Ануар
А.Б., Орманша З.Д., магистранты 1-2 курсов
Доктор
PhD, к.т.н, доцент
Абитова Г.А.
ЕНУ
им.Л.Н.Гумилева, Казахстан, г.Астана
К
вопросу об оптимизации системы управления
технологических
процессов производства цветных и редких металлов
Казахстан
занимает ведущее место в мире по запасам редких элементов и металлов, что оказывает большое влияние на научно-технический
прогресс.
Хотя прогнозы
развития мирового рынка редких металлов на ближайшую перспективу весьма
благоприятны, производство и потребление редких металлов, в настоящее время в
стране недостаточно развиты.
Кроме того,
намеченные в стране общий подъем промышленного производства, опережающее
развитие отраслей высоких технологий и укрепление обороноспособности
существенно повысят потребление цветных и редких металлов, подводя его к уровню
индустриально развитых стран.
По уровню автоматизации металлургия, в том числе производство
редких металлов, занимает одно из ведущих мест среди других отраслей
промышленности. Металлургические установки характеризуются непрерывностью
протекающих в них процессов. При этом переработка минерального сырья должна соответствовать требованиям по
экологичности производства. Почти все операции на металлургических установках
и, особенно на аппаратах гидрометаллургии и, в частности, жидкостной
экстракции, механизированы, а переходные процессы в них развиваются
сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в
гидрометаллургии производства редких металлов .
Автоматизация процесса производства редких металлов включает
в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую
защиту, химический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.
Новизна
исследования заключается в создании научных
основ для системы управления производством цветных и редких металлов на основе
синтеза математической модели процесса и создания систем контроля и управления
технологическими линиями на базе персонального компьютера, позволяющих
совершенствовать, модернизировать и оптимизировать существующие технологии производства цветных и редких
металлов. Обеспечение при этом эффективности и комплексности их извлечения,
повышение качества выпускаемой товарной продукции является актуальной и важной научно-технологической задачей.
Распространенная и наиболее рациональная на сегодняшний день
технологическая схема получения редких металлов из свинцового производства,
включающая в себя осаждение концентрата с его последующей сульфатизацией и
переводом металла в оксидную растворимую форму, из которой редкий металл
извлекают экстракционным способом, имеет ряд недостатков, связанных с
возникающими отклонениями в технологических режимах, необходимостью поддержания
и регулирования параметров процессов в заданных пределах, оперативного и эффективного
управления технологией производства в целом .
Одним из методов, удовлетворяющих
требованиям комплексного и максимального извлечения ценных компонентов и редкого
металла из промпродуктов металлургических переделов, является экстракционный
метод извлечения редкого металла, основанный на предварительной сульфатизации
крепкой серной кислотой соединений и переводе металла в раствор.
Таким образом, проведенный выше литературный обзор и анализ
существующих методов получения редких металлов показывает:
1) Главными источниками получения редкого металла в
настоящее время в производстве свинца и цинка служат свинцовые плавы от
рафинирования чернового свинца.
2) Наиболее распространенной и
оптимальной технологий в
металлургии редких металлов считаются экстракционные процессы, которые
перерабатывают бедное сырье и обеспечивают значительный экономический эффект.
3) Одним из методов, обеспечивающих
комплексное и максимальное извлечение ценных компонентов и редкого металла из
промпродуктов металлургических переделов, является экстракционный метод
извлечения, основанный на предварительной сульфатизации крепкой серной кислотой
соединений и переводе редкого металла в раствор.
4) Экстракционные процессы
получения редкого металла характеризуются простотой и универсальностью,
в связи, с чем их легче автоматизировать и оптимизировать, что служит
необходимым условием совершенствования любого технологического процесса и его
интенсификации.
В
работе было рассмотрено и исследовано
непосредственно само производство редкого металла, а именно - процесс
экстракционного извлечения редкого металла из плавов свинцового производства,
применяемый на большинстве предприятий страны.
Процесс получения редкого металла на предприятиях
металлургического производства состоит из нескольких операций, заключающихся в
окислении концентрата концентрированной серной кислотой с целью перевода его в
оксидную форму, в выщелачивании пульпы раствором соляной кислоты с целью образования экстрагируемого компонента для
ведения процесса экстракции редкого металла трибутилфосфатом, реэкстракции его
раствором хлористого аммония, очистки растворов от примесей, осаждении металла
сульфитом натрия и плавке его с получением конечного продукта – редкого металла
товарной марки.
Согласно технологической инструкции, принятой на ряде
предприятий металлургического производства республики, на операцию
сульфатизации (окисления) концентрата в реактор общим объемом 5м3 (рабочий объем – 5м3) закачивали 1,6м3 концентрированной
серной кислоты. Объем кислоты замеряли деревянной рейкой (6 делений или 80см по рейке). При включенной мешалке в реактор
загружалось 0,4т редкоземельного концентрата или стороннего сырья. Для
определения необходимого для загрузки количества концентрата концентрат,
находящийся в контейнере, взвешивался до и после процесса загрузки на
платформенных весах. Количество
загруженного сырья определяли по разнице весовых измерений.
После загрузки концентрата в реактор начинался процесс его
окисления. Первоначально, окисление шло без подогрева (закрыта подача пара в
рубашку реактора), так как вначале процесса разварки (окисления) при
повышенной температуре возможна слишком
бурная реакция с выделением большого количества газов.
Это приводит к сильному вспениванию и выбросу реакционной
смеси. Поэтому подача пара осуществлялась только через 2-4 часа после загрузки
концентрата в реактор. При температуре реакционной смеси не ниже 1400С
продолжительность процесса окисления составляла не более 48 часов.
Окончание процесса разварки
(окисления) должно определяться лабораторным путем на основании анализа
отобранных проб, в результате которого устанавливается эффективность окисления теллурового
концентрата. В том случае, когда эффективность составляет 95-97%, операция
окисления считается законченной. Но на
практике данный способ не нашел широкого применения из-за сложности и
длительности данного метода. Поэтому окончание данного процесса определялось визуально по цвету полученной пульпы, которая
имеет чистый молочно-белый цвет.
На основании результатов проведенных исследований были
выборочно проанализированы и обработаны
фактические данные, полученные при проведении опытов на нескольких операциях
окисления редкометального концентрата. Установлено, что средняя
эффективность операции окисления концентрата составляет 63-88%.
Краткие выводы
Физико-химические процессы получения
редкого металла в условиях промышленного производства достаточно хорошо
исследованы и апробированы на практике. В результате проведенных
экспериментальных исследований на действующей технологической линии получения редкого
металла, анализа и обработки полученных фактических технологических данных,
показано, что:
1)
Технологическая линия получения редкого металла свинцового производства
характеризуется наличием большого числа переходных процессов, ведение которых в
оптимальном режиме требует четкой системы контроля и регулирования
технологическими параметрами и эффективной системы управления всем
производством.
2) Получение редкого металла на
современном свинцовом производстве является попутным производством, повышение
качества которого до уровня полупроводниковой чистоты (т.е. содержание
основного вещества в конечном продукте должно быть не менее 99,99%) возможно
только с обеспечением математически прецизионного баланса основных химических
компонентов, используемых в технологии.
3) Решение задачи повышения качества
выпускаемого продукта и комплексности использования сырья возможно только с
использованием средств комплексной автоматизации, современных датчиков и
расходомеров.
4)
Поэтому одной из главных задач данного исследования является разработка,
как теоретических основ, так и практических путей усовершенствования и
оптимизации экстракционного способа получения редкого металла из промпродуктов
свинцового производства на основе современных высокоэффективных методов и
средств контроля и разработки современных систем контроля и управления в
производстве редких металлов.
Литература