«Норникель» и Рексофт первыми в России и СНГ внедрили систему для оптимизации процессов конвертирования медных штейнов на основе спектрометрии

Конвертирование — это один из ключевых этапов производства меди, при котором расплавленное сырье обрабатывают кислородом. В результате из него удаляются примеси, такие как железо и сера, и остается более чистый продукт — черновая медь, из которой затем получают готовый металл. На большинстве предприятий этот процесс до сих пор зависит от опыта конвертерщика: решения принимаются на основе визуального анализа цвета пламени и пробы металла, объективные инструменты контроля отсутствуют*.

«Спектрометрия в сочетании с математическими алгоритмами позволила в онлайн-режиме определять остаточное количество железа и серы в расплаве и прогнозировать оптимальное время завершения операции. Результат проекта позволит увеличить извлечение Cu в черновую медь на 0,42%. По предварительным расчетам промышленное внедрение технологии позволит предприятию получить дополнительно 150-200 млн рублей в год. Масштабирование технологии на все площадки компании может принести порядка 20 млн долларов ежегодно», — прокомментировал эффекты руководитель проекта Антон Харин, главный менеджер департамента инноваций «Норникеля».

Для решения этой задачи «Норникель» и Рексофт оснастили конверторы промышленными отечественными спектрометрами и разработали специальные УФ-лампы для подсветки отходящих газов. Была создана и обучена модель, основанная на массиве химических анализов расплава в разные моменты времени. Анализ спектра позволяет получить своеобразный «световой отпечаток» — по наличию определённых соединений в газах определяется остаточное количества железа и серы в расплаве в режиме реального времени. Система автоматически предлагает оператору оптимальное время завершения каждого этапа процесса.

Отдельная гордость проекта — это первое в мире промышленное применение** технологии спектрометрии на сырье, не содержащем свинец. В отличие от большинства известных научных работ и внедрений, где применяются эмиссионные спектры соединений свинца (PbS, PbO) для определения стадии конвертирования, в данном проекте были разработаны и использованы альтернативные подходы, адаптированные под бесcвинцовый состав. Также это первый успешный промышленный опыт применения технологии ультрафиолетовой спектрометрии поглощения для контроля содержания серы в расплаве. Он был реализован на площадке Медного завода Заполярного филиала «Норникеля».

«Текущий проект стал реальным примером, где накопленный научный опыт был преобразован в прикладное решение, а научные знания — в промышленную инновацию. Мы создали инструмент, заменяющий субъективные методы контроля на точный, количественный подход. Технология уже доказала свою эффективность, открывая путь к значимому экономическому эффекту и возможности масштабирования на другие предприятия и типы производств», — рассказал научный руководитель проекта Илья Муха, менеджер практики «Технологическая трансформация» Рексофт Консалтинг.

«Проект открывает путь к широкому применению технологии оптического бесконтактного контроля во многих отраслях, где требуется точный химический анализ. В зоне потенциального интереса — 17 крупных металлургических предприятий на территории России и СНГ, использующих процесс конвертирования. Масштабирование технологии позволит существенно снизить потери цветных металлов, улучшить контроль и увеличить общую производственную эффективность. Мы уверены, что данную технологию можно применять и к разным видам цветных металлов, а также использовать в других сегментах металлургии, что еще более расширит значимость и масштаб достигнутого командой “Норникеля” и Рексофт совместного результата***», — рассказал о рынке применения новой технологии Алексей Богомолов, директор практики «Технологическая трансформация» Рексофт Консалтинг.

* На большинстве пирометаллургических заводов управление процессом конвертирования осуществляется вручную. Операторы ориентируются на цвет пламени и внешний вид так называемой «фурменной пробы» — металлического стержня, которым проверяют готовность расплава. Одним из признаков окончания первого этапа считается цвет пробы, ее структура и «паутинка» — характерный узор на поверхности пробы после охлаждения. Однако такие методы субъективны и требуют высокой квалификации оператора процесса. Внедрение спектрометрии позволяет перейти от эмпирического контроля к научно обоснованному управлению на основе онлайн-анализа остаточного количество железа и серы в расплаве.

** По данным в открытых источниках и научных статьях.

*** Доля цветной металлургии в российском ВВП составляет 2,8%, в промышленном производстве — 10,2%, в экспортных доходах — 5,8%. На 1 января 2024 г. в России насчитывается 37 предприятий по производству цветных металлов. Производство алюминия в 2023 г. достигло 3,836 млн т, его доля на мировом рынке составила 5,6%. На предприятиях произвели 611288 т медных катодов и 459998 т меди. На мировом рынке доля российской меди составила 3,3%, доля никеля — 10,2%.