Software development for balance calculations of ilmenite concentrate processing

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim is to develop dedicated software for automating the calculation of material flow balances in the process flow diagram of ilmenite concentrate processing in order to optimize titanium production, reduce raw material losses, and enhance the efficiency of process management. Material flow analysis is used to comprehensively monitor materials flow at all stages of titanium-containing raw material processing. The stages include reduction smelting, slag chlorination in the melt, titanium tetrachloride extraction and purification, magnesiothermic metal reduction, and vacuum separation. The software package developed in Python consists of four modules. Each module calculates the material balance for a specific technological process stage. Interaction with the user is implemented through MS Excel for the convenience of data entry and visualization of results. The software package ensured the calculation of com plete material balances with a deviation of less than 0.2%. The analysis revealed technology-related titanium losses at the level of 21.4% compared to the initial amount of metal in the concentrate. It was shown that the most substantial Tilosses occurred at the stages of reduction smelting (6.63%, mainly into dust and cast iron) and titanium tetrachloride (IV) purification (12.92%, into by-products). Smaller losses were recorded during slag chlorination (0.33%), titanium tetrachloride (IV) reduction (2.50%), and reaction mass separation (0.51%). The designed programs were published in the official Rospatent Bulletin Computer Programs. Databases. Topology of Integrated Circuits. The developed software package enables the automation of material balance calculations in titanium production from ilmenite concentrate. The key areas for improving the technological process include modernizing the reduction smelting and titanium tetra chloride purification stages where maximum losses of the target metal are observed.

About the authors

T. R. Kosovtseva

Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University

Email: Kosovtceva_TR@pers.spmi.ru
ORCID iD: 0000-0001-7165-072X

E. V. Sizyakova

Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University

Email: sizyakova_ev@pers.spmi.ru
ORCID iD: 0000-0002-4665-091X

V. A. Slobodin

Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University

Email: s242803@stud.spmi.ru
ORCID iD: 0009-0001-9784-8168

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).