技术领域本发明属于湿法炼锌除铜过程控制技术领域，涉及一种湿法炼锌除铜过程生产工况评估方法。
背景技术：
除铜过程作为锌湿法冶炼净化过程的首个工序，是净化生产的关键环节之一，对净化出口溶液合格率、电解锌品质具有重要作用。该过程在两个串联的连续反应搅拌釜中，持续添加锌粉，以氧化亚铜、单质铜形式沉淀硫酸锌溶液中多余的杂质铜离子，保留规定浓度的铜离子作为后续工段反应的活化剂。由于除铜过程生产环境复杂并且具有高温高腐蚀性，铜离子浓度难以在线监测。为判别工况和调节锌粉，操作员常根据ORP估计铜离子浓度。然而，ORP与铜离子浓度之间的不确定性，以及长流程反应器的滞后性，造成人工经验估计与实际工况差距较大，锌粉调节精度不稳定，造成出口铜离子合格率低、锌粉浪费率高等问题。针对这一现象，分析ORP与出口铜离子之间的关系，研究ORP在大型反应器中的变化对除铜工况影响，建立除铜工况评估模型，根据模糊理论建立生产工况的评估规则，为锌粉调节提供依据，对于稳定出口铜离子浓度，提高出口溶液合格率，降低锌粉消耗量具有极其重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于对除铜过程中生产工况进行实时的评估，避免因不能准确判定生产工况导致下一步锌粉添加有误的问题，提供一种湿法炼锌除铜过程生产工况的评估方法。一种湿法炼锌除铜过程生产工况评估方法，包含以下步骤：步骤1：基于化学反应的相互独立原则、物料平衡原则和Arrhenius方程建立与氧化还原电位ORP有关的除铜过程反应动态模型：ln(CtC0)=t[A1exp(p1eorp+q1)+A2exp(p2eorp+q2)]]]>其中，t是当前时刻；C0是反应器入口铜离子浓度；Ct是t时刻铜离子浓度；eorp是氧化还原电位值；p1，p2，q1，q2，A1，A2是待辨识参数，基于工业现场采集的C0，Ct，eorp值辨识获得；步骤2：根据步骤1建立的动态模型将工业生产规定的铜离子浓度过高、稳定、过低状态转换为相对应的氧化还原电位值eorp，然后基于模糊控制理论构建ORP和ORP变化率dORP不同状态下的隶属函数；【步骤1和步骤2之间的关系在于从浓度C到ORP值eorp的转换，在工业中，出口铜离子浓度要稳定在0.2g/L到0.4g/L，基于步骤1中的动态模型将铜离子浓度转换成ORP的值后，才可以进行下一步的评估；】步骤3：根据步骤2获得的隶属函数创建基于ORP和dORP的评估除铜过程模糊规则，再采用重心法对采样点在线解模糊化得到生产工况的评估值g。所述步骤2中构建ORP和ORP变化率dORP不同状态下的隶属函数的具体步骤如下：步骤2.1：采用梯形隶属函数来描述ORP和dORP，梯形隶属度函数的通用形式为：其中，代表x在第j种状态下的隶属度值；i＝1时，x代表ORP的值，j＝1,2,3分别表示ORP的过低状态L，稳定状态S和过高状态H；i＝2时，x代表dORP的值，j＝1,2,3分别表示dORP的负状态N，零状态Z和正状态P；a，b，c，d为待计算参数；步骤2.2：根据步骤1构建的动态模型式将处于稳定状态的除铜过程出口铜离子浓度转换为ORP：0.2g/L→40mV0.25g/L→47.5mV0.3g/L→55mV0.35g/L→62.5mV0.4g/L→70mV]]>【除铜过程出口铜离子浓度要求在0.2g/L和0.4g/L之间为稳定状态，且铜离子波动在0.25g/L到0.35g/L之间最为稳定；根据实际工业过程设ORP上限为100mV，下限为0mV。根据除铜过程控制周期ΔT＝10min和设ORP在10min内在40mV和70mV之间变化为稳定状态，且在47.5mV到62.5mV之间波动最为稳定。】步骤2.3：结合步骤2.1所得的ORP和dORP梯形隶属函数表达式和步骤2.2获得的稳定状态的除铜过程出口铜离子浓度对应的ORP，获得步骤2.1中待计算的ORP与dORP隶属函数参数如下：所述基于ORP和dORP的评估除铜过程模糊规则如下矩阵表：模糊规则矩阵表其中，反应状态分别用铜离子浓度过低VL，低L，较低ML，正常S，较高MH，高H以及过高VH来表示。有益效果本发明以共存化学反应的相互独立原则，物料平衡原则和Arrhenius方程为基础，创建了基于氧化还原电位ORP的除铜过程反应动态模型，并根据模糊控制理论，提出了一种对除铜过程生产工况评估方法，避免了因生产工况无法准确判定而引起的锌粉添加过多或过少的问题；根据ORP的实时值和趋势值来评估当前反应器中除铜过程的反应状态，从而对下一步锌粉的添加起到指导的作用，以校正锌粉添加量，人工不合理设置中锌粉持续过添加造成的锌粉浪费、欠添加造成出口质量不稳定、产品合格率较低等问题。利用本发明的湿法炼锌除铜过程生产工况评估方法，可以准确的评估除铜过程当前生产工况。相较于人工定性估计生产工况，该方法评估准确性高，并且可以根据评估值对下一个生产工况进行预测，对锌粉的添加具有指导意义，使出口铜离子浓度波动减小，达到了稳定生产的目标。本发明具有计算快捷、方便，生产状态评估准确等特点，适宜于对湿法炼锌除铜过程生产工况的评估，对除铜过程稳定生产、提高产品质量、降低成本具有重要意义。附图说明图1ORP隶属函数关系；图2dORP隶属函数关系；图3Cu离子浓度和评估值对比示意图。具体实施方式为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合说明书附图对本发明的实施方式作进一步描述。第一步，建立基于氧化还原电位ORP的除铜过程反应动态模型。除铜过程包含两个主要的氧化还原反应：铜沉淀反应和归中反应。这两种反应都满足一阶动力学方程：ri＝-kiC(1)其中ri,(i＝1,2)是第i个主反应的反应速率，C是铜离子浓度，ki,(i＝1,2)是第i个主反应的速率常数。根据一阶动力学方程建立除铜过程反应动态模型，具体为：步骤1.1：根据共存化学反应的相互独立原则和物料平衡原则，除铜过程钴离子浓度变化速率可表示为：dCdt=r1+r2=-(k1+k2)C---(2)]]>步骤1.2：根据Arrhenius方程：可以判断反应速率常数与活化能Ea,i有关。其中，Ai为待辨识参数，R为气体常数，T为绝对温度。步骤1.3：根据平行电极反应相互独立原则，步骤2中的反应会相互分享电极电位形成混合电位，并且混合电位通过影响电子转移速率来决定电极反应的速率。且混合电位和氧化还原电位ORP之间有线性关系：emix＝peorp-q。结合公式(2)，则铜离子浓度和ORP之间的数学关系可表示为：ln(CtC0)=t[A1exp(p1eorp+q1)+A2exp(p2eorp+q2)]---(3)]]>其中，p1，p2，q1，q2A1，A2是待辨识参数，C0和t由反应过程决定。除铜过程动态模型建立完毕。第二步，模糊化ORP和ORP变化速率(dORP)，并构建隶属函数。根据第一步获得的动态模型，可对ORP和铜离子浓度之间进行转换，从而用ORP来估计反应器出口的铜离子浓度判断反应状态。通过ORP和dORP的隶属函数可判定此时反应器中铜离子浓度和变化趋势。步骤2.1：采用梯形隶属函数来描述ORP和dORP，其通用形式为：其中i＝1,2分别表示ORP和dORP，j＝1,2,3分别表示ORP的过低状态(L)，稳定状态(S)和过高状态(H)以及dORP的负状态(N)，零状态(Z)和正状态(P)步骤2.2：除铜过程出口铜离子浓度要求在0.2g/L和0.4g/L之间，且铜离子波动在0.25g/L到0.35g/L之间最为稳定，根据第一步构建的动态模型转换为ORP为：0.2g/L→40mV0.25g/L→47.5mV0.3g/L→55mV0.35g/L→62.5mV0.4g/L→70mV]]>根据实际工业过程设ORP上限为100mV，下限为0mV。根据除铜过程控制周期ΔT＝10min和设ORP在10min内在40mV和70mV之间变化为稳定状态，且在47.5mV到62.5mV之间波动最为稳定。则ORP与dORP隶属函数参数为：第三步：创建除铜过程生产工况评估的模糊规则库根据第二步获得的模糊集合来创建评估除铜过程的规则，由于ORP代表了反应的当前状态，dORP代表了ORP的值在将来可能出现的情形。因此模糊规则需将二者同时考虑进内，其具体步骤为：步骤A：创建模糊规则矩阵表：其中，反应状态分别用铜离子浓度过低(VL)，低(L)，较低(ML)，正常(S)，较高(MH)，高(H)，过高(VH)来表示。步骤B：用重心法对采样点进行解模糊化，得到评估值g。实施例一：某铅锌厂湿法炼湿法炼锌工艺除铜过程为例为说明本发明的优越性。第一步，建立基于氧化还原电位ORP的除铜过程反应动态模型。第二步，根据建立的动态模型，将要求的出口铜离子浓度范围转换成ORP，模糊化ORP和ORP变化速率(dORP)，并构建隶属函数，函数分布如图1、图2所示。第三步，根据获得的模糊集合创建基于ORP和dORP的除铜过程生产工况评估的模糊规则，规则矩阵表如下所示所示：生产工况评估模糊规则表然后通过模糊规则采用重心法在MATLAB平台上对采样点解模糊化，得到48小时生产工况的评估值，如下生产工况评估值表所示，其中h代表小时，g代表评估值。生产工况评估值采用除铜过程生产工况评估方法，对48小时内生产工况进行评估，并用实际采集的铜离子浓度做对比，如图3所示。由图3可知，采用所提出的模糊估计方法可以有效的评估除铜过程生产工况，并预测反应器中铜离子浓度的趋势，对锌粉的添加具有指导意义，以达到稳定生产的目标。