稀土串级萃取静态递推模型的研究.pdf

4 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 4 年第9 期 一- _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - - ●- - - _ - ●●_ _ _ _ _ ●_ _ _ _ ’_ - - _ _ ●_ - _ - _ ●●- ●_ - _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ ●- - _ _ _ - _ _ _ - - _ - ●- ●- - _ _ - _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ - ，_ _ _ _ h _ - - - ●_ _ - _ ●_ _ _ _ - _ 一 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 4 ．0 9 ．0 1 2 稀土串级萃取静态递推模型的研究 王伟1 ’2 ，卢虎生1 1 ．内蒙古科技大学白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室，内蒙古包头0 1 4 0 1 0 ； 2 ．内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头0 1 4 0 1 0 摘要针对双出口稀土串级萃取分离工艺，建立了两组分静态递推模型。区别于代数模型，首先将萃取 过程归结为初始萃取段、置换萃取段、进料级、置换洗涤段、初始洗涤段5 种类型，然后建立了各个对象、 及对象间的交互关系。利用对象之间的调用和迭代，模型求解速度快于其他模型。分析了萃取液和洗 涤液流量波动对稀土产品出口纯度影响的规律，确定了检测点的最佳位置。 关键词串级萃取；静态递推；稀土；模型 中图分类号T F 8 4 5 ；T F 8 0 4 ．2文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 4 0 9 0 0 4 2 ～0 5 S t u d yo fS t a t i cR e c u r s i o nM o d e lo fC o u n t e r c u r r e n tE x t r a c t i o no fR a r eE a r t h W A N G W e i l ”，L UH u ～s h e n 9 1 1 ．K e yL a b o r a t o r yo fI n t e g r a t e dE x p l o i t a t i o no fB a y a n O b oM u l t i - M e t a lR e s o u r c e s ，I n n e rM o n g o l i aU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e e h n o l o g y ，B a o t o u0 1 4 0 1 0 ，I n n e rM o n g o l i a ，C h i n a ；2 ．S c h o o lo fM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g y ， I n n e rM o n g o l i aU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，B a o t o u0 1 4 0 1 0 ，I n n e rM o n g o l i a ，C h i n a A b s t r a c t T W Oc o n s t i t u e n t sO { r a r ee a r t h R E s t a t i cr e c u r s i o nm o d e lw e r ee s t a b l i s h e da i m i n ga td o u b l e e x p o r t so fR Ec o u n t e r c u r r e n te x t r a c t i o ns e p a r a t i o np r o c e s s ．D i f f e r e n tf r o ma l g e b r a i cm o d e l ，t h ee x t r a c t i o n p r o c e s sw a ss i m p l i f i e di n t of i v et y p e s ，i ．e ．i n i t i a le x t r a c t i o ns e c t i o n ，r e p l a c e m e n te x t r a c t i o ns e c t i o n ， f e e d b a c ks e c t i o n ，r e p l a c e m e n tw a s h i n gs e c t i o n ，a n di n i t i a lw a s h i n gs e c t i o n ．O b j e c t sa n dt h e i ri n t e r a c t i v e r e l a t i o n s h i pw e r eb u i l t ．T h es o l u t i o ns p e e di sh i g h e rt h a no t h e rm o d e l sv i ac a l l i n ga n di t e r a t i o no fe v e r y o b j e c t ．T h ee f f e c to ff l o wf l u c t u a t i o no fe x t r a c tl i q u i da n dw a s h i n gl i q u i do np u r i t yo fr a r ee a r t hp r o d u c t s w e r ea n a l y z e d ．T h eo p t i m u ml o c a t i o no fd e t e c t i n gp o i n tw a sd e t e r m i n e d ． K e yw o r d s c o u n t e r c u r r e n te x t r a c t i o n ；s t a t i cr e c u r s i o n ；r a r ee a r t h ；m o d e l 稀土材料是内蒙古地区科技创新的重点方向。 在串级萃取理论口1 的指导下，它将混合稀土分离为 单一或成组稀土，使我国稀土萃取生产工艺达到世 界领先水平心] 。 我国稀土生产过程基本停留在离线分析、手工 调整、经验控制的水平，导致企业资源消耗大、生产 效率低、产品质量不稳、环境污染严重等问题，严重 制约了我国稀土行业的发展L 3 j 。 收稿E l 期2 0 1 4 0 3 2 7 基金项目国家自然科学基金资助项目 7 1 1 6 2 0 2 7 作者简介王伟 1 9 8 6 一 ，男，河北唐山人，硕士研究生． 稀土工业普遍采用由多个混合澄清槽构成的串 级萃取分离流程，它的级数多、机理复杂，过程具有 滞后大、变量多、时变、非线性以及稀土元素组分难 以在线测量等特点n _ 6 ] ，在实现自动控制的技术上面 临很多问题。为此研究与开发处适合我国稀土萃取 分离生产过程的在线监测和自动控制技术尤为重 要m0 | 。 目前的稀土萃取模型主要采用整体的微分模 万方数据 2 0 1 4 年第9 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 3 型，本文首先将萃取过程归结为初始萃取段、置换萃 取段、进料级、置换洗涤段、初始洗涤段5 部分 图 1 ，在每一类型中以一级萃取槽为研究对象，槽与槽 之间的数据互相代用迭代，实现整体的静态推理模 型。采用静态案例推理方法能够判断萃取液和洗涤 液流量的微小变化对产品纯度的影响。将静态模型 应用于稀土萃取分离过程还能有效地对监测点的设 置起到较好的判断作用，能够有效地实现稀土萃取 过程的自动控制口1 | 。 图1 稀土萃取分离生产过程 F i g ．1 C o u n t e r c u r r e n te x t r a c t i o np r o c e s so fR E 1 萃取静态模型的建立 本模型采用水相进料模型，输入值有水相和有 机相出口的稀土纯度P B 。和P A 。 。、料液流量坼、 有机相流量V s 、洗涤液流量V w 、料液中的稀土浓度 M F 、料液组成 和厂B ，以及萃取段的平均分离系数 卢和洗涤段的平均分离系数p ’。 1 ．1 初始萃取段和初始洗涤段 1 质量平衡式 初始萃取段 M A l A 缎1 一M A2 1 M A2 』缎2 一脱43 M A l 2 砀虿。 】湎i ≤S i 一1 ，2 3 其中S 为最大萃取量。 初始洗涤段 M A 井。 M A 科。一M A 科。一， 4 A 矾什一1 A 以科一1 一M A ，I 。 A 缎栅2 5 M A 。 M B i ≤W i ，z m ，，2 m 一1 6 其中W 为最大萃取量。 2 化学平衡式 M A 。≤D A M A ， 引入分配效率a 得出 M A 。一口D A M A i 脚，≤D B Ⅷ， 引入分配效率艿得出 A 毋。一艿D B A 毋。 O 口≤1 7 8 9 0 艿≤1 1 0 口／艿一y 1 1 其中a 、艿、y 分别为A 和B 的分配比效率以及 级效率。 难萃组分与易萃组分的置换反应[ 12 | R E ≥丰l 水相 R E z C l 3 有机相一R E z 1C 1 3 有机相 R E 瑟相 式中R E 矿和R E ～a 。分别表示难萃组分和易萃 组分。 1 ．2 萃取置换段和洗涤置换段 1 质量平衡式 M A 一M A ，1 一M A 件1 一M A i 1 2 2 化学当量式 M A ；一M A ，1 1 M B l 1 一M B 1 3 3 化学平衡式 M B 。≤p 警 1 4 引入级效率7 得出 M B ，一⋯警 o B ，由图5 可知流量比S ／F 随着8 的增加而增加，当生产环境发生变化时，如洗液和料 液中的酸度变化，以及有机相中萃取剂的浓度变化 都会影响B 值，所以，测定酸度和萃取剂浓度，对保 证产品纯度有至关重要的作用。 图6 为有机相出口A 的纯度随洗液流量的变 化曲线。 定义水相和洗液流量之比为W ／F ，由图6 可 知，当水相流量低于极限流量比W ／F 一0 ．8 9 2 时， 有机相出口A 的纯度与洗液的流量变化成正相关 关系；当高于极限流量W ／F 。一0 ．8 9 2 时，有机相出 口A 的纯度将不随流量的增加而改变。 在图6 可以明显看到，当第咒 I T ／级中A 的纯 ～ 一 一一尝匕 岿 ，， ， 石 崔 ∥ ▲ ∥ t 仃 ▲ a ▲ ∥ - 口 ．． 万方数据 2 0 1 4 年第9 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c a 4 5 亭 越 蛾 9 5 B ，由图8 可知流量比W ／F 随着p 的增加而增加，当生产环境发生变化时，如洗液和料 液中的酸度变化，以及有机相中萃取剂的浓度变化 都会影响G 值，所以，测定酸度和萃取剂浓度，对保 证产品纯度有至关重要的作用。 3结论 通过将萃取模型分为5 个类别，对每个类中每 一级萃取槽为研究对象进行计算，并对每个对象的 计算结果进行调运和迭代。这种模型具有收敛速度 快、精度高，能够有效的判断出有机相和料液以及洗 涤液的流量变化对产品纯度的影响，以及流量比随 分离系数的变化规律，并可以确定监测点放置的最 佳位置。解决了实际生产中料液、有机相流量变化 引起出口纯度波动的问题，能够有效地实现稀土萃 取分离过程的优化控制。 参考文献 [ 1 ] 徐光宪．稀土上册[ M ] ．2 版．北京冶金工业出版 社，2 0 0 2 1 5 - 2 4 ． F 2 ] 严纯化，吴声．稀土分离理论与实践的新进展口] ．无机 化学学报，2 0 0 8 ，2 4 8 1 2 0 0 - 1 2 0 5 ． [ 3 ] 郑传均，欧阳化雪．中国稀土今年政策回顾及相关政策 建议[ J ] ．现代商贸工业，2 0 1 2 ，1 1 7 - 8 ． [ 4 ] 贾文君，柴天佑．稀土串级萃取分离过程的双线性模型 [ J ] ．控制理论与应用，2 0 0 6 ，2 3 5 7 1 7 7 2 3 ． [ 5 ] 龚锦红，杨辉．稀土萃取分离过程的R o u g h 集案例推理 方法[ c ] ／／P r o c e e d i n go ht h e2 9 t hC h i n e s ec o n t r o lC o n 一 [ e r e n c e ，B e i j i n g ，2 0 1 0 2 9 3 1 ． N ≮～ D h o h 一 一 ／ 吣 ∥ 誓 r ■ 0 - ‘ 万方数据 4 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 4 年第9 期 E 6 ] C H E N GF u x i a n g ，w uS h e n g ，Y A NC h u n - h u a ．A d j a c e n ts t a g ei m p u r i t yr a t i oi nr a r ee a r t hc o u n t e r c u r r e n te x t r a c t i o np r o c e s s [ J ] ．J o u r n a lo fR a r eE a r t h ，2 0 1 3 ，3 1 2 1 6 9 1 7 3 ． [ 7 1 钟学明．多组分稀土串级萃取有效分离系数的研究 E J ] ．稀土，2 0 0 9 ，3 0 2 5 7 6 0 ． 1 - 8 3YANC h u n h u a ，C H E N GF u x i a n g 。w uS h e n g ．S i t u a t i o na n dI m p a c to fb a c k m i x i n go ft h ea q u e o u sp h a s eo n t w o - c o m p o n e n tr a r ee a r t hs e p a r a t i o np r o c e s s [ J ] ．] o u r - n a lo fR a r eE a r t h s ，2 0 1 3 ，3 1 5 5 1 7 5 2 1 ． [ 9 1 杨辉，王永富，柴天佑．基于案例推理的稀土萃取分离 过程优化设定控制[ J ] ．东北大学学报，2 0 0 5 ，2 6 3 2 0 9 2 1 2 ． [ 1 0 3C h a iT i a n y o u ，Y a n gH u i ．I n t e g r a t e dA u t o m a t i o nS y s t a mf o rR a r eE a r t hC o u n t e r c u r r e n tE x t r a c t i o nP r o c e s s [ J ] ．J o u r n a lo fR a r eE a r t h s ，2 0 0 4 ，2 2 6 7 5 2 7 5 8 ． [ 1 1 ] 杨辉，柴天佑．稀土萃取分离过程自动控制研究现状 及发展趋势[ J ] ．中国稀土学报，2 0 0 4 ，2 2 4 4 2 9 4 3 3 ． [ 1 2 3 吴文远．稀土冶金学[ M ] ．北京化学工业出版社， 2 0 0 5 1 2 0 1 2 4 ． 上接第3 8 页 [ 1 0 1 王永双，李国良．我国石煤提钒及综合利用综述[ J ] ． 钒钛，1 9 9 3 ，9 4 2 1 3 1 ． [ 1 1 ] 饶淑娟，刘俊川I ．高钙含钒煤灰渣提钒的工艺研究 [ J ] ．无机盐工业，1 9 9 1 ，2 3 6 2 - 3 ． [ 1 2 ] 宋瑞炎．从高钙质煤灰渣中综合回收钒、钼、铀的工艺 探索[ J 1 ．矿产综合利用，1 9 8 1 增刊1 3 5 ～3 6 ． [ 1 3 3 王金超．钙对钒渣提钒的影响[ J ] ．四川有色金属， 2 0 0 4 4 2 7 2 9 ，4 2 ． [ 1 4 1 边颖，张一敏，任浏祚，等．某高钙、高碳型含钒石煤浮 选方解石新工艺[ J 1 ．稀有金属，2 0 1 3 ，D O I 1 0 ．1 3 3 7 3 ／ j ．c n k i ．c j r m ．2 0 1 3 1 2 2 7 ．0 4 1 ． [ 1 5 ] 胡杨甲．高钙云母型含钒页岩焙烧及浸出机理研究 l - 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