Результат интеллектуальной деятельности: Способ инициирования 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.

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 5 до2 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 струйно-акустической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси и гидродинамический генератор акустических колебаний, включающий скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку материала в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния размещенных внутри корпуса соосно и последовательно соединенных, стационарных кавитационных элементов. Глубокую дезинтеграцию минеральной составляющей (классифицированной по классу - 50 мм) гидросмеси до микроуровня (1-2 мкм) осуществляют посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, на входе которого создают высокоскоростную затопленную струю, формирующую посредством отражательной сферической поверхности стационарного кавитационного элемента скачок уплотнения и торроидальную кавитационную зону с усилением осцилляций скачка и возникновением полей первичной гидродинамической и вторичной акустической кавитации в гидросмеси. С помощью дополнительно установленных пакетов подвижных упругих пластинчатых кавитационных элементов, выполненных с изгибами и провисанием относительно крепления, осуществляют дополнительное струйное разделение с усилением кавитационно-акустического воздействия на минеральную составляющую гидросмеси и получением заданногосреднего значения объемной плотности мощности гидродинамического возмущения для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц [12].

Для формирования более устойчивого состояния высокодисперсных детерминированных систем, содержащих минеральные частицы микронного уровня (менее 0,1 мкм), способ микродезинтеграции требует усовершенствования.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении технологической эффективности извлечения полезных ископаемых за счет 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 подвижных кавитационных элементов в виде конусообразных спиралеобразных пакетов подвижных упругих пластинчатых кавитационных элементов, создающих активную кавитацию и дополнительные завихрения на микроуровне.

Технический результат достигается за счет того, что в способе инициирования кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси, включающем скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния размещенных внутри гидродинамического генератора пакетов подвижных упругих пластинчатых кавитационных элементов со щелеобразными промежутками, для создания условий устойчивости системы электростатического взаимодействия диффузных слоев ионов частиц минеральной составляющей гидросмеси глубокую микродезинтеграцию минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня (менее 0,1 мкм) осуществляют посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, на входе которого создают высокоскоростную струю, формирующуюпосредством пакета подвижных упругих спиралеобразных пластинчатых кавитационных элементов, закрепленных на крестовинах центральной вставки корпуса и выполненных по растянутой вокруг оси по вертикали сверху вниз спирали, переходящей в спираль с растяжением с обратным конусом - с расширением к нижней части центральной вставки, выполненной сочлененной из конусообразных поверхностей, при этом усиление осцилляций акустической кавитации в гидросмеси дополнительно осуществляется по внешнему периметру центральной вставки, в зоне, образованной между конусообразными поверхностями центральной вставки и конусообразными поверхностями корпуса гидродинамического генератора посредством, закрепленных с помощью фиксаторов пакетов подвижных упругих спиралеобразных пластинчатых кавитационных элементов, выполненных с обратным конусом по отношению к пакету подвижных упругих спиралеобразных пластинчатых кавитационных элементов, закрепленных на крестовинах центральной вставки корпуса.

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 пакеты подвижных упругих пластинчатых кавитационных элементов 3 со щелеобразными промежутками 4. На входе 5 в гидродинамический генератор 1 создают высокоскоростную струю. На крестовинах 6, 7 центральной вставки 8 корпуса 2 закреплен пакет подвижных упругих спиралеобразных пластинчатых кавитационных элементов 9, выполненных по растянутой вокруг оси 10 по вертикали 11 сверху вниз 12 спирали 13, переходящей в спираль 13 с растяжением с обратным конусом 14 - с расширением к нижней части 15 центральной вставки 8, выполненной сочлененнойиз конусообразных поверхностей 16, 17. По внешнему периметру 18 центральной вставки 8, в зоне 19, образованной между конусообразными поверхностями 16, 17 центральной вставки 8 и конусообразными поверхностями 20, 21 корпуса 2 гидродинамического генератора 1 закреплены с помощью фиксаторов 22, 23 пакеты подвижных упругих спиралеобразных пластинчатых кавитационных элементов 24, выполненных с обратным конусом 25 по отношению к пакету подвижных упругих спиралеобразных пластинчатых кавитационных элементов 9, закрепленных на крестовинах 6,7 центральной вставки 8 корпуса 2. Закрученность - шаг и конусность - пакетов подвижных упругих спиралеобразных пластинчатых кавитационных элементов 9 и 24 подбирается в зависимости от плотности потока гидросмеси.

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

Осуществляется скоростная подача струи в гидродинамический генератор 1 и обработка гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния размещенных внутри гидродинамического генератора 1 пакетов подвижных упругих пластинчатых кавитационных элементов 3 со щелеобразными промежутками 4. Для создания условий устойчивости системы электростатического взаимодействия диффузных слоев ионов частиц минеральной составляющей гидросмеси глубокую микродезинтеграцию минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня (менее 0,1 мкм) осуществляют посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе 1, на входе 5 которого создают высокоскоростную струю, формирующую процесс посредством пакета подвижных упругих спиралеобразных пластинчатых кавитационных элементов 9, закрепленных на крестовинах 6, 7 центральной вставки 8 корпуса 2 и выполненных по растянутой вокруг оси 10 по вертикали 11 сверху вниз 12 спирали 13. Спираль 13 переходит с растяжением с обратным конусом 14 и расширением к нижней части 15 центральной вставки 8. Центральная вставка 8 выполнена сочлененной из конусообразных поверхностей 16, 17. Усиление осцилляций акустической кавитации в гидросмеси дополнительно осуществляется по внешнему периметру 18 центральной вставки 8, в зоне 19, образованной между конусообразными поверхностями 16, 17 центральной вставки 8 и конусообразными поверхностями 20, 21 корпуса 2 гидродинамического генератора 1 посредством, закрепленных с помощью фиксаторов 22, 23 пакетов подвижных упругих спиралеобразных пластинчатых кавитационных элементов 24 и выполненных с обратным конусом 25 по отношению к пакету подвижных упругих спиралеобразных пластинчатых кавитационных элементов 9, закрепленных на крестовинах 6,7 центральной вставки 8 корпуса 2. Расширение и сужение в зоне 19 обработки, а также в центральной вставке 8, обеспечивает необходимые поперечные сдвиги гидросмеси для более эффективного ее смещения, влияющего также на разрушение связей минеральных частиц на микроуровне.

Предлагаемый способ инициирования 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 или снижения 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, 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-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 №2506127 RU, МПК В03В 5/00. Способ струйно-акустической дезинтеграции минеральной cоставляющей гидросмеси и гидродинамический генератор акустических колебаний.