碳酸鋰培訓(xùn)資料

培訓(xùn)課程目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一課鋰的性質(zhì)和用途2\o"CurrentDocument"第二課碳酸鋰工業(yè)生產(chǎn)的工藝介紹4\o"CurrentDocument"第三課國際上鹵水中提鋰的工藝介紹9\o"CurrentDocument"第四課碳酸鋰的資源分布和市場調(diào)查11第五課自動控制的基本理論13第六課碳酸鋰工業(yè)生產(chǎn)中化驗的基本知識18第七課自控在200噸車間的應(yīng)用21第一課鋰的性質(zhì)和用途一、物性鋰：Li的英文全稱是Lithium.Li是元素周期表中第三號元素.是原子半徑最小的堿金屬，其原子量為6.94（其中6Li占6%,7Li占94%）.金屬鋰的熔點是186°C.碳酸鋰：英文名：LithiumCarbonate.為白色單斜晶體或堿性粉末，也叫高純碳酸鋰，相對密度2.11。熔點723C。微溶于水（0C時1.54；100C時0.72）,不溶于醇，溶于酸°600°C以下對熱穩(wěn)定，618C開始部分分解成氧化鋰和二氧化碳。碳酸鋰的化學(xué)分子式為Li2CO3，分子量為73.89，CASN0：554-13-2，其分子結(jié)構(gòu)式為：0LipJk%二、金屬鋰的特性金屬鋰是自然界中最輕的金屬，非常活潑一是常溫下惟一能與氮氣反應(yīng)的堿金屬元素.常溫下，其只能存放在凡士林或石蠟中.三、Li的用途6Li在核反應(yīng)堆中用中子照射后可以得到氤，而氤可用來實現(xiàn)熱核反應(yīng).因此可用于熱核武器或可控核聚變，目前僅有美、俄、法、英、中等5國掌握該技術(shù).可控核聚變：地球現(xiàn)有鋰資源，如果通過可控核聚變發(fā)電可以供人類使用上百年.樂觀的估計2030年可投入商業(yè)運營，悲觀的估計要到2050年.其中1g6Li=1?3.3噸標準煤，一個年發(fā)電量為100kw需用標準煤200萬噸左右，折合成6Li約為2噸，即需金屬鋰約50?100噸.核聚變發(fā)電：6Li捕捉中子能力強.可以用于：1）控制鈾反應(yīng)堆中的反應(yīng)速度；2）延長核導(dǎo)彈使用壽命；3）可以防止核輻射，用于宇宙飛船；另外LiOH.H2O可以用作堿性調(diào)節(jié)劑，用于保持反應(yīng)堆溶液中的pH值.鋰電池：比能量密度核比功率密度是傳統(tǒng)鎳鎘電池的4倍.用于電動汽車中，其行車費只有普通汽油發(fā)動機的1/3.可用于計算器、鐘表等的非充電鋰電池；以及手機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、電動汽車的可充電鋰電池.最新的聚合物鋰電池，價格僅為同樣能量的傳統(tǒng)鎳鎘電池的1/20.玻璃在生產(chǎn)玻璃的原料中加入碳酸鋰或者鋰輝石，可以提高原料的熔化速度，降低熔體年度，從而降低生產(chǎn)成本.另外加入少量鋰金屬的玻璃的溶解性僅為普通玻璃的1%（用普通的玻璃杯泡一杯茶，其中含有萬分之一克的鋰）.陶瓷在生產(chǎn)全玻璃陶瓷的過程中加入鋰輝石，可以加速熔化并使得產(chǎn)品致密化.在衛(wèi)生陶瓷中加入鋰輝石，可以降低溶劑用量.在釉料生產(chǎn)中加入鋰金屬，可以降低釉料的粘度，改善穩(wěn)定性.冶金新材料新型的鋁、鎂、鋰的二元、三元合金，既輕便，又堅硬，而且耐高溫，多用于航空航天以及軍事領(lǐng)域，采用新型三元合金制作的飛機其重量減輕了1/3，由于采用了新的合金材料才有了現(xiàn)在A380超大飛機的出現(xiàn).空調(diào)80年代以來，由于蒙特利爾議定書的簽訂，全球開始停用會破壞臭氧層的氟利昂.全球都在研究可以替代氟利昂的制冷劑，其中LiBr是應(yīng)用最廣泛以及用量最大的一種制冷劑.原理：采用LiBr+H20的二元溶液來制冷，循環(huán)制冷，利用熱能為動力.A.H20在真空下蒸發(fā)，具有低的蒸發(fā)溫度（6笆），可以吸收熱負荷，使溫度降低.B.LiBr水溶液是吸收劑，在低溫下強烈吸收水蒸汽，在高溫下又將吸收的水分釋放出來.電解鋁將碳酸鋰加入到電解槽中，可以降低熔點30笆，使電流效率提高3%，電耗下降8%?14%，氟化物的排放降低22%?38%.醫(yī)藥行業(yè)碳酸鋰可用作鎮(zhèn)痛劑、鎮(zhèn)定劑，用于治療躁狂癥，反復(fù)發(fā)作的抑郁癥，也可以治療分裂一情感性精神病.其他丁基鋰，用作制造耐磨橡膠的催化劑.LiOH.H2O用作潤滑劑，其潤滑的使用溫度區(qū)域很大.第二課碳酸鋰工業(yè)生產(chǎn)的工藝介紹本項目以察爾汗鹽湖晶間鹵水鹽田灘曬制得光鹵石過程中排放的老鹵為原料，采用核工業(yè)北京化工冶金研究院研究開發(fā)的吸附法提鋰技術(shù)生產(chǎn)高純碳酸鋰產(chǎn)品。吸附法提鋰技術(shù)的開發(fā)成功，對鹽湖鋰資源的綜合開發(fā)利用具有重大的現(xiàn)實意義，該工藝技術(shù)具有操作簡便、成本低、產(chǎn)品純度高、工藝穩(wěn)定性強等特點，并且對鹽湖鹵水的鎂/鋰比沒有苛刻的要求。因此吸附法提鋰技術(shù)的成功開發(fā)對于加快鹽湖資源綜合利用，實現(xiàn)鹽湖地區(qū)循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展將起到積極的推動作用。一、名詞：床體積BV：bedvolume接觸時間t=(VbvX0.4)/Q線速度V線二Q/S截二、特制鋰吸附劑從鹵水中分離Mg、Li本工藝處理的原料液為含鋰250mg/L左右，含鎂70~130g/L老鹵，首先用特制吸附劑將鋰從高鎂鹵水中初步分離出來，使鎂鋰比由520：1降到2：1。采用3塔串聯(lián)吸附，單塔分段變速淋洗的操作方式，每塔裝填吸附劑34m3。吸附操作：三塔串聯(lián)，吸附塔規(guī)格①3800X5300,樹脂層高度Hr=3000,每塔樹脂裝填量V=34m3.尺b）工藝參數(shù)：接觸時間T=5min；吸附流量Q=163.2m3/h；吸附線速度V=14.3m/h；統(tǒng)吸附操作21.6BV,通過老鹵734.4m3,用時4.5hc）吸附過程：1）鋰吸附樹脂具有大量的吸附孔道，鋰吸附樹脂從老鹵中吸附足量的鋰，鋰充斥在樹脂的吸附孔道中，達到鋰與鎂的分離.2）鋰吸附劑從老鹵中分離鎂鋰的過程是物理吸附過程.鋰吸附樹脂的淋洗是通過一定流速的水的沖洗來完成.3）鋰吸附樹脂的吸附容量4-5gLi/ml樹脂，吸附每個循環(huán)通過730-750m3老鹵，按老鹵中Li的平均濃度為250mg/L,可計算出一個循環(huán)首塔樹脂吸附鋰的量.水快洗操作：a）吸附流量Q=612m3/h；吸附線速度V線二53.5m/h；b）水快洗63口3，用時10-12min；根據(jù)下面淋洗所得的合格液集合樣中鎂和鋰含量，控制快洗水的用量.c）水快洗過程，通過控制水流的速度達到將樹脂間夾帶的鎂排除的目的：快洗水流速較大時，會產(chǎn)生一個快洗水壓，在樹脂間會形成一個擠壓作用，可以殘留在樹脂間的老鹵擠壓出樹脂層間，排掉因為夾帶而殘留在樹脂層間的鎂；另外由于水流速度大，水與樹脂的接觸時間很短，從樹脂上洗下來的鋰很少.淋洗操作：采用單塔分段變速淋洗工藝參數(shù)：第一段：一貧液合格液，進入合格淋洗液貯池。接觸時間T=10min；淋洗流量Q=81.6ma/h；淋洗線速度V/7.20m/h；淋洗6BV,用時2.5h每次產(chǎn)出合格淋洗液204ma第二段：二貧液*一貧液接觸時間t=5min；淋洗流量Q=163ma/h；淋洗線速度V線二14.4m/h；淋洗6BV,用時1.25h每次產(chǎn)出一貧液204m3第三段：T水二貧液接觸時間t=5min；淋洗流量Q=163ma/h；淋洗線速度V線二14.4m/h；淋洗6BV,用時1.25h每次產(chǎn)出二貧液204m3至此，所切飽和塔的淋洗全部結(jié)束。三、鎂樹脂除鎂a）除鎂塔的設(shè)計：采用單塔吸附單塔淋洗。除鎂塔的設(shè)計規(guī)格：中3800X6300；樹脂層高度H=4000；樹脂裝填量43Rb）R除鎂塔中樹脂屬于離子交換樹脂1）一次除鎂塔中樹脂是陽離子交換樹脂，這種樹脂的吸附作用屬于化學(xué)吸附.2）除鎂塔中的陽離子交換樹脂對不同的陽離子的吸附力不同，對于離子濃度相近的陽離子：①相同價態(tài)的陽離子：離子半徑越小，離子結(jié)合力越強；Li+>Na+②不同價態(tài)，電荷數(shù)越多，由于電荷數(shù)引起的結(jié)合力〉粒子半徑引起的結(jié)合力，所以價態(tài)高的離子結(jié)合力更強些.Mg2+>Li+c）一次除鎂吸附操作1）合格液吸附工藝參數(shù)：接觸時間T=5min；吸附流量Q=217.4ms/h；吸附線速度▼線=19.2m/h；吸附12BV,用線時2.5h前50min（前4BV）的180m3流出液中，鋰和鎂濃度很低，這部分溶液返到一次除鎂淡水池中，去配置1%NaCl溶液，這部分吸附的流出液中鈉的含量會越來越接近1%NaCl,幾乎可以直接利用；當有富余的時候，還可以用來配制7%NaCl。后100min（后8BV）的360m3流出液為合格的一次深度除鎂液，排放到一次除鎂液貯池，充分混合后，作為二次深度除鎂的原料液。d）除鎂塔的再生1）1%NaCl回收樹脂上的鋰工藝參數(shù)：接觸時間t=5min；淋洗流量Q=217.4ms/h；淋洗線速度V線二19.2m/h；淋洗3BV，用時37.5min.采用濃度低的NaCl溶液，淋洗樹脂，回收除鎂樹脂間殘留的鋰，同時也有少量的鎂被淋洗下來.這部分的流出液中Li的含量在200-300mg/L，Mg的含量在1g/L左右，這部分流出液排放到1%NaCl淋洗液貯池中，然后返回到一次深度除鎂塔進行重新吸附除鎂，回收其中的鋰。2）貧鎂再生工藝參數(shù)：接觸時間t=5min；淋洗流量Q=217.4m3/h；淋洗線速度V線二19.2m/h；淋洗3BV，用時37.5min.采用貧鎂液再生，可減少7%NaCl的用量，節(jié)約鹽的用量.流出液變?yōu)楦绘V液（含鎂6?7g/L），此部分溶液為廢棄液，外排。3）7%NaCl再生工藝參數(shù)：接觸時間t=5min；淋洗流量Q=217.4m3/h；淋洗線速度V線二19.2m/h；淋洗3BV，用時37.5min.流出液為貧鎂液，收集起來，用于下一次貧鎂再生.二次深度除鎂

以①3800X6300塔為二次深度除鎂塔，同一次除鎂塔：工藝參數(shù)：接觸時間T=4min；淋洗流量Q=169.84m3/h；淋洗線速度V=24m/h；目將一次深度除鎂貯池中的合格的一次深度除鎂液基本充分混合后，作為二次深度除鎂液的原料液，二次深度除鎂的操作于一次深度除鎂操作基本一致，只是工藝參數(shù)略有變化。二次深度除鎂流出液進入二次深度除鎂液貯池。二次深度除鎂操作的前20BV（歷時3.33h），其中鋰和鎂離子含量較低，排放到二次除鎂淡水池（可用來配制7%NaCl）。當二次深度除鎂操作（200BV）33.3h后，鎂穿透，切換除鎂塔進行淋洗再生。淋洗再生操作與一次深度除鎂塔的淋洗操作相同，操作時間為112.5min。四、反滲透反滲透的目的：濃縮二次除鎂所得到的二次除鎂液，減輕曬池晾曬產(chǎn)品液的壓力.反滲透的工作原理：半透膜C滲透Ch）半透膜C滲透Ch）反滲透?滲透與反滲透：反滲透實為滲透的逆過程.如果將淡水和鹽水用一種只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜隔開，淡水會自然地透過半透膜至鹽水一側(cè)，如圖2-a反示，這種現(xiàn)象稱為滲透.當滲透進行到鹽水一側(cè)的液面到某一高度而產(chǎn)生壓頭H，從而抑制淡水進一步向鹽水滲透，滲透的自然趨勢被壓頭H所抵消而達到平衡，這一平衡壓力H稱之為滲透壓.此時，如果向鹽水一側(cè)加上一個大于滲透壓的壓力，鹽水中的水分子就會從鹽水一側(cè)透過半透膜至淡水一側(cè)（鹽水一側(cè)濃度大增，即濃縮）.這一現(xiàn)象稱為反滲透，見圖2-b五、鹽田太陽能蒸發(fā)濃縮當?shù)氐奶柲苜Y源十分豐富，淡水的年蒸發(fā)量達到3500mm,而降水量卻非常小，因此可采用太陽能曬池蒸發(fā)濃縮。在太陽能曬池蒸發(fā)旺季(5、6、7、8、9、10五個月)，在曬池里直接濃縮到Li濃度15-20g/L，而在蒸發(fā)淡季(3、4、11月)則要輔助以鍋爐強制蒸發(fā)濃縮.六、沉淀經(jīng)曬池晾曬得到產(chǎn)品液中主要成分為LiCl，MgCl，一、'一2沉淀步驟：加入適量的碳酸鈉Na2CO+MgCl2>MgCO微溶物+NaCl用N：OH3調(diào)節(jié)p#值，使MgCO3微溶物生成溶解度更小的Mg(OH)23MgCO微溶物+NaOH?Mg(OH)I+NaCO3將沉淀Mg3(OH)過濾，下一步沉淀LiCl溶液；23用過量5%的碳酸鈉沉淀LiCl溶液得到Li2CO3，LiCl+NaCO一LiCOI+NaCl23得到的碳酸鋰，再通過過濾，洗滌：烘干等步驟，最后得到產(chǎn)品碳酸鋰.第三課國際上鹵水中提鋰的工藝介紹含鋰鹽湖鹵水一般含鎂，鎂含量的大小直接影響著鋰的提取，一般鎂鋰比(Mg/Li)低于8-10時，可采用自然蒸發(fā)濃縮一沉淀法，若高于10則鎂鋰不易分離，目前國際上大規(guī)模開發(fā)的鹵水鋰資源，其鎂鋰比較小.一、沉淀法在含鋰較高的鹵水中，可加入沉淀劑將鋰沉淀.用磷酸氫二鈉作沉淀劑，沉淀用鹽酸全部溶解，制成含鋰0.5-1.5g/L的料液，通過氫或鈉型陽離子樹脂分離鋰與磷酸根離子，再從濃縮后的洗脫液中沉淀碳酸鋰，鋰的總收率為75%.缺點：只適宜含鋰較高的鹵水，對于鎂鋰比高于50的鹵水不適用.鋁酸鹽沉淀法是以鋁酸鈉為原料，經(jīng)二氧化碳碳化分解制得氫氧化鋁，按鋁鋰質(zhì)量比13-15加入提硼后的鹵水中進行提鋰.鋁鋰沉淀物于350笆焙燒30min,用水浸取使沉淀物中鋁鋰分離，然后用石灰乳和純堿除去鎂、鈣等雜質(zhì)，蒸發(fā)濃縮，在95笆反應(yīng)生成碳酸鋰.缺點：需蒸發(fā)大量水，耗能高，且工藝流程復(fù)雜.二、蒸發(fā)結(jié)晶分離法采用一系列蒸發(fā)結(jié)晶結(jié)合其他提取工藝，從鹵水中回收鈉、鉀、硼、溴、碘等有用組分，再從最后的母液中提鋰.傳統(tǒng)方法是使用燒堿除鎂，然后將溶液稀釋至氯化鋰低于13.8g/L，加入純堿沉淀鈣，最后濃縮母液用純堿沉淀碳酸鋰.缺點：只適合含鋰濃度較高的鹵水，由于大量使用燒堿和純堿并增加蒸發(fā)量，致使鋰鹽產(chǎn)品成本較高.三、溶劑萃取法該法是從低品位鹵水中提取鋰的行之有效的方法，常用的從鹵水中萃取鋰通常采用單一萃取體系和協(xié)同萃取體系兩類.單一萃取體系：在正丁醇中加入23%的尿素或9.9%的氨可有效地抑制鈣進入有機相，大大提高對鋰的選擇性.二（三甲基乙?；┘淄椋―PVM）-乙醚體系對鋰的萃取率為97%.協(xié)同萃取體系：在萃取體系中加入?yún)f(xié)同萃取劑，有利于提高對鋰的選擇性和適用范圍.三辛基氧化磷（TOPO）是常用的協(xié)萃劑，0.2mo1蘇丹I-0.4mo1TOPO二甲苯體系被認為是鋰的最佳萃取體系，萃取率為80%.蘇丹I化學(xué)穩(wěn)定性好，水溶性小，易于制取，是一種有工業(yè)意義的萃取劑，對不含鈣、鎂的堿性鹽湖鹵水（如扎倉茶卡）中萃取鋰有一定的實用價值.四、鹽析法該方法是在HCl-LiCl-HO三元體系0笆等溫相圖的基礎(chǔ)上提出的.大柴旦飽和氯化鎂鹵水經(jīng)提硼后，再經(jīng)天然冷凍蒸發(fā)，即可獲得含鋰6%-7%的濃縮鹵水.該濃縮鹵水可近似看作是鋰鎂氯化物水鹽溶液，由于氯化鋰和氯化鎂在氯化氫水溶液中的溶解度不同，所以可用氯化氫析氯化鎂提取氯化鋰.和氯化鎂在氯化氫水溶液中溶解度不同，用氯化氫鹽析氯化鎂提取氯化鋰.缺點：工藝過程要在封閉條件下循環(huán)，鋰回收率低，實際應(yīng)用有困難.五、離子交換吸附法離子交換劑分為無機離子交換劑和有機離子交換劑兩大類.有機離子交換劑.即離子交換樹脂，是一種功能型高分子材料，具有活性交換基團的不溶性高分子共聚物.有機離子交換樹脂直接用于鹵水中分離鋰并不多見，主要原因是有機離子交換樹脂對鋰與其他陽離子的分離效果較差.無機離子吸附劑.如現(xiàn)在正研究的對鋰有特異選擇性的二氧化錳離子篩的分離原理是：將制備好的離子篩用鹽酸洗滌，使其轉(zhuǎn)變成氫型離子篩，然后加入含鋰的液體樣品中，在不斷攪拌下使鋰離子交換吸附到離子篩上與溶液中其他離子分離，再用鹽酸洗脫下來.成都理工大學(xué)研究以to2為原料，合成出偏鈦酸型鋰離子記憶交換體.對Li選擇性較高，交換容量近30mgLi/gTiO2.該交換體適合于低濃度鹵水提鋰.缺點：大多數(shù)吸附性能較好的離子交換吸附劑都是粉體.由于粉體的流動性和滲透性很差.工業(yè)應(yīng)用困難，需要制成粒狀以便于操作.但是離子篩的造粒工作比較困難.而且研究發(fā)現(xiàn)造粒后交換劑的吸附性能會下降，吸附劑的造粒問題還有待于解決.第四課碳酸鋰的資源分布和市場調(diào)查一、鋰鹽資源狀況總資源量約為1300萬噸（按Li金屬量計），折合成碳酸鋰約為6500萬噸.表4.1：世界鋰資源儲量表（2005年統(tǒng)計，按金屬Li計）國家鋰儲量（LiX103t）排名所占百分比玻利維亞5443144.1%中國3434227.8%智利1360311.0%美國40843.3%加拿大36352.9%澳大利亞31862.6%表4.2:世界主要鹽湖的鋰資源儲量分布（2000年統(tǒng)計，按LiCl計)鹽湖鋰儲量(LiClX104t)鹽湖鋰儲量(LiClX104t)死海1700東臺吉乃爾284美國大鹽湖322西臺吉乃爾307阿塔卡瑪280一里坪41.9察爾汗997大柴旦38.8扎布耶961二、市場調(diào)查全球鋰鹽的供與求全球需求約11萬噸，而且以每年5?7%的速度遞增.世界鋰鹽產(chǎn)量約12萬噸，其中智利的SQM公司2.5萬t/a,美國的FMC公司2萬t/a,德國的Chemtall公司2萬t/a,三大公司產(chǎn)量占了約一半.供求情況基本飽和，但由于鹵水產(chǎn)鋰廠家的低成本策略前幾年打垮了大部分的鋰礦石產(chǎn)鋰廠家，所以最近兩年鋰鹽實際開工產(chǎn)量不足，造成供小于求的現(xiàn)狀.我國每年需求碳酸鋰2萬噸，而且每年增長速度約為15%.2006年全國鋰鹽生產(chǎn)約8000噸，加上今年中信國安和西藏扎布耶礦業(yè)的實際產(chǎn)量，2007年全國鋰鹽實際產(chǎn)量約為1.3?1.5萬噸.三、我國鹵水鋰資源開發(fā)近況開發(fā)了二十幾年技術(shù)才逐漸成熟，原因：1）柴達木盆地鹵水中鎂鋰比太高，對技術(shù)要求高，是世界性難題2）西藏扎布耶鹽湖鹵水中的鋰雖以碳酸鋰形式存在便于提取，但交通、電力、能源的落后成為制約開發(fā)的主要瓶頸.現(xiàn)狀1）中信國安：東臺，開發(fā)較早，目前是10000噸的設(shè)計產(chǎn)能，但工藝較舊，2007年產(chǎn)量約2000噸.西臺，開發(fā)較晚，目前是10000噸的設(shè)計產(chǎn)能，但工藝較新，2007年產(chǎn)量約1500噸.2）西藏扎布耶：目前是5000噸的設(shè)計產(chǎn)能，2007年產(chǎn)量預(yù)計達到2000噸.3）青海鋰業(yè)：目前是3000噸產(chǎn)量的工業(yè)試驗項目，2007年沒有外供產(chǎn)量.4）藍科鋰業(yè)：目前是1萬t/a的設(shè)計產(chǎn)能，2008年投產(chǎn).四、市場價格國內(nèi)價格：2007年10月26日國內(nèi)有色金屬市場工業(yè)碳酸鋰1級品中間價為52000?54000元/噸，出口價格為6000美元/噸.五、總結(jié)國內(nèi)資源：居世界第二，總儲量約3000萬噸（按碳酸鋰計）.世界鹵水提鋰已成主流，通過鋰礦石提鋰逐漸推出歷史.資源保護：1）加緊開發(fā)進程，利用開發(fā)來進行資源保護2）實施鋰資源保護：擴大能利用的鋰資源含鋰的濃度范圍，百分比大于萬分之五（即鋰濃度大于0.1g/L）；對百萬噸原鹵區(qū)進行資源保護.市場前景：1）短期來說市場仍然出于供不應(yīng)求的局面;2）隨著市場對鋰電池的需求穩(wěn)步增長，對鋁鋰合金的旺盛需求，市場對鋰的需求保持持續(xù)穩(wěn)步上升中.3）要在市場上站住腳跟，必須降低生產(chǎn)成本，成本控制在2萬元/噸之內(nèi)即可在市場中立于不敗之地.第五課自動控制的基本理論一、自動控制理論自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的一門學(xué)科.1、自動控制理論包括兩種理論：經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論.<1>經(jīng)典控制理論是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)分析和設(shè)計自動控制13/25系統(tǒng)的.、經(jīng)典控制理論研究的方向是：它主要研究單輸入■—單輸出、線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題，不同的控制要求就有不同的數(shù)學(xué)建模，進而分析和設(shè)計的方法也不同.、兩種數(shù)學(xué)建模方法：微分方程和傳遞函數(shù).、經(jīng)典控制理論分析和設(shè)計的方法有：a、時域分析法;b、頻域分析法；c、根軌跡分析法.<2〉、現(xiàn)代控制理論：隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果和計算機技術(shù)、電子技術(shù)及電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，自動控制理論跨入了一個新的階段現(xiàn)代控制理論.、研究方向：現(xiàn)代控制理論主要研究具有高性能、高精度的多變量變參數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題;②、采取的方法:以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)空間法，對系統(tǒng)進行分析和設(shè)計;③、自動控制理論正向以控制論、信息論、仿生學(xué)為基礎(chǔ)的智能控制理論深入.2、自動控制的概念、控制：工程上指的是有目的的操作，目的是使被控量按照人們希望的規(guī)律變化，包括手動和自動操作.、自動控制系統(tǒng)：是由控制裝置和被控對象按一定的方式連接起來組成的系統(tǒng).、自動控制：所謂自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置(稱控制裝置或控制器)，使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程(稱被空對象)的某個工作狀態(tài)或參數(shù)(稱被控量)自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行.3、自動控制系統(tǒng)的控制方式、反饋控制方式：它是按偏差進行控制的，其特點是：不論什么原因使被控量偏離期望值(即給定值)而出現(xiàn)偏差時，必定會產(chǎn)生一個相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個偏差，使被控量與期望值趨于一致.自動控制理論主要的研究對象就是用這種控制方式組成的系統(tǒng).反饋控制方式的組成方框圖如圖5.1所示：圖5.1反饋控制方式結(jié)構(gòu)圖、開環(huán)控制方式：是指控制裝置與控制對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程，這種系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng).其特點是：系統(tǒng)的輸入量會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響.、復(fù)合控制方式：按偏差控制和按擾動控制相結(jié)合的控制方式.按擾動控制方式由于只適用于擾動是可測量的場合，而且一個補償裝置只能補償一種擾動因素，對其余套動均不起補償作用,因此，比較合理的一種控制方式是把按偏差控制與按擾動控制結(jié)合起來，對于主要擾動采取用適當?shù)难a償裝置實現(xiàn)按擾動控制，同時，再組成反饋控制系統(tǒng)實現(xiàn)按偏差控制，反饋控制系統(tǒng)比較容易設(shè)計，這樣一來，控制效果也會更理想.4、對自動控制系統(tǒng)的基本要求、穩(wěn)定性：它是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件.線性自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定的，與外界因素無關(guān).⑵、快速性、準確性，理想情況下，當過渡過程結(jié)束后，被控量達到的穩(wěn)態(tài)值(即平衡狀態(tài))應(yīng)與期望值(給定量)趨于一致.二、可編程邏輯控制器1、可編程邏輯控制器的組成及原理(1)、可變成邏輯控制器的含義、名稱：可編程邏輯控制器；英文名稱及縮寫：ProgrammableLogicController,簡稱：PLC、定義：日本電氣控制學(xué)會曾對PLC作了一個定義：''可編程邏輯控制器是將邏輯運算、順序控制、時序、計數(shù)以及算術(shù)運算等控制程序，用一串指令形式存放在存儲器中，然后根據(jù)存儲的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬、數(shù)字等輸入/輸出部件，對生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)過程進行控制的裝置.”、引入幾個概念：a、信號：信號是包含很多關(guān)于物理世界的事情和行為的信息;b、模擬信號：這種信號與它表示的實際信號類似的，它的幅度可以取任何值，也就是說,模擬信號的幅度是一個隨時間連續(xù)變化的量(如電壓、電流信號等)；c、數(shù)字信號：它的表現(xiàn)形式是數(shù)列，每個數(shù)字表示在某一時刻信號的幅度，這樣的信號稱為數(shù)字信號;d、采樣：在每一時刻對信號的大小進行測量的過程.只要采樣時刻被確定，它不再是一個時間連續(xù)的函數(shù)，而是一個時間離散的信號.、繼電器控制電路：繼電控制是指用一些控制電器的觸點(如按鈕、開關(guān)或繼電器觸點)控制電器工作的電路.用不同的連接，可反映不同的觸點與用電器之間的邏輯關(guān)系.但繼電器控制電路組合邏輯關(guān)系時,硬件接線復(fù)雜，改造起來不方便.、可編程邏輯控制器(PLC)由于可編程邏輯控制器中是由許多半導(dǎo)體電路組成，因此她控制電器工作可以說是無觸點控制，吸收電阻、隔離二極管與帶動繼電器工作的晶體管基極相連，所通過的電流及所消耗的功率自然要小的多；還可以用半導(dǎo)體邏輯元件(如RS觸發(fā)器)代替繼電器.在這個基礎(chǔ)上，還可以用一些集成電子元器件，使控制器小型化;PLC可以方便地實現(xiàn)輸入與輸出之間的變換，組合邏輯關(guān)系均可靠邏輯方陣與橫線的不同連接實現(xiàn)，而且梯形邏輯與二進制電路有相似之處，進而更容易更方便的實現(xiàn)其邏輯關(guān)系.(3)、可編程邏輯控制器的組成及原理、組成：可編程邏輯控制器一般由CPU、存儲器、輸入/輸出系統(tǒng)及其它可選部件四大部分組成.在PLC運行過程中，一般由CPU、存儲器和輸入/輸出系統(tǒng)三部分即可完成預(yù)定的各種控制任務(wù)，即PLC的基本組成只有三部分，其它可選部件(如編程器、外存儲器、模擬I/O盤、通訊接口、擴展接口以及測試設(shè)備等，主要用于系統(tǒng)的編程組態(tài)、程序存儲、通信聯(lián)網(wǎng)、系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)的測試與維護等，是PLC的輔助組成部分;在PLC正常運行期間，這部分并不起作用，它們主要用于系統(tǒng)的開發(fā)、安裝、調(diào)試和維護.、可編程邏輯控制器的工作原理PLC的系統(tǒng)程序和用戶程序存放在存儲器中，現(xiàn)場輸入信號經(jīng)

過I/O系統(tǒng)傳送至CPU,CPU按照用戶程序存儲器里安放的指令,執(zhí)行邏輯或算術(shù)運算，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令，該指令通過I/O系統(tǒng)傳送至現(xiàn)場，驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)動作.如圖2所示：尤履g仔儲器圖2PLC的一般組成結(jié)構(gòu)、PLC實現(xiàn)控制的過程如圖3所示：圖3PLC實現(xiàn)控制流程簡圖提示：PLC運行期間，速度快，執(zhí)行指令時間短是PLC實現(xiàn)控制的基礎(chǔ).3、尋址方式：采用符號尋址和絕對地址尋址方式.第六課碳酸鋰工業(yè)生產(chǎn)中化驗的基本知識一、分析操作步驟Ca、Mg含量分析操作步驟：Ca的測定：移取樣品1mL?5mL（V5，視Ca含量而定）于250mL燒杯中，加水至60mL?70mL,加入10mLNaOH溶液（4.3）,5mL鹽酸羥胺溶液（4.4）,加5mL三乙醇胺溶液（4.5）,加入少量鈣試劑（4.7）,使溶液呈玫瑰紅色，在不斷攪拌下，用標準EDTA溶液（4.10）滴定至由玫瑰紅色變?yōu)榧兯{色為終點，記下滴定體積為v3.Ca、Mg合量的測定：取1mL水樣于50mL容量中，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻.分取1mL?5mL（V6，視Ca、Mg含量而定）于250mL燒杯中，加水至60mL?70mL,加入10mL緩沖溶液（4.6）,5mL鹽酸羥胺溶液（4.4）,5mL三乙醇胺溶液（4.5）,加入少量鉻黑T（4.8）,使溶液呈玫瑰紅色，在不斷攪拌下，用標準EDTA溶液（4.10）滴到由玫瑰紅色變?yōu)榧兯{色為終點，記下滴定體積為V.儀器和設(shè)備4燒杯：150mL、250mL酸式滴定管：10mL、25mL移液管：1mL、5mL、10mL容量瓶50mL、100mL、1000mL試劑所用試劑除特殊注明外，其余均為分析純；所用水均為去離子水；所用標準物質(zhì)均在有效期內(nèi)使用.Ca標準溶液，GBW（E）080349,P（Ca）=1000ug/mLMg標準溶液，GBW（E）080316,P（Mg）=1000ug/mLNaOH溶液，P（NaOH）=200g/L鹽酸羥胺溶液，P（鹽酸羥胺）=100g/L三乙醇胺溶液，6（三乙醇胺）=30%緩沖溶液（PH=10）稱67.5gNHCL溶于300mL水中，加入570mLNHOH混合，用水稀釋至1L，搖勻.4Ca試劑干粉鉻黑T指示劑NHOH,巾(NHOH)=50%4,,、、4EDTA標準溶液EDTA標準溶液的配制稱取9.312g乙二胺四乙酸二鈉于250mL燒杯中，加數(shù)滴NHOH(4.9)助溶，用水溶解后，轉(zhuǎn)入1L容量瓶中，再用水稀釋至刻度，搖勻；結(jié)果計算。/(Ca)二TxUayCa/EDTA3V5P(Mb)—Tx(V-V)—sTx(V-V)P(Mg)=4=K人Ca/EDTA3-VV式中：P’(Ca)—鹽湖水的Ca的質(zhì)量濃度,mg/mLP(Mg)一鹽湖水的Mg的質(zhì)量濃度,mg/mLV3—EDTA標準溶液滴定Ca所消耗的體積，mLV—EDTA標準溶液滴定Ca、Mg合量所消耗的體積，mLV一測定Cat的取樣體積，mL5V—測定Ca、Mg合量時的取樣體積，mL6T—EDTA對鈣的滴定度，mg/mLT：：：—EDTA對鎂的滴定度，mg/mLK—Mg與Ca的摩爾質(zhì)量比，為0.607注:V」需轉(zhuǎn)化為與匕的取樣體積相同的數(shù)值5分析步驟二、鋰含量測定鋰標準溶液，GBW(E)080180，P(E)=100g/mLK和Na混合溶液的配制稱取101.7g氯化鈉和38.2g氯化鉀于1L燒杯中，加500mL水溶解，轉(zhuǎn)入1L容量瓶中，再用水稀釋至刻度，搖勻.此溶液約含Na40mg/mL、K20mg/mL.5%AL(SO)3稱97.3g3AL(SO).18HO用水溶解，定容至1L容量瓶中，搖勻.2432儀器和設(shè)備分析天平，感量0.01gModeL2655-00火焰光度計(科爾帕默儀器公司)自動取液器，1mL容量瓶，10mL、25mL、50mL、100mL單刻線移液管，1mL、2mL、5mL、10mL刻度移液管，2mL、5mL、10mL燒杯，500mL、1000mL樣品分析分取水樣（視試樣中含量而定）1mL于100mL容量瓶中，加入5mLK和Na混合溶液（3.3），再加入20mL5%AL（SO）（3.4），用水稀釋至刻度，搖勻.與工作曲線的繪制工作條4律同時進行測定，根據(jù)顯示值從工作曲線上查出待測樣品的濃度P.結(jié)果計算1P二PXK式中：P—試樣溶液的濃度，Ng/mL；P］一待測溶液的濃度，Ng/mL；K—測定樣品稀釋的倍數(shù).分析設(shè)備操作規(guī)程：ModeL2655-00火焰光度計操作規(guī)程1、接通電源開關(guān).2、打開空氣壓縮機，調(diào)節(jié)壓力為10~15psi.3、打開石油液化氣旋鈕供氣（點火前用肥皂水檢查氣路是否漏氣）.4、把U管充滿去離子水.5、點火，預(yù)熱5分鐘.6、測Li時把濾光片撥到Ca的位置，調(diào)粗靈敏檔為4檔，用水調(diào)零，用1Ng/mL的純Li標準溶液精調(diào)使其顯示值為2.5,在相同條件下，測定標準溶液和樣品，根據(jù)標準和樣品的顯示值求出樣品中Li的濃度.7、測K、Na時把濾光片分別撥到K、Na的位置，調(diào)粗靈敏檔為3檔，用水調(diào)零，用1Ng/mL的K、Na標準溶液精調(diào)使其顯示值為1.5,在相同條件下，測定標準溶液和樣品，根據(jù)標準和樣品的顯示值分別求出樣品中K、Na的濃度.關(guān)機時，先關(guān)燃氣，再關(guān)點火開關(guān)和空氣壓縮泵，最后斷開電源.第七課自控在200噸車間的應(yīng)用一、集散控制系統(tǒng)、英文名：DistributedControllSystem，簡稱DCS系統(tǒng)、設(shè)計原則：DCS系統(tǒng)是一個為滿足大型工業(yè)生產(chǎn)要求，從綜合自動化的角度，按功能分散、協(xié)調(diào)集中的原則進行設(shè)計.、特點：具有高可靠性，用于生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)采集和各種過程控制的計算機控制系統(tǒng).、典型的集散控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)圖如圖8.1所示：現(xiàn)場設(shè)備控制和I/O模塊測量和啟動圖7.1集散控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖基本控制單元(站)具有數(shù)據(jù)采集、回路控制和順序控制功能,能獨立地完成生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制.通過高速數(shù)據(jù)公路和其它控制單元,上位機以及CRT操作站相連,實現(xiàn)更大規(guī)模的控制與管理，控制方案通過組態(tài)完成.DCS的一般結(jié)構(gòu)如圖8.2所示：圖7.2DCS控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)二、PLC整體控制系統(tǒng)（200噸碳酸鋰實驗項目）（1）、PLC整體控制系統(tǒng)總則本系統(tǒng)是我們根據(jù)控制要求，結(jié)合我們以往從事自動控制工程項目中總結(jié)的經(jīng)驗和實際運行情況，綜合新一帶DCS、PLC、現(xiàn)場總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、OPC技術(shù)和先進的軟件工程設(shè)計方法做出的設(shè)計，采用分層、分布式結(jié)構(gòu)將微機監(jiān)控、過程控制、網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)合在一起，實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的共享.本系統(tǒng)具備強大的過程控制功能，通過模塊控制，即可實現(xiàn)特制吸附劑從鹵水中初步分離出鋰（吸附操作過程、水快洗操作過程、淋洗操作過程），陽樹脂深度除鎂（單塔吸附,單塔淋洗），碳酸鋰的制備的全自動化控制和過程顯示.（2）、系統(tǒng)功能PLC整體控制系統(tǒng)包括PLC自控系統(tǒng)、馬達控制中心及物