Способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции 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, а также при переработке золошлаковых отходов, содержащих самородное золото, платину и серебро, для повышения комплексности извлечения полезных ископаемых и снижения экологической нагрузки.

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 10 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, дисперсностью твердой фракции и не пригодно для дезинтеграции гидросмеси 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.

Известны способы струйно-акустической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси, включающие скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку материала в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри корпуса и последовательно установленных стационарных элементов, в том числе пластинчатых кавитационных 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 [9-11].

Данные способы основаны на создании резонансных акустических явлений в гидропотоке посредством системы кавитационных элементов, однако в основе управления процессом направленного изменения свойств песчано-глинистых пород лежит задача формирования более устойчивого состояния высокодисперсных детерминированных систем, содержащих минеральные частицы, поэтому для обеспечения при дезинтеграции устойчивости системы данный фактор подлежит совершенствованию.

Наиболее близким по технической сущности является способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси, включающий 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. Для создания условий устойчивости системы с учетом электростатического взаимодействия диффузных слоев ионов частиц минеральной составляющей гидросмеси скоростная струя подается на крестовину с кассетами, закрепленную жестко по оси гидродинамического генератора [12].

Для формирования более устойчивого состояния высокодисперсных детерминированных систем, содержащих минеральные частицы микронного уровня, способ микродезинтеграции требует усовершенствования.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении комплексности извлечения полезных ископаемых и снижении экологической нагрузки за счет повышения эффективности процесса микродезинтеграции до уровня ниже 0,1 мкм путем создания условий для устойчивости системы с учетом электростатического взаимодействия диффузных слоев ионов частиц минеральной составляющей гидросмеси глинистых песков россыпей или золошлаковых отходов на основе расслоения гидросмеси при ее протекании в межповерхностном пространстве стационарных кавитационных элементов в виде кассет и конусообразных элементов, образующих активную кавитацию и дополнительные завихрения.

Технический результат достигается за счет того, что в способе активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции 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, в том числе - посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, в котором, для создания условий устойчивости системы, с учетом электростатического взаимодействия диффузных слоев ионов частиц минеральной составляющей гидросмеси, скоростная струя подается на крестовину с многорядными кассетами, закрепленную жестко по оси гидродинамического генератора, для усиления полей первичной гидродинамической и создания вторичной акустической кавитации происходит каскадное перетекание гидросмеси на последовательно установленные в центральной части гидродинамического генератора, по ходу движения гидросмеси, многорядные кассеты, с изменяющимся объемом рядов, как по вертикали, так и по горизонтали, и фиксируемые на стенках внутреннего отсека гидродинамического генератора и крестовинах, при этом для кавитационной активизации в зонах, образованных между стенками внутреннего отсека гидродинамического генератора и внешними стенками гидродинамического генератора, формирующими зоны сужения к цилиндрической центральной части, создаются кавитационные эффекты посредством ступенчато установленных в верхних зонах сужения усеченных по горизонтали и по вертикали конусообразных поверхностей с позиционированием больших оснований в верху.

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.

Способ выполняется с помощью гидродинамического генератора 1, в корпусе 2 которого размещены последовательно установленные стационарные элементы 3. В центральной части 4, по оси 5 гидродинамического генератора 1 на жестко закрепленных крестовинах 6, по ходу движения 7 гидросмеси, установлены многорядные кассеты 8 с изменяющимся объемом 9 рядов 10, как по вертикали 11, так и по горизонтали 12, и фиксируемые на стенках 13 внутреннего отсека 14 гидродинамического генератора 1 и крестовинах 6. В зонах 15, образованных между стенками 13 внутреннего отсека 14 гидродинамического генератора 1 и внешними стенками 16 гидродинамического генератора 1, формирующими зоны сужения 17 к цилиндрической центральной части 18, в верхних зонах сужения 19 ступенчато 20 установлены, с позиционированием большего основания 21 в верху 22, усеченные по горизонтали 23 и по вертикали 24 конусообразные поверхности 25, 26.

Способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси выполняется следующим образом.

Посредством скоростной подачи струи гидросмеси в гидродинамический генератор 1, в условиях активных гидродинамических воздействий, посредством влияния размещенных внутри корпуса 2 и последовательно установленных стационарных элементов 3, осуществляется глубокая дезинтеграция минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня, в том числе - посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе 1. Для создания условий устойчивости системы, с учетом электростатического взаимодействия диффузных слоев ионов частиц минеральной составляющей гидросмеси, скоростная струя подается на крестовину 6 с многорядными кассетами 8, закрепленную жестко по оси 5 гидродинамического генератора 1. Для усиления полей первичной гидродинамической и создания вторичной акустической кавитации происходит каскадное перетекание гидросмеси на последовательно установленные в центральной части 4 гидродинамического генератора 1, по ходу 7 движения гидросмеси, многорядные кассеты 8, с изменяющимся объемом 9 рядов 10, как по вертикали 11, так и по горизонтали 12, и фиксируемые на стенках 13 внутреннего отсека 14 гидродинамического генератора 1 и крестовинах 6. Для кавитационной активизации в зонах 15, образованных между стенками 13 внутреннего отсека 14 гидродинамического генератора 1 и внешними стенками 16 гидродинамического генератора 1, формирующими зоны сужения 17 к цилиндрической центральной части 18, создаются кавитационные эффекты посредством ступенчато 20 установленных в верхних зонах сужения 19 усеченных по горизонтали 23 и по вертикали 24 конусообразных поверхностей 25, 26 с позиционированием больших оснований 21 в верху 22.

Предлагаемый способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси высокоглинистых золотоносных россыпей или золошлаковых отходов, в условиях резонансных акустических явлений, повысит технологический уровень добычи полезного ископаемого за счет снижения потерь ценного компонента, 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 В03В 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 В06В 1/20, F15B21/12. Гидродинамический генератор колебаний. - опубл. 15.07.1994.

4. Патент №2229947 RU, МПК В06В 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 В06В 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.

10. Хрунина Н.П. Патент №2652517 RU, МПК В03В 5/00. Способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси.

11. Хрунина Н.П. Патент №2646270 RU, МПК В03В 5/00. Способ инициирования кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси.

12. Хрунина Н.П. Патент №2634153 RU, МПК В03В 5/00. Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси.