Формулювання математичної моделі фракційної кристалізації мінералів. Моделювання міжфазової рівноваги і траекторій процесів кристалізації в процесі ізотермічного випарювання взаємних чотирикомпонентних водно-сольових систем на основі принципу трансляції.
Аннотация к работе
Просто їх не вміли відділити, бо не лише тоді - до сьогоднішнього часу теорія фізико-хімічних процесів у багатокомпонентних водно-сольових системах не досягла необхідного для цього рівня. Тому розроблення основ аналізу багатокомпонентних водно-сольових систем (чому і присвячена дисертаційна робота) є актуальною проблемою, розвязання якої сприятиме підвищенню екологічної безпеки регіону. Дисертаційна робота виконувалась згідно з планом науково-дослідницької роботи кафедри «Екологія та охорона навколишнього середовища» Національного університету «Львівська політехніка» з проблеми «Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології» згідно з науково-технічною програмою Міністерства освіти і науки України (№ держреєстрації 01960000134) Аналіз теорії багатокомпонентних водно-сольових систем, існуючих методів моделювання їхніх станів та процесів, які відбуваються в технологічних циклах, зокрема в процесі випарювання розчинів, розчиненні та кристалізації твердих фаз мінералів. Проаналізовано вплив процесу виморожування розсолів шламосховища Стебницького ДГХП «Полімінерал» на виділення сульфату натрію із розсолів [1]; розроблено модель рівноваги «розчин-тверда фаза» в багатокомпонентних водно-сольових системах [2]; досліджено траєкторії елементарних галургійних процесів: ізотермічне випарювання і кристалізація в багатокомпонентних водно сольових системах [3]; розроблено математичну модель політерми розчинності [4]; досліджено рівновагу складних мінералів типу подвійних солей з багатокомпонентними розчинами [5]; обґрунтовано вибір методу аналізу для продуктів кристалізації з багатокомпонентних водно-сольових систем [6]; досліджено екологічні проблеми переробки полімінеральних руд на теренах Західної України [7].У розділі 2 розглянуто основні обєкти, методику та інструментарій досліджень, фізико-хімічна характеристика - хімічний склад і умови формування твердих та рідких відходів виробництва, як обєктів наступної утилізації, реагентів, що використовувались у дослідах, а також стандарти на продукт утилізації розсолів - безводний сульфат натрію, який передбачається випускати на стендовій установці першої черги промислового перероблення розсолів. У дисертації запропонована методика побудови математичних моделей міжфазової рівноваги в (n 1) - компонентних ВСС на основі уявлення про те, що у (n 1) - вимірному концентраційному просторі множина фігуративних точок розчинів, рівноважних з окремим мінералом, утворює гіперповерхню, яка за (n 1)=2 вироджується у лінію. Традиційна перевірка адекватності математичної моделі, коли її основою є квадратична форма, у якій усі параметри стану формально рівноцінні непридатна, коли в рівновазі з розчином перебуває складний мінерал - наприклад, подвійна сіль і т. п., оскільки поняття «розчинність» щодо складних мінералів в багатокомпонентних розчинах втрачає звичний зміст, а разом з тим - і виділення параметру складу розчину, який можна було б розглядати як «відгук» відповідного рівняння регресії. Моделі рівноваги усіх мінералів ВСС, включаючи лід, із розчином однозначно і повністю задають усі інші обєкти рівноваги цієї системи: математичним образом множин фігуративних точок розчинів, рівноважних з двома, трьома, а в загальному випадку з N мінералами n-компонентної ВСС є розвязок системи відповідно двох, трьох,… N рівнянь другого порядку, які отримуються числовими методами за допомогою компютерів; їх алгоритми входять в спеціальне програмне забезпечення. Ідентифікації складніших обєктів міжфазової рівноваги відрізняється лише значенням кількості незалежних сольових компонентів і більшою інформативністю обєднаного блоку матриць рівноваги з розчином усіх мінералів ВСС.На основі моніторингу факторів шкідливого впливу на довкілля ДГХП «Полімінерал» встановлено, що найістотнішою його причиною стала неприпустимо низька ефективність перероблення у цільові продукти полімінеральних руд. Тому видобуто понад 10 млн. м3 надлишку руди, що у вигляді «хвостів» стала причиною екологічної катастрофи, а утворені підземні пустоти призвели до розвитку карстових явищ і провалів земної поверхні. Розроблений в дисертаційній роботі математичний апарат, що охоплює моделювання умов міжфазної рівноваги та траєкторії процесів міжфазних перетворень, є науковою основою таких процесів.
План
Основний зміст роботиОсновний зміст дисертації викладений у публікаціях
1. Ятчишин Ю.Й., М.С. Мальований, С.Б. Мараховська. Застосування методу виморожування для виділення сульфату натрію із розсолів Стебницького ДГХП «Полімінерал» // «Хімічна промисловість України», №6, 2004. - С. 11-14.
2. Ятчишин Ю.Й., Ковальчук Б.Є. Модель рівноваги «розчин-тверда фаза» в багатокомпонентних водно-сольових системах. Вісник НУ «Львівська політехніка» «Хімія, технологія речовин та їх застосування» №461, Львів, 2002. - С. 64-68.
3. Ятчишин Ю.Й., Ковальчук Б.Є. Траєкторії елементарних галургійних процесів: ізотермічне випарювання і кристалізація в багатокомпонентних водно сольових системах // Вісник НУ «Львівська політехніка» «Хімія, технологія речовин та їх застосування» №488, Львів, 2003. - С. 213-219.
4. Ятчишин Ю.Й., Ковальчук Б.Є. Моделі політерми розчинності мінералів // Вісник НУ «Львівська політехніка» «Хімія, технологія речовин та їх застосування» №529, 2005 р. - С. 53-58.
5. Ятчишин Ю.Й., Ковальчук Б.Є. Моделювання рівноваги складних мінералів типу подвійних солей з багатокомпонентними розчинами // Вісник НУ «Львівська політехніка» «Хімія, технологія речовин та їх застосування» №529, 2005 р., c. 58-63.
6. Ятчишин Ю.Й., Полюжин І.П., Чекайло М.В. Обґрунтування вибору методу аналізу для продуктів кристалізації з багатокомпонентних водно-сольових систем // Вісник НУ «Львівська політехніка» «Хімія, технологія речовин та їх застосування» №536, 2005 р., с. 25-31.
7. Ятчишин Ю.Й., М.С. Мальований. Екологічні проблеми перероблення полімінеральних руд на теренах Західної України // «Екологічний вісник», №5 (27), 2004. - С. 29-30.
8. Yatchyshyn Y., Kovalchuk B. Mathematical models of processes in multicomponent water-salt systems as a basis of wasteless technologies of processing of polymineral ores. Fifth international students" conference «Environment. Development. Engineering». 18-21 May 2004, Krakow.
9. Ятчишин Ю.Й., М.С. Мальований, Ковальчук Б.Є. Шляхи усунення екологічної небезпеки від наслідків діяльності калійного виробництва (Прикарпаття) // Сб. научн. трудов ХІІ межд. научно-техн. конф. «Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов». - Т. III. Проблемы регионов. Охрана воздушного бассейна. Проблемы водного бассейна. Утилизация отходов. - Харьков, 2004. - С. 500-502.
10. Ятчишин Ю.Й., М.С. Мальований, Ковальчук Б.Є., Свянтко І.М. Утилізація багатокомпонентних водно-сольових систем - відходів перероблення калійних руд Прикарпаття // Тези доповіді Міжнародної науково-практичної конференції «І Всеукраїнський зїзд екологів». Вінниця, 2006. с. 33.
11. Ятчишин Ю.Й., М.С. Мальований, Ковальчук Б.Є., Свянтко І.М. Методи утилізації шламосховищ багатокомпонентних водно-сольових систем та способи одержання цінних компонентів із них // Тези доповіді XIV міжн. наук.-практ. конференції «Екологічні проблеми водного та повітряного басейнів. Утилізація відходів». Алушта, 2006. с. 192-193.
Размещено на .ru
Вывод
1. На основі моніторингу факторів шкідливого впливу на довкілля ДГХП «Полімінерал» встановлено, що найістотнішою його причиною стала неприпустимо низька ефективність перероблення у цільові продукти полімінеральних руд. Тому видобуто понад 10 млн. м3 надлишку руди, що у вигляді «хвостів» стала причиною екологічної катастрофи, а утворені підземні пустоти призвели до розвитку карстових явищ і провалів земної поверхні.
2. З двох методів перероблення полімінеральних руд - флотаційного та галургійного, другий окремо, або у поєднанні з першим, може стати основою безвідходного виробництва, а також утилізації накопичених відходів. Розроблений в дисертаційній роботі математичний апарат, що охоплює моделювання умов міжфазної рівноваги та траєкторії процесів міжфазних перетворень, є науковою основою таких процесів.
3. Для побудови математичних моделей політермічної міжфазної рівноваги в багатокомпонентних ВСС (із взаємними підсистемами і складними мінералами) запропонована і адаптована для ПК методика, що ґрунтується на використанні апарату квадратичних форм та матричного числення, яка апробована для підсистем ВСС типу морської ( ) та .
4. На основі принципу трансляції розроблений алгоритм альтернативного способу побудови математичних моделей міжфазної рівноваги у багатокомпонентних ВСС, коли емпіричні дані про рівновагу неповні.
5. Розроблено та апробовано математичний апарат і алгоритми прогнозування траєкторій квазірівноважних процесів міжфазових перетворень в багатокомпонентних ВСС, як основи автоматизованого проектування екологічно ефективних виробництв і утилізації солевмісних відходів.
6. Експериментально визначено та підтверджено компютерними експериментами значення оптимальних параметрів процесу виморожування мірабіліту із стебницьких розсолів, як першої ключової стадії їх утилізації (температура реалізації процесу - 4-5 ОС).
7. З використанням даних компютерних експериментів та експериментальних лабораторних досліджень взято участь в розробленні «Вихідних даних на проектування стендової установки по отриманню Na2SO4 продуктивністю 1 м3 вхідного розсолу в годину» дочірним підприємством ВАТ «Інститут гірничохімічної промисловості» ОС «Екохімсерт».