Разработка программного обеспечения для балансовых расчётов переработки ильменитовых концентратов

Цель – разработка специализированного программного обеспечения для автоматизации расчетов балансов материальных потоков в технологической схеме переработки ильменитового концентрата с целью оптимизации производства титана, снижения потерь сырья и повышения эффективности управления процесса ми. Применен метод анализа материальных потоков для комплексного контроля движения материалов на всех стадиях переработки титансодержащего сырья: восстановительной плавки, хлорирования шлака в расплаве, выделения и очистки тетрахлорида титана, магниетермического восстановления металла и вакуумной сепарации. Разработан программный комплекс на языке Python, состоящий из четырех модулей, каждый из которых рассчитывает материальный баланс для конкретной технологической стадии. Взаимодействие с пользователем реализовано через MS Excel для удобства ввода данных и визуализации результатов. Программный комплекс обеспечил расчет полных материальных балансов с отклонением менее 0,2%. Анализ выявил потери титана тех ногенного характера на уровне 21,4% от исходного количества металла в концентрате. Показано, что наибольшие потери Ti приходятся на стадиях восстановительной плавки (6,63%, в основном в пыль и чугун) и очистки тетрахлорида титана (IV) (12,92%, в побочные продукты). Меньшие потери зафиксированы при хлорировании шлака (0,33%), восстановлении тетрахлорида титана (IV) (2,50%) и сепарации реакционной массы (0,51%). Разработанные программы опубликованы в официальном бюллетене Роспатента «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топология интегральных микросхем». Разработанный комплекс программ позволяет автоматизировать расчет материальных балансов в производстве титана из ильменитового концентрата. Ключевые направления совершенствования технологической цепочки – модернизация стадий восстановительной плавки и очистки тетрахлорида титана, где наблюдаются максимальные потери целевого металла.

1. Головина Е.И., Гребнева А.В. Управление ресурсами подземных вод на трансграничных территориях (на примере Российской Федерации и Эстонской Республики) // Записки Горного института. 2021. Т. 252. С. 788–800. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.6.2. EDN: SMZDQY.

2. Golovina E.I., Khloponina V.S., Tsiglianu P.P., Zhu Runchu. Organizational, economic and regulatory aspects of groundwater resources extraction by individuals (case of the Russian Federation) // Resources. 2023. Vol. 12. Iss. 8. Р. 89. https://doi.org/10.3390/resources12080089. EDN: IWIOFX.

3. Ковальская К.В., Горланов Е.С. Лигатуры Al - Ti - B: формирование структуры в модифицированных сплавах // Цветные металлы. 2022. № 7. С. 57–64. https://doi.org/10.17580/tsm.2022.07.06. EDN: CQDUOG.

4. Пашкевич М.А., Евдокимова М.Е. Тонкодисперсные отходы титанового производства как добавка для изготовления строительных материалов // Экология и промышленность России. 2025. Т. 29. № 2. С. 19–23. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2025-2-19-23. EDN: KMWLNS.

5. Садыхов Г.Б. Фундаментальные проблемы и перспективы использования титанового сырья в России // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2020. Т. 63. № 3-4. С. 178–194. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-3-4-178-194. EDN: JNYSEU.

6. Макеев А.Б., Брянчанинова Н.И., Красоткина А.О. Уникальные титановые месторождения Тимана: вопросы генезиса и возраста // Записки Горного института. 2022. Т. 255. С. 275–289. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.32. EDN: ZVBWXU.

7. Карасев М.А., Поспехов Г.Б., Астапенко Т.С., Шишкина В.С. Модели прогнозирования напряженно-деформированного поведения слабых техногенных грунтов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 11. С. 49–69. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_11_0_49. EDN: EOTJVE.

8. Pardo F.R.O., Herrera J.A.P., Perez M.C. R., Cabascango V.E.Q., Urbano A.P.M. Scientific fundamentals for the use of serpentinized rocks from the eastern region of Cuba // Journal of Physics: Conference Series. 2023. Vol. 2573. Iss. 1. P. 012033. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2573/1/012033. EDN: FWIMBS.

9. Гармата В.А., Петрунько А.Н., Галицкий Н.В., Олесов Н.В., Сандлер Р.А. Титан: свойства, сырье, физико-химические основы и методы получения. М.: Металлургия, 1983. 558 c.

10. Надольский А.П. Расчеты процессов и оборудования для производства тугоплавких металлов. М.: Металлургия, 1980. 127 c.

11. Кузин Е.Н., Мокрушин Л.Г., Кручинина Н.Е. Оценка возможности использования лейкоксен-кварцевого концентрата в качестве сырья для производства титанатов алюминия и магния // Записки Горного института. 2023. Т. 264. С. 886–894. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.15. EDN: PTGWCU.

12. Cisternas L.A., Ordóñez J.I., Jeldres R.I., Serna-Guerrero R. Toward the Implementation of circular economy strategies: an overview of the current situation in mineral processing // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2021. Vol. 43. Iss. 6. P. 775–797. https://doi.org/10.1080/08827508.2021.1946690. EDN: LWCBLW.

13. Farjana S.H., Huda N., Mahmud M.P., Lang C. Towards sustainable TiO2 production: an investigation of environmental impacts of ilmenite and rutile processing routes in Australia // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 196. P. 1016–1025. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.06.156.

14. Fedorova E.R., Pupysheva E.A., Morgunov V.V. Modeling of particle size distribution in the presence of flocculant // Symmetry. 2024. Vol. 16. Iss. 1. Р. 114. https://doi.org/10.3390/sym16010114. EDN: XDACLL.

15. Fedorova E.R., Morgunov V.V., Pupysheva E.A. Effect of variation of internal diameter along the length of a rotary kiln on material movement // Non-ferrous Metals. 2024. Iss. 1. P. 28–34. https://doi.org/10.17580/nfm.2024.01.05. EDN: AECPQC.

16. Глазатов А.Н., Молодцев М.С., Казаков А.М., Бразюлис Л.А. Совершенствование методики и системы контроля балансовых продуктов на обогатительной фабрике АО «Кольская ГМК» // Цветные металлы. 2020. № 12. С. 88–93. https://doi.org/10.17580/tsm.2020.12.13. EDN: YGCHEU.

17. Бушуев А.Б., Бойков В.И., Быстров С.В., Григорьев В.В., Мансурова О.К. Синтез оптимальных информационно-энергетических схем измерительных и преобразующих устройств // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22. № 10. С. 518–526. https://doi.org/10.17587/mau.22.518-526. EDN: XNQXQB.

18. Немчинова Н.В., Патрушов А.Е., Тютрин А.А. Изучение процесса переработки пылей электросталеплавильного производства методом физико-химического моделирования // Экология и промышленность России. 2024. Т. 28. № 12. С. 13–19. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2024-12-13-19. EDN: CFWWQL.

19. Ануфриев А.С., Лебедик Е.А., Смирнов А.А. Автоматизированная система управления шаровой загрузкой помольных агрегатов // Обогащение руд. 2024. № 1. С. 3–9. https://doi.org/10.17580/or.2024.01.01. EDN: PQBKRZ.

20. Кульчицкий А.А., Мансурова О.К., Николаев М.Ю. Распознавание дефектов грузоподъемных канатов ме таллургического оборудования оптическим методом с использованием нейронных сетей // Черные металлы. 2023. № 3. С. 81–88. https://doi.org/10.17580/chm.2023.03.13. EDN: SUXTGW.

21. Skamyin A., Shklyarskiy Y., Lobko K., Dobush V., Sutikno T., Jopri M.H. Impedance analysis of squirrel-cage induction motor at high harmonics condition // Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. 2024. Vol. 33 Iss. 1. P. 31–41. https://doi.org/10.11591/ijeecs.v33.i1.pp31-41.

22. Бажин В.Ю., Устинова Ю.В., Федоров С.Н., Шалаби М.Э.Х. Повышение энергоэффективности рудно-термических печей при выплавке алюмосиликатного сырья // Записки Горного института. 2023. Т. 261. С. 384–391. EDN: RTQXSE.

23. Bazhin V., Masko O. Monitoring of the behaviour and state of nanoscale particles in a gas cleaning system of an ore-thermal furnace // Symmetry. 2022. Vol. 14. Iss. 5. P. 923. https://doi.org/10.3390/sym14050923. EDN: FMOKAC.

24. Токарев И.С. Формирование отраслевой методики расчета параметров системы накопления электроэнергии для объектов газовой промышленности // Записки Горного института. 2025. Т. 272. С. 171–180. EDN: UIZSOQ.

25. Quiroz V.E, Calvopiña D. Training of highly qualified specialists in the field of software development: poblems and solutions in higher educational institutions of Ecuador // Hybrid Methods of Modeling and Optimization in Complex Systems: ITM Web of Conferences. 2024. Vol. 59. P. 04008. https://doi.org/10.1051/itmconf/20245904008.

26. Ефимов Д.А., Господариков А.П. Технико-технологические аспекты использования валков с профилем в форме треугольника Рёло в дробящих агрегатах на рудоподготовительном переделе // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 10-2. С. 117–126. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_102_ 0_117. EDN: JEBNYR.

27. Гендлер С.Г., Василенко Т.А., Степанцова А.Ю. Экспериментальные исследования параметров массопереноса в каменных углях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 9-1. С. 135–148. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_135. EDN: KLQAFM.

28. Martynov S.A., Liu Z., Luzin A.G. Equipment upgrade and repair // Metallurgist. 2024. Vol. 68. Iss. 7. P. 1073 1079. https://doi.org/10.1007/s11015-024-01817-z. EDN: IQXGQX.

29. Martynov S.A., Liu Z. Controlled placement of electrodes in an ore-smelting furnace and its effect on the reaction zone // Metallurgist. 2024. Vol. 67. Iss. 11-12. P. 1866–1877. https://doi.org/10.1007/s11015-024-01684-8. EDN: XSBYIU.

30. Оксенгойт Е.А., Куницкий Н.А., Петров П.А., Шестаков А.К. Современные приборы АО «СоюзЦМА» для контро ля аэрозолей и фиксации разливов агрессивных сред // Цветные металлы. 2023. № 4. С. 61–65. https://doi.org/10.17580/tsm.2023.04.08. EDN: UJLKQC.

31. Черемисина О.В., Васильев Р.Е., Нетрусов А.О., Тер-Оганесянц А.К. Влияние процессов горячего кондиционирования и кипячения с известью продукта автоклавной переработки высокомышьяковистого медного сырья на показатели извлечения драгоценных металлов при последующем цианировании // Цветные металлы. 2024. № 2. С. 19–26. https://doi.org/10.17580/tsm.2024.02.02. EDN: IMNEDS.

32. Hu Xinyi, Luo Fanjie, Lin Jing, Wang Minxi, Li Xin. Dynamic material flow analysis of titanium sponge in China: 2000–2019 // Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 371. P. 133704. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.133704. EDN: GTFHLL.

33. Li Xin, Lin Jing, Zhang Di, Xiong Zehui, He Xiaoqiong, Yuan Miao, et al. Material flow analysis of titanium dioxide and sustainable policy suggestion in China // Resources Policy. 2020. Iss. 67. P. 101685. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2020.101685. EDN: LREGSU.

34. Садыхов Г.Б., Гончаров К.В., Олюнина Т.В., Гончаренко Т.В. Особенности фазового состава ванадийсодер жащих титановых шлаков от восстановительной плавки титаномагнетитового концентрата Куранахского место рождения // Металлы. 2010. № 4. С. 3–10. EDN: NAVQUT.

35. Садыхов Г.Б., Гончаров К.В., Гончаренко Т.В., Олюнина Т.В. Особенности фазовых превращений при окислении кальцийсодержащих титанованадиевых шлаков и их влияние на образование ванадатов кальция // Металлы. 2013. № 2. C. 3–11. EDN: PXPXPD.