基于ORP的锌净化过程控制参数化优化方法研究

湿法炼锌工艺中，硫酸锌溶液含有大量杂质离子，对锌电解极为有害，会引起析出锌的反溶甚至烧板，导致电耗增加、生产不稳定。锌净化是利用锌粉除去杂质离子，保证电解的正常进行。随着锌精矿的贫化和电解工艺的改进，净化难度不断增大，杂质含量要求越来越严格。为保证除杂效果，往往过量添加锌粉，造成锌粉极大的浪费。本项目针对锌液中多离子共存的特点，研究各种离子浓度、溶液温度及pH值等工艺参数对氧化还原电位(ORP)及化学反应速度的影响，分析各除杂反应器之间的耦合关系，建立基于ORP的混联动态反应模型(HDRM)；在此基础上，提出基于逐步分解控制参数化的多特征时间点的时滞优化参数选择方法，解决HDRM参数难以确定的问题；针对锌粉添加量优化控制的难题，提出基于分段控制参数化的具有连续状态不等式约束的优化控制方法，实现各除杂反应器中锌粉的协调优化控制，保证除杂效果，降低锌粉消耗，为锌冶炼过程的优化控制提供理论依据。

湿法炼锌过程中，硫酸锌溶液含有大量的铜、镉、钴、镍等杂质离子，对电解过程极为有害。为此，需向硫酸锌溶液中加入锌粉，使其与杂质离子发生置换反应，达到除杂的目的，从而保证电解的正常进行。由于锌液净化过程中反应机理复杂、滞后大且杂质离子浓度无法在线检测，使得各除杂反应器之间的协调优化控制极其困难。本项目深入锌湿法冶炼实际生产现场，获取了大量工业运行数据，提出了基于局部平均距离和参数估计的异常数据检测方法、基于案例推理的数据补全方法，提高了数据的可靠性和准确性，为锌液净化过程的建模与优化控制奠定了基础；深入分析了砷盐净化除钴过程的动力学机理，研究了ORP与净化过程各工艺参数之间的关系，建立了基于ORP的除钴反应动力学机理模型及基于模糊LS-SVM的锌液净化过程离子浓度预测模型；在此基础上，结合各除杂反应器间时滞耦合的特点，建立了基于ORP的多反应器混联CSTR模型；基于控制参数化技术，提出了一类时滞系统未知的参数辨识方法，解决了多反应器混联CSTR模型参数辨识问题；针对锌粉添加量优化控制的难题，提出基于分段控制参数化的具有连续状态不等式约束的多时滞优化控制方法，实现各除杂反应器中锌粉的协调优化控制；针对频繁波动工况下的废酸添加设定优化问题，提出了基于物料衡算和反应机理的废酸添加数学模型以及变论域模糊专家规则修正方法。利用现场实际运行进行了仿真研究，并将成果应用于实际工业现场，验证了所提方法的有效性，为锌湿法冶炼净化过程的优化控制提供了理论指导。