Результат интеллектуальной деятельности: Способ 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.

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.

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, 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].

Данный способ основан 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.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении эффективности процесса микродезинтеграции путем создания условий для устойчивости системы с учетом электростатического взаимодействия диффузных слоев ионов частиц минеральной составляющей гидросмеси глинистых песков россыпей на основе расслоения гидросмеси при ее протекании в межповерхностном пространстве стационарных кавитационных элементов в виде кассет.

Технический результат достигается за счет того, что в способе 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, 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, 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, через стабилизатор потока с рассекателями для последующего распределения потока в промежутках вдоль плоских поверхностей кассет, установленных с двух сторон направляющих крестовины с зазорами, параллельно относительно друг друга, со сдвигом в вертикальном направлении, за счет уменьшения площади плоских поверхностей, и сдвигом в горизонтальном направлении - от центра соединения крестовины к стенкам корпуса - и закрепленных в пазах угловых и радиусных вставок, при этом дополнительное струйное разделение с усилением кавитационно-акустического воздействия на минеральную составляющую гидросмеси для получения заданного среднего значения объемной плотности гидродинамического воздействия на микрочастицы осуществляют на выходе посредством аккумуляции потока в зоне конфузора с продольно установленными вдоль направления движения потока стационарными кавитаторами.

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, стабилизатор потока с рассекателями; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, крестовина с кассетами; на фиг. 4 - вид крестовины сверху без кассет.

Способ выполняется с помощью гидродинамического генератора 1, в корпусе 2 которого размещены стационарные элементы 3, в том числе пластинчатые кавитационные элементы 4. По оси 5 корпуса 2 гидродинамического генератора 1 жестко закреплена крестовина 6 с кассетами 7. Над крестовиной 6 с кассетами 7 установлен стабилизатор 8 потока с рассекателями 9 для последующего распределения потока в промежутках 10 вдоль 11 плоских поверхностей 12 кассет 7, установленных с двух сторон 13, 14 направляющих 15 крестовины 6 с зазорами 16, параллельно 17 относительно друг друга. Плоские поверхности 12 кассет 7 установлены со сдвигом 18 в вертикальном направлении 19 за счет уменьшения площади 20 плоских поверхностей 12, а также - сдвигом 21 в горизонтальном направлении 22 - от центра соединения 23 крестовины 6 к стенкам 24 корпуса 2. Плоские поверхности 12 фиксируются в пазах 25 угловых вставок 26 и радиусных вставок 27. На выходе 28 гидродинамического генератора 1 в зоне конфузора 29 продольно 30 установлены вдоль направления 31 движения потока стационарные кавитаторы 32.

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

Дезинтеграция высокоглинистых песков россыпей включает скоростную подачу струи в гидродинамический генератор 1 и последующую обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния размещенных внутри корпуса 2 и последовательно установленных стационарных элементов 3, в том числе пластинчатых кавитационных элементов 4. Обеспечивается глубокая дезинтеграция минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний. Для создания условий устойчивости системы с учетом электростатического взаимодействия диффузных слоев ионов частиц минеральной составляющей гидросмеси скоростная струя подается на крестовину 6 с кассетами 7, закрепленную жестко по оси 5 гидродинамического генератора 1, через стабилизатор 8 потока с рассекателями 9 для последующего распределения потока в промежутках 10 вдоль 11 плоских поверхностей 12 кассет 7, установленных с двух сторон 13, 14 направляющих 15 крестовины 6 с зазорами 16, параллельно 17 относительно друг друга и закрепленных в пазах 25 угловых вставок 26 и радиусных вставок 27. Сдвиг 18 в вертикальном направлении 19, за счет уменьшения площади 20 плоских поверхностей 12, и сдвиг 21 горизонтальном направлении 22 - от центра соединения 23 крестовины 6 к стенкам 24 корпуса 2, - обеспечивает необходимую стабильность протекания потока гидросмеси через зазоры 16 плоских поверхностей 12 кассет 7. Дополнительное струйное разделение с усилением кавитационно-акустического воздействия на минеральную составляющую гидросмеси для получения заданного среднего значения объемной плотности гидродинамического воздействия на микрочастицы осуществляется на выходе 28 посредством аккумуляции потока в зоне конфузора 29 с продольно 30 установленными вдоль 31 направления движения потока стационарными кавитаторами 32.

Предлагаемый способ дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси с использованием кавитационных эффектов и механизма регулирования структурно-механических параметров перерабатываемых песков 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 использования 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, F15B 21/12. 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-та, 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.