Способ кавитационно-гидродинамической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли и может быть использовано при освоении природных и техногенных высокоглинистых россыпных месторождений полезных ископаемых с повышенным содержанием мелкого и тонкого золота.

Известен способ газоструйной дезинтеграции материала и устройство для его осуществления на основе принципа струйно-акустического воздействия на материал [1].

Недостатком данного способа является использование энергозатратных систем подачи струи газа и регулировки перемещения струйно-акустического генератора.

Установлены также способы и устройства, осуществляющие генерацию акустических колебаний ультразвукового диапазона в жидкотекучих средах посредством возбуждения потоком жидкости стержней, пластин, мембран или в результате модуляции струи жидкости [2-4].

Основным недостатком данных устройств является то, что соотношения между геометрическими размерами элементов гидродинамических генераторов колебаний и гидродинамическими параметрами прокачиваемой дисперсионной среды сужают диапазон плотности прокачиваемой гидросмеси. Это не позволит эффективно обработать минеральную составляющую гидросмеси глинистых песков россыпей с включениями твердых частиц размером от 50 мм. Данным обстоятельством определяется ограничение по технологическим показателям максимальной развиваемой мощности и производительности систем.

Известны различные системы роторного типа, использующие принцип струйной генерации акустических потоков [5, 6] и различные системы кавитационно-струйной диспергации [7].

Использование этих устройств ограничено пропускной способностью обрабатываемой среды (производительностью по массе), дисперсностью твердой фракции и не пригодно для дезинтеграции гидросмеси с включениями крупнокусковой составляющей с повышенным содержанием глин.

Известен гидродинамический генератор акустических колебаний ультразвукового диапазона и способ создания акустических колебаний ультразвукового диапазона, включающий корпус в виде конусно-цилиндрический трубы с входным и выходным отверстиями и размещенное внутри него препятствие для потока жидкости, которое представляет из себя систему, состоящую из последовательно соединенных плохо обтекаемого тела, стержня и диска, установленных соосно с трубой [8].

Данный способ основан на создании резонансных акустических явлений в гидропотоке посредством системы стационарных кавитационных элементов, однако конструктивное выполнение стационарных излучателей не выдержит давления потока песково-глинистых гидросмесей и не обеспечит дезинтеграцию минеральных составляющих в пульпе.

Наиболее близким по технической сущности является способ струйно-акустической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси, включающий скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку материала в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния размещенных внутри корпуса и последовательно установленных стационарных элементов с обеспечением глубокой дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, на входе которого создают высокоскоростную струю [9].

Данный способ основан на создании резонансных акустических явлений в гидропотоке посредством системы кавитационных элементов, однако для обеспечения износостойкости элементов в условиях повышенных гидродинамических нагрузок потребуются дополнительные затраты на увеличение срока службы используемой установки.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении эффективности процесса глубокой дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси глинистых песков россыпей на основе использования конструктивных особенностей системы, в том числе с обеспечением жесткости и износостойкости при образовании кавитационных и гидродинамических эффектов.

Технический результат достигается за счет того, что в способе кавитационно-гидродинамической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси, включающем скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния размещенных внутри корпуса и последовательно установленных стационарных элементов с обеспечением глубокой дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, на входе которого создают высокоскоростную струю, высокоскоростная струя подается на рассекатель с винтообразными лопастями, сопрягающимися с верхней наклонной поверхностью со смещенным в одну из сторон эллипсообразным отверстием и кавитационными наклонными порожками, установленными на ее нижней части острым углом навстречу потоку гидросмеси для расслоения потока и усиления осцилляций, при этом для усиления полей первичной гидродинамической и создания вторичной акустической кавитации происходит каскадное перетекание гидросмеси на последовательно и ступенчато установленные по ходу движения гидросмеси наклонные поверхности со смещенными эллипсообразными отверстиями в разные стороны, по отношению к предыдущей и последующей наклонным поверхностям, с кавитационными наклонными порожками, установленными на нижних частях наклонных поверхностей острым углом навстречу потоку гидросмеси для усиления кавитационно-акустического воздействия на минеральную составляющую гидросмеси и получения заданного среднего значения объемной плотности гидродинамического возмущения для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

На фиг. 1 - общий вид гидродинамического генератора; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, изображен рассекатель с винтообразными лопастями, сопрягающимися с верхней наклонной поверхностью со смещенным в одну из сторон эллипсообразным отверстием и кавитационными наклонными порожками; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 2, показан кавитационный наклонный порожек.

Способ выполняется с помощью гидродинамического генератора 1, который включает корпус 2 с входным отверстием 3 и выходным отверстием 4. Корпус 2 гидродинамического генератора 1 выполнен составным. Внутри корпуса 2 последовательно установлены стационарные элементы 5, включающие рассекатель 6 с винтообразными лопастями 7, сопрягающимися с верхней наклонной поверхностью 8 со смещенным в одну из сторон 9 эллипсообразным отверстием 10 и кавитационными наклонными порожками 11. Ниже верхней наклонной поверхности 8 последовательно и ступенчато 12 установлены по ходу движения 13 гидросмеси наклонные поверхности 14 со смещенными эллипсообразными отверстиями 15 в разные стороны 16, по отношению к предыдущей 17 и последующей 18 наклонным поверхностям 14. На нижних частях 19 наклонных поверхностей 14 так же, как и на нижней части 20 верхней наклонной поверхности 8 размещены кавитационные наклонные порожки 11. Кавитационные наклонные порожки 11 установлены острым углом 21 навстречу потоку 22 гидросмеси. Верхняя наклонная поверхность 8 и последующие наклонные поверхности 14 опираются на уголки-упоры 23 для обеспечения жесткости и износостойкости при повышенной гидродинамической нагрузке. Сужение стенок 24 гидродинамического генератора 1 обеспечивает усиление кавитационного эффекта. Рассекатель 6 имеет паз 25 для прохождения части гидросмеси на второй уровень 26 наклонных поверхностей 14 и освобождения от забуторенности верхней наклонной поверхности 8.

Способ кавитационно-гидродинамической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси выполняется следующим образом.

Начальный этап дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей включает скоростную подачу струи в гидродинамический генератор 1, который включает корпус 2 с входным отверстием 3 и выходным отверстием 4. Верхняя наклонная поверхность 8 и последующие наклонные поверхности 14 опираются на уголки-упоры 23 для обеспечения жесткости и износостойкости при повышенной гидродинамической нагрузке. Сужение стенок 24 гидродинамического генератора 1 обеспечивает усиление кавитационного эффекта. Процесс обработки гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий осуществляется посредством влияния размещенных внутри корпуса и последовательно установленных стационарных элементов 5 с обеспечением глубокой дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе 1, на входе которого создают высокоскоростную струю. Высокоскоростная струя подается на рассекатель 6 с винтообразными лопастями 7, сопрягающимися с верхней наклонной поверхностью 8 со смещенным в одну из сторон 9 эллипсообразным отверстием 10 и кавитационными наклонными порожками 11, установленными на ее нижней части 20 острым углом 21 навстречу потоку 22 гидросмеси для расслоения потока и усиления осцилляций. Рассекатель 6 имеет паз 25 для прохождения части гидросмеси на второй уровень 26 наклонных поверхностей 14 и освобождения от забуторенности верхней наклонной поверхности 8. Для усиления полей первичной гидродинамической и создания вторичной акустической кавитации происходит каскадное перетекание гидросмеси на последовательно и ступенчато 12 установленные по ходу движения 13 гидросмеси наклонные поверхности 14 со смещенными эллипсообразными отверстиями 15 в разные стороны 16, по отношению к предыдущей 17 и последующей 18 наклонным поверхностям 14, с кавитационными наклонными порожками 11, установленными на нижних частях 19 наклонных поверхностей 14 острым углом 21 навстречу потоку 22 гидросмеси для усиления кавитационно-акустического воздействия на минеральную составляющую гидросмеси и получения заданного среднего значения объемной плотности гидродинамического возмущения для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц.

Предлагаемый способ дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси с использованием кавитационных эффектов повысит технологический уровень добычи полезного ископаемого, уменьшит энергозатраты, улучшит эксплуатационные показатели по обслуживанию комплекса, повысит рентабельность производства и экологическую безопасность за счет исключения из технологического цикла использование реагентов.

Источники информации

1. Патент №2425719 RU, МПК B03B 5/02. Способ газоструйной дезинтеграции материала и устройство для его осуществления. - Опубл. 10.08.2011. Бюл. №22.

2. Агранат Б.А. Основы физики и техники ультразвука / Б.А. Агранат, М.Н. Дубровин, Н.Н. Хавский, Г.И. Эскин. - М.: Высш. шк., 1987. - 352 с.

3. Патент №2015749 RU, МПК B06B 1/20, F15B 21/12. Гидродинамический генератор колебаний. - опубл. 15.07.1994.

4. Патент №2229947 RU, МПК B06B 1/20. Способ глубокой обработки жидких и газообразных сред и генератор резонансных колебаний для его осуществления. - Опубл. 10.06.2004.

5. Промтов М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика: Монография. М.: Машиностроение - 1, 2001. - 260 с. ISBN 5-99275-006-8.

6. Балабышко A.M., Юдаев В.Ф. Роторные аппараты с модуляцией потока и их применение в промышленности. - М.: Недра, 1992. - с.: 176 ил. ISBN 5-247-02380-3.

7. Федоткин И.М., Немчин А.Ф. Использование кавитации в технологических процессах. - Киев.: Вища школа. Изд-во Киев. Ун-те, 1984, - 68 с. с. 52, рис. 22.

8. Патент №2325959 RU, МПК B06B 1/18. Гидродинамический генератор акустических колебаний ультразвукового диапазона и способ создания акустических колебаний ультразвукового диапазона. - Опубл. 10.06.2008. Бюл. №16.

9. Хрунина Н.П. Патент №2506127 RU, МПК В03В 5/00. Способ струйно-акустической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси и гидродинамический генератор акустических колебаний. - Опубл. 10.02.2014, Бюл. №4.