CC BY
39
Таблица 1
Количество структурных фрагментов ^х) в препаратах лигнина, приходящееся _на 100 АК и замещение положений С-2,5,6* в АК (%)_
Фрагменты и основные структурные звенья N
ЛМРЕ [9] СЛ НЛ ВиОН-Х
С 92,5 (С, Б) 96 80 68
С-** 7 4 20 32
ЕОар-О 208 198 238 231
1Сар-С, Сар^=О 140 187 213 223
ЕСНар 258 216 149 146
2 СНарорто 157 137 72 91
2СНОалк 73 26 55 25
2Сбок. цепей 337 157 298 205
2Сар-О-Н 34 79 85 105
у-Салк-ОН 78 25 21 20
ОСНз 99,5 96 80 68
2 С=О, С(О)Н, С(О)ОН 74 23 89 75
Замещение АК (ЕС-2,5,6) Замещение положений 18 28 50 51
С-2 22 25 65*** 58***
С-5 22 47
С-6 12 11 20 41
5 6
— О
С—с—
а р
■С —
У
ОСИ,
*Фенилпропановая гваяцильная единица Пирокатехиновые кольца.
Суммарное количество замещенных положений С-2 и С-5.
** ***
держки, которая составляет 2,5 с, ширина импульса -90о, параметр уширения линий при экспоненциальном умножении равнялся 10 Гц. Для регистрации спектров ЯМР 13С использовали растворы лигнинов ДМСО-с1б с трис-хромацетил-ацетонатом [Сг(асас)3] в качестве релаксанта в концентрации 0,02 М. Концентрация лигнина составляла 10-30% масс. Спектры регистрировали при температуре 25 оС. Количественные расчеты по спектрам ЯМР 1 С производили согласно методике, описанной в [9]. Относительная погрешность оценки количества фрагментов в макромолекуле в расчете на 100 ароматических колец (АК) не превышает 7%. Результаты детальных исследований химической структуры СЛ, нитрозированного СЛ и его н-бутанольного экстракта представлены в [15].
Результаты и обсуждение. Результаты количественного анализа спектров ЯМР 13С СЛ и продуктов его модифицирования представлены в табл. 1. Данные таблицы свидетельствуют о существенной трансформации химической структуры макромолекулы нативного лигнина, в частности лигнина механического размола ели (ЛМРЕ) [9]. В результате сульфатной варки древесины количество карбонильных групп в СЛ снизилось в ~7 раз, а количество карбоксильных групп увеличилось в 2 раза. Количество атомов углерода 2СНОалк, участвующих в образовании алкил-арильных простых эфирных связей (а-О-4, р-О-4) в сульфатном лигнине, уменьшилось по сравнению с
ЛМР ели в 10 раз (см. табл. 1).
Кроме реакций расщепления простых эфирных связей протекают реакции деструкции боковых цепей по связям С-С. Количество фрагментов -СНО- в СЛ уменьшилось в 6 раз, а групп -СН2О- в ~3 раза (см. табл. 1). Это привело к укорочению боковой цепи более чем в 2 раза - с 335/100С6 до 157/100С6. Если считать, что все положения С-1 в ароматическом кольце замещены, то на остальные положения С-2, С-5 и С-6 100 АК в сульфатном лигнине приходится 87 заместителей (связи Сар-С, табл. 1). Относительное замещение положений С-2,5, 6 АК ЛМР ели составляет 22% , 22%, 12% соответственно, а в СЛ замещен-ность положений С-5 АК возрастает в 2 раза и составляет 47%, однако 53% положений АК остаются свободными.
Таким образом, в результате реакций разрыва связей а-О-4, р-О-4 и боковых цепей макромолекула лигнина деструктируется, следовательно, более доступна для реагентов. Одновременно, несмотря на протекание реакций конденсации (образование связей Сар-С), СЛ остается потенциально реакционноспособ-ным по положению С-5 фенильных колец.
Выход экстрактов относительно абсолютно сухой массы (а.с.м.) исходного СЛ приведены в табл. 2. Повышение температуры процесса приводит к увеличению выхода экстракта (особенно при экстракции бута-нолом).
Таблица 2
Выход экстрактов из сульфатного лигнина
Растворитель Выход , % масс.
Х Г
Этилацетат 12,40 17,98
н-Бутанол 18,48 29,53
Экстракты испытаны в качестве ингибиторов полимеризации при термообработке пироконденсатов колонн К-27 производства ЭП-300 ОАО «Ангарского завода полимеров». Кривые зависимости ингибирующей активности от расхода ингибиторов (рис. 2) свидетельствуют о том, что выделенные из СЛ экстракты при термообработке пироконденсата проявляют довольно низкую ингибирующую способность, причем самое высокое значение ингибирующей активности не достигает 40%.
Такой результат можно объяснить тем, что в составе выделенных экстрактов содержится очень мало стерически затрудненных фенолов (одновременно замещенных по положениям С-3 и С-5). Для увеличения ингибирующей активности выделенных из СЛ экстрактов необходимо проводить химическую модификацию исходного лигнина с последующим извлечением из него фенольных соединений.
Известно, что нитрозофенолы [16] или оксим-хиноны, например, ДОХ (л-диоксим-хинон) [17] являются эффективными ингибиторами полимеризации. Поэтому мы ожидали, что при введении нитрозогруп-пы в пятое положение АК исходного СЛ можно получить соединения, имеющие высокую ингибирующую активность. Реакция прямого нитрозирования лигнина с использованием нитрита натрия хорошо известна и описана в [13, 18].
Для упрощения процесса синтеза применили метод нитрозирования исходного СЛ азотистой кислотой в момент ее выделения. Отсутствие воздуха в реакционной смеси позволяет провести нитрозирование лигнина без побочных реакций [13]. Нитрозирование
фенилпропановых единиц лигнина протекает по схеме, приведенной на рис. 3.
Выход нитрозированных лигнинов относительно а.с.м. СЛ и элементный состав приведен в табл. 3.
Таблица 3
Выход нитрозированных лигнинов (НЛ) относительно а.с.м. исходного СЛ и элементный со-
Наиболее высокая концентрация азота в нитрози-рованном продукте наблюдается при соотношении СЛ: НNO2 = (1 : 3).
ИК-спектры нитрозолигнинов показывают наличие в препаратах нитрозогрупп: в спектрах присутствуют характеристичные полосы поглощения этих групп при 1360 и 1550 см-1.
Нитрозирование сульфатного лигнина привело к существенному изменению фрагментного состава СЛ (см. табл.1). Анализ спектра ЯМР 13С НЛ показывает, что нитрозирование фенильного кольца происходит в основном по положению С-5, поскольку в диапазонах спектра 13С ~148 м.д., 144-142 м.д., 135-134 м.д. появляются интенсивные сигналы, принадлежащие атомам углерода С-4, С-3, С-5 соответственно ароматических колец, замещенных по положению С-5 . В сумме замещение АК НзЛ увеличилось по отношению к исходному препарату в 1,8 раз и количество ароматических атомов углерода фрагментов Сар-С в образце (3) увеличилось на 26/100С6 по сравнению с исходным СЛ.
В ФПЕ, замещенной нитрозогруппой по положению С-6, резонанс атомов С-3 и С-4 должен наблюдаться в области 156 м.д. и 151 м.д., атома С-6 - 139 м.д. В спектре ЯМР 13С НзЛ интенсивных сигналов в этих диапазонах не наблюдается. Однако суммарное количество фрагментов Сар-О, которые принадлежат атомам С-3,4 гваяцильных колец и могут принадлежать в том числе и АК, замещенным нитрозогруппой по положению С-6, увеличилось на 40/100С6 по сравнению с СЛ и составляет 238/100С6, т.е. в среднем на одно АК приходится более 2 связей Сар-О (см. табл.1). Поскольку количество фрагментов Сар-О в нитрозированных лигнинах необычно высокое, то можно предположить, что либо образуются новые
^ 55
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 ЖИонол ♦Э-СЛ-Х вЭ-СЛ-Г А Б-СЛ-Х ■ Б-СЛ-Г
Рис. 2. Ингибирующая активность экстрактов, выделенных из СЛ при холодной и горячей экстракции н-бутанолом и этилацетатом
став нитрозированных лигнинов (% масс.)
Мольное соотношение СЛ:НNO2 (Образец) Выход Элементный состав
С Н N Б
1:1 (1) 90,1 60,82 3,99 1,98 1,24
1:2 (2) 92,0 59,15 3,36 2,67 1,20
1:3 (3) 9,64 52,06 3,64 3,97 0,93
1:4 (4) 93,5 51,76 3,04 3,32 1,06
* Жирным шрифтом обозначены образцы, проявившие наиболее высокую ингибирующую активность.
арил-арильные эфирные связи (что маловероятно), либо протекает реакция изомеризации нитрозосоеди-нения в соответствующий оксим (рис. 4). Резонансные сигналы 13С фрагментов С=О и Сар=Ы-ОН находятся в одном диапазоне спектра (160-140 м.д.)
Рис. 4. Таутомерия нитрозофенола в хинон-оксим
му были получены этилацетатные и н-бутанольные экстракты нитрозолигнина, которые хорошо растворяются в пироконденсате. Экстракты нитрозированных лигнинов получены в двух температурных режимах (табл. 4).
Данные табл. 2 и 4 показывают, что экстрагирование СЛ и НЛ при температуре кипения растворителей увеличивает выход экстрактов в ~1,5 раза. Кроме того, видно, что выход фракций при экстракции НЛ увеличивается в ~1,5 раза, по сравнению с выходом экстракта из исходного СЛ. Такой результат можно объяснить тем, что в процессе нитрозирования под дей-
Выходы фенольных фракций, выделенных из нитрозированных продуктов относительно а.с.м. исходного лигнина
Таблица 4
Растворитель Мольное соотношение СЛ: НNO2 Обозначение образцов Выход фенольных фракций %.
Х Г Х Г
Этилацетат 1 1 (1)Э-Х (1)Э-Г 19,44 24,42
1 2 (2)Э-Х (2)Э-Г 23,09 29,27
1 3 (3)Э-Х* (3)Э-Г 27,02 33,29
1 4 (4)Э-Х (4)Э-Г 25,41 35,60
н-Бутанол 1 1 (1)Б-Х (1)Б-Г 34,40 41,78
1 2 (2)Б-Х (2)Б-Г 37,60 45,53
1 3 (3)Б-Х (3)Б-Г 39,15 51,39
1 4 (4)Б-Х (4)Б-Г 38,12 54,30
В нитрозированном лигнине за счет реакций де-метилирования содержание метоксильных групп уменьшается на 16/100С6. Следует отметить, что существующие в сульфатном лигнине связи а-О-4, р-О-4 в процессе нитрозирования не подвергаются дополнительной деструкции (см. табл. 1). Однако интенсивно протекают реакции окисления. Количество карбонильных групп увеличилось в 2 раза, карбоксильных групп - в 4,8 раз. Количество фенольных гидроксиль-ных групп увеличилось более чем в 2 раза.
Таким образом, установлено, что в процессе нитрозирования сульфатного лигнина его химическая структура изменяется за счет того, что 15% гваяциль-ных колец деметилируются; атомы водорода положений С-5 и С-6 замещаются нитрозо-группами; степень замещения ароматических колец при этом возрастает в 1,8 раза; боковые цепи основных структурообразующих единиц лигнина деструктируются в результате окисления до карбонильных и карбоксильных групп, суммарное количество которых увеличивается в 3,8 раза. Однако данный препарат непосредственно в качестве ингибитора по отношению к реакциям полимеризации непредельных углеводородов невозможно использовать, поскольку он не растворяется в пиро-конденсате.
Известно, что этилацетат и бутанол являются селективными экстрагентами по отношению к фенолам и нитрозосоединениям. Кроме того, в нефтехимии при ингибировании полимеризации алкилацетаты и бутанол - наиболее приемлемые сорастворители. Поэто-
ствием избыточного количества азотистой кислоты происходит окислительная деструкция высокомолекулярных фрагментов лигнина на более низкомолекулярные составляющие, которые легче экстрагируются растворителями.
Экстракты, полученные из нитрозированых лигнинов, также испытали в качестве ингибиторов полимеризации при термообработке пироконденсатов К-27. Результаты приведены на рис. 5. Для бутанольных и этилацетатных экстрактов наблюдается идентичная тенденция: наибольшими ингибирующими показателями обладают экстракты из образца (3) при холодной экстракции; а при горячей экстракции - экстракты из образца (1).
Из рис. 6 видно, что по ингибирующим показателям все образцы, выделенные из оптимальных нитрозированных лигнинов ЭА - (3)Э-Х (при комнатной температуре) и (1)Э-Г (при температуре кипения этилаце-тата) и ВиОН - (3)Б-Х (при комнатной температуре) и (1)Б-Г (при температуре кипения н-бутанола), превосходят соответствующие образцы, выделенные этими же растворителями из исходного СЛ - (Э-СЛ-Г; Э-СЛ-Х; Б-СЛ-Г и Б-СЛ-Х).
Для этилацетатных экстрактов: максимальный ингибирующий эффект для фенольной фракции, выделенной при комнатной температуре составляет 40%; а при нагревании - 36%. Для бутанольных экстрактов: при нагревании максимальный эффект составляет 42%, а при комнатной температуре - 53%.
Такой уровень эффективности бутанольных экс-
Рис. 5. Ингибирующая активность экстрактов, выделенных из нитрозированных лигнинов этилацетатом при комнатной температуре (а); при температуре кипения этилацетата (б); н-бутанолом при комнатной температуре (в) и при температуре кипения н-бутанола (г)
трактов сопоставим с эффектом стандартных фе-нольных ингибиторов, например, ионола.
Установлено, что экстракты, выделенные из нитрозированных лигнинов при комнатной температуре -(3)Э-Х и (3)Б-Х, обладают более высокими ингибиру-ющими показателями, чем все экстракты, выделенные при температуре кипения растворителей. Такую тенденцию можно объяснить тем, что нитрозофенолы, полученные в результате нитрозирования или их ок-сим-хинонные таутомерные формы, весьма реакцион-
носпособны и при повышенных температурах часть из них разлагается.
Фрагментный состав бутанольного экстракта, имеющего наиболее высокую ингибирующую активность - (3)Б-Х - показывает, что количество звеньев G уменьшается по отношению к СЛ на 28/100С6, а по отношению к нитрозированному лигнину (3) - на 12/100С6 (см. табл. 1). Это свидетельствует об увеличении доли пирокатехиновых структур. Относительное замещение АК остается тем же, что и в (3) ~ 50%. Од-
Рис. 6. Ингибирующая активность СЛ и ионола в сравнении с аналогичными характеристиками экстрактов, выделенных этилацетатом (а) и н-бутанолом (б) из нитрозированных лигнинов
нако замещение отдельных положений в АК в (3) и (3)Б-Х отличается. Например, положения С-6 в 2 раза более замещены в (3)Б-Х, чем в (3), тогда как заме-щенность положений С-2 и С-5 в (3)Б-Х ниже на 7% (см. табл. 1). Количество атомов углерода (-ОСН-), участвующих в связях а-О-4, р-О-4, снижается в 2,2 раза (см. табл. 1); количество карбоксильных групп - в 1,2 раза. Количество фенольных ОН-групп увеличилось в 1,2 раза по отношению с исходным НЛ.
Таким образом, установлено, что бутанолом селективно извлекаются довольно низкомолекулярные (не связанные а-О-4, р-О-4-связями) структурные звенья макромолекулы нитрозированного лигнина, 28% фенильных колец, в которых деметилированы и замещены нитрозогруппами преимущественно по положениям С-5 и С-6, и ОН-группами по положениям С-3, боковые цепи в них менее окислены, чем в НЛ.
По результатам исследования можно сделать следующие выводы: повышение ингибирующей активности фенольных экстрактов, выделенных из нитрози-рованных лигнинов, объясняется, во-лервых, присутствием в этих экстрактах нитрозофенолов, являющих-
ся более эффективными ингибиторами по сравнению с немодифицированными фенолами [19]; во-вторых, таутомерией нитрозофенолов в оксим-хиноны, которые ингибируют реакции полимеризации как по механизму фенольных, так и хинонных ингибиторов; в-третьих, в процессе нитрозирования происходит частичное деметилирование лигнина с образованием пирокатехиновых фрагментов, которые, как известно, являются наиболее эффективными ингибиторами фе-нольного ряда, причем именно эти соединения селективно извлекаются н-бутанолом; в-четвертых, экстракт содержит большое количество стерически затрудненных фенолов.
Таким образом, путем сравнительно простого процесса нитрозирования сульфатного лигнина азотистой кислотой в щелочной среде получены азотсодержащие производные сульфатного лигнина - нит-розолигнины. Полученные препараты проявили себя как очень эффективные ингибиторы полимеризации непредельных соединений при термообработке пиро-конденсатов.
Библиографический список
1. Беренц А.Д., Воль-Энштейн А.Б., Мухина Т.Н., Аврех Г.Л. Переработка жидких продуктов пиролиза. М.: ВЭС, 1987. 120 с.
2. Кирпичников П.А., Лиакумович А.Г., Победимский Д.Г., Попова Л.М. Химия и технология мономеров для синтетических каучуков. Л.: Химия, 1981. 264 с.
3. Павлов С.Ю. Выделение и очистка мономеров для синтетического каучука. Л.: Химия, 1987. С. 89-93.
4. Курбатов В.А., Кирпичников П.А., Лиакумович А.Г. Практика использования фенольных ингибиторов в процессах получения мономеров // Нефтехимия. 1983. Т. 23. №1. С. 118-120.
5. Завьялов А.Н., Гольдшмидт Ю.М., Завьялова З.А., Каси-лова Л.В. Древесносмоляной и другие ингибиторы цепных процессов. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1978. 33 с.
6. Шляпников Ю.А., Кирюшкин С.Г., Марьин А.П. Антиокислительная стабилизация полимеров. М.: Химия, 1986. 256 с.
7. Гоготов А.Ф., Лужанская И.М. Азопроизводные лигнина. Спектрофотометрический метод анализа неконденсирован-ности лигнина по реакции с солью диазония // Химия в интересах устойчивого развития. 1997. Т. 5. №3. С. 279-285.
8. Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник для вузов. СПб.: Изд-во СПбЛТА, 1999. 628 с.
9. Калабин Г.А., Каницкая Л.В., Кушнарев Д.Ф. Количественная спектроскопия ЯМР природного органического сырья и продуктов его переработки. М.: Химия, 2000. 408 с.
10. Базыкина Н.И., Николаевский А.Н., Филиппенко Т.А., Калоерова В.Г. Оптимизация условий экстрагирования природных антиоксидантов из растительного сырья // Химико-фармацевтический журнал, 2002. Т. 36. №2. С.46-49.
11. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991.106 с.
12. Ворожцов Н.Н. Основы синтеза промежуточных продуктов и красителей. М-Л: Изд-во ОНТИ, 1934. 540 с.
13. Чеснокова Л.Н., Гельфанд Е.Д., Богомолов Б.Д. Получение и исследование нитролигнинов // Химия и химическая технология древесины. Красноярск. Вып. 5. 1977. С. 139-144.
14. ГОСТ 8489-85. Топливо моторное. Метод определения фактических смол (по Бударову). Издание официальное. Введ. 1985-26-03. М.: Изд-во стандартов, 1985. 3 с.
15. Каницкая Л.В., Гоготов А.Ф., Дам Тхи Тхань Хай, Рохин А.В. Количественная спектроскопия ЯМР 13С. Химическая структура сульфатного и нитрозированных лигнинов // Химия растительного сырья. 2011. №2.
16. Заявка WO 90/12072 PCT, МКИ4 С 09 К 15/24, 15/28. Styrene polymerization inhibitor / Stafford Michael, Nicholson Gerald, Pawloski John. - № US 89/01573; заявл. 13.04.1989; опубл. 18.10.1990.
17. Парилова М.В. Ингибирование термополимеризации стирола композициями на основе различных фенолов: дис. ...канд. хим. каук. Иркутск, 2003. 139 с.
18. Базанова Г.В., Стоцкий А.А. К вопросу об изомерном составе продуктов нитрозирования и нитрования фенола // Журнал органической химии. 1980. Т. 16. Вып. 11. С. 2416-2421.
19. Козлов Е.Е., Тельнов С.В. Получение п-нитрозофенола и оценка его ингибирующей активности // Тр. НГТУ, 2004. T. 45. С. 45-47.
УДК 681.51
ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЦИКЛОМ ДЕСОРБЦИИ ЗОЛОТА ИЗ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ НА КОЧКАРСКОЙ ЗИФ
В.В. Ёлшин1, А.А. Колодин2, А.Е. Овсюков3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассматривается система автоматизации процесса десорбции золота из активных углей с применением индукционного нагрева на примере Кочкарской ЗИФ ОАО «Южуралзолото». Приведено описание технологии высокотемпературной десорбции золота из активных углей, анализ процесса с точки зрения автоматизации. Показаны преимущества использования индукционного нагрева вместо электродного для подготовки технологических растворов. Рассмотрена система автоматизации, построенная на контроллере Siemens S7. Ил. 4. Табл. 1. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: десорбция; автоматизация; индукционный нагрев; АСУ ТП.
INTRODUCTION OF THE AUTOMATED SYSTEM TO CONTROL THE DESORPTION CYCLE OF GOLD FROM ACTIVE CARBONS AT KOCHKARSKY GOLD PROCESSING PLANT V.V. Yolshin, A.A. Kolodin, A.E. Ovsyukov
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article deals with the automation system for the process of gold desorption from active carbons with the application of induction heating on the example of Kochkarsky Gold Processing Plant PLC "Yuzhuralzoloto". The authors describe the technology of high-temperature desorption of gold from active carbons, and give the analysis of the process with relation to automation. They demonstrate advantages of using induction heating instead of the electrode one for the preparation of process liquors, and examine the automation system, built on Siemens S7 controller. 4 figures. 1 table. 4 sources.
Key words: desorption; automation; induction heating; automated control system (ACS) of technological processes.
Одним из существенных достижений научно-технического прогресса в золотодобывающей промышленности последних лет является широкое внедрение сорбционной технологии извлечения золота из руд и концентратов на основе применения активированных углей. Данная технология в России нашла достаточно широкое применение, использование которой позволяет ускорить процесс извлечения золота из углеродного сорбента более чем в 10 раз по сравнению с низкотемпературными процессами, за счет чего снизить затраты тепловой энергии. Технология испы-
тана и успешно применяется на многих предприятиях золотодобывающей промышленности [1, 2].
Технологический процесс десорбции является достаточно компактным в технологическом оформлении, но в то же время, обладает рядом особенностей, его технологическая схема представлена на рис. 1. В де-сорберы 4, работающие по очереди, загружают насыщенный активированный уголь. Из расходной щелочной ёмкости 1 насосом 2 раствор NaOH закачивают в нагреватель 3, где он доводится до температуры 170175 °С и пропускается через насыщенный уголь в де-
1 Ёлшин Виктор Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры автоматизации производственных процессов, декан заочно-вечернего факультета, тел.: (3952) 405180, (3952) 209023, e-mail: [email protected]
Yolshin Victor, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Automation of Industrial Processes, Dean of the Faculty
of Part-time evening Studies and Studies by Correspondence, tel.: (3952) 405180, e-mail: [email protected]
2Колодин Алексей Александрович, аспирант, тел.:(3952) 405519, (3952) 372196, e-mail:[email protected]
Kolodin Aleksei, Postgraduate, tel.: (3952) 405519, e-mail: [email protected]
3Овсюков Александр Евгеньевич, аспирант, тел.: (3952) 405519, e-mail:[email protected]
Ovsyukov Alexander, Postgraduate, tel.: (3952) 405519, e-mail: [email protected]
сорберах, переводя золото из угля в раствор. Поток элюата разделяется на два потока - бедный и богатый, заполняя соответственно ёмкости 5 и 6. Далее золотосодержащий раствор подвергают электролизу, получая катодный осадок. Эволюция автоматизации данного процесса претерпела изменения от локальной щитовой до АСУ ТП на микроконтроллере, включающей в себя всё те же локальные контуры регулирования.
Процесс десорбции золота является высокотемпературным процессом активно протекающим при температуре 170-175 °С. Для достижения заданной температуры применяют тот или иной принцип нагрева элюента. На Кочкарской ЗИФ нагрев осуществляется как в электродных котлах, так и в индукционных, впервые испытанных в условиях золотоизвлекатель-ной фабрики.
Существующий в данное время электродный нагрев обладает рядом недостатков, связанных с его эксплуатацией: высокие требования к качеству теплоносителя; малый срок службы электродов; существенные затраты на замену электродов и остановы котла для профилактики и ремонта; необходимость регистрации в органах Гостеплонадзора РФ; сложность передачи значительной тепловой мощности посредством электродного нагрева (в котлах-аккумуляторах небольших объемов - 1-3 м3); наличие значительных тепловых потерь за счет громоздкости аппарата; низкий КПД.
Одним из наиболее известных альтернативных способов электронагрева является индукционный. Принцип действия и устройство индукционного нагревателя наиболее близок к трансформатору. В индукционных нагревателях нагреву подвергается не сам теплоноситель, а металлическое тело, и уже от него нагревается среда. Таким образом, нет жестких требований к нагреваемому веществу.
В такой системе нет элементов, подверженных износу, и срок службы установки определяется практически только сроком службы электромагнитной катушки. Всё это, по данным производителей, делает такие установки чрезвычайно надежными и долговечными. Так же в таких котлах практически исключено появление накипи [3].
Среди контролируемых входных воздействий индукционного нагревателя можно выделить: температуру элюента после теплообменников, расход элюента и подводимую мощность нагревателей; среди возмущающих воздействий: температуру окружающей среды, тепловые потери, колебания расхода элюента в нагреватель. Среди выходных параметров можно отметить давление и температуру на выходе.
В условиях Кочкарской ЗИФ (ОАО «Южуралзоло-то») нами впервые опробован индукционный нагрев элюента. Опытная установка включала в себя три последовательно включенных индукционных нагревателя револьверного типа [4]. В этой конструкции через общие соединительные коллекторы вварено 6 секций с обмотками. Теплоноситель подается снизу, через нижний соединительный коллектор, равномерно рас-
ходится по секциям, нагревается и выходит сверху через верхний соединительный коллектор.
Во время работы данной установки, кроме ряда положительных моментов, таких как: стабильное поддержание температуры элюента, отсутствие жестких требований к нагреваемой среде, были и отрицательные, связанные с недоработкой конструкции нагревателя заводом изготовителем. При больших токовых нагрузках возникала опасность воспламенения обмотки кабеля во внутреннем пространстве нагревательного барабана, что вынуждало ограничивать производительность аппарата.
Благодаря применению индукционных нагревателей, температура элюента, поступающего в десорбер, стабилизировалась на уровне 175 ± 1 °С на протяжении всего цикла, а в случае с электродным нагревом -к концу цикла температура падала до 165 °С в связи с увеличением протока и нехваткой мощности нагрева. В свою очередь стабилизация температурного режима приводит к улучшению эффективности десорбции золота из активных углей. При том же расходе энергоресурсов появилась возможность нагревать большие объемы растворов. В связи с этим уменьшилось время одного полного цикла, что позволило за смену проводить 5 циклов вместо 4 на одну установку. По обработке угля это дало прирост производительности 25%; уменьшились расходы, связанные с техническим обслуживанием нагревательной установки; отпала необходимость ежемесячной замены нагревательных электродов.
Следующим важным аппаратом в технологической цепи является десорбер. В нём непосредственно протекает процесс высокотемпературной десорбции. В данном случае необходимо поддерживать постоянную температуру 170--175 °C и постоянный расход элюента. Постоянство температуры обеспечивалось САР стабилизации температуры жидкости в индукционном нагревателе, а для поддержания расхода существует САР расхода. Рассматривая структурно десорбер можно выделить следующие параметры: входные, поддающиеся непосредственному измерению (расход элюента, температура элюента); значения, определяемые лабораторно (щелочность элюента, содержание золота в угле); выходные, измеряемые непосредственно (давление, температура в десорбере, концентрация золота в элюате); измеряемые в лабораторных условиях периодически (остаточное содержание золота в угле).
Возмущающими параметрами являются: температура окружающей среды, качество активированного угля, теплопотери в окружающую среду.
Для контроля содержания золота в элюатах использовался датчик растворенного золота на основе ионоселективной мембраны авторской конструкции.
Рассмотрим систему автоматизации с применением индукционного нагрева. В разработанной системе были реализованы следующие контуры контроля, регулирования и управления:
■контроль уровней в емкостях с расходной щелочью, богатого и бедного элюата;
