автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизированное проектирование водородных технология восстановления сложных сульфидных серебросодержащих полиметаллических концентратов

РГб од

О 0 '-.л

Но правах рукописи КАБИСОВ Игорь Хазбиевич

УДК 621.3

АВТОМАТИЗМРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОРОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СЛОЖНЫХ СУЛЬФИДНЫХ СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩИХ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНЦЕНТРАТОВ

Специальность 05.13.12 — «Системы автоматизации проектирования»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Московском государственном горном университете и Северо-Кавказском государственном технологическом университете.

Научный руководитель:

академик Международной академии информатизации (МАИ), Российской академии естественных наук, проф., докт. техн. наук, лауреат Международной премии фон Неймана

В. Л. ГОРБАТОВ.

Официальные оппоненты:

академик МАИ, проф., докт. техн. наук, лауреат Государственной премии РФ В. М. ЛОХИН,

канд. техн. паук, доц. В. И. МЕТЕЧКО.

Ведущее предприятие—Научно-технический центр Юг-цветы етавтоматика (г. Владикавказ).

Защита состоится 27 июня 1997 года в 12 час. на заседании диссертационного совета Д.053.12.12 при Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, Ленинский пр., 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУ.

Автореферат разослан 27 мая 1997 года.

И. о. ученого секретаря диссертационного совета

проф., канд. техн. наук О. М. РЯКИН.

ОБЩАЯ XАРЛКТКР1IСТ» 1КЛ РАБОТЫ.

Летуадьность работы.

Одной из важнейших народнохозяйствен!, V задач является создание безотходных производств ил основе комплексного использования сырья и автомат шропанных систем проектирования (САП!').

Для цветной металлургии зги задачи имеют исключительно важное знамение. Многоступенчатость технологий, низкое извлечение многих ценных составляющих, недостаточная автоматнзаи процессов, загрязнение окружающей среды отходами производства, уменьшение природных запасов полезных ископаемых, в том числе энергетических, таких как уголь, нефть, природный газ - вот те основные недостатки, которые присущи современной ннешоп металлургии. Поэтому сейчас вопросы вовлечения в сферу прои чодства нестандартных видов сырья и новых типов . энергоносителей, особенно водорода, привлекают пристальное внимание многих исследователей.

В силу хороших электро- и теплопроводности большое значение в промышленности играет серебро, кларк (среднее содержание в земной коре; которого составляет 105%. Сравнительно небольшая доля чистого серебра в природе м огромные погрей пост в н'м (в мире производят в год 10 тыс.т серебра) вызывают необходимость обогащения бедных руд с целыо расширения рудных ресурсов природного мнне| лтического Сырья. В добываемых и настоящее время рудах в большч'" еюнени преобладают сульфидные формы.

Существующие в отечественной и зар>бежной практике способы получения серебра из сульфидных руд основаны на цианировании при соблюдении специальных условии. Процесс получения серебра технологически отработан и применяется на многих заводах, однако, несмотря на ряд преимуществ, для нею характерны: общее низкое извлечение, необходимость большого количества по;иоюшнельных

операций, а вместе с этим и потери ценных компонентов, плохие условия труда, большой расход цианистых растворов, шеточел, кислот и т.д.

Дл?' усовершенствования существующей технологии производство серебра был изучен и разработан способ прямого восстановления с южного сульфидного серебросодержащею концентрата водородом. Выделенные п газовую фазу цинк, кадмии к частично свинец подвергаются извлечению существующими технологиями. Сконцентрированные в нелетучем остатке серебро и частично свинец подвергаются плавке на штейн с выделением свпнцово-серсбряного концентрат: который идет на дальнейший металлургическим передел. Выделяющийся при этом сероводород поглощается ирис гствующим в процессе оксидом кальция с образованием сульфида кальция, который в дальнейшем регенерируется или используется для производства гипса.

Предложенный в диссертации, на основе разработанной САПР, способ переработки сульфидных серебрскодержаших концентратов путем восстановления vu водородом нопюляез решить задачи, отвечающие современным требованиям по комплексному использованию сырья,

ЭКОНОМИЧНОСТИ И jH>:IH Г^ПОСТИ ТСМ'.СЛО! im.

Доеюмнсша тсхиолоп . основанных на восстановлении водородом, позволяют прогнозировать значительное расширение области их применения. . '

о

Работа выполнялась в рамках государственной программы "Горы Осетии" н npoipa.MMU правтедьсгва PCO - Алании "Производственные ресурс wl'C'O - Алании".

' Целью рабщы яитяс1С* кчнцешутиыюе ироекшроиание и разработка п|чзГ])амм|{Ь!х среда в САПР технологического процесса восстановления сложных сульфидных ссрсбросодержаишх поли....'галлических

концентратов (СССПК) и сости&лежиих их сульфидов водородом л лабораторном и укрупненио-лабораторном масштабах л внедрение их в промышленность.

Идея работы заключается в исследовании термодинамики it i пешки процессом восстановления водородом сульфидов цинка, свинца, кадмия, серебри сложного сульфидного серебросодержкщего концетрита с целью концептуального проектирования и разработки ..рограммных средств САПР соответствующего технологического процесса восстановления.

Задач» исследований:

• изучение термодинамики и кинетики водородной технологии процесса восстановления сульфидов пинка, свинца, кадмия, серебра сложного сульфидного серебросодержащего концентрата;

• исследование влияния оксида кальция на процессы восстановления сульфидов металлов водорода;

• на основе спецификации предметной области проведение концептуального проектирования технологического процесса переработки серебросодержашего сульфидного концентрата водородом с учеюм статистических характеристик процессов и его компонентов;

• разработка средств информационного обеак .пня САПР с большой реактивностью;

» разработг • программных средств САПР, ориентированных на оптимизацию основных параметров разработанного технологического процесс:».

Новизна научных положений, выносимых на защиту:

• проведено концептуальное проектирование технологического процесса выполнен» спецификация термодинамических свойств систем ZnS-Hj, ZrtS-CaO-M:. PbS-Hj, PbS-CaO-H:. FeS-H:, FeS-CaO-Н.ч CuS-M3. GuS-CaO-Hj, CdS-Hj, CdS-CaO-1!:, A -S-H:. AgS-CaO-Hj, Zti-Pb-Fc-Cu Cd-AgS-H;, Zn-Pb-Fe-Cu-Cd-AgS-CaO-! Ir. позволяющая определить равновесные составы конденсированных и газовых фаз при различных темпера- pax н расходах водород»;

з

• усовершенствована методика и создана термогравиметрическая установка для изучения кинетики процессов восстановления сульфидов

водородом;

• выполнена спецификация кинетических свойств восстановления в. .ородам сульфидов цинка, свинца, кадмия, серебра и сложного сульфидного серебросодержащего концентрата в присутствии в исходных смесях оксида кальция и без него;

• предложена информационная алгебра мографов, обладающая простотой представления данных, присущей теоретико-множественным моделям, и 1 -лядностъю, характерной для теоретико-графовых моделей данных;

• разработаны информационное и математическое 'обеспечения адаптивных водородных технологий 'АПР (САПР АВТ), позволяющей оптимизировать параметры процесса восстановления СССПК.

Научная и практическая значимость полученных результатов:

• разработаны программные t -детва С АПР (ПЭВМ 1ВМ-486, язык С**) технологического процесса восстановления сульфидов водородом;

• с помощью эгид программных средств разработана технология переработк, сложных судц.дщных серебросодержащих концентратов водородным восстановлением;

• установлены основные параметр процессов и проведена их оптимизация методом математического планирования эксперимента;

• показана эффективность применения оксида кальция, при наличии которо! о интенсифицируется процесс и улучшается его зкологнчнасть;

• определены тс ..-ратурно-врсМотис интервалы н соотношения реагешов, позволяющие разделять ценные составляют!'" сложного сульфидного ссрсбросодсржашсю коннешрата на компонент. пригодные для дальнейшей ncpq>a6onai по известным технологиям! .

Достоверность и обоснованность научных результатов подтвержд >тся:

• корректь м нсполь~чванием теории оланнроавння эксперимента, методов оптимизации, статистического анализа, диоостноГ» математики, а также удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с данными экспериментов по разработке программных средств САПР технологического процесса переработки сульфидов циетных металлов;

• положительными результатами внедрения в промышеленность.

Внедрение основных результатов диссертационной работы.

Предложенные мочели, методы, алгоритмы и программные инструментальные средства САПР внедрены на заводе "Электроцннк", государственном проектном институте Кавказгнпроиветмет, Садонсхом евннцово-цинховом комбинате с экономическим эффектом 500-800 млн. рублей а-год (в иенах на 1996 г.) н. дном предприятии.

Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в диссертационной работе, доложены к обсуждены на научной конференции Института металлургии АН СССР (Москва, 1985 г.), симпозиуме по синетике, термодинамике к механизму процессов восстановления (Москва, 1986г.) Всемирном конгрессе 1РТ5-94 "Информационные процессы, технологии, сне ,емы, коммуникации и сети" (Москва, 1994 г.), Всемирном конгрессе 1РТ5-95 (Санкт-Пс! бург, 1995г.), симпозиуме "Логическое управление" ( Москва, 19%г.).

Публикации. По результатам работы имеется 8 публикаций.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четыре глав, заключения и списка используемых источников нз 96 наименований, включает 61 рисунок н 50 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАЛИ'' РАБОТЫ

Существующие технологии обогащения полиметаллических руд (грави »анионные; технологии цианирования на основе осаждения

цинком, алюминием; сорбции ионообменными смолами, активными углями; экстракции; сорбцнониые технологи-* являются причиной экологи' ки грязных производств (требуют для своей реализации большого количества кислот, щелочен, цианистых соединений, вредных Л... здоровья человека), кроме того требуют значительных финансовых затрат.

Сырьевые ресурсы основных цветных и ряда редких металлов в основной своей массе представлены сульфидными рудами. В настоящее время в силу необходимости в сферу производства вовлекаются нестандарта ' виды сырья, бедные сульфидные концентраты и сульфидные промежуточные продукты обогащения руд.

Эффективным способом переработки указанного выше сырья может оказаться восстановление с^/.фидов водородом. Водородная технология при восстановлении железа, меди, свинца, цинка исследовалась В.И.Евдокимовым, Д.М.Чижиковым, Ю.В.Румянцевым, Т.Б.ГольдштеПпом, А.В.И' лштовым. В.А.Даннльченко,

Н.М.Павлюченко, Б.П.Берингом, Я.И.Герасимовым, Г.Н.Звианадзе, К.Е.Акопяном, И.С.Ту, ,невым, идр.

Данная работа являетжя одной из первых при применении водородной технологии для восстановления серебра изСССПК.

Водородная технология позволяет:.

• избежать сложной переработки газов, содержащих серный ангидрид,,» серную хиеГиту и вредного влияния данной технологии на окружавшую среду;

; • решить вопросы комплексной переработки |рья, связанные с рсгоссиванием ценны;, составляющих по гетерофазным продуктам окислительных процессов;

• избежать необходимости многоступенчатости технологических схем, связанных с нево^ожиостью прямой конвер и сульфидов а

' металлы;

• получать из полиметаллических руд наряду с ц тнымн металлами, еще I' железо; •

• получать металлические продукты п виде порошка, что удобно и экономично для дальнейшего промышленного использования.

Показана целесообразность применения водорода для восстановления сложного сульфидного серсбросодер) щего концентрата. Уменьшение энергетических запасов, таких как уголь, нефть, природным газ, создают предпосылки для внедрения новых типов энергоносителей, особенно водорода, который привлекает Пристальное енимииг- многих исследователей и прежде асеги гем, что:

» запасы его в природе в виде воды безграничны, а продукты его взаимодействия с кислородом безвредны и не загрязняют окружающую

среду;

• он хороший восстановитель для ряда руд цветных металлов;

< ивитие современной эне|, .„тики и возможность создания на ее основе замкнутых комплексов по производству водорода, делают это направление одним из перспективных в будущем.

Рассмотрены современные и перспективные способы производства водорпда, как осп. пного реагента процессов восстановления.

Для разработки математн-чского обеспечения САПР и соответствующего программного инструментария на основе исследования термодинамики и кинетики восстановительно-о п[: аесса была специфицирована предметная область н разработаны модели исследуемых процессов.

Спецификация термодинамических свойств водородной технологии.

Для определения равновесных конденсированных и газовых фа исследуемых систем был разработан мм од и соответствующий ему алгоритм, основанный на использовании экстремальных значеншЧ термод||"ч\н|ческих функций в момент ран весня. Метод позволяет исследовать равновесный состав многокомпонентных сложных гетерогенных систем с химическим взаимодействием в широком

интервале температур и количестве элементов (компонентов) до 20. Сущность метода заключается в отыскании числа молей или парциал1 чых давлений компонентов гетерогенной смеси, минимизирующих одну из термодинамических характеристических <5 пкций, например, термодинамический потенциал.

Экспериментальные исследования разрабатываемой САПР проводились для процессов восстановления водородом сложного сульфидного серебросодержашего полиметаллического концентрата (табл.1) и составляющих его сульфидов цинка, свинца, железа, меди, кадмия а сер-бра (Калпмансурсхое месторождение).

Таблица I

Содер;. ..мне, "А отн. ед.

Zn РЬ Fe Си С<1 А& S As SiOj AIjOj

7,4 7.4 6,7 5,8 0,45 0,12 11,4 0,007 10,8 4,1

Предложенный метод оиреде -пня равновесных конденсированных и газовых фаз реализован в виде операционного модуля "ТЕРМОДИНАМИК/. . Используя этот модуль был определен равновесны!' состав коплен рованных и газовых фаз систем: ZnS-Hi, ZnS-CaO-Нз, PbS-Нз, PbS-CaO-lh, FeS-Hí, FeS-CaO-Hj, CuS-Нз, CuS-СаО-Нз, CdS-H:, CdS-CaO-Hj, AgS-^i. AgS-CaO-lb, в интервале температур 600M2000 С, при расходе водорода, колеблющемся в молях сульфида ла моль газа ■ - 1:1 до 1:300, и оксида кальция, добавленного в стех1"1метричсски необходимом количестве!

: Результаты расчетов показали, чго в ук анном интервале температур становии . термодинамически возможным восстановление сульфидов цинка, свинца, кадмия, железа, меди и серебра Результатом его взаимодействия с индивидуальными сульфидами являются металлизированные цинк, свинец, железо, медь, кадмий и серебро в кондс сированном или газообразном виде а зависимости от температуры и расхода водорода. Увеличение содержания водорода и добавления к

исходной смеси оксида кальция заметно снижает темп-патуру восстановления указанных сульфидов.

Для определения оптимальных параметров процесса восстановления сложного сульфидного еребросодержащего

концентрата водородом был выполнен термодинамический расчет равновесного состава газовых и конденсированных фаз систем: 2п-РЬ-Ре-Си-С<1-Аё5-Нг и гп-РЬ-Ре-Си-Са- .^-Б-СпО-Н: в интервале температур 500"-1200" С, расходе водорода, колеблющемся в молях сульфида на моль газа от 1:1 до 1:100 и добавлением оксида кальция в стехиометрическом количестве. Расчет проводили для смеси сулы[ ддов, соотве- вующен по составу сложному сульфидному серебросодержищему концентрату исследуемого месторожд пя. Показано, что в интервале температур 500°-1200° С и исходном мольном соотношении концентрат: водород -1:1 наблюдается полное восстановление только сульфида серебра, в соотношении хоицентрат: водород: оксид кальция - 1:1:1 - серебра, свннца и меди, Добавление к исходной смеси оксида кальция в мольном соотношении концентрат водород: оксид кальция - : 100:1 снижает температуру полного восстановления сульфидов до 600°-700° С. При этом наблюдается следующая очередность восстановления в ряду: серебро, свинец, медь, железо, кадмий, цинк. В равновесной конденсированной фазе в интервале гемперату" 600°-800° С в основной своей массе сконцентрированы медь, железо, серебро и частично свинец. В газовую фазу переходят цинк и кадмии в металлизирован! и виде.

Показано, что оптимальными условиями ,тт" 100% концентрирования серебра в твердом остатке являются температура 600°-700® С и избыток водорода, !00-кратно превышающий стехнометричсски необходимое его количество. Термодинамический анализ, проведенный на ЭВМ, позволил сделать выводы о том,' что в исследуемом интервале температур водород является хорошим восстановителем для исследуемых сульфиден к создает возможность для селективного разделения ценных

компонентов по фазам, пригодным для дальнейшей переработки по существующим технологиям с максимальным их извлечением.

Спецификация кинетических свойств водородной технологии.

Для определения кинетических свойств восстановительного п. чцесса был разработан метод и соответствующий ему алгоритм, основанный на теории параллельных реакций. Метод доведен до программкой реализации в виде операционного модуля "КИНЕТИКА''. Одновременно с определением кинетических свойств процесса на ЭВМ были проведены экспериментальные исследования изучения кинетики процессов г ^становления. В качестве исходных материалов были использованы химические реагенты сульфидов цинка и мшца марки "2п" сульфида кадмия марки "осч" н синтезированного сульфида серебра, полученного путем его ос вдения из раствора азотнокислого серебра сероводородом. Данные рентгеноструктуриого и качественного спектрального анализов подтвердили получение сульфида серебра. В качестве восстановителя применяли технический водород. Для очистки и осушки его использовали палладированиый алюмогсль, шелочь, аскорит, ан1ил|ч>н.

Исследование процеоои восстановления индивидуальных, сульфидов проводили на разработанной : термогравиметрнческой установке с механотронными весами.

Процесс восстановления изучали в политермических и изотермических условиях на навесках 0,1 или 0,2 г. Кажущиеся энергии активации рассчитывав о» уравнению Лрреннуса.

Еосстановление сложного сульфидного серсбросодержащего концентрата водородом изучали , на горизонтальных проточных, устаноиках в лодочках.

Результаты работы операционных модулей

"ТЕРМОДИНАМИКА" и "КИП.. ГИКА" заносятся в базу данных, о прел-злющую информационное обеспечение САПР.

ю

Перед проектированием базы данных были исследованы существующие модели данных, количество которых превышает 30 и которые могут быть по используемому формализму разбиты на три класса: теоретико-множественные, теоретико-графовые и мографовые. Проведенный анализ обшей структуры информации, которая включается в информационное обеспечение разрабатываемой САПР, показал, что наиболее оптимальной будет м о граф о па я модель. Она обладает простотой представления теоретико-множественных моделей и наглядностью теоретико-графовых моделей. В диссертации развивается мографовая модель данных, как модель наиболее полно отражающая структуру порождаемой информации и обладающая свойством симметричности.

В мографовой модели данных принят объектно-предикатный взгляд на мир, т.е. предполагается, что в базе данных представлена информация о множестве объектов внешнего мира, их свойствах и взаимосвязях. Объект есть некоторая существующая сама по себе сущность, выделяемая из среды и отличающаяся от других сущностей. Под объектом в диссертации понимается подмножество или множество параметров, определяющих технологический срез процесса обогащения.

Пример объекта - вектор, характеризующий технологический срез

тч; У(Н;,1Ь- СнО т а М

Не.Не)

где Т"С - температура процесса в °С, v(H:,H¡-t^e,l^e) - расходы газа в л/мин, т - время прозскания процесса в сек; а - степень восстановления в %; М - восстанавливаемый металл. Другими примерами объекта может быть часть рассматриваемого вектор!1 изотерма, политерм«, полученные в результате функционирования операционных модулей "ТЕРМОДИНАМИКА" и

"КИНЕТИКА". Каждый параметр технологического процесса определ,. л-домен 0( модели данных, при этом объект можно определить как элемент декартова произведения всех или части доменов:

I

¡=Т«С, у(Н2), у(На-Не)л(Не). х, а, М.

Для рассматриваемого мира многосортное множество вида

<У,(и,Р)>,иеУ-\

V - множество значений доменов;

Р ■ множество идентификаторов объектов,

{v е и ■ соответствующие значения доменов v входят хотя бы в один объект.

Для преобразования базы данных введем операции объединения, пересечения, декартова произведения, коимпликации, горизонтальной и вертикальной проекции мографов.

Отношения Кл, Я) одинаковой арности называются совместимыми.

Объединением мографов Ом( и СМ| называется мограф

дм = Сы,кХ5м,. сигнатура которого является объединением соответствующих совместимых отношении.

Пересечением мографов СЛ1, и называется мограф

Ом = Ом,пСм,, сигнатура ко/ орого является пересечением соответствующих совместимых отношений.

Вершины мографа йм, взвешенные одним и тем же идентификатором объекта, образуют ребро мографа.

Декартовым произведением мографов 0м, и Ом( называется мограф = СЧхО" , ребра которого являются результатом

конкатенации попарно рассматриваемых ребер могр..фов См| и 0м) при условии, что конкатенация обладает свойством коммутативности.

Коимпликацией мографов СЧ и С^ называется мограф -сигнатура которого состоит из ребер, принадлежащих СМ|и не принадлежащих .

Горизонтальной проекцией мограф« GM на домены Dil, Dij, ..., Dim

ripr(GM/ Dii, Dij.....Di,,,) называется мограф, ребра которого содержат

заданные значения доменов Dii, Di. ..., Dim .

Вертикальной проекцией мографа GM на домены Dii, Dij.....Dim

npD(GM / Dii, Di:, .... Dim ) называется мограф, каждое ребро которого соответствует кортежу, составленному из значений этих доменов iliieDii,

d¡;eDb.....rliraeDi.n

Для работы с базой данных в диссертации предлагается информационная алгебра могряфов А,

А = <{ Gm¡ }, О, г\, х, (-♦., Прг, Пр»>.

носитель которой - множество мографов, определяющих технологические срезы восстановительного процесса:

- сигнатура - множество операции, позволяющих реализовать запрос в базе данных.

Множество операций • избыточно. Действительно система S=(l->.l}, где 1 - универсальное множество, уже является полной, согласно теореме Поста. Избыточность сигнатуры определяется необходимостью уменьшения времени выполнения запроса t, (увеличения реактивности (t,)-' базы данных), т.к. разрабатываемая САПР находится 8 контуре адаптивного цифрового управления технологическим процессом, протекающим в масштабе реального времени.

Проектирование технологического процесса восстановления.

Для определения основных параметров проектируемого процесса восстановления сложного сульфидного серсбросодержащего концентрата водородом на основе концепции планирования эксперимента были получены уравнечн рефсссии зависимости содержания серебра, свинца в остатке и цинка в возгонах от темпера туры, расхода водорода, времени и избытка оксида кальция. Проверка -значимости коэффициентов регрессии по критерию Стъюдента позволила л^чучить следующие математические модели " виде:

У(А8)=77,93+4,09Х|-5,01X1-2,41X4+5,77Х|Хг+3,48Х 1X4-2,ЗбХ»Хз-5,78ХзХ4-3,ОЗХзХ,-»-2,53Х,Х:Хз+1,93Х|Х;Х4+2,55X1X2X1X4;

У(РЬ)=64,09-3,31X1 + 1,96X2-1,87Хз-4,58Х4-2,72Х,Хэ+2,64Х|ХгХ5 + +6,09Х|Х:ХзХ4;

У(2п)=2()159+17,93X1-7,98X4+9,58X1X3-10,11X1X1X5+9,61X1X1X4+ Ь5,59X1X2X3X4,

где Х| - фактор температуры, Х2- фактор водорода, Хз - фактор времени, Х^' фактор избытка СаО,

Проверка полученных уравнений по критерию Фишера показала адекватность моделей экспериментальным данным с вероятностью 0,95.

В качестве оптимизируемых параметров были рассмотрены температура, расход водорода, время протекания процесса, величина избытка оксида кальция отстсхиометрнческн необходимого количества.

Для автоматизированной разработки математической модели процесса и оптимизации его параметров был разработан операционный модуль "МОДЕЛЬ", в котором реализован метод планирования эксперимента.

Оценка оптимизируемых параметров производится но методу наименьших квадратов, гипотеза об оптимизируемых параметрах определяется с помощью критерия Фишера,

Учитывая, что разрабатываемая СА Ш' работает в масштабе реального времени, в диссертации использован принцип "размена алгоритмической трудности на информационную": для заданной массы концентратов ( известны процентные соотношения ком ионе! и Ре-Си-. Ь-£п-Са-А£ н других ) с помощью модулей "ТНЖОДИНЛМИКА" и "КИНЕТИКА" специфицируются, термодинамические и кинетические свойства с температурным квантом в 100"С и временным квантом в 100 сек. На основе полученных функциональных зависимостей и теории • планирования

эксперимента (операционный модуль "МОДЕЛЬ") оптимальные технологические параметры (табл.2)

определяются

Таблица 2

Температура, "С Расход газовой среды (л/мин) Время (сек) Охснд кальция f'/н)

"PC Нг-Нс Не X СаО

для построенных узлов четырехмерного пространства

Р(Т°, v(Ih, Hj-I Ie. Не), т. CaÖ ).

Отклонение от оптимального восстановления серебра в любую сторону указывает на изменение процентного состава конненграта. С помощью разработанного программного модуля "СПЛЛЙ11" по "опорным" точкам корректируем оптимальные технологические параметры 'Г'С, v(l !>,1 Ь-Не.Не), t.CaO.

Если "выход" серебра уменьшится, то на входе технологической системы произошло существенное изменение процентного соотношения концентрата, и необходимо вновь специфицировать термодинамические и кинетические свойства концентрата, т.е. менять всю "опорную" сетку технологических параметров.

В этом состоит стратегия оптимального проектирования водородной технологии восстановления серебра и других цветных металлов из СССПК.

При разработке операционного модуля "СПЛАЙН" использовалась хорошо изученная функция - параболический интерполяционный сплайн.

Структура разработанной САПР адаптивных водородных технологий (САПР АВТ) включает в себя операционные модули "ТЕРМОДИНАМИКА". "KHHETIwV\ "МОДЕЛЬ", "СПЛАЙН", банк Данных мографовой организации и управляющий модуль "ДИСПЕТЧЕР",

через который происходит возбуждение того или иного операционного модуля.

САПР АВТ разработана на ПЭВМ 1ПМ-486 на базе языка С*' . Программное обеспечение позволяет обрабатывать информацию о СССПК до 20компонент.

Для успешного внедрения САПР АВТ включена в разработанную аппаратно-технологическую схему водородной технологии получения ' металлов из СССПК.

Естественно, что при изменении параметров исходного концентрата (табл. 1) параметры технологического процесса изменяются и вычисляются с помощью разработанной САПР комплексной переработки сложных сульфидных полиметаллических концентратов. Технологический процесс >; восстановления адаптируется к изменению параметров • исходного концентрата, поэтому разработанная САПР названа САПР адаптивной водородной технологии (САПР АВТ).

В укрупненно-лабораторном масшшбе на Жилевскон ОПОФ в оптимальном режиме осуществлена проверка основных этапов спроектированной технологии. Проведенная плавка на штейн полученного металлизированного остатка показала, что в свнниово-ссрсбряный сплав переходит до 90% серебра. Общее извлечение серебра и цинка по всему переделу составило соответственно 80-85% и 92%.

Основным . агрегатом аппаратурно-технологической . схемы промышленной установки для восстановления водородом сульфидного серебросодержащего концентрата является печь с вращающимся барабаном типа СБЗ/С. Основными узлами электропечи являются: нагревательная камера, барабан, загрузочные и разгрузочные механизмы.

Спроектированная водородная техно, гня обеспечивает увеличение извлечения серебра в 2 раза (до 80-85%), остальных металлов в 1,2-1,8 раза, позволяет сократить количество операций металлургического передела, уменьшить финансовые затраты на

производство на 25-30%, существенно улучшить экологическую

•

и -'

обстановку производства, по сравнению с другими технологиями, например, с технологией, основанной на цианировании.

Программный ннструме1П.:рий и разработанная технология внедрена в промышленность: на заводе "Электроцинк", государственном проектном институте Кавказгипроцветмет, Садонском свннцово-иннковом комбинате с экономическим эффектом 500-800 млн. рублей в год (в цепах 1996 г.) на одном предприятии.

Заключение.

В диссертации, на основании выполненных исследований изложено решение важной народнохозяйственной задачи по концептуальному проектированию и разработке программных средств САПР технологического восстановления сложных сульфидных

серебросодержащих полиметаллических концентратов (СССПК).

Показано, что существующие технологии обогащения полиметаллических руд (гравитационные, сорбционныи, цианирования и др.) требуют для своей реализации большого количества кислот, Щелочей, цианистых соединений, определяющих экологически грязные производства при больших финансовых затратах. Основными сырьевыми ресурсами в настоящее время являются сульфидные руды. Предлагается расширить область использования водородной технологии для переработки сложных сульфидных серебросодержащих полиметаллических концентратов (СССГ1 К) с применением САП Р.

Основные научные и ирактнчскне результаты диссрстацни.

1. Для концептуального проектирования водородной технологии слеинфицированы термодинамические и кинетические свойства процесса восстановления СССПК. Для спецификации термодинамических свойств был разработан ..к-год, основанный на использовании экстремальных значений термодинамических функций в момент равновесия ко1(денснрова1 шых и газовых фаз исследуемых систем. Для спецификации кинетических свойств был разраГн. метод, основанный на теории

параллельных реакций, и создана термогравиметрическая установка с механот.онными весами.

2. Для разработки информационного обеспечения САПР адаптивных водородных технологий (САПР АВТ) предложена информационная алгебра мографов, включающая избыточную снпштуру: объединение, пересечение, декартово произведение, хопмплихацию, горизонтальную проекцию мографу на заданные домены, вертикальную проекцию мографа

' на заданные домеиы. Избыточность сигнатуры определяется необходимостью увеличения реактнпностн базы данных, т.к. разрабатываемая САПР АВТ находится в контуре адаптивного цифрового управления технологическим процессом восстановления, протекающим в масштабе реального времени.

3. Для определения оптимальных параметров проектируем он'технологии на основе концепций планирования эксперимента были получены уравнения регрессии зависимости содержания серебра и других металлов в остатке от температуры, расхода водорода, времени и избытка оксцда кальция от стехиомегрнчески необходимого количества. Проверка полученных уравнений по критерию Фишера показали адекватность моделей экспериментальным данным с вероятностью 0,95..

4. Разработаны математическое, информационное и программное обеспечение САПР АВТ, включающее. и себя операционные модули "ТЕРМОДИНАМИКА", "КИНЕТИКА", . "МОДЕЛЬ", "СПЛАЙН", управляющий модуль "ДИСПЕТЧЕР" и банк данных мографовон оргашшиши. САПР АВТ разработан на 11ЭВМ ШМ-486 на базе языка С" и позволяет проектировать оптимальные водородные технологии при переработке СССГ1К, содержащих до 20 компонентов.

5. Для успешного внедрения разработанная CAliP АВТ включена в аппаратурно-тсхнологическую схему опытно-промышленной установки для восстановления водородом СССПК, основным агрегатом которой является печь" с вращающимся барабаном urna СБЗ/С. Спроектированная водоро;щая технология обеспечивает увеличение восстановления из СССПК

в два раза (до 85%), остальных металлов*» 1,2-1,8 раза, позволяет сократить количество операции металлургического передела, уменьшить финансовые затраты на производство на 25-30%, существенно улучшить экологическую обстановку производства по сравнению с дру> ими технологиями, например, цианированием. САПР Л ВТ внедрена на заводе "Элсктроцннк", государственном проектном институте Кивкизгинронветмет, на Садокском свинцопо-пипковом комбинат с экономическим эффектом 500-800 млн. рублей в юд ( в цепях 1996 г.) на одном предприятии, о чем имеются соответствующие акты о внедрении.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Звнанадзе Г. Н., Тургенев И. С., Кабнсов И. X., Васильева О. Ю. "Кинетика восстановления сульфидов цинка и кадмия водородом". "Известия вузов". Цветит металлургия, 1985, N1, с.60-63.

2. Звнанадзе Г. Н., Тургенев И. С,., Кабнсов И. X., Васильева О.Ю. "Кинетика восстановления сульфида свинца водородом". "Известия вузов", Цветная металлургия, 1986, N2, с. 42-45.

3. Кабнсов И. X., Цветков Ю. Б., Татрой И. К., Тургенев И. С., Васильева О. Ю. "Влияние оксида кальция на процесс восстановления сульфидов цинка, свинца, кадмия и серебри водородом". - Сб. "Кинетика, термодинамика и механшм процессов восстановления", Москва, ИМ ВТ, АН СССР. 1986, ч. 1.С.46-47.

4. Кабнсов И. X., Тургенев И. С., Цветков Ю. В., Бабиевская И. Кренев В. А., Евдокимов В. И. "Исследование восстановления сложных сульфидных концентратов водородом",- Сб. "Кинетика, термодинамика и механизм процессов восстановления", Москва, ИМЕТ, АН СССР, 1986, ч.!, с.48-50.

5. Кабиси^ И.Х. "Автоматизированное проектирование восстановительного процесса серебросодержащнх концентратов". - Сб. Информационные процессы, технологии, системы, коммуникации и сети, Мевд. Академия информатизации, ./фсква, |995, с.167-169.

6. Кмбисов И. X. "Информационная поддержка восстановительного процесс» сульфидных серебросодеркаишх концентратов". • Сб. Информаннонные.проиессы, технологии, системы, коммуникации и сети, Межд. Академия информатизации, Санкт- Петербург, 1995, с. 8-9.

7. Кабисов И.Х. "Операционные модули САПР технологий извлечения серебра водородным восстановлением". - Сб.

Информационные процессы и технологии", изд-во Терек, Владикавказ, 1996, с. 17-22.

8. Кабисов И.Х. "Информационная алгебра мографои для САПР адаптивных водородных технологии", • Сб. "Информационные процессы и технологии", изд-во Терек, Владикавказ, 1996, с. 12-16.

Подписано I' кечат» 22. ^ , ^««р е0.;90/16 Объем I п.л. Т1фа.й 100 аю., зак;1з А &-

Тииогра,';;.. :,;ос;;озо.;ога го^лл.^'—'-'0*'0 г».- .(¡.V иауСи'гита, .¿ос.ла, д.6