ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2021-5-611-622ipolytech-528Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEРеализация опыта цифровых автоматизированных систем управления электролитического рафинирования меди на предприятиях ВьетнамаImplementation of digital automated control systems at electrolytic copper refining plants in Vietnamhttps://orcid.org/0000-0001-8231-3833БажинВ. Ю.BazhinV. Yu.

Бажин Владимир Юрьевич, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой автоматизации технологических процессов и производств

199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., 2

Vladimir Yu. Bazhin, Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Head of the Department of Automation of Technological Processes and Production

2, 21 Line, Saint Petersburg 199106

bazhin-alfoil@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9632-6715ГорленковД. В.GorlenkovD. V.

Горленков Денис Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизации технологических процессов и производств

199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., 2

Denis V. Gorlenkov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Automation of Technological Processes and Production

2, 21 Line, Saint Petersburg 199106

denis.gorlenkov@gmail.comНгуенХю ХоангNguyenHuu Hoang

аспирант

199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., 2

Postgraduate Student

2, 21 Line, Saint Petersburg 199106

huyhoangmta45@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-2603-8424НикитинаЛ. Н.NikitinaL. N.

Никитина Любовь Николаевна, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизации технологических процессов и производств

199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., 2

Lyubov N. Nikitina, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Automation of Technological Processes and Production

2, 21 Line, Saint Petersburg 199106

nikitina_ln@spmi.ruСанкт-Петербургский горный университетРоссияSaint Petersburg Mining UniversityRussian Federation202109112021255611622Copyright © Бажин В.Ю., Горленков Д.В., Нгуен Х., Никитина Л.Н., 20212021Бажин В.Ю., Горленков Д.В., Нгуен Х., Никитина Л.Н.Bazhin V.Y., Gorlenkov D.V., Nguyen H., Nikitina L.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/528

Цель – разработка цифрового контроля и управления процессами электролитического рафинирования меди при решении вопросов повышения энергоэффективности. В качестве источника контроля технологического состояния электролизных ячеек предложено использовать сканирующие тепловизоры. При этом учитывался опыт работы систем автоматизации и контроля ОАО «Новгородский металлургический завод». Применялись математические методы исследований и стохастическая модель, разработанная на базе пакета MatLab. Данная модель используется на медеплавильном заводе Лаокай (Вьетнам). Предложен алгоритм, базирующийся на изменении значения температуры электролита в зависимости от степени нагрева катодного и анодного участков при дендритном замыкании, а также от времени нарушения процесса. Алгоритм разработан на языках программирования Visual BasicScript. Изменение степени нагрева участков замыкания фиксируется при помощи сканирующего тепловизора сразу же после изменения цвета поверхности катода. Установлена связь продолжительности времени короткого замыкания с количеством переходящего в осадок электролизной ячейки шлама. Шлам образуется после разрушения дендритного срастания и содержит благородные металлы. Разработанные мероприятия, наряду с переходом на цифровую обработку, необходимы для управляющего воздействия с учетом функциональных и кинетических зависимостей процесса рафинирования меди. Предлагаемые мероприятия и внедрение алгоритма контроля позволят внедрить системы удаленного доступа с элементами дополненной реальности при создании цифрового двойника, что позволит снизить удельный расход электроэнергии на 20–25% при уменьшении случаев замыканий электродов. Контроль состава и уровня электролита и шлама позволит снизить материальные потери и сохранить уровень концентрации благородных металлов в электролите. Для повышения качества управления автоматизацией электролитического производства катодной меди предложен ряд технических мероприятий, обеспечивающих ввод дополнительных точек контроля для расширения базы данных процесса. При этом снижается доля ручных периодических измерений технологических параметров.

The work aims to develop digital control and management systems of copper electrolytic refining processes when addressing energy efficiency issues. Thermal imaging scanners can be used to monitor the process state of an electrolytic cell. In this regard, the experience in the automation and control systems of OJSC Novgorod Metallurgical Plant was considered. Mathematical research methods and a stochastic model developed in the MatLab software were used. This model was applied at the Lao Cai copper-smelting plant (Vietnam). The proposed algorithm is based on the temperature variation in electrolyte depending on the heating of cathode and anode sections during short circuits due to dendritic growth, as well as process disturbance time. The algorithm was developed using the Visual BasicScript programming languages. The temperature rise in short circuit areas was recorded using a thermal imaging scanner immediately after the colour change of the cathode surface. It was shown that the duration of a short circuit depends on the amount of sludge deposited in an electrolytic cell. The sludge formed following the destruction of intergrown dendrites contains precious metals. The developed measures, along with those of digitisation, are necessary for effective management, taking into account the functional and kinetic characteristics of the copper refining process. The proposed solutions and control algorithms will allow remote access systems with augmented reality elements when creating a digital twin. This will reduce the specific power consumption by 20 –25% while decreasing the number of electrode short circuits. Controlling the composition and level of electrolyte and sludge will reduce material losses and maintain the concentration of noble metals in the electrolyte. To improve the control quality of automation during the electrolytic production of cathode copper, a number of technical measures were proposed that provide additional points of control to expand the process database. Furthermore, the proportion of manual periodic measurements of process parameters is reduced.

автоматизация производствацифровая трансформацияэлектролитическое рафинирование медикатодная медьинформационные технологииproduction automationdigital transformationelectrolytic copper refiningcathode copperinformation technologiesReferencesDavenport W. G., King M. J., Schlesinger M. E., Biswas A. K. Extractive metallurgy of copper. London: Oxford, Pergamon, 2002. 452 p. [Электронный ресурс ]. URL: https://www.elsevier.com/books/extractive-metallurgy-of-copper/davenport/978-0-08-044029-3 (12.06.2021).Davenport W. G., King M. J., Schlesinger M. E., Biswas A. K. Extractive metallurgy of copper. London: Oxford, Pergamon; 2002, 452 p. Available from: https://www.elsevier.com/books/extractive-metallurgy-of-copper/davenport/978-0-08-044029-3 [Accessed 12th June 2020].Антонов М. А. Метод порошковой металлургии для спекания изделий из медных порошков // Металлообработка. 2001. № 5. С. 48−49.Antonov M. A. Method of powder metallurgy for sintering products from copper powders. Metalloobrabotka. 2001;5:48-49. (In Russ.).Selivanov E. N., Popov A. I., Selmenskikh N. I., Lebed A. B. Oxide inclusions in copper during its fire refining // Non-ferrous Metals. 2013. No. 2. P. 19–22.Selivanov E. N., Popov A. I., Selmenskikh N. I., Lebed A. B. Oxide inclusions in copper during its fire refining. Non-ferrous Metals. 2013;2:19-22.Вольхин А. И., Елисеев Е. И., Жуков В. П., Смирнов Б. Н. Анодная и катодная медь: физико-химические и технологические основы. Челябинск: Южно-Уральское книжное изд-во, 2001. 431 с.Vol'hin A. I., Eliseev E. I., Zhukov V. P., Smirnov B. N. Anode and cathode copper: physicochemical and technological fundamentals. Chelyabinsk: Yuzhno-Ural'skoe knizhnoe izdatel'stvo; 2001, 431 р. (In Russ.).Левин А. И., Номберг Н. И. Электролитическое рафинирование меди. М.: Металлургиздат, 1963. 213 с.Levin A. I., Nomberg N. I. Electrolytic refining of copper. Moscow: Metallurgizdat; 1963, 213 р. (In Russ.).Скирда О. И., Ладин Н. А., Дылько Г. Н. Определение оптимального состава электролита для электролитического рафинирования меди // Записки Горного института. 2005. Т. 165. С. 170–171.Skirda O. I., Ladin N. A., Dyl'ko G. N. Determining electrolyte optimal composition for electrolytic refining of copper. Zapiski Gornogo instituta. 2005;165:170-171. (In Russ.).Гронь Д. Н., Горенский Б. М. Информационно-управляющая система процессом электролитического рафинирования меди // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2009. Т. 2. № 3. С. 301–310.Gron D. N., Gorensky B. M. Information-operating system process of electrolytic refinement of copper. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Tekhnika i tekhnologiya = Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2009;2(3):301-310. (In Russ.).Гронь Д. Н., Любанова А. Ш., Ченцов С. В. Повышение эффективности управления процессом электролитического рафинирования меди с помощью СППР // Фундаментальные исследования. 2013. № 8-4. С. 822−827. [Электронный ресурс]. URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32003 (09.06.2021).Gron' D. N., Lyubanova A. Sh., Chencov S. V. Improved management of the process of electrolytic refining of copper with the help of decision support systems. Fundamental'nye issledovaniya. 2013;8-4:822-827. Available from: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32003 [Accessed 9th June 2020]. (In Russ.).Мансурова О. К., Читкова Я. В. Контроль и управление межэлектродным расстоянием при электролитическом рафинировании меди // Современная наука: актуальные вопросы, достижения и инновации: сб. ст. VII Междунар. науч.-практ. конф. (г. Пенза, 5 июня 2019 г.). Пенза: Изд-во «Наука и Просвещение», 2019. Ч. 2. С. 268−272.Mansurova O. K., Chitkova Ya. V. Control and management of interelectrode distance in electrolytic copper refining. Sovremennaya nauka: aktual'nye voprosy, dostizheniya i innovacii: sbornik statej VII Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii = Modern science: relevant issues, achievements and innovations: collected articles of VII International scientific and practical conference. 5 June 2019, Penza. Penza: Nauka i Prosveshchenie; 2019, vol. 2, р. 268-272. (In Russ.).Гавриленко А. Н., Старых Р. В., Хабибуллин И. Х., Матухин В. Л. Метод ЯМР 63,65 Cu в локальном поле в исследовании рудных медных концентратов // Известия высших учебных заведений. Физика. 2014. Т. 57. № 9. С. 31−35.Gavrilenko A. N., Staryh R. V., Habibullin I. H., Matuhin V. L. 63.65 Cu NMR method in the local field when studying ore copper concentrates. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Fizika = Russian Physics Journal. 2014;57(9):31-35. (In Russ.).Молошаг В. П., Колотов С. В., Гуляева Т. Я. Новые данные о сульфидах меди и серебра в рудах колчеданных месторождений Урала // Уральский минералогический сборник. 1995. № 5. С. 223−231.Moloshag V. P., Kolotov S. V., Gulyaeva T. Ya. New data on copper and silver sulfides in ores of the Urals p yrite deposits. Ural'skij mineralogicheskij sbornik . 1995;5:223-231. (In Russ.).Дистлер В. В., Крячко М. А., Юдовская В. В. Условия образования оруденения платиновых металлов в хромитовых рудах Кемпирсайского рудного поля // Геология рудных месторождений. 2003. Т. 45. № 1. С. 44−74.Distler V. V., Kryachko M. A., Yudovskaya V. V. Formation conditions of platinum-group metals in chromite ores of the Kempirsai ore field. Geologiya rudnyh mestorozhdenij. 2003;45(1):44-74. (In Russ.).Степанов В. А., Гвоздев В. И., Трухин Ю. П., Кунгурова В. Е., Молчанова Г. Б. Минералы благородных и редких металлов в рудах Шанучского медноникелевого месторождения (Камчатка) // Записки Российского минералогического общества. 2010. Т. 139. № 2. С. 43−58.Stepanov V. A., Gvozdev V. I., Truhin Yu. P., Kungurova V. E., Molchanova G. B. Minerals of precious and rare metals in ores of Shanuchskoye copper-nickel deposit (Kamchatka). Zapiski Rossijskogo mineralogicheskogo obshchestva. 2010;139(2):43-58. (In Russ.).Булатов К. В., Жуков В. П. Технологические возможности металлургической переработки промпродуктов обогащения полиметаллических руд и обеднения шлаков медеплавильного производства в агрегате «Победа» // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 2. С. 421–433. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-2-421-433.Bulatov K. V., Zhukov V. P. Technological capabilities for metallurgical processing of industrial products in polymetallic ore preparation and copper smelting slag depletion in the Pobeda smelting unit. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2020;24(2):421-433. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-2-421-433.Жмурова В. В., Немчинова Н. В., Васильев А. А. Гидрохимическая очистка от меди и свинца золотосодержащих катодных осадков // Цветные металлы. 2019. № 8. С. 64–74. https://doi.org/10.17580/tsm.2019.08.07.Zhmurova V. V., Nemchinova N. V., Vasiliev A. A. Removal of copper and lead from gold-bearing сathode deposits by hydrochemical treatment. Tsvetnye Metally. 2019;8:67-74. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm.2019.08.07.Schipper B. W., Lin H.-C., Meloni M. A., Wansleeben K., Heijungs R., Van der Voet E. Estimating global copper demand until 2100 with regression and stock dynamics // Resources, Conservation & Recycling. 2018. Vol. 132. Р. 28–36. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2018.01.004.Schipper B. W., Lin H.-C., Meloni M. A., Wansleeben K., Heijungs R., Van der Voet E. Estimating global copper demand until 2100 with regression and stock dynamics. Resources, Conservation & Recycling. 2018;132:28-36. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2018.01.004.Мазырин В. М. Экономика Вьетнама на подъеме: тенденции 2013–2014 г. // Вьетнамские исследования. 2015. № 5. С. 182−207.Mazyrin V. M. Vietnam’s economy is on the rise: trends of 2013-2014. V'etnamskie issledovaniya. 2015;5:182-207.Hannula P.-M., Khalid M. K., Janas D., Yliniemi K., Lundström M. Energy efficient copper electrowinning and direct deposition on carbon nanotube film from industrial wastewaters // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 207. Р. 1033−1039. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.10.097.Hannula P.-M., Khalid M. K., Janas D., Yliniemi K., Lundström M. Energy efficient copper electrowinning and direct deposition on carbon nanotube film from industrial wastewaters. Journal of Cleaner Production. 2019;207:1033-1039. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.10.097.Alexandrova T. A., Gorlenkov D. V., Romanova N. A. Researching of influence of tungsten, silicon and impurities oxidation on electrolytic dissolution of Cu-Zn and FeNi-Co anodes // Periódico Tchê Química. 2017. Vol. 14. No. 28. Р. 9−17.Alexandrova T. A., Gorlenkov D. V., Romanova N. A. Researching of influence of tungsten, silicon and impurities oxidation on electrolytic dissolution of Cu-Zn and Fe-Ni-CO anodes. Periódico Tchê Química. 2017;14(28):9-17.Шаламов А. В., Мазеин П. Г. Нейронные сети как новый подход к управлению технологическим оборудованием // Известия Челябинского научного центра. 2003. Вып. 1. С. 60–64.Shalamov A. V., Mazein P. G. Neural networks as a new approach to technological equipment control. Izvestiya Chelyabinskogo nauchnogo centra. 2003;1:60-64. (In Russ.).Кадыров Э. Д. Комплексная автоматизированная система управления пирометаллургическим производством меди // Записки Горного Института. 2011. Т. 192. С. 120–124.Kadyrov E. D. Integrated automated process control system of pyrometallurgical copper production. Zapiski Gornogo Instituta. 2011;192:120-124. (In Russ.).Пат. 2357012, Российская Федерация, С1, C25C 1/20 (2006.01). Способ извлечения благородных металлов из отходов радиоэлектронной промышленности / В. С. Литвиненко, Н. М. Теляков, Д. В. Горленков; заявитель и патентообладатель Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г. В. Плеханова. Заявл. 25.12.2007; опубл. 27.05.2009. Бюл. № 15.Litvinenko V. S., Telyakov N. M., Gorlenkov D. V. Extraction method of noble metals from radio-electronic industry waste. Patent RF, no. 2357012; 2009. (In Russ.).Пат. 2553320, Российская Федерация, С1, C25C 1/20 (2006.01). Способ извлечения благородных металлов из отходов радиоэлектронной промышленности» / А. Н. Теляков, Д. В. Горленков, Т. А. Александрова, Д. В. Шмидт, А. И. Закирова; заявитель и патентообладатель Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Заявл . 27.03.2014; опубл. 10.06.2015. Бюл. № 16.Telyakov A. N., Gorlenkov D. V., Aleksandrova T. A., Shmidt D. V., Zakirova A. I. Extraction method of noble metals from radio-electronic industry waste. Patent RF, no. 2553320; 2015. (In Russ .).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.