一种红土镍矿高压浸出停留时间优化系统

技术领域

本发明涉及红土镍矿高温浸出技术领域，尤其是涉及一种红土镍矿高压浸出停留时间优化系统。

背景技术

湿法冶炼工艺由于其环保方面的优势，在冶金领域越来越得到广泛的应用以代替火法冶炼工艺。湿法冶炼工艺主要包括常压浸出和加压浸出，其中加压浸出工艺的流程大体是首先将矿石制成矿浆，然后预热矿浆，将预热后的矿浆在高压釜内进行加压酸浸，然后降温降压、中和、分离浸出浆液并净化浸出液。

在传统的加压浸出工艺中，在进入高压釜之前，需要大量的蒸汽将矿浆预热到指定温度，需要消耗大量的加热蒸汽，热利用效率低且加热时间长，加热成本高。另一方面在高温高压浸出后的浸出液需要通过闪蒸罐逐步降温降压至低温常压，在这一过程中将产生大量闪蒸蒸汽，可以采用此部分蒸汽与进料的矿浆进行混合预热，充分利用余热，降低蒸汽用量和运行成本。

高压酸浸过程的浸出时间对于高压酸浸的效果具有至关重要的作用，酸浸时间过短会导致浸出不完全，金属浸出率低，矿石利用率低；酸浸时间过长会导致生产效率降低，单位时间的矿浆处理量降低，单位时间的产量降低。因此如何能够确定红土镍矿高压酸浸过程的最优停留时间并控制系统处于该最优停留时间的运行条件下对于红土镍矿湿法冶炼系统的高效运行具有至关重要的作用。

但是高压酸浸过程中的最优浸出时间是动态变化的，受到浸出温度、来矿成分、进料量、预热-闪蒸系统的操作条件等多种因素的影响。由于高压酸浸过程的实际浸出时间计算及优化过程较为复杂，目前在红土镍矿高压浸出的停留时间优化方面尚未有相关研究及技术报道。

对于最佳停留时间的确定，目前主要是通过实验室的小试实验进行，但由于小试装置和大型高压釜的传质、传热过程存在差异，因此由小试装置确定的最佳停留时间与大型高压釜中的最优停留时间也存在不同，无法完全通过小试装置的实验数据推断大型高压釜操作条件下的最佳停留时间。由于大型高压釜中的停留时间计算以及优化过程较为复杂，目前在红土镍矿高压浸出的停留时间优化方面尚未有相关研究及技术报道。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种红土镍矿高压浸出停留时间优化系统，用以确定高压酸浸过程中矿浆在高压釜内的实际停留时间以及最优停留时间，从而可以根据生产波动调整红土镍矿高压浸出环节的停留时间，使高压酸浸过程始终处于最优停留时间的动态最优状态下。

为了实现上述目的，本发明提供了一种红土镍矿高压浸出停留时间优化系统，包括数据采集模块、实际停留时间计算模块、最优停留时间确定模块及停留时间控制模块；

所述数据采集模块用于采集高压浸出过程的单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量，高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度，高压釜内的浸出温度，单位时间内进入高压釜的矿浆的成分以及单位质量的金属镍、硫酸、蒸汽的价格；

所述实际停留时间计算模块用于根据高压浸出过程的单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量，高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度以及高压釜内的浸出温度得到高压酸浸过程中矿浆在高压釜内的实际停留时间；

所述最优停留时间确定模块用于根据高压浸出过程的单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量，高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度，高压釜内的浸出温度，单位时间内进入高压釜的矿浆的成分以及单位质量的金属镍、硫酸、蒸汽的价格，得到最大收益值对应的最优停留时间；

所述停留时间控制模块用于对比当前的实际停留时间以及该条件下的最优停留时间，通过反馈控制系统控制高压釜进料阀及出料阀的开度，使得高压釜内矿浆的实际停留时间始终处于最优停留时间下。

在一些实施例中，所述实际停留时间计算模块用于根据高压浸出过程的单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量，高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度以及高压釜内的浸出温度得到高压酸浸过程中矿浆在高压釜内的实际停留时间的具体方法包括：

获取当前单位时间内的总加料量；

获取高压釜的有效容积；

根据高压釜内的浸出温度得到当前浸出温度下的液体密度；

根据高压釜的有效容积、单位时间内的总加料量及当前浸出温度下的液体密度，得到矿浆在高压釜内的实际停留时间。

在一些实施例中，获取当前单位时间内的总加料量的具体方法为：

获取单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量；

根据高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度得到单位时间内在预热塔内通过蒸汽加热过程中冷凝进入矿浆的蒸汽质量；

根据单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量以及单位时间内在预热塔内通过蒸汽加热过程中冷凝进入矿浆的蒸汽质量，得到当前单位时间内的总加料量。

在一些实施例中，根据高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度得到单位时间内在预热塔内通过蒸汽加热过程中冷凝进入矿浆的蒸汽质量的具体计算公式为：

其中，M

在一些实施例中，矿浆的比热容的计算公式为：

C

其中，C

在一些实施例中，根据单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量以及单位时间内在预热塔内通过蒸汽加热过程中冷凝进入矿浆的蒸汽质量，得到当前单位时间内的总加料量的具体计算公式是：

其中，M

在一些实施例中，根据高压釜内的浸出温度得到当前浸出温度下的液体密度的具体计算公式为：

ρ

其中，ρ

在一些实施例中，根据高压釜的有效容积、单位时间内的总加料量及当前浸出温度下的液体密度，得到矿浆在高压釜内的实际停留时间的具体计算公式为：

其中，t

在一些实施例中，所述最优停留时间确定模块用于根据高压浸出过程的单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量，高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度，高压釜内的浸出温度，单位时间内进入高压釜的矿浆的成分以及单位质量的金属镍、硫酸、蒸汽的价格，得到最大收益值对应的最优停留时间，具体方法包括：

依次设定不同的停留时间；

计算各个停留时间下的收益值；

比较各个停留时间下的收益值，得到最大收益值对应的停留时间并输出。

在一些实施例中，计算各个停留时间下的收益值的具体公式为：

其中，P

在一些实施例中，所述停留时间控制模块用于对比当前的实际停留时间以及该条件下的最优停留时间，通过反馈控制系统控制高压釜进料阀及出料阀的开度，使得高压釜内矿浆的实际停留时间始终处于最优停留时间下，具体包括：

若当前的实际停留时间小于最优停留时间，则减小高压釜进料阀和/或高压釜出料阀的开度；

若当前的实际停留时间大于最优停留时间，则增大高压釜进料阀和/或高压釜出料阀的开度。

与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果是：通过将实时来矿成分、酸浸温度、酸矿比等操作条件输入计算模型得出实际停留时间以及最优停留时间，从而可以根据生产波动调整红土镍矿高压浸出环节的停留时间，使高压酸浸过程始终处于最优停留时间的动态最优状态下，与传统的通过小试实验优化停留时间的方法相比，本方法具有响应速度快、优化精准的优点。

附图说明

图1是现有的红土镍矿高温浸出系统的结构示意图；

图2是本发明提供的红土镍矿高压浸出停留时间优化系统的一实施例的结构示意图；

图3是图2中的实际停留时间计算模块的计算方法流程示意图；

图4是图3中步骤S110的流程示意图；

图5是图2中的最优停留时间确定模块的计算方法流程示意图；

图中：1-预热机构、11-低温预热塔、12-中温预热塔、13-高温预热塔、2-高压釜、21-进料阀、22-出料阀、23-蒸汽输入管、3-闪蒸机构、31-低温闪蒸罐、32-中温闪蒸罐、33-高温闪蒸罐、100-数据采集模块、200-实际停留时间计算模块、300-最优停留时间确定模块、400-停留时间控制模块。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

请参照图1，为了方便理解本发明，首先对现有的红土镍矿高温浸出系统的结构进行描述。

现有的红土镍矿高温浸出系统包括预热机构1、高压釜2及闪蒸机构3；

所述预热机构1包括若干个依次串接的低温预热塔11、中温预热塔12及高温预热塔13，其中，低温预热塔11的第一介质进口用于通入矿浆，中温预热塔12及高温预热塔13的第一介质进口均与上一个预热塔的出口连通；

所述高压釜2的物料进口与高温预热塔13的出口连通，所述高压釜2的物料进口设置有进料阀21，所述高压釜2的物料出口设置有出料阀22，所述高压釜2还设置有蒸汽输入管23用于通入蒸汽；

所述闪蒸机构3包括依次串接的低温闪蒸罐31、中温闪蒸罐32及高温闪蒸罐33，各个闪蒸罐与各个预热器一一对应，高温闪蒸罐33的物料进口与所述高压釜2的物料出口连通，中温闪蒸罐32的物料进口与高温闪蒸罐33的物料出口连通，低温闪蒸罐31的物料进口与中温闪蒸罐32的物料出口连通，各个闪蒸罐的蒸汽出口均与对应的预热塔的第二介质进口连通。

请参照图2，本发明提供了一种红土镍矿高压浸出停留时间优化系统，包括数据采集模块100、实际停留时间计算模块200、最优停留时间确定模块300及停留时间控制模块400；

所述数据采集模块100用于采集高压浸出过程的单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量，高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度，高压釜内的浸出温度，单位时间内进入高压釜的矿浆的成分以及单位质量的金属镍、硫酸、蒸汽的价格；

所述实际停留时间计算模块200用于根据高压浸出过程的单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量，高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度以及高压釜内的浸出温度得到高压酸浸过程中矿浆在高压釜内的实际停留时间；

所述最优停留时间确定模块300用于根据高压浸出过程的单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量，高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度，高压釜内的浸出温度，单位时间内进入高压釜的矿浆的成分以及单位质量的金属镍、硫酸、蒸汽的价格，得到最大收益值对应的最优停留时间；

所述停留时间控制模块400用于对比当前的实际停留时间以及该条件下的最优停留时间，通过反馈控制系统控制高压釜进料阀及出料阀的开度，使得高压釜内矿浆的实际停留时间始终处于最优停留时间下。

本发明提供的技术方案通过将实时来矿成分、酸浸温度、酸矿比等操作条件输入计算模型得出实际停留时间以及最优停留时间，从而可以根据生产波动调整红土镍矿高压浸出环节的停留时间，使高压酸浸过程始终处于最优停留时间的动态最优状态下，与传统的通过小试实验优化停留时间的方法相比，本方法具有响应速度快、优化精准的优点。

为了具体实现实际停留时间计算模块200的功能，请参照图3，在一优选的实施例中，所述实际停留时间计算模块200用于根据高压浸出过程的单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量，高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度以及高压釜内的浸出温度得到高压酸浸过程中矿浆在高压釜内的实际停留时间的具体方法包括：

S110、获取当前单位时间内的总加料量；

请参照图4，步骤S110具体包括：

S111、获取单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量；由于预热塔中的矿浆在换热过程中冷凝成水以及矿浆密度随温度的变化，高压釜进料矿浆的流量以及高压釜中的实际矿浆体积是一个波动值，需要综合各方面因素精准计算才能得到准确值，因此，除了需要获取单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量，还需要获取单位时间内在预热塔内通过蒸汽加热过程中冷凝进入矿浆的蒸汽质量。

S112、根据高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度得到单位时间内在预热塔内通过蒸汽加热过程中冷凝进入矿浆的蒸汽质量；

步骤S112的具体计算公式为：

其中，M

其中，矿浆的比热容的计算公式为：

C

其中，C

S113、根据单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量以及单位时间内在预热塔内通过蒸汽加热过程中冷凝进入矿浆的蒸汽质量，得到当前单位时间内的总加料量。

步骤S13的具体计算公式为：

其中，M

S120、获取高压釜的有效容积；

S130、根据高压釜内的浸出温度得到当前浸出温度下的液体密度；

具体公式为：

ρ

其中，ρ

S140、根据高压釜的有效容积、单位时间内的总加料量及当前浸出温度下的液体密度，得到矿浆在高压釜内的实际停留时间。

具体计算公式为：

其中，t实际为矿浆在高压釜内的实际停留时间，V为高压釜有效容积，W

通过上述步骤可以计算得到矿浆在高压釜内的实际停留时间。

为了具体实现最优停留时间确定模块300的功能，请参照图5，在一优选的实施例中，所述最优停留时间确定模块300用于根据高压浸出过程的单位时间内进入高压釜的矿浆、硫酸、蒸汽的质量，高温预热塔、中温预热塔、低温预热塔、高温闪蒸罐、中温闪蒸罐、低温闪蒸罐的出口温度，高压釜内的浸出温度，单位时间内进入高压釜的矿浆的成分以及单位质量的金属镍、硫酸、蒸汽的价格，得到最大收益值对应的最优停留时间，具体方法包括：

S210、依次设定不同的停留时间；

S220、计算各个停留时间下的收益值；

计算各个停留时间下的收益值的具体公式为：

其中，P

S230、比较各个停留时间下的收益值，得到最大收益值对应的停留时间并输出。

通过上述步骤可计算得到当前条件下最大收益值对应的停留时间。

为了具体实现停留时间控制模块400的功能，请参照图2，在一优选的实施例中，所述停留时间控制模块400用于对比当前的实际停留时间以及该条件下的最优停留时间，通过反馈控制系统控制高压釜进料阀及出料阀的开度，使得高压釜内矿浆的实际停留时间始终处于最优停留时间下，具体包括：

若当前的实际停留时间小于最优停留时间，则减小高压釜进料阀和/或高压釜出料阀的开度；

若当前的实际停留时间大于最优停留时间，则增大高压釜进料阀和/或高压釜出料阀的开度。

综上所述，本发明提供的技术方案通过将实时来矿成分、酸浸温度、酸矿比等操作条件输入计算模型得出实际停留时间以及最优停留时间，从而可以根据生产波动调整红土镍矿高压浸出环节的停留时间，使高压酸浸过程始终处于最优停留时间的动态最优状态下，与传统的通过小试实验优化停留时间的方法相比，本方法具有响应速度快、优化精准的优点。

为了验证本技术方案的可靠性，设计了一组验证试验。试验条件如表1所示，表1中列出了浸出温度分别为245℃、250℃，酸矿比为0.33的条件下的最优停留时间。对于250℃，酸矿比为0.33的操作条件，最优停留时间为50分钟，相较于优化前每小时可增加收益103$。对于250℃，酸矿比为0.33的操作条件，最优停留时间为54分钟，相较于优化前每小时可增加收益7$。最优停留时间会随着设定的浸出温度、酸矿比等操作条件发生变化，采用本系统进行优化后可有效提升红土镍矿高压酸浸过

程的单位时间收益。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。