ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 669.437+669.01/.09+004.942
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-1-158-169
Аннотация
В настоящее время остро стоит проблема комплексной переработки минерального сырья на металлургических заводах. В значительной мере это относится к промпродуктам с большим содержанием окисленного свинца (пыли, возгоны, кеки), которые образуются в свинцовом, цинковом, сталеплавильном и других производствах. Применение щелочной гидрометаллургической технологии для переработки окисленных свинецсодержащих материалов позволяет снизить расходы на их переработку и повысить степень извлечения ценных компонентов. Целью работы является разработка математической и блочно-модульной модели биполярного электроосаждения губчатых осадков свинца из щелочных растворов в установке проточного типа с последующим имитационным исследованием процесса на модели. Разработана установка для исследований, включающая проточную электролизную ячейку с двумя сетчатыми катодами и двумя плоскими анодами, потенциостат, дозатор, высокоомный милливольтметр, магнитную мешалку с подогревом и стабилизацией температуры и двумя хлорсеребрянными электродами сравнения. Процесс электроосаждения свинцовой губки на разработанной установке проводился в режимах стабилизации катодного потенциала относительно потенциала хлорсеребрянного электрода с лицевой стороны (потенциостатичесий режим) или стабилизации тока в ячейке (гальваностатичесий режим). Задание режимов осуществлялось с помощью потенциостата. Контроль потенциала тыльного слоя губки осуществлялся с помощью высокоомного милливольтметра. Проведены эксперименты, которые показали значительную разность потенциалов между наружным и внутренним слоем катодной губки. На основании обработки экспериментальных данных разработана принципиальная электрическая схема и получена математическая модель процесса. Создана блочно-модульная схема в Simulink, позволяющая проводить имитационное моделирование процесса. Результаты имитационного моделирования показывают адекватность модели и применимость ее для использования в информационно-управляющих системах свинцового производства.
Ключевые слова
математическая модель, электролизер, щелочные растворы, свинцовая губка, электролиз свинца, Simulink, блочно-модульное моделирование
Для цитирования
Блочно-модульное моделирование биполярного электроосаждения губчатых осадков свинца из щелочных растворов / Зароченцев В.М., Рутковский А.Л., Болотаева И.И., Ковалёва М.А. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №1. С. 158-169. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-1-158-169
1. Извлечение свинца и его соединений из лома аккумуляторных батарей методом десульфатации каустической содой / А.В. Лешова, Б.А. Спиридонов, В.А. Небольсин, А.Ю. Воробьев, В.П. Горшунова // Вестник ВГТУ. 2012. Т. 8, № 7-2. С. 29-31.
2. Зайцев В.Я., Маргулис Е.В. Металлургия свинца и цинка. М.: Металлургия, 1985. 263 с.
3. Щелочной электролиз воды для систем электрохимического аккумулирования энергии / В.Н. Кулешов, Н.В. Кулешов, С.В. Курочкин, А.А. Гаврилюк, С.В. Тютрина // Современные наукоемкие технологии. 2022. № 5 (часть 1). С. 94-99.
4. Водно-щелочные электролизеры / Ш.Б. Шамухаммедов, Б.А. Сапаров, Г.Б. Абаева, М.А. Аннагулыев // Вестник науки и образования. 2022. № 11(131). С. 14-16.
5. Электроэкстракция свинца из свинцово-трилонатного раствора / О.С. Анисимова, В.А. Сергеев, C.B. Мамяченков, C.B. Карелов, Ю.Ф. Сергеева // Известия вузов. Цветная металлургия. 2013. № 1. С. 17 – 21.
6. Ахмадова Г.Ф., Гасанова Ф.Г., Алиев З.М. Регенерация свинца из отработанных аккумуляторов с использованием гидроксидно-гидротартратного электролита // Вестник ДГТУ. Технические науки. 2005. № 11. С. 143-146.
7. Антонов А.В., Михайленко В.Г. Исследование стабильности щелочного комплексного электролита для электроосаждения диоксида свинца // Международный научно-исследовательский журнал. 2013. № 12(19).
8. Исследование электрохимических свойств щелочного электролита / М.Б. Лещинский, Г.И. Лещинская, В.Р. Загацкий, Т.Р. Никулин // Известия КГТУ. 2017. № 47. С. 159-166.
9. Михайленко В.Г., Антонов А.В. Исследование процесса электроосаждения диоксида свинца из щелочных электролитов // Гальванотехника и обработка поверхности. 2014. Т. 22, № 2. С. 29-35.
10. Пат. SU 1475985 АС СССР. Способ выделения свинца / Е. В. Маргулис, Н. В. Ходов, В. М. Зароченцев, П. Е. Маргулис, Э. А. Арчинова, Р. Н. Ярёменко; заявитель и патентообладатель Северо-Кавказский горно-металлургический институт. №4302606/31-02; заявл. 09.09.1987. Опубл. 30.04.1989. Бюл. № 16.
11. Синтез и исследование электродно-диафрагменных блоков для щелочного электролиза воды / В.Н. Кулешов, Н.В. Кулешов, С.В. Курочкин, О.Ю. Григорьева // Электрохимия. 2022. Т. 58, № 6. С. 253-260.
12. Варенцов В.К. Применение электрохимических процессов и реакторов с трехмерными электродами для решения экологических проблем гальванотехники // Журнал экологической химии. 1993. № 4. С. 335-341.
13. Кулешов В.Н., Кулешов Н.В., Курочкин С.В. Высокоэффективные электроды для щелочного электролиза воды // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93, № 8. С. 1112-1117.
14. Пат. SU 1592399 АС СССР. Способ извлечения свинца / В.М. Зароченцев, Е.В. Маргулис; заявитель и патентообладатель Северо-Кавказский горно-металлургический институт. №4373904/31-02; заявл. 01.02.1988. Опубл. 15.09.1990. Бюл. № 34.
15. Биполярное электроосаждение губчатых осадков свинца из щелочных растворов на проточном сетчатом катоде / В.М. Зароченцев, А.Л. Рутковский, И.И. Болотаева, М.А. Ковалева // Цветные металлы. 2021. № 12. С. 30-35.
16. Феттер К. Электрохимическая кинетика: пер. с нем. / под ред. член-корр. АН СССР Я.М. Колотыркина. М.: Химия, 1967. 856 с.
17. Багоцкий В. С. Основы электрохимии. М.: Химия, 1988. 400 с.
18. Ньюмен Д. Электрохимические системы. М.: Мир, 1977. 464 с.
19. Баймаков Ю.В., Журин А.И. Электролиз в гидрометаллургии. 2-е изд. М.: Металлургия, 1977. 338 с.
20. Зароченцев В.М. Электропроводность щелочных свинцовых электролитов как функция состава и температуры // Известия вузов: Цветная металлургия. 1991. № 1. С. 123-124.
21. Дьяконов В.П., Круглов В.В. MATLAB 6.5 SP1/7/7 SP1/7 SP2 + Simulink 5/6. Инструменты искусственного интеллекта и биоинформатики. М.: Солон-пресс, 2006. 456 с.
22. Coetzee J.W., Deist H.E. A dynamic CIP simulation using Matlab Simulink // Computational analysis in hydrometallurgy: 35th annual hydrometallurgy meeting, Calgary, Alberta, Canada., August 21-24, 2005.
23. Corina M.D., Popa G.N., Iagar A. Mathematical Modeling and Simulation in Matlab/Simulink of Processes from Iron Ore Sintering Plants // Wseas transactions on systems. 2009, vol. 8, no. 1, pp. 34–43.
24. Simulation of a Hydrometallurgical Leaching Reactor modeled as a DAE system / M. Duenas Diez, G. Ausland, M. Fjeld, B. Lie // Modeling, Identification and Control (MIC). 2002, vol. 23, no. 4, pp. 2-28.
25. Development of a Dynamic Population Balance Plant Simulator for Mineral Processing Circuits / F. Khoshnam, M.R. Khalesi, A. K. Darban, M. J. Zarei // Int. J. Min. & Geo-Eng. 2015, vol. 49, no. 1, pp. 143-153.