Электронные приложения к томам журнала содержат переводные версии научных статей, опубликованные ведущими российскими учеными в зарубежных журналах открытого доступа.
Основной целью подготовки переводов является обеспечение доступности передовых результатов исследований для русскоязычной научной аудитории: ученых, отраслевых специалистов и всех заинтересованных лиц, которые могут испытывать языковые барьеры при работе с иностранными источниками.
При использовании материала необходимо цитировать оригинальную статью – ссылка для цитирования указана в каждой статье.
Подать заявку на размещение перевода вашей статьи можно через почту: pmi@spmi.ru.
К.И. СМЫШЛЯЕВА1, В.А. РУДКО1, В.Г. ПОВАРОВ1, А.А. ШАЙДУЛИНА1, И.И. ЕФИМОВ1, Р.Р. ГАБДУЛХАКОВ1, И.Н. ПЯГАЙ1, Дж.Г. СПЕЙТ2
1 Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
2 CD and W Incorporated, Ларами, США
Проведена оценка и сравнение влияния асфальтенов из двух тяжелых нефтяных остатков на седиментационную стабильность остаточных морских топлив. В качестве базовых компонентов остаточного судового топлива были взяты вакуумный остаток (ВакОст) и остаток висбрекинга (ВисОст). Нерастворимые в гептане фракции (HI-фракции), включая асфальтены, выделенные из вакуумного остатка и остатка висбрекинга, были проанализированы для определения элементного состава (XRF – рентгенофлуоресценция) и кластерных параметров (XRD – рентгеновская дифракция). Результаты анализа параметров асфальтенового кластера (HI-фракции) для вакуумного остатка и остатка висбрекинга показали, что dγ – 6,1 и 5,9 Å, Lc – 26,72 и 20,78 Å, La – 7,68 и 7,20 Å. Седиментационная стабильность остаточного морского топлива определялась по методу ISO 10307-1-2009 (TSA) и описывалась с помощью троичных фазовых диаграмм. Отношение стабильных композиций к общему числу возможных композиций (с шагом 10 мас. %) составило 65/66 или 98,5 % для остаточного судового топлива, состоящего из смеси ВакОст/УНСД/ЛГКК (вакуумный остаток/ультранизкосернистое дизельное топливо/легкий каталитический газойль). При этом соотношение стабильных композиций к общему числу возможных составов составило 38/66 или 57,6 % для остаточного судового топлива, состоящего из смеси ВисОст/УНСД/ЛГКК (висбрекинг-остаток/ультранизкосернистое дизельное топливо/легкий каталитический газойль).
Ksenia I. SMYSHLYAEVA1, Viacheslav A. RUDKO1, Vladimir G. POVAROV1, Alina A. SHAIDULINA1, Ignaty I. EFIMOV1, Renat R. GABDULKHAKOV1, Igor N. PYAGAY1 and James G. SPEIGHT2
1 Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
2 CD and W Incorporated, Laramie, USA
The effects of asphaltenes from two heavy oil residues on the sedimentation stability of residual marine fuels were assessed and compared. As base components of residual marine fuels, the vacuum residue (VacRes) and visbreaking residue (VisRes) were taken. The heptane-insoluble fractions (HI-fractions), including asphaltenes, isolated from vacuum residue and visbreaking residue, were analyzed to determine the elemental composition (XRF) and cluster parameters (XRD). The results of the analysis of the parameters of the asphaltene cluster (HI-fraction) for vacuum residue and visbreaking residue showed that d – 6.1 and 5.9 Å, Lc – 26.72 and 20.78 Å, and La – 7.68 and 7.20 Å. The sedimentation stability of residual marine fuel was determined according to the ISO 10307-1-2009 (TSA) method and described using ternary phase diagrams. The ratio of stable compositions to the total number of possible compositions (with a step of 10 wt%) was 65/66 or 98.5% for residual marine fuel comprising a mixture VacRes/ULSD/LCGO (vacuum residue/ultralow sulphur diesel/light catalytic gas oil). Meanwhile, the ratio of stable compositions to the total number of possible compositions was 38/66 or 57.6% for residual marine fuel comprising a mixture VisRes/ULSD/LCGO (visbreaking residue/ultra-low sulphur diesel/light catalytic gas oil).
О.В. ЧЕРЕМИСИНА, В.В. СЕРГЕЕВ, М.А. ПОНОМАРЕВА, А. ИЛЬИНА, А.Т. ФЕДОРОВ
Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
Рассмотрены кинетические особенности жидкостной и твердофазной экстракции иттрия и железа (III) из модельных и промышленных растворов фосфорной кислоты. В качестве жидкого экстрагента использовали ди-2-этилгексилфосфорную кислоту (Д2ЭГФК), а в качестве твердофазного экстрагента – Д2ЭГФК-содержащую смолу Levextrel – продукт совместной полимеризации стирола и дивинилбензола в присутствии Д2ЭГФК. С помощью формального кинетического уравнения первого порядка выявлена существенная зависимость константы скорости экстракции иттрия от скорости перемешивания. Полученные данные характеризуют процесс, лимитируемый диффузией, с энергией активации 16,2 ± 1,3 кДж/моль. Повышение температуры при экстракции железа (III) приводит к переходу лимитирующей стадии от кинетической к диффузионной, что сопровождается снижением энергии активации с 40,0 ± 1,4 до 11,4 ± 1,2 кДж/моль. Эффективное разделение элементов на стадии экстракции возможно при температурах 283-300 К в неравновесных условиях переноса ионов железа из водной фазы в органическую. Это условие обеспечивает за 1,5-2 мин высокий коэффициент разделения иттрия и железа, составивший 23,2. Кинетика экстракции смолой Levextrel описывается уравнением второго закона Фика, устанавливающим закономерности диффузии в твердом зерне органической фазы с энергией активации 18,5 ± 2,0 кДж/моль.
Olga CHEREMISINA, Vasiliy SERGEEV, Maria PONOMAREVA, Alexandra ILINA, Alexander FEDOROV
Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
The kinetic features of solvent andsolid-phase extraction of yttriumandiron (III) fromsimulated and industrial phosphoric acid solutions are revealed. Di-2-ethylhexylphosphoric acid (D2EHPA) was used as a liquid extractant, and D2EHPA-containing Levextrel resin—a co-polymerization product of styrene and divinylbenzene in the presence of D2EHPA—was used as a solid-phase extraction agent. Significant dependence of yttrium extraction rate constant on the stirring rate was revealed using the formal first-order kinetic equation. The data obtained characterizes a diffusion-limited process with an activation energy of 16.2 ± 1.3 kJ/mol. Temperature increase during the iron (III) extraction process leads to a changeover of a rate-limiting stage from kinetic to diffusion, accompanied by drop of activation energy from 40.0 ± 1.4 to 11.4 ± 1.2 kJ/mol. E_ective separation of elements at the extraction stage is possible at temperatures of 283–300 K under non-equilibrium conditions of the ferric ions transport from aqueous to organic phase. This condition ensures a high yttrium–iron separation coe_cient of 23.2 in 1.5–2 min. Extraction kinetics by Levextrel resin are described by Fick’s second law equation, which establishes the laws of diffusion in the solid grain of the organic phase with an activation energy of 18.5 ± 2.0 kJ/mol.
Е. ЧЕРЕМИСИНА1, О.В. ЧЕРЕМИСИНА2, М.А. ПОНОМАРЕВА2, В.А. БОЛОТОВ2, А.Т. ФЕДОРОВ2
1 K1-MET GmbH, Линц, Австрия
2 Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
В работе изучена кинетика сорбции сероводорода поверхностью железомарганцевого материала, содержащего в своем составе смесь оксидов железа (II) и (III) FeO × Fe2O3, таканелита (Mn,Ca)Mn4O9 × 3H2O и кварца SiO2 и являющегося образцом нерафинированной железомарганцевой руды. Рассчитаны значения константы скорости сорбции и константы энергии активации. Установлено каталитическое действие оксида железа (III), присутствие которого в природном материале способствует снижению энергии активации сорбции H2S. На основании результатов рентгенофазового и хроматографического методов анализа выявлена химическая (окислительно-восстановительная) реакция превращения сероводорода в элементарную серу и H2O. Общая скорость процесса выражена через физическую стадию сорбции и химические превращения компонентов; учтено влияние скорости третьей стадии – десорбции продуктов реакции – на общую скорость процесса. Определена лимитирующая стадия процесса: химическая реакция. Используется соотношение между теплотой и энергией активации химического превращения по правилу Бронстеда-Поланьи для каталитических процессов. Установлено, что с увеличением теплоты хемосорбции энергия активации стадии хемосорбции уменьшается и, как следствие, увеличивается ее скорость. Рассчитаны параметры процесса сорбции – степень покрытия Fe2O3 исходными веществами и продуктами реакции, обеспечивающая максимальную скорость сорбции, что может служить критерием для оценки каталитически активных участков поверхности катализатора для проведения каталитических реакций.
Elizaveta CHEREMISINA1, Olga V. CHEREMISINA2, Maria A. PONOMAREVA2, Viktor A. BOLOTOV2 and Alexander T. FEDOROV2
1 K1-MET GmbH, Линц, Австрия
2 Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
The kinetics of hydrogen sulfide sorption by the surface of a ferromanganese material containing in its composition a mixture of iron (II) and (III) oxides FeO × Fe2O3, takanelite (Mn, Ca) Mn4O9 × 3H2O and quartz SiO2, and which is samples of unrefined ferromanganese ore, was studied in this work. Sorption rate constant and activation energy constant values were calculated. The catalytic effect of iron (III) oxide was established, the presence of which in natural material contributes to a decrease in the H2S sorption activation energy. Based on the results of X-ray phase and chromatographic analysis methods, a chemical (redox) reaction of the conversion of hydrogen sulfide into elemental sulfur and H2O was revealed. The overall process rate is expressed in terms of the physical sorption stage and chemical transformation of the components; the influence of the rate of the third stage—reaction products desorption—on the overall rate of the process is taken into account. The limiting stage of the process is determined—a chemical reaction. The relation between the heat and the activation energy of the chemical transformation is used according to the Bronsted—Polanyi rule for catalytic processes. It was found that with an increase in the chemisorption heat, the activation energy of the chemisorption stage decreases and, as a consequence, its rate increases. The sorption process parameters were calculated—the Fe2O3 coverage degree with the initial substances and reaction products providing the maximum sorption rate, which can be a criterion for evaluating the catalytically active sites of the catalyst surface for carrying out catalytic reactions.
С.А. САВЧЕНКОВ, И.И. БЕЛОГЛАЗОВ
Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
В настоящее время для производства сплавов магния и алюминия используются магниевые лигатуры с таким редкоземельным металлом (РЗМ), как иттрий. Эти сплавы, особенно система Mg-6Zn-1Y-0,5Zr, широко используются в авиационной и автомобильной промышленности. Статья посвящена исследованию особенностей процесса синтеза тройных сплавов магния с иттрием и цинком. Авторы использовали рентгенофлуоресцентный анализ (РФА), дифференциальный термический анализ (ДТА) и рентгеноспектральный анализ (РСА). Для проведения микроструктурных исследований использовалась оптическая микроскопия. Исследованы тепловые эффекты, возникающие в ходе металлотермических реакций восстановления иттрия из солевой смеси YF3-NaClKCl-CaCl2 расплавом магния и цинка, и определены температуры этих эффектов. Подтверждено, что металлотермическая реакция восстановления иттрия протекает из прекурсоров состава: Na1.5Y2.5F9, NaYF4, Na5Y9F32 и KY7F22, и начинается при температуре 471°C. Подробно представлены результаты экспериментальных исследований процесса металлотермического восстановления иттрия из солевой смеси YF3-NaCl-KCl-CaCl2. Эксперименты проводились в шахтной печи при температурах от 650 до 700°C, и было установлено, что при температуре синтеза 700°C выход иттрия достигает 99,1-99,8 %. Установлены рациональные технологические режимы синтеза (температура 700°C, выдержка в течение 25 мин, соотношение хлоридов и фторида иттрия 6:1, периодическое перемешивание расплавленного металла), при которых выход иттрия достигает 99,8 %. В ходе экспериментов была изучена структура полученных образцов сплава. Эта структура отличается равномерным распределением тройных интерметаллических соединений (Mg3YZn6) в основной части двойной магниево-цинковой эвтектики. Проведены исследования по испытанию полученного тройного мастер-сплава в качестве легирующего материала при производстве сплавов системы Mg6Zn-1Y-0,5Zr, при этом усвояемость иттрия составила от 91 до 95 %.
Sergey A. SAVCHENKOV, Ilia I. BELOGLAZOV
Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
At present, magnesium master alloys with such rare earth metals (REM) as yttrium are used in the production of alloys of magnesium and aluminum. These alloys especially the system Mg-6Zn-1Y-0,5Zr are commonly used in the aircraft and automotive industries. The article is devoted to the exploration of the synthesis process features for ternary magnesium master alloys with yttrium and zinc. The authors used X-ray fluorescence analysis (XRF), differential thermal analysis (DTA), and X-ray spectral analysis (XRD). Optical microscopy was used to conduct microstructural studies. The thermal effects that occur during metallothermic reactions of yttrium reduction from the YF3-NaCl-KCl-CaCl2 salt mixture with a melt of magnesium and zinc were investigated, and the temperatures of these effects were determined. It has been confirmed that the metallothermic reaction of yttrium reduction proceeds from the precursors of the composition: Na1.5Y2.5F9, NaYF4, Na5Y9F32, and KY7F22, and starts at a temperature of 471°C. The results of experimental studies of the process of metallothermic reduction of yttrium from the salt mixture YF3-NaCl-KCl-CaCl2 are presented in detail. These experiments were carried out in a pit furnace at temperatures ranging from 650 to 700°C, and it was found that, at a synthesis temperature of 700°C, the yttrium yield is up to 99.1–99.8%. The paper establishes rational technological regimes for the synthesis (temperature 700°C, exposure for 25 min, the ratio of chlorides to yttrium fluoride 6:1, periodic stirring of the molten metal) at which the yttrium yield reaches up to 99.8 %. The structure of the master alloy samples obtained during the experiments was studied. That structure can be distinguished by a uniform distribution of ternary intermetallic compounds (Mg3YZn6) in the bulk of the double magnesium–zinc eutectic. Studies have been carried out on testing the obtained ternary master alloy as an alloying material in the production of alloys of the Mg-6Zn-1Y-0.5Zr system, while the digestibility of yttrium ranged from 91 to 95 %.
С.М. КОСОЛАПОВА, М.С. СМАЛЬ, В.А. РУДКО, И.Н. ПЯГАЙ
Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
Страны всего мира признают многочисленные социальные, экономические и экологические преимущества продвижения жидкого биотоплива. Они инвестируют в его развитие, вводят налоговые льготы на его производство и тарифы регулирования производства. В большинстве исследований процесс синтеза эфиров жирных кислот занимает длительное время от 1 до 8 ч. В данной работе синтез эфиров жирных кислот проводился в диапазоне объемных соотношений этанола и масла линолевого типа с целью повышения кинетики процесса. Основные параметры синтеза изучали с использованием реакторов с магнитным перемешиванием в параллельной реакторной системе H.E.L. Синтез проводили в присутствии гомогенного щелочного катализатора. Объемное соотношение этанола и масла поддерживалось на уровне 1:1, 2:1, 3:1, 4:1 и 5:1. Количество катализатора, добавляемого в реакционную смесь, составляло от 0,25 до 2,5 % к массе реакционного спирта. Сухость этанола варьировалась от 91 до 99 %. Были установлены эффективные условия процесса, позволяющие сократить время реакции с 2,5 ч до 5 мин при сохранении высокой степени конверсии. Полученные в ходе исследования результаты свидетельствуют о возможности использования реактора непрерывного действия для получения эфиров жирных кислот из линолевого сырья, содержащего до 16 % свободных жирных кислот. Это также означает возможность использования биотопливного сырья второго поколения.
Sofia M. KOSOLAPOVA, Makar S. SMAL, Viacheslav A. RUDKO, Igor N. PYAGAY
Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
Countries around the world recognize the numerous social, economic and environmental advantages of promoting liquid biofuels. They invest in its development and introduce tax incentives for its manufacture and tariffs of production regulation. In most studies, the process of synthesizing fatty acid esters takes a long time from 1 to 8 h. In this work, the synthesis of fatty acid esters was carried out in the range of volumetric ratios of ethanol to linoleic type oil in order to increase the kinetics of the process. The main parameters of the synthesis were studied by use of magnetic stirred tank reactors in a parallel reactor system, H.E.L. The synthesis was carried out in the presence of a homogeneous alkaline catalyst. The volumetric ratio of ethanol to oil was maintained at 1:1, 2:1, 3:1, 4:1 and 5:1. The amount of catalyst added to the reaction mixture ranged from 0.25 to 2.5% by the weight of the reaction alcohol. The dryness of ethanol varied from 91 to 99%. Effective process conditions have been established to reduce the reaction time from 2.5 h to 5 min while maintaining a high degree of conversion. The results obtained during the study suggest the possibility of using a continuous reactor to produce fatty acid esters from linoleic raw materials containing up to 16% of free fatty acids. This also means the possibility of using second generation biofuel feedstock.
В.В. СЕРГЕЕВ, Д.А. БАЛАНДИНСКИЙ, Г.В. РОМАНОВ, Г.А. РУКИН
Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
Сорбционная очистка сточных вод от соединений хрома является актуальным и активно развивающимся направлением исследований. Однако ощущается недостаток сорбентов, сочетающих высокую эффективность и экономическую доступность с возможностью применения в промышленных условиях. В данной работе изучены сорбционные свойства биоугля ЭкоЧар, полученного в результате быстрого пиролиза отходов сельскохозяйственной птицы, по отношению к удалению ионов трехвалентного хрома и определены основные термодинамические параметры процесса, относящегося к типу сильной хемосорбции. На основании ИК-спектров сорбирующего материала высказано предположение об образовании хелатных комплексов гидролизованными ионами хрома с участием карбоксильных групп и простых эфирных связей. С использованием модели Ленгмюра найдены значения сорбционной емкости сорбента: 68,8 ± 0,2 мг Cr(III)/г и 87,5 ± 0,3 мг Cr(III)/г при 298 и 318 К, соответственно. Эти значения, значительно превышающие аналогичные показатели соответствующих отходов, делают использование данного биоугля в качестве адсорбента выгодным для удаления Cr(III) содержащих соединений из кислых сточных вод.
Vasily V. SERGEEV, Daniil A. BALANDINSKY, Gordey V. ROMANOV and Gleb A. RUKIN
Saint Petersburg Mining University, Saint-Petersburg, Russia
Sorption treatment of wastewater from chromium compounds is a current and actively developing area of research. However, there is a lack of sorbents combining high efficiency and economic affordability with the possibility of application in industrial conditions. In this work, the sorption properties of biochar material “EcoChar”, obtained as a result of fast pyrolysis of agricultural poultry waste, were studied in relation to the removal of trivalent chromium ions, and the basic thermodynamic parameters of the process, which is the type of strong chemisorption, were determined. Based on the IR spectra of the sorbent material, the formation of chelate complexes by hydrolyzed chromium ions with the involvement of carboxylic groups and simple ether bonds is suggested. Using the Langmuir model, the values of sorption capacity of sorbent were found as, 68.8 ± 0,2mg Cr(III)/g and 87.5 ± 0,3mg Cr(III)/g at 298 and 318 K, respectively. These values, which are much higher than those of their corresponding waste material counterparts, make the use of this biochar as an adsorbent advantageous for the removal of Cr(III) containing compounds from acidic wastewater.
Д.С. ЛУЦКИЙ, Е.С. ЛУКЬЯНЦЕВА, В.Ю. МИХЕЕВА, Л.В. ГРИГОРЬЕВА
Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
В соответствии с Государственной программой Российской Федерации «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности», а также отсутствием балансовых месторождений редкоземельных металлов на территории Российской Федерации, актуальным является изучение методов извлечения и разделения редкоземельных металлов из технологических растворов, получаемых при переработке апатитовых концентратов. Статья посвящена изучению кинетических особенностей твердофазной экстракции самария (III) и гадолиния (III) из моделируемых промышленных фосфорнокислых растворов. В качестве твердофазного экстрагента использовали смолу Levextrel (продукт сополимеризации стирола и дивинилбензола), содержащую ди-2-этилгексилфосфорную кислоту (D2EHPA). С помощью формального кинетического уравнения первого порядка выявлена существенная зависимость константы скорости экстракции самария (III) и гадолиния (III) от скорости перемешивания. На основании линейных зависимостей логарифма константы скорости реакции от взаимной температуры были установлены энергии активации экстракции Gd и Sm из фосфатных модельных растворов, которые составили 42,47 и 28,48 кДж/моль соответственно. Полученные значения энергий активации свидетельствуют о том, что лимитирующей стадией процесса экстракции на твердом экстрагенте можно считать химическую реакцию между ионами редкоземельных металлов и функциональными группами экстрагента. Разделение элементов на стадии экстракции возможно при температуре 333 К в неравновесных условиях с коэффициентом разделения до 1,8 за 5 мин.
Denis S. LUTSKIY, Elena S. LUKYANTSEVA, Valeria Yu. MIKHEEVA and Lyudmila V. GRIGORIEVA
Saint Petersburg Mining University, Saint-Petersburg, Russia
In accordance with the State Program of the Russian Federation «Development of Industry and Its Competitiveness», as well as the absence of balance deposits of rare earth metals on the territory of the Russian Federation, it is urgent to study methods for the extraction and separation of rare earth metals from technological solutions obtained during the processing of apatite concentrates. The article is devoted to the study of the kinetic features of solidphase extraction of samarium (III) and gadolinium (III) from simulated industrial phosphoric acid solutions. Levextrel resine (co-polymerization product of styrene and divinylbenzene) containing Di-2-ethylhexylphosphoric acid (D2EHPA) – was used as a solid-phase extraction agent. Significant dependence of samarium (III) and gadolinium (III) extraction rate constant on the stirring rate was revealed using the formal first-order kinetic equation. Based on the linear dependences of the logarithm of the reaction rate constant on the reciprocal temperature, the activation energies for the extraction of Gd and Sm from phosphate model solutions were established, which, respectively, were 42.47 and 28.48 kJ/mol. The obtained values of the activation energies indicate that the limiting stage of the extraction process on a solid extractant can be considered a chemical reaction between ions of rare-earth metals and functional groups of the extractant. Separation of elements at the extraction stage is possible at temperature of 333 K under non-equilibrium conditions with separation coefficient up to 1.8 in 5 min.
А.М. ЕРЕМЕЕВА, Н.К. КОНДРАШЕВА, А.Ф.ХАСАНОВ, И.Л. ОЛЕЙНИК
Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
В настоящее время глобальной проблемой для стран является поиск сырья и производство биоэнергии на территории своей страны, к биоэнергии относится и биодизельное топливо. Одним из наиболее перспективных видов биодизельного топлива является экологически чистое дизельное топливо, получаемое путем гидрогенизации растительных масел. Для получения высококачественного биодизеля и экологически чистого дизельного топлива предложено три метода: компаундирование зеленого дизеля с гидроочищенным дизельным топливом, композиции улучшенного топлива «зеленый дизель» с биодобавками и двухкомпонентные смеси экологически чистого дизельного топлива с биодобавками. Используя эти методы, можно получить топливо для дизельных двигателей с улучшенными смазывающими свойствами, диаметр рубца износа снижен до 232 мкм, согласно стандарту EN 590: 2009, это значение стандартно составляет до 460 мкм. Установлен оптимальный количественный состав трехкомпонентного экологически чистого дизельного топлива с улучшенными смазывающими свойствами. Установлена зависимость изменения смазывающих свойств экологически чистого дизельного топлива от количественного и качественного состава. Выведено математическое уравнение, описывающее зависимость изменения скорректированного пятна износа от количества противоизносной присадки в экологичном дизельном топливе. Трехкомпонентные составы экологически чистого дизельного топлива позволяют получить топливо, соответствующее требованиям стандарта EN 590: 2009, расширить ресурсы получения топлива, а также улучшить экологические и эксплуатационные характеристики топлива.
Anzhelika M. EREMEEVA, Natalia K. KONDRASHEVA, Artyom F. KHASANOV and Ivan L. OLEYNIK
Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
Currently, the global issue for countries is the search for raw materials and the production of bioenergy within their country; bioenergy also includes biodiesel fuels. One of the most promising biodiesel fuels is the green diesel fuel produced by the hydrogenation of vegetable oils. Three methods have been proposed to obtain high-quality biodiesel and environmentally friendly diesel fuel: compounding green diesel with hydro-treated diesel fuel, compositions of the improved fuel «green diesel» with bio-additives, and two-component mixtures of environmentally friendly diesel fuel with bio-additives. Using these methods, it is possible to produce fuel for diesel engines with improved lubricating properties, the wear scar diameter is reduced to 232 microns, according to EN 590: 2009, this value standard is up to 460 microns. The optimal quantitative composition of three-component environmentally friendly diesel fuel with improved lubricity was established. The dependence of the change in the lubricating properties of environmentally friendly diesel fuel on the quantitative and qualitative composition are established. A mathematical equation describing the dependence of the change in the corrected wear spot on the amount of anti-wear additive in the green diesel fuel is derived. Three-component compositions of environmentally friendly diesel fuel make it possible to obtain fuel that meets the requirements of the EN 590: 2009 standard and to expand the resources for obtaining fuel, as well as to improve the environmental and operational characteristics of the fuel.
А.В. БОЙКОВ, В.А. ПАЙОР
Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
Данная статья представляет собой обзор актуальных научных проблем в области автоматизации управления процессом электромагнитно‑левитационной плавки цветных металлов и возможных путей их решения с использованием современных цифровых технологий. В статье описан технологический процесс электромагнитной левитационной плавки как метод получения сверхчистых металлов и основные проблемы автоматизации этого процесса с учетом отечественного и зарубежного опыта. Рассмотрены перспективные подходы к контролю положения расплава в индукторе в реальном времени на основе систем технического зрения. Выделены основные проблемы и факторы, препятствующие массовому внедрению в промышленность левитационной плавки в электромагнитном поле. Также рассмотрена проблема прохождения точки Кюри нагретой заготовкой и влияние потери заготовкой намагниченности на колебательном контуре установки и температура индуктора. В статье также отражены основные направления развития исследований в области левитационной плавки, в том числе: оптимизация энергозатрат, стабилизация положения расплава в индукторе, предиктивное управление процессом, масштабирование установок левитационной плавки. Представлена концепция цифрового двойника на основе численной модели как компонента системы автоматического управления технологическим процессом для реализации управления индуктором и прогнозирования технологических параметров расплава. Рассмотрена возможность использования технического зрения для визуального контроля положения расплава в индукторе на основе видеоизображений с целью его дальнейшей стабилизации в индукторе и повышения точности результатов численного моделирования за счет уточнения реальной геометрии расплава параллельно с расчетом самой модели.
Aleksei V. BOIKOV, Vladimir A. PAYOR
Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
This article is a review of current scientific problems in the field of automation of the electromagnetic levitation melting process control of non-ferrous metals and potential solutions using modern digital technologies. The article describes the technological process of electromagnetic levitation melting as a method of obtaining ultrapure metals and the main problems of the automation of this process taking into account domestic and international experience. Promising approaches to control the position of the melt in the inductor in real time on the basis of vision systems are considered. The main problems and factors preventing the mass introduction of levitation melting in the electromagnetic field to the industry are highlighted. The problem of passing the Curie point by the heated billet and the effect of the billet’s loss of magnetism on the vibrational circuit of the installation and the temperature of the inductor are also considered. The article also reflects key areas of research development in the field of levitation melting, including: optimization of energy costs, stabilization of the position of the melt in the inductor, predictive process control, and scaling of levitation melting units. The concept of a digital twin based on a numerical model as a component of an automatic process control system for the implementation of inductor control and prediction of process parameters of the melt is presented. The possibility of using vision for visual control of the melt position in the inductor based on video images for its further stabilization in the inductor and increasing the accuracy of numerical simulation results by specifying the real geometry of the melt in parallel with the calculation of the model itself is considered.
