针铁矿法沉铁过程铁离子浓度预测模型研究及系统开发

摘要

沉铁是湿法炼锌的关键工序，通过向含杂质铁的硫酸锌溶液中加入中和剂(锌焙砂)和氧气，使溶液中的铁离子以针铁矿的形式沉淀到渣中，从而达到除铁的目的。实际生产中，沉铁过程出口铁离子浓度采用人工化验方式获得，存在很大的滞后，给沉铁过程的实时控制带来了极大的困难。为此，研究针铁矿法沉铁过程出口铁离子浓度与各工艺参数之间的关系，实时预测出口铁离子浓度，对实现针铁矿法沉铁过程的优化控制，保证出口铁离子浓度满足后续生产工序要求具有十分重要的意义。
　　 本文在分析湿法炼锌沉铁过程工艺机理的基础上，确定了影响出口铁离子浓度的主要因素；深入分析了沉铁过程亚铁氧化和铁水解反应原理，建立了基于反应动力学、气液相平衡和物料平衡的沉铁过程出口铁离子浓度预测模型。为确定预测模型中的未知参数，提出了一种引入粒子群平均位置信息和位置更新约束因子的非线性动态惯性权重粒子群优化算法(NIWPS)，实现了对机理模型未知参数的优化估计。最后，利用实际生产数据验证了铁离子浓度预测模型的精度和可靠性，仿真结果表明模型可用于工业实际生产，为沉铁过程的优化控制提供了可用信息。
　　 在此基础上，采用基于Visual C++的模块化程序设计方法，开发了针铁矿法沉铁过程铁离子浓度预测系统，详细介绍了系统软件的设计。本系统实现了沉铁过程工艺参数的实时监测、出口铁离子浓度的在线预报及报表打印等功能，为下一步优化控制针铁矿法沉铁过程中锌焙砂和氧气的添加量奠定了基础。