[发明专利]一种锌电解过程中电解工况的测量方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及有色冶金技术领域，更具体地，涉及一种锌电解过程中电解工况的测量方法与系统。

背景技术

湿法是锌冶炼的主要方法，世界上85％以上的锌通过湿法冶炼生产。电解作为湿法炼锌过程中最大的耗能工序，其电耗占湿法炼锌中总用电量的95％以上，电费占到了加工成本的30％-40％。因此，电解过程的节能降耗对实现湿法炼锌的绿色生产有重大意义。

锌电解过程中，电解液的酸/锌离子浓度以及电流密度(单位面积阴极板通过的电流)等工艺参数是影响电流效率及能耗的主要因素。为了降低能耗，需实现对这些工艺参数的优化控制。传统的生产工艺一般通过人工从电解槽内采集电解液进行化验，然后根据化验结果对锌电解过程中的电流密度及酸/锌离子浓度等参数进行控制。这种处理方式存在时间滞后长、使锌电解生产效率低的问题。此外，由于锌电解过程工艺机理复杂，且随着电解时间的延长，电解槽内的电场、流场及浓度场存在畸变的情况，采用传统的方法对锌电解过程的建模与优化控制变得困难。

因此，如何提供一种方法，能够有效节约获取锌电解过程工况状态的时间，提高效率，提高对锌电解过程进行节能优化控制的适应性，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种锌电解过程中电解工况的测量方法与系统，以解决传统工艺处理方式中获取锌电解过程工况状态的时间滞后长、效率低和对锌电解过程进行优化控制的适应性差的问题。

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，一方面，本发明提供一种锌电解过程中电解工况的测量方法，包括：根据锌电解过程中电解液在电解槽内的流动状态特征及所述电解槽内的电解反应体系对应的电解特性，建立所述锌电解过程的数学模型；等比例建立所述电解槽对应的物理模型；根据所述数学模型和所述物理模型对所述电解槽内的所述锌电解过程进行仿真，获取表征所述锌电解过程的电解工况的工况参数。

进一步的，在所述等比例建立所述电解槽对应的物理模型之后，所述方法还包括：对所述数学模型和所述物理模型进行离散化处理，获得离散数学模型和离散物理模型。

进一步的，在所述等比例建立所述电解槽对应的物理模型之后，所述方法还包括：确定所述锌电解过程的初始条件和所述锌电解过程的边界条件。

其中，所述根据所述数学模型和所述物理模型对所述电解槽内的所述锌电解过程进行仿真进一步包括：基于有限体积法，根据所述离散数学模型、所述离散物理模型、所述初始条件和所述边界条件对所述电解槽内的所述锌电解过程进行仿真。

其中，所述根据锌电解过程中电解液在电解槽内的流动状态特征及电解反应体系对应的电解特性，建立所述锌电解过程的数学模型包括：

根据所述电解液在所述电解槽内的流动状态特征，确定所述流动状态特征对应的流动状态特征参数和流动状态约束条件；

根据所述电解槽内的电解反应体系对应的电解特性，确定所述电解特性对应的电解反应参数和电解反应约束条件；

根据所述流动状态特征参数和所述流动状态约束条件，确定所述流动状态特征对应的流动状态特征方程；

根据所述电解反应参数和所述电解反应约束条件，确定所述电解特性对应的Butler-Volmer方程和气体析出反应电流密度计算方程；

根据所述流动状态特征参数、所述流动状态约束条件、所述电解反应参数和所述电解反应约束条件确定UDF函数；

根据所述流动状态特征方程、所述Butler-Volmer方程、所述气体析出反应电流密度计算方程和所述UDF函数，建立所述锌电解过程的数学模型。

其中，所述对所述数学模型和所述物理模型进行离散化处理，获得离散数学模型和离散物理模型包括：对所述物理模型进行网格划分，得到空间网格区域，所述空间网格区域组成离散物理模型；通过控制方程离散技术将所述数学模型在所述空间网格区域上进行离散，获得离散数学模型。

其中，所述确定所述锌电解过程的初始条件和所述锌电解过程的边界条件包括：根据所述锌电解过程的所述流动状态特征，通过所述UDF函数设置所述流动状态特征对应的所述初始条件和所述边界条件；根据所述锌电解过程的所述电解反应体系对应的电解特性，通过所述UDF函数设置所述电解特性对应的所述初始状态参数。