SKS铅冶炼过程有害元素砷流向研究

摘要

砷是铅冶炼过程主要的伴生有害元素，通常会随冶炼过程“三废”排出，严重污染环境、危及健康。然而长期以来，我国铅冶炼行业砷污染背景不清，砷分布及趋向不明，使得行业难以有针对性地形成有效控制及处置砷污染的技术体系。本文旨在通过调研典型SKS法铅冶炼工艺中的砷分布及流向特性，建立模型模拟砷在SKS工艺内的物质流经过程，并构建基于计算机平台的自动模拟与审计系统，从而实现铅冶炼过程砷流向的持续审计与预测，以探明砷的分布和输出系统的特性，为砷污染防治提供科学依据。主要研究内容及成果如下:
　　(1)以人工方式审计了典型SKS炼铅法工艺中砷含量特性，基于现场调研和样品采集、分析，测定了砷在系统范围内各工艺环节和输入、输出物质中的含量。结果显示砷元素在调研系统内广泛存在，鼓风炉烟尘、次氧化锌、阳极泥和反射炉冰铜是砷输出系统的主要出口，共输出了系统中约60％至89％的砷。
　　(2)建立了SKS铅冶炼工艺砷流向审计神经网络模型，模拟了鼓风炉烟尘、次氧化锌、阳极泥和反射炉冰铜的砷流量，检验了模型的模拟结果，均方差、平均绝对误差、平均相对偏差和相关系数的平均值分别为0.0055、0.0578、1.565％、0.4755，表明模型具有较好的模拟效果，可对系统主要输出物质的砷含量进行有效模拟。
　　(3)分别建立了SKS铅冶炼工艺砷流向审计线性回归、指数回归和对数回归模型，其中，所建立的线性回归模型的均方差、平均绝对误差、平均相对偏差和相关系数的平均值分别为0.0068、0.0865、1.3252％和0.5770，其模型精度优于指数回归和对数回归模型。线性回归可作为回归模型的首选建立方法。
　　(4)结合神经网络模型和回归模型开展了砷流向模拟与预测，使用了神经网络模型模拟鼓风炉烟尘、次氧化锌、阳极泥和反射炉冰铜的砷流量，使用线性回归模型模拟其它位置的砷流向。模拟与预测结果显示有90％的砷进入鼓风炉及烟花炉环节，48.1％进入粗铅精炼环节，28％进入反射炉环节。将模拟结果对比人工审计所得结果，两者结论相符，说明模型具有较好的模拟与预测精度，可使用模型开展SKS铅冶炼工艺的自动审计与预测。
　　(5)建立了铅冶炼有害砷元素流向审计与诊断系统，基于系统平台和调研数据开展了砷流向审计与预测研究。系统对占输入砷量91.96％的砷元素流向进行了审计和预测。通过系统实现了计算机化的铅冶炼过程砷元素流向的自动模型审计与预测，解决了人工审计难以持续审计和模拟预测的问题。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 砷的性质、来源及危害

1．1．1 砷的来源与性质

1．1．2 砷的应用与限制

1．1．3 有色冶炼过程的砷污染

1．2 有色冶炼过程砷物质流分析与审计

1．2．1 物质流分析方法与应用

1．2．2 有色冶炼过程砷流向审计

1．3 有色冶炼过程中的元素流向审计、模拟模型

1．3．1 回归模型

1．3．2 基于化学机理的模型

1．3．3 基于神经网络／遗传算法的模型

1．3．4 其它模型

1．4 研究的目的、意义、内容及思路

1．4．1 研究目的和意义

1．4．2 研究内容与方法

1．4．3 技术路线

1．4．4 创新点

2 SKS炼铅工艺砷污染流向调研

2．1 引言

2．2 调研企业概况

2．3 调研边界确定与工艺环节划分

2．3．1 系统边界确定

2．3．2 工艺环节划分

2．4 样品采集与分析

2．4．1 采样点

2．4．2 采样方案

2．4．3 样品采集与分析方法

2．5 砷流向数据结果与人工审计

2．5．1 砷流向分析数据

2．5．2 人工审计结果

2．6 小结

3 典型铅冶炼过程砷流向审计模型研究

3．1 引言

3．2 模型建立原理及方法

3．2．1 数据准备

3．2．2 流向继承关系分析

3．2．3 砷流向审计神经网络模型建立

3．2．4 砷流向审计回归模型建立

3．2．5 模型检验方法

3．3 流向继承关系研究

3．3．1 烟尘(鼓风炉与烟化炉环节)

3．3．2 次氧化锌(鼓风炉与烟化炉环节)

3．3．3 阳极泥(粗铅精炼环节)

3．3．4 冰铜(反射炉环节)

3．4 砷流向审计神经网络模型研究

3．4．1 数据准备

3．4．2 模型建立、训练与仿真

3．4．3 神经网络模型检验

3．5 砷流向审计回归模型研究

3．5．1 数据准备

3．5．2 线性模型建立

3．5．3 非线性模型建立

3．5．4 模型检验与模型选择

3．6 模型审计与预测

3．7 小结

4 铅冶炼有害砷元素流向审计与诊断系统建立

4．1 引言

4．2 数据库设计

4．2．1 采样数据表

4．2．2 模型参数表

4．2．3 测算数据表

4．3 系统设计

4．3．1 总体设计

4．3．2 功能模块设计

4．4 系统实现

4．4．1 系统开发环境配置

4．4．2 欢迎页面实现

4．4．3 系统状态审计实现

4．4．4 采样数据操作实现

4．4．5 模型模拟实现

4．4．6 审计与诊断实现

4．5 系统应用实例

4．6 小结

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢