗所折算的費(fèi)用； QM2-二次浸出過程氰化鈉最小消耗所折算的費(fèi)用； QM3-置換過程鋅粉最小消耗所折算的費(fèi)用； Fi-工序指標(biāo)與最小消耗之間的關(guān)系模型； Qs-流入浸出槽的礦石流量； Cw-流入浸出槽的礦漿濃度； Cs〇一原礦中金的初始品位； χ2一為二浸浸出率； y-為置換過程的置換率； Pgg一為金泥品位； 工序指標(biāo)相關(guān)關(guān)系模型還包括指標(biāo)間取值范圍相關(guān)關(guān)系模型；一浸浸出率與其對(duì)應(yīng)的 二浸最大浸出率之間的相關(guān)關(guān)系模型，即 X2,max = f (Xl) ④ 式中Xi-為一浸浸出率； &_一為二浸最大浸出率； f一一浸浸出率與二浸最大浸出率之間的關(guān)系模型； (2) 各個(gè)工序的過程模型的建立 本發(fā)明中采用的各個(gè)工序的過程模型為利用物料平衡關(guān)系建立好的浸出、壓濾洗滌和 置換過程模型； 2) 分層全流程優(yōu)化模型的建立 本發(fā)明中采用的分層全流程優(yōu)化模型是由工序級(jí)優(yōu)化模型和過程級(jí)優(yōu)化模型組成，其 工序級(jí)優(yōu)化模型和過程級(jí)優(yōu)化模型如下： (1) 工序級(jí)指標(biāo)優(yōu)化模型 工序級(jí)指標(biāo)優(yōu)化是在完成全流程綜合生產(chǎn)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，以全流程經(jīng)濟(jì)效益最大為目 標(biāo)，確定最優(yōu)的各工序指標(biāo)：一浸浸出率、二浸浸出率、置換率、金泥金品位以及各工序消 耗；工序級(jí)優(yōu)化模型為 maxj = QAu · PAu+QZ-ff s. t. χ1+(1-χ1) · x2 ^ η X2，maX= f (X1) w - Qs · Ps+Qm+QiE+QiB+Qe+Qh+Qgg Qn 一 Fi (Qs> Cw, Cs〇, Xj) Qi2 = f2 (Qs, cw, cs0, Xl, x2) ⑤ Qm3 - F3 (Qs, Cw, Cs〇, x1； x2, y, pgg) Qm1+Qm2+Qm3 QmU Xi，max ^ Xi ^ Xi,min，土 1，2 Υ ^ Ymin Pgg ^ Pgg, min 式中J一單位時(shí)間經(jīng)濟(jì)效益； QAu一金的產(chǎn)量； PAu -金價(jià)格； QZ-氰渣利潤； W-濕法冶金過程的生產(chǎn)總成本； η-金的最低回收率； Ps-當(dāng)前礦石價(jià)格； -空壓機(jī)和渣漿泵電能損耗所折算的費(fèi)用； Qh-環(huán)保處理成本； Qgg-由金泥品位所產(chǎn)生的金泥處理成本； Qm-生產(chǎn)管理部門確定的物耗上限值； ymin-置換率工藝技術(shù)要求值； Pgg，min-金泥品位工藝技術(shù)要求值； 在式⑤中，QZ可由下式表示 QZ = (Qs · Cs0-QAu/y) · PAu · μ ⑥ 式中μ-氰渣返金率； (2) 過程級(jí)回路設(shè)定優(yōu)化模型 過程級(jí)回路設(shè)定優(yōu)化是在工序級(jí)所確定的最優(yōu)各工序指標(biāo)，包括一浸浸出率、二浸浸 出率、置換率、金泥金品位以及各工序消耗的基礎(chǔ)上，分別確定各工序最優(yōu)的控制回路設(shè)定 值；各工序過程級(jí)優(yōu)化模型，包括一次浸出過程優(yōu)化模型、二次浸出過程優(yōu)化模型以及置換 過程優(yōu)化模型； 一、二次浸出過程優(yōu)化均以第一槽氰化鈉添加量最大這一操作偏好為目標(biāo)，以各浸出 槽氰化鈉添加量為決策變量建立優(yōu)化模型；置換過程優(yōu)化則以鋅粉消耗最小為目標(biāo)，以鋅 粉添加量為決策變量建立優(yōu)化模型； 一次浸出過程優(yōu)化模型為
⑦ 二次浸出過程優(yōu)化模型為
⑧ 置換過程級(jí)優(yōu)化模型為
⑨ 式中x1;mubia。一工序級(jí)優(yōu)化確定的一浸浸出率； x2;mubia。一工序級(jí)優(yōu)化確定的二浸浸出率； ymubia。一工序級(jí)優(yōu)化確定的置換率； 1>一1次浸出過程第j個(gè)浸出槽的氰化鈉添加量； Qzn-置換過程鋅粉添加量； PZn一鋅粉的單價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕法冶金全流程分層優(yōu)化控制方法，其特征在于： 濕法冶金全流程優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行在Lenovo ThinkCentre M8400t(i73770/4GB/1TB)計(jì)算 機(jī)上，米用C#2008編程軟件，優(yōu)化計(jì)算等核心算法米用Matlab 2010a編程軟件，系統(tǒng)界面 包括：濕法冶金全流程模型參數(shù)設(shè)置界面、濕法冶金全流程預(yù)測(cè)系統(tǒng)界面和濕法冶金全流 程分層優(yōu)化結(jié)果顯示界面。
【文檔編號(hào)】G05B13/00GK104155873SQ201410258101
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】何大闊, 王福利, 袁青云, 李康 申請(qǐng)人:東北大學(xué)