[发明专利]一种铜品位预测模型的构建方法及应用

权利要求书

1.一种铜品位预测模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A1、确定废杂铜原料中的杂质金属元素Me的种类；

步骤A2、通过质量平衡原理建立铜品位预测模型。

2.根据权利要求1所述的铜品位预测模型的构建方法，其特征在于，在所述步骤A2中，建立所述铜品位预测模型的过程包括：

步骤A2.1、废杂铜原料中杂质金属元素Me从金属相迁移到渣相需要发生氧化反应，确定氧化反应对应的化学反应常数K，其中，所述氧化反应的反应式为式(1)所示；所述化学反应常数K采用式(2)表示；

在式(2)中，a_Me代表杂质金属元素Me的活度；代表杂质金属元素Me的氧化物MeOx的活度；为氧分压；在式(1)～(2)中，x表示杂质金属元素Me的氧化物中氧原子的数量；

步骤A2.2、若用[n_T]表示每100g金属相中单阳离子成分的总摩尔数，用(n_T)表示每100g渣相中单阳离子成分的总摩尔数，那么杂质金属元素Me的活度采用式(3)表示，氧化物MeO_x的活度采用式(4)表示；

a_Me＝γ_MeN_Me＝γ_Me[Me wt％]/M_Me[n_T]    (3)

a_MeOx＝γ_MeOxN_MeOx＝γ_MeOx[Me wt％]/M_Me(n_T)    (4)

在式(3)～(4)中，γ_Me表示杂质金属元素Me的活度系数；表示氧化物MeO_x的活度系数；N_Me表示杂质金属元素Me的摩尔分数浓度；表示氧化物MeO_x的摩尔分数浓度；M_Me是杂质金属元素Me的相对原子质量；[Me wt％]为平衡条件下杂质金属元素Me在金属相中的质量分数；

步骤A2.3、在热力学平衡状态下，确定渣相中杂质金属元素Me的分配系数L^s/m(Me)；其中，L^s/m(Me)采用式(5)表示；

L^s/m(Me)＝(Me wt％)/[Me wt％]    (5)

在式(5)中，(Me wt％)为平衡条件下杂质金属元素Me在渣相中的质量分数；

由式(1)～(5)联立获得式(6)；

在式(6)中，[γ_Me]表示杂质金属元素Me在金属相中的活度系数；表示氧化物MeO_x在渣相中的活度系数；由式(6)可知，分配系数L^s/m(Me)受到温度、氧分压的影响；

步骤A2.4、通过设计金属铜-炉渣-杂质金属元素三相平衡高温实验，来获取相应平衡条件下杂质金属元素Me的分配系数L^s/m(Me)以及精炼后渣相中铜的质量分数w(Cu,sl)；其中，所述金属铜-炉渣-杂质金属元素三相平衡高温实验采用的高温条件为1200～1350℃；

假设金属Cu和杂质金属元素Me均以氧化物的形式进入渣相，其中，Cu以Cu₂O的形式进入渣相，杂质金属元素Me以MeO的形式进入渣相；

确定初始铜量为m_Cu°，初始渣量为m_slag°；在定向造渣第一次精炼后的渣量m_{(slag,after1)}采用式(7)表示：

m_{(slag,after1)}＝m_slag^o+m(Cu₂O,sl)+∑m(MeO,sl)    (7)

在式(7)中，m(Cu₂O,sl)为第一次精炼后渣相中Cu₂O的质量；m(MeO,sl)为第一次精炼后渣相中氧化物MeO的质量；

对于渣相中的金属铜氧化物Cu₂O的质量采用式(8)表示：

m(Cu₂O,sl)＝m_{(slag,after1)}×w(Cu,sl)/w(Cu:Cu₂O)    (8)

对于渣相中的氧化物MeO的质量采用式(9)表示：

m(MeO,sl)＝m_{(slag,after1)}×(Me wt％)/w(Me:MeO)    (9)

在式(8)～(9)中，w(Cu:Cu₂O)表示在Cu₂O中金属铜的质量分数；w(Me:MeO)表示在MeO中杂质金属元素Me的质量分数；w(Cu,sl)为第一次精炼后渣相中铜的质量分数；

联立上述式(7)～(9)，可将定向造渣第一次精炼后的渣相的质量表述为下列式(10)：

在式(10)中，(Mewt％)_Cu,after1表示第一次精炼后金属铜中杂质金属元素Me在渣相中的质量分数；

第一次精炼后金属铜的质量采用式(11)表示：

m_(Cu,after1)＝m_Cu^o-m_{(slag,after1)}×w(Cu,sl)     (11)

根据质量平衡原理，对于每一种杂质金属元素Me，均采用式(12)表示：

m_{(slag,after1)}×(Mewt％)_Cu,after1+m_(Cu,after1)×[Mewt％]_Cu,after1＝m_Cu^o×[Me]_initial(12)

在式(12)中，[Mewt％]_Cu,after1为第一次精炼后金属铜中杂质金属元素Me在金属相中的质量分数；[Me]_initial为杂质金属元素Me的初始含量；

根据式(5)中分配系数的定义，将式(12)写为式(13)的形式：

m_{(slag,after1)}×[Mewt％]_Cu,after1×L^s/m(Me)+m_(Cu,after1)×[Mewt％]_Cu,after1＝m_Cu^o×[Me]_initial     (13)

由式(1)-式(13)建立出铜品位预测模型；

联立式(10)、(11)和(13)，求解第一次精炼后杂质金属元素Me在金属铜中的含量[Mewt％]_Cu,after1，进而计算得到第一次精炼后的产品铜品位。