Результат интеллектуальной деятельности: Способ активизации микродезинтеграции полиминеральной 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].

Основными недостатками данных устройств являются 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 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, 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 [9-12].

Данные способы основаны на создании резонансных акустических явлений в гидропотоке посредством системы кавитационных элементов и обеспечивают износостойкость элементов в условиях повышенных гидродинамических нагрузок, однако, для увеличения необходимого срока службы генераторов потребуются дополнительные затраты.

Наиболее близким по технической сущности является способ кавитационно-гидродинамической дезинтеграции 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, на входе которого создают высокоскоростную струю, а для усиления полей первичной гидродинамической и создания вторичной акустической кавитации происходит каскадное перетекание гидросмеси на последовательно и ступенчато установленные в разные стороны по ходу движения гидросмеси наклонные поверхности с кавитационными наклонными порожками [13].

Данный способ не обеспечивает длительную эксплуатационную эффективность процесса глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси на основе использования конструктивных особенностей системы, в том числе с обеспечением жесткости и износостойкости.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении технологической и эксплуатационной эффективности процесса глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси 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 активизации микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси, включающем скоростную подачу струи в гидродинамический генератор на конусообразный рассекатель с лопастями, обработку потока гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри корпуса и последовательно установленных с разных сторон по ходу движения потока гидросмеси наклонных поверхностей с кавитационными порожками с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, высокоскоростная струя из диффузора последовательно подается на установленные ступенчато по центру гидродинамического генератора, закрепленные на оси с обратной конусностью по ходу продвижения потока гидросмеси, конусообразные рассекатели с лопастями для расслоения потока и усиления осцилляций, при этом для усиления полей первичной гидродинамической и создания вторичной акустической кавитации по периметру корпуса гидродинамического генератора происходит каскадное перетекание потока гидросмеси, взаимодействующего с наклонными поверхностями винтообразного типа, выполненными со смещением по ходу движения потока гидросмеси и оснащенными кавитационными порожками, выполненными вдоль наклонных поверхностей винтообразного типа, а также оснащенными опорными штангами для увеличения жесткости конструкции, при этом зазор между конусообразными рассекателями по оси устанавливается в зависимости от соотношения твердого к жидкому в гидросмеси для 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, изображены конусообразные рассекатели с лопастями, наклонные поверхности винтообразного типа и опорные штанги.

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 с разных сторон 5, 6 по ходу 7 движения потока гидросмеси 8 наклонные поверхности 9, 10 с кавитационными порожками 11, 12 и конусообразные рассекатели 13, 14 с лопастями 15, 16. Наклонные поверхности 9, 10 выполнены винтообразного типа 17, 18 и установлены со смещением 19 по периметру 20 корпуса 2 по ходу 7 движения потока гидросмеси 8. Кавитационные порожки 11,12 выполнены вдоль 21 наклонных поверхностей 9,10 винтообразного типа 17, 18. Для увеличения жесткости конструкции наклонные поверхности 9, 10 оснащены опорными штангами 22, 23. Диффузор 24 является составной частью корпуса 2 гидродинамического генератора 1. Конусообразные рассекатели 13, 14 установлены ступенчато 25 по центру 26 гидродинамического генератора 1 и закреплены на оси 27 корпуса 2 с обратной конусностью 28 по ходу 7 продвижения потока гидросмеси 8. Зазор 29 между конусообразными рассекателями 13, 14 по оси 27 устанавливается в зависимости от соотношения твердого к жидкому в гидросмеси.

Способ активизации микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси 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. Подача струи осуществляется на конусообразный рассекатель 13 с лопастями 15. Обработка потока гидросмеси 8 происходит в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри корпуса 2 и последовательно установленных с разных сторон 5, 6 по ходу 7 движения потока гидросмеси 8 наклонных поверхностей 9, 10 с кавитационными порожками 11, 12 с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний. Высокоскоростная струя из диффузора 24 последовательно подается на установленные ступенчато 25 по центру 26 гидродинамического генератора 1 и закрепленные на оси 27 с обратной конусностью 28 по ходу 7 продвижения потока гидросмеси 8, конусообразные рассекатели 13, 14 с лопастями 15, 16 для расслоения потока и усиления осцилляций. Для усиления полей первичной гидродинамической и создания вторичной акустической кавитации по периметру 20 корпуса 2 гидродинамического генератора 1 происходит каскадное перетекание потока гидросмеси 8, взаимодействующего с наклонными поверхностями 9, 10 винтообразного типа 17, 18, выполненными со смещением 19 по ходу 7 движения потока гидросмеси 8 и оснащенными кавитационными порожками 11, 12, выполненными вдоль 21 наклонных поверхностей 9,10, оснащенными опорными штангами 22, 23 для увеличения жесткости конструкции. Зазор 29 между конусообразными рассекателями 13, 14 по оси 27 устанавливается в зависимости от соотношения твердого к жидкому в гидросмеси для 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 снижения или полного 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, 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 №2506128 RU, МПК В03В 5/00. Способ дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси в условиях резонансных акустических явлений в гидропотоке и геотехнологический комплекс для его осуществления. - Опубл. 10.02.2014. Бюл. №4.

11. Хрунина Н.П. Патент №2652517 RU, МПК В03В 5/00, В02С 19/18. Способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси. - Опубл. 26.04.2018. Бюл. №12.

12. Хрунина Н.П. Патент №2687680 RU, МПК В03В 5/02. Способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси. - Опубл. 15.05.2019. Бюл. №14.

13. Хрунина Н.П. Патент №2634148 RU, МПК В03В 5/00. Способ кавитационно-гидродинамической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси. - Опубл. 24.10.2017. Бюл. №30.