Geum.ru

Разработка экологически чистых технологий комплексного извлечения благородных и цветных металлов из электронного лома

Вид материалаАвтореферат

Содержание


Общие выводы
Основные результаты работы изложены
Подобный материал:
1   2   3   4

5. Построение математической модели выбора оптимальной
технологии переработки электронного лома.

Экономические показатели производства по переработке электронного лама в целом определяются рядом факторов и, в частности, эффективностью применяемых технологий на всех стадиях технологического цикла переработки, качеством сортировки электронного лома по группам, рациональной загрузкой основного и вспомогательного технологического оборудования и т.д. Лишь при оптимальном сочетании указанных факторов может быть реализовано экономически эффективное производство. В данном разделе рассмотрены результаты разработки математической модели по выбору рациональной технологии переработки различных видов электронного лома применительно к реальному производству ОАО «Щелковский завод ВДМ». Для построения модели применялся метод двойственных оценок.

Двойственные оценки или цены ресурсов в экономической литературе по­лучили различные названия: учетные, неявные, теневые цены. Смысл этих назва­ний состоит в том, что это условные, "ненастоящие" цены. В отличие от "внеш­них" цен на продукцию, известных, как правило, до начала производства, цены ресурсов у; являются внутренними, так как они задаются не извне, а определяются непосредственно в результате решения задачи, поэтому их чаще называют оцен­ками ресурсов.

Если в качестве целевой функции исходной задачи выбрана минимизация суммарных затрат, то целевая функция двойственной задачи формулируется на максимум и коэффициентами при неизвестных в целевой функции являются сво­бодные члены в системе ограничений исходной задачи. Если в качестве целевой функции исходной задачи выбрана максимизация прибыли, то целевая функция двойственной задачи формулируется на минимум.

В работе показана актуальность решения задачи выбора оптимальных схем переработки электронного лома. Поступает m составов сырья, им приписывается индекс i (i = l,m). Они ограничены и их количества составят b;, i = l,m соответст­вующих единиц. Завод при переработке этих составов электронного лома вынуж­ден ограничиваться имеющимися видами материальных запасов, технологий и другими производственными факторами, в данном случае фондом рабочего вре­мени оборудования (в годах) при переработке составов по j-ой технологии, кото­рый обозначим Tj, и производительностью оборудования (т/год) при переработке i-ro состава по j-ой технологии, которую обозначим Рij. Используется п техноло­гий, им приписывается индекс j (j = l,n). Было выявлено, что не каждый состав можно перерабатывать по той или иной технологии. Обозначим коэффициенты, отражающие возможность или невозможность переработки, через dij:

1, если i-ый вид сырья можно переработать по j-ой технологии;

dij =

0, если i-ый вид сырья нельзя переработать по j-ой технологии/

Требуется определить план переработки, показывающий в каких количест­вах выгодно переработать указанные виды сырья и по какой технологии, чтобы обеспечить минимальные суммарные затраты на получение золота ( и остальные драгоценные металлы в пересчете на золото), то есть найти хij - количество i-ro состава, перерабатываемого по j-ой технологии (в тоннах).

Применительно к конкретной задаче оптимизации математическая модель соответствует математической постановке данной задачи: после извлечения золота из электронного лома путем переработки электронного лома золо­то можно реализовать по цене 1 т золота, которую обозначим через Ц.

Область допустимых решений в данной задаче определяется ограничениями :

1) на объем поставок сырья (на 1 год).

В общем виде ограничение записывается следующим образом:


(1)


Имеется возможность увеличения объёма поставок исходного сырья в том случае, если превышение будет небольшим, а рентабельность при этом будет удовлетворительной.

2) на время работы оборудования.

В общем виде ограничение записывается следующим образом:


(2)


Для третьей, четвертой, пятой, шестой и седьмой технологических схем переработки электронного лома (с использованием электролиза) Pij = Sij, при этом Sij определялся по формуле


(3)


где qi; - процентное содержание меди в каждом составе.


Для первой, второй, восьмой и девятой схем (с растворением) Pij = Rij, при

этом Rij составит



Таким образом, получаем систему ограничений.

Выражение экономического процесса в виде систем уравнений или неравенств осуществляется c целью достижения экономического эффекта. В данной задаче целью является достижение минимальных суммарных затрат на получение золота при переработке различных видов электронного лома по различ­ным технологиям. Целевая функция минимизации суммарных затрат выглядит следующим об­разом:


(4)


Целевая функция не совместима с ограничениями. Так как все ограничения со знаком «меньше либо равно» и функция стремится к минимуму, то единственным и логичным решением будет ноль. Уже отмечалось, что имеется возможность увеличения поставок, поэтому для минимизации суммарных затрат необходимо изменить ограничения. Были введены ограничения на перерасход ко­личества поставляемого сырья и сделан расчёт объёма перерабатываемого сырья за период не более 1 года.


(5)


Было определено, что 2-го, 4-го, 6-го составов электронного лома требуется намного больше, чем имеется на заводе. Именно 2-ой, 4-ый, 6-ой составы электронного лома поставляются в небольшом количестве (состав 2 до 17 тонн, состав 4 до 20 тонн, состав 6 до 10 тонн) и отсутствует возможность существенного увеличения объёмов поставокэтих видов сырья. Поэтому для них необходимо ввести огра­ничения типа равенства; для (3-го, 1-го, 5-го) составов остаётся огра­ничение


(6)


Целевая функция максимизации прибыли будет выглядеть следующим обра­зом:


(7)


Когда целью является минимизация суммарных затрат, имеет место следую­щее оптимальное решение:

х = (18,292; 0; 15,093; 0; 66,615; 0; 0; 0; 0; 0; 17; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 104,428; 45,572; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 20; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 50; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 10; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0).

Полученное решение означает, что минимальные суммарные затраты на из­влечение золота составят 197,67 млн. руб. при переработке по конкретным технологиям следующих составов электронного лома в объёмах:

• 18,292 тонн 1-го состава по 1-ой технологии;

• 15,093 тонн 1-го состава по 3-ей технологии;

• 66,615 тонн 1-го состава по 5-ой технологии;

• 17 тонн 2-го состава по 2-ой технологии;

• 104,428 тонн 3-го состава по 2-ой технологии;

• 45,572 тонн 3-го состава по 3-ей технологии;

• 20 тонн 4-го состава по 3-ей технологии;

• 50 тонн 5-го состава по 2-ой технологии;

• 10 тонн 6-го состава по 1-ой технологии.

При этом все сырье, имеющееся на складе, будет полностью переработано, время работы оборудования для переработки по 2-ой, 3-ей и 5-ой технологии так­же будет полностью израсходовано, а время работы оборудования для переработки электронного лома по 1-ой технологии составит только 0,165 года, или ~2 месяца, то есть для оборудования будет большой резерв времени.

Если в качестве целевой функции исходной задачи выбрана максимизация прибыли, то целевая функция двойственной задачи формулируется на минимум.

F(y)= 100у1,+ 17у2+ 150у3 + 20у4+50у5+ 10у6+ 1у7+ 1у8+ 1у9+ 1у10+ 1у11 + 1y12+
+ 1y13 + 1у14 + 1у15 min.

И при соответствующем выборе целевой функции сходной задачи, целевая функция двойственной задачи формулируется на максимум.

F(y)= 100у1,+ 17у2+ 150у3 + 20у4+50у5+ 10у6+ 1у7+ 1у8+ 1у9+ 1у10+ 1у11 + 1y12+
+ 1y13 + 1у14 + 1у15 max.

Ресурсы, имеющие отличные от нуля двойствен­ные оценки, используются полностью и являются дефицитными, то есть сдержи­вающими уменьшение целевой функции. Это запасы на складе каждого из соста­вов, время работы оборудования при переработке по 2-ой, 3-ей и 5-ой схемам.

Таким образом, изложено решение задачи оптимизации производства по переработке различных видов электронного лома в соответствии с предложенной классификацией по шести составам и разработанным девяти технологическим схемам переработки электронного лома этих составов. В качестве критерия выбора технологической схемы переработки конкретного состава апробировались минимум затрат на переработку электронного лома (минимум затрат на получение золота) и максимум прибыли (от реализации полученного золота).

В обосновании экономической эффективности переработки электронного лома были использованы математическая модель задачи оптимизации и теория двойственных оценок. Результаты расчётов и практическая апробация предложенной нами мето-дики выбора технологической схемы переработки разных видов электронного лома позволили подтвердить теоретические расчеты. Помимо повышения экономической эффективности за счёт выбора оптимальной технологической схемы переработки различных составов, результаты решения поставленной задачи позволили получить дополнительный экономический эффект за счёт оптимизации формирования запасов сырья и материалов.


Общие выводы

1. На основании анализа современного состояния отечественного и зарубежного опыта по переработке отходов электронной, радио- и электротехнической промышленности разработаны научные основы комплексной переработки электронного лома и на этой базе – разработаны технологические процессы и специализированное оборудование для извлечения из электронного лома драгоценных и цветных металлов.

2. Разработана классификация различных видов электронного лома по шести группам, в основу которой положен детальный, статистически обоснованный анализ данных о структуре, химическом составе электронного лома, сочетаниях металлических компонентов и концентрационных интервалах для каждого металла, содержащегося в электронном ломе.

3. Установлено, что концентрация (усреднённые значения) компонентов в различных видах электронного лома находится в следующих пределах: 0,01-1,0% для золота; от 0,2 до 2,9% для серебра; от 1,3 до 33% для меди; от 1,2 до 12,4% для олова; от 13,7 до 32,7% для алюминия; от 7,0 до 35% для железа.

4. Разработаны технологические схемы переработки различных видов электронного лома, учитывающие особенности состава и свойств компонентов в каждом виде сырья и включающие три основные технологические передела – гидрометаллургическую обработку, обжиг и плавку электронного лома.

5. Изучены кинетические характеристики растворения серебра, золота, меди, олова и свинца в растворах сильных кислот (HNO3, HCl, H2SO4) в зависимости от концентрации растворов, температуры и продолжительности процесса. Оптимизация условий гидрометаллургических процессов обеспечила получение концентратов олова, свинца, меди, серебра с содержанием основного компонента – 78%, 74%, 38%, 75%, соответственно. Исследовано взаимное влияние компонентов в процессе их селективного выделения.

6. Определены режимы обжига электронного лома с целью удаления из него органических компонентов и изучено влияние на основные параметры процесса обжига природы орга­нических материалов, температуры и продолжительности процесса. Определены оптимальные, с точки зрения полноты удаления органических компонентов, условия обжига, температура 700оС при продолжительности 2 часа и по­казано, что после стадий начального нагрева и воспламенения процесс обжига переходит в автогенный режим горения, не требующий нагрева и поддержание температуры обжига достигается регулированием скорости подачи материала.

7. Исследован процесс плавки различных видов электронного лома с использованием медного коллектора, в которой впервые в качестве коллектора применяется медь, находящаяся в элек­тронном ломе; установлены количественные соотношения, в соответствии с которыми количество меди в коллекторе должно составлять не менее 10% от массы сырья, а содержание золота в меди не должно превышать 2,15%.

Исследованы шлаки на основе системы SiO2-CaO-Na2O-FeO, образующиеся при плавке электронного лома с медным коллектором, установлен их состав, обеспечивающий малую величину вязкости (до 0,12 Пас) и незначительные (0,4-0,5%) потери меди и золота в шлаках.

Определены основные технологические параметры проведения плавки электронного лома: температура – 1200оС, продолжительность плавки – 1,0-1,5 часа, соотношение восстановитель : сырьё – 1:10, при которых обеспечивается извлечение в коллектор 89-99% золота и серебра и до 93% платины и палладия.

8. Разработаны технологические регламенты для проектирования, выполнено проектирование, изготовлены и промышленно освоены в ОАО «Щелковский завод ВДМ»:

- электрообогреваемая трубчатая вращающаяся печь для обжига электронного лома производительностью 75-80 кг лома в час;

- плавильная дуговая печь ЭПЗ-1,5 мощностью 1,5 МВт с системой воздушного дутья для плавки электронного лома с использованием медного коллектора.

9. Разработана математическая модель для выбора технологии переработки электронного лома в соответствии с его составом, которая нашла практическую реализацию в производстве вторичных драгоценных металлов.

10. Разработана система аналитического обеспечения всех этапов жизненного цикла процесса переработки электронного лома, включающая методы пробоотбора, входного контроля, контроля по ходу технологического процесса, аттестации готовой продукции. Качество разработанных методов аналитического контроля подтверждено лабораторными испытаниями, аккредитацией аналитической лаборатории международным сертификатом «Гуд деливири».

11. Суммарно экономический эффект от внедрения комплексной технологической переработки ЭЛ за счёт увеличения объёмов переработки ЭЛ, повышения производительности оборудования, повышения извлечения золота, серебра, платиноидов, меди и других цветных металлов, снижения потребления электроэнергии составил 51,28 млн. рублей в год, в том числе: на ОАО «Щёлковский завод вторичных драгоценных металлов – 40,35 млн., на ОАО «Красноярский завод цветных металлов имени В.А. Гулидова» – 9,83 млн., на ЗАО «Научно-экспериментальный центр ДИЭМ-21» – 1,1 млн. рублей.


Основные результаты работы изложены

1. Лолейт С.И., Стрижко Л.С. Извлечение благородных металлов из электронного лома // Издательский дом «Руда и металлы» М., - 2009, 156 стр.

2. Лолейт С.И., Шапировский М.Р., Стрижко Л.С. Комплексная переработка сырья благородных металлов. // Из-во МИСиС, Москва, - 1984, 59 стр.

3. Лолейт С.И., Новаковская А.О., Стрижко Л.С. Исследование поведения серебра при переработке вторичных материалов // Цветные металлы, -2009, № 10, С. 41-45.

4. Лолейт С.И., Стрижко Л.С., Новаковская А.О. Динамическая модель процесса биосорбции серебра // Известия вузов. Цветная металлургия, -2009, № 4, С.55-60.

5. Лолейт С.И., Стрижко Л.С., Фокин О.А., Пересади С.С. Исследование и разработка технологии обжига электронного лома //  Цветные металлы, -2009, № 1,С. 44-47.

6. Лолейт С.И., Стрижко Л.С., Фокин О.А., Пересади С.С. Поведение золота и неблагородных металлов при переработке электронного лома // Цветные металлы, -2009, № 2, С. 65-69.

7. Лолейт С.И., Калашников Е.А., Голев А.Н., Погосян А.Т. Програмно-алгоритмический комплекс расчёта себестоимости золота системы состав-схемы. //Цветные металлы, -2007, № 4, С. 75-81.

8. Лолейт С.И., Шапировский М.Р., Стрижко Л.С., Ридель А.И. Разработка структуры математической модели плавки вторичного серебросодержащего сырья //Известия вузов. Цветная металлургия, -1990, № 3, С. 59-63.

9. Лолейт С.И., Иванов В.А., Акылбекова А.А., Голубев В.И. Постановка задачи управления процессом выщелачивания низкопробных серебросодержащих материалов // Известия вузов Цветная металлургия, -1985, №3, С. 45-49.

10. Лолейт С.И., Шапировский М.Р., Стрижко Л.С. Математическое описание процесса сорбционного выщелачивания золотосодержащих руд // Цветные металлы, -1980, № 3, С. 53-57

11. Лолейт С.И., Стрижко Л.С., Захарова В.Н. извлечение благородных металлов из промышленных растворов и сточных вод биосорбентами // Известия вузов Цветная металлургия, -2009, № 2, С.40-45.

12. Лолейт С.И. Аналитический контроль и сертификация вторичного сырья на ОАО Щёлковский завод вторичных драгоценных металлов» // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, - 2009, № 6, С. 69-74

13. Лолейт С.И., Калмыков Ю.М. ОАО «Щёлковский завод вторичных драгоценных металлов» // Журнал «Экономика России: XXI век» - 2005, С. 13-25.

14. Лолейт С.И., Нормуротов Р.И., Стрижко Л.С. Разработка технологии извлечения золота из сырья с повышенным содержанием железа // VIII международная конференция «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» Москва-Талин. – 2009, С. 38-39.

15. Лолейт С.И. Опыт перевода предприятия для работы в рыночных условиях (на примере ОАО ЩЗ ВДМ) // Сборник трудов научно-практической конференции «Металлургия цветных металлов. Проблемы и перспективы» Россия/Москва, - 2009 г., С. 279-281.

16. Лолейт С.И., Стрижко Л.С., Фокин О.А. Разработка комплексной технологии переработки электронного лома // Сборник трудов научно-практической конференции «Металлургия цветных металлов. Проблемы и перспективы» Россия/Москва - 2009, С. 296-298.

17. Лолейт С.И., Стрижко Л.С., Пересади С.С. Разработка безцианистой технологии извлечения золота при комплексной схеме освоения недр // VII Международная конференция «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» Москва-Ереван, - 2008 г., С. 115-116.

18. Лолейт С.И., Фокин О.А., Пересади С.С. Разработка комплексной технологии переработки электронного лома // VII Международная конференция «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» Москва-Ереван 15-19 сентября - 2008 г., С. 177-178.

19. Лолейт С.И., Стрижко Л.С., Новаковская А.О. Структура системы управления процессом биосорбции серебра // XI Международная научно-техническая конференция «Моделирование, идентификация, синтез систем управления» Крым - Украина - 2008 г., С. 45-47.

20. Лолейт С.И., Стрижко Л.С. Разработка эффективной технологии переработки электронного лома // Сборник докладов X национальной конференции по металлургии Болгария, Варна, - 2007 г., С. 42-43.

21. Лолейт С.И., Стрижко Л.С. Исследование и разработка математической модели эффективности различных схем извлечения золота // Тезисы докладов 10-й международной научно-технической конференции п. Канака, АК Крым (Украина), - 2007, С. 36-37.

22. Лолейт С.И., Калашников Е.А., Стрижко Л.С., Кирюхина Е.А., Голев А.Н. Оптимизация переработки золотосодержащих отходов // Тезисы докладов 10-й международной научно-технической конференции п. Канака, АК Крым (Украина), - 2007, С. 38-42.

23. Авторское свидетельство № 1809629 Способ переработки отходов керамических материалов, содержащих благородные металлы / С.И. Лолейт, А.М. Орлов, М.А. Меретуков и др.

24. Патент (Россия) № 2348489 Способ получения шихты (порошка) серебро-оксид кадмия и шихта (порошок) серебро-оксид кадмия, полученная (ый) указанным способом / С.И. Лолейт, В.В. Рудаков, В.В. Кароник, №7, 10.03.2009 г.

25. Патент (Россия) № 2319255 Способ получения серебряного порошка и серебряный порошок, полученный указанным способом / С.И. Лолейт, В.В. Рудаков, В.В. Кароник, Бюллетень изобретений и полезных моделей №7, 10.03.2008 г.

26. Патент (Россия) № 2196661 Серебряный порошок, способ его получения и способ изготовления сплава для получения серебряного порошка / С.И. Лолейт, В.В. Кароник, Л.Б. Райхельсон, Ю.М. Мухин, Л.Н. Сысоева, Бюллетень изобретений и полезных моделей №2, 20.01.2001.

27. Патент (Россия) № 2171301 Способ извлечения драгоценных металлов, в частности серебра, из отходов / С.И. Лолейт, В.Я. Давыдова, Ю.М. Калмыков и др., Бюллетень изобретений и полезных моделей №3, 27.07.2001.

28. Патент (Россия) № 21444962 Способ извлечения меди из растворов / С.И. Лолейт, В.Я. Давыдова, Ю.М. Калмыков и др., Бюллетень изобретений и полезных моделей №3, 27.01.2000.

29. Патент (Россия) № 2138567 Способ извлечения золота / С.И. Лолейт, В.Я. Давыдова, Ю.М. Калмыков и др., Бюллетень изобретений и полезных моделей №27, 27.09.99.

30. Патент (Россия) № 2120485 Способ извлечения платиновых материалов из содержащего их материала / С.И. Лолейт, В.Я. Давыдова, Ю.М. Калмыков и др., Бюллетень изобретений и полезных моделей №29, 20.10.1998.

31. Патент (Россия) № 2096506 Способ извлечения серебра из материалов, содержащих хлорид серебра, примеси золота и металлы платиновой группы / С.И. Лолейт, Г.А. Ильченко, Ю.М. Калмыков и др., Бюллетень изобретений и полезных моделей №32, 20.11.1997.

32. Патент (Россия) № 2096505 Гидрометаллургический способ отделения золота, серебра, платины и палладия из содержащего их материала с одновременным их обогащением / С.И. Лолейт, Г.А. Ильченко, Ю.М. Калмыков и др., Бюллетень изобретений и полезных моделей №32, 20.11.1997.

33. Патент (Россия) № 2099435 Пирометаллургический способ извлечения драгоценных металлов из гравитационных концентратов / С.И. Лолейт, Г.А. Ильченко, Ю.М. Калмыков и др., Бюллетень изобретений и полезных моделей №35, 20.12.1997.

34. Патент (Россия) № 2099434 Способ извлечения драгоценных металлов из вторичного сырья, преимущественно из оловосвинцового припоя / С.И. Лолейт, Г.А. Ильченко, Ю.М. Калмыков и др., Бюллетень изобретений и полезных моделей №35, 20.12.1997.

35. Патент (Россия) № 2089635 Способ извлечения серебра, золота, платины и палладия из вторичного сырья, содержащего благородные металлы / С.И. Лолейт, Н.А. Устиченко, Ю.М. Калмыков и др., Бюллетень изобретений и полезных моделей №25, 10.09.1997.

36. Патент (Россия) № 2017842 Способ переработки сплавов, содержащих благородные металлы на основе меди или цинка / С.И. Лолейт, В.Г. Караев, С.Т. Масликов и др., Бюллетень изобретений и полезных моделей №15, 15.08.1994.

37. Патент (Россия) № 1811703 Способ переработки материалов, содержащих благородные металлы / С.И. Лолейт, В.В. Крылов, С.Е. Годжиев и др. Бюллетень изобретений и полезных моделей №29, 10.10.1992.