一种火法炼铜炉渣渣型定量优化的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107092714A(43)申请公布日2017.08.25(21)申请号201710145383.5(22)申请日2017.03.13(71)申请人昆明理工大学地址650093云南省昆明市五华区学府路253号(72)发明人王华李磊胡建杭魏永刚(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图2页(54)发明名称一种火法炼铜炉渣渣型定量优化的方法(57)摘要本发明涉及一种火法炼铜炉渣渣型定量优化的方法，属于火法炼铜技术领域。首先根据炼铜炉渣工艺渣型组成特点，按照渣相中各组元百分含量和硅酸盐体系中对应物理化学性质，确定冶炼基本渣系；将该渣系中CaO、SiO2、Al2O3作为变量，其余组分的百分含量作为固定量，根据吉布斯自由能最小法多元多相平衡计算原理，计算相关过程变量间的关系，计算炼铜炉渣各物相的质量百分含量，利用拓扑法在常压、指定温度下绘制相应多元系相图；在多元系相图中进行定位标定，分析该成分点附近相区及其它相区的物相组成和粘度特征，计算确定CaO/SiO2，从而确定CaO加入量；以理论分析结果为基础，进行试验探索，并对比分析，确定冶炼渣型。本发明有效实现了铜冶炼渣型的定向调控。CN107092714ACN107092714A权利要求书1/2页1.一种火法炼铜炉渣渣型定量优化的方法，其特征在于具体步骤包括如下：步骤1、首先根据炼铜炉渣工艺渣型组成特点，按照渣相中各组元百分含量和硅酸盐体系中对应物理化学性质，确定冶炼基本渣系；步骤2、将该渣系中CaO、SiO2、Al2O3作为变量，其余组分的百分含量作为固定量，根据吉布斯自由能最小法多元多相平衡计算原理计算相关过程变量之间的关系；步骤3、计算炼铜炉渣各物相的质量百分含量，利用拓扑法在常压、指定温度下绘制相应多元系相图；在多元系相图中进行该渣的定位标定，分析该成分点附近相区及其它相区的物相组成和粘度特征，以CaO作为渣碱度调节的添加剂，通过改变加入CaO的质量分数，调节渣系碱度，进而使其相区由熔点、粘度高的相区转为熔点、粘度低的相区，并通过模型计算确定CaO/SiO2，从而确定CaO加入量；步骤4、以模型计算理论分析结果为基础，进行试验探索，并与理论计算结果对比分析，确定最后冶炼渣型。2.根据权利要求1所述的火法炼铜炉渣渣型定量优化的方法，其特征在于：所述步骤2中吉布斯自由能最小法多元多相平衡计算步骤为：由热力学相关定理知，在定温定压下，对于平衡体系中，一切可能变动的量，其吉布斯自由能为最小状态，体系的吉布斯自由能可表示为：式中：G为体系的吉布斯自由能，μj是第j种物质的化学势；Nj是第j种物质的摩尔数；n为物质的种类数；此式必须服从元素守恒约束：式中，Aki是第i种物质分子式中的第k种元素的下标值；Ni是第i种物质的摩尔数；Bk是系统中第k种元素的固定摩尔数，决定于初始计算条件；n为物质的种类数；体系中有离子存在时，必须加上电荷守恒约束：式中，Am+1,i，i＝1,2,…,n为第i种物质电荷，对于分子，Am+1,i＝0；对于+2价离子，Am+1,i＝2；对于-2价离子，Am+1,i＝-2，依次类推，体系中，所有电荷量和为0，即Bm+1＝0，(2)(3)式写成矩阵形式，则得到完整的约束方程：AN＝B(4)式中，A为分子式矩阵；N为摩尔数矩阵；B为元素矩阵；A矩阵必须是非奇异的，若为奇异的，需用高斯约当消去法将其化为非奇异矩阵；求解在(4)式约束条件下的G的最小极值，式(1)的最小极值，需用拉格朗日乘子法求解，拉格朗日函数L为：2CN107092714A权利要求书2/2页式中，πk为拉格朗日倍乘因子，对(5)式取微分，并使其为0，由于N1,N2,…,Nn和π1,π2,…,πk相互独立，故其相应的偏导数为0，进而可导出：(6)(7)式构成了n+m+1个方程，在给定压力和温度的平衡条件下，由于只有n+m+1个未知数Ni，i＝1,2,…,n和σk，k＝1,2,…,m+1，方程可求解，但由于通常情况下，反应之后的温度未知，使其反应后温度值也成为所求量，此时，可使用迭代法求解反应后温度值，假定反应后温度，通过反应前后焓变，求得反应后各物质的量，再迭代求解出最后温度值；综上，吉布斯自由能最小法计算步骤可总结为，根据热力学基本关系式，在多组份体系中元素和电荷守恒的限制条件下，最小化吉布斯自由能，通过拉格朗日倍乘法来解此有约束非线性优化问题，平衡计算结果可给出了温度、密度、组分浓度等热力学变量与混合分数的关系。3CN107092714A说明书1/9页一种火法炼铜炉渣渣型定量优化的方法技术领域[0001]本发明涉及一种火法炼铜炉渣渣型定量优化的方法，属于火法炼铜技术领域。背景技术[0002]