СПОСОБ ИНИЦИИРОВАНИЯ КАВИТАЦИОННО-ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ МИКРОДЕЗИНТЕГРАЦИИ МИНЕРАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ГИДРОСМЕСИ Российский патент 2018 года по МПК B03B5/00 

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 собой 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 усиления полей первичной гидродинамической дезинтеграции и дополнительного струйного разделения с усилением кавитационно-акустического воздействия на минеральную составляющую гидросмеси.

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 корпуса и последовательно установленных стационарных элементов, в том числе закрепленных на установленной по оси гидродинамического генератора в пазы крестовины вертикальных пластинчатых кавитационных элементов, с обеспечением глубокой дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока гидросмеси в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, отличающемся тем, что для усиления полей первичной гидродинамической дезинтеграции на выходе из диффузора установлен гидродинамический распределитель-турбулизатор потока в виде многогранной частично перфорированной поверхности, в основании которой образована зона турбулизации с турбулизаторами в виде ребер жесткости и плоскими стенками, выполненными по отношению к основанию под углами от 20 до 30° в зависимости от соотношения Т:Ж в гидросмеси, прогнозируемого максимального размера элементов твердого в гидросмеси на входе в гидродинамический генератор и давления струи на основание, при этом первичное разрушение элементов твердого, турбулизация гидросмеси посредством неперфорированных плоских стенок гидродинамического распределителя-турбулизатора потока и ребер жесткости осуществляется в зоне турбулизации, а последующее дифференцированное распределение элементов твердого гидросмеси для усиления кавитации осуществляется через дифференцированные по размеру, с увеличением от оси к краю, щели перфорированных плоских стенок к вертикальным пластинчатым кавитационным элементам, выполненным в виде вертикальных разделителей со сдвигом нижних кромок в вертикальном направлении снизу вверх по направлению от оси к внутренней стенке корпуса и установленным под щелями, параллельно щелям перфорированных плоских стенок гидродинамического распределителя-турбулизатора потока с уменьшающимся зазором между собой по направлению от внутренней стенки корпуса к оси с учетом соотношения Т:Ж в гидросмеси и прогнозируемого максимального размера элементов твердого в гидросмеси на выходе из гидродинамического распределителя-турбулизатора потока, 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 кавитационными порожками, установленными по спирали.

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, вид сверху на гидродинамический распределитель-турбулизатор потока; на фиг. 3 - выносной элемент Б на фиг. 2 - показан размер щели по ширине; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1, вид сверху на крестовину с пластинчатыми кавитационными элементами; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 4, показаны элементы фиксации вертикальных пластинчатых кавитационных элементов в пазах крестовины.

Способ выполняется с помощью гидродинамического генератора 1, внутри корпуса 2 которого размещены и последовательно установлены стационарные элементы 3. В пазах 4 крестовины 5, установленной по оси 6 гидродинамического генератора 1, закреплены вертикальные пластинчатые кавитационные элементы 7. На выходе 8 из диффузора 9 установлен гидродинамический распределитель-турбулизатор потока 10 в виде многогранной частично перфорированной поверхности 11, в основании 12 которой образована зона турбулизации 13 с турбулизаторами 14 в виде ребер жесткости 15. Плоские стенки 16 многогранной частично перфорированной поверхности 11 выполнены в виде неперфорированных плоских стенок 17 и перфорированных плоских стенок 18 под углами 19 от 20 до 30° по отношению к основанию 12 в зависимости от соотношения Т:Ж в пульпе, прогнозируемого максимального размера элементов твердого в гидросмеси на входе 20 в гидродинамический генератор 1 и давления струи на основание 12. Перфорированные плоские стенки 18 имеют дифференцированные по размеру 21 щели 22 с увеличением от оси 6 к их краю 23. Вертикальные пластинчатые кавитационные элементы 7 выполнены в виде вертикальных разделителей 24 со сдвигом 25 нижних кромок 26 в вертикальном направлении снизу вверх 27 по направлению от оси 6 к внутренней стенке 28 корпуса 2 и установлены под щелями 22 параллельно щелям 22 перфорированных плоских стенок 18 гидродинамического распределителя-турбулизатора потока 10 с уменьшающимся зазором 29 между собой по направлению от внутренней стенки 28 к оси 6 с учетом соотношения Т:Ж в гидросмеси и прогнозируемого максимального размера элементов твердого в гидросмеси на выходе 30 из гидродинамического распределителя-турбулизатора потока 10. На выходе 31 гидродинамического генератора 1 в зоне конфузора 32 установлены по спирали 33 кавитационные порожки 34.

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

Способ инициирования кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси включает скоростную подачу струи в гидродинамический генератор 1, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния размещенных внутри корпуса 2 и последовательно установленных стационарных элементов 3, в том числе закрепленных на установленной по оси 6 гидродинамического генератора 1 в пазы 4 крестовины 5 вертикальных пластинчатых кавитационных элементов 7, с обеспечением глубокой дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе 1. Для усиления полей первичной гидродинамической дезинтеграции на выходе 8 из диффузора 9 поток гидросмеси проходит через установленный гидродинамический распределитель-турбулизатор потока 10 в виде многогранной частично перфорированной поверхности 11, в основании 12 которой образована зона турбулизации 13 с турбулизаторами 14 в виде ребер жесткости 15. В зоне турбулизации 13 посредством турбулизаторов 14 в виде ребер жесткости 15 и плоских стенок 16, выполненных по отношению к основанию под углами 19 от 20 до 30° в зависимости от соотношения Т:Ж в гидросмеси, прогнозируемого максимального размера элементов твердого в гидросмеси на входе 20 в гидродинамический генератор 1 и давления струи на основание 12, осуществляется первичное разрушение элементов твердого, турбулизация пульпы посредством неперфорированных плоских стенок 17 гидродинамического распределителя-турбулизатора потока 10. Последующее дифференцированное распределение элементов твердого для усиления кавитации осуществляется через дифференцированные с увеличением от оси 6 к краю 23 по размеру 21 щели 22 перфорированных плоских стенок 18 многогранной частично перфорированной поверхности 11 к вертикальным пластинчатым кавитационным элементам 7, выполненным в виде вертикальных разделителей 24 со сдвигом 25 нижних кромок 26 в вертикальном направлении снизу вверх 27 по направлению от оси 6 к внутренней стенке 28 корпуса 2, установленных под щелями 22 и параллельно щелям 22 перфорированных плоских стенок 18 гидродинамического распределителя-турбулизатора потока 10 с уменьшающимся зазором 29 между собой по направлению от внутренней стенки 28 к оси 6 с учетом соотношения Т:Ж в гидросмеси и прогнозируемого максимального размера элементов твердого в гидросмеси на выходе 30 из гидродинамического распределителя-турбулизатора потока 10. 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 31 гидродинамического генератора 1 посредством аккумуляции потока в зоне конфузора 32 с кавитационными порожками 34, установленными по спирали 33.

Способ повышает экологическую эффективность за счет снижения или полного исключения дополнительного воздействия полиэлектролитными комплексами, а также технологическую эффективность процесса микродезинтеграции путем создания условий для устойчивости системы на основе усиления полей первичной гидродинамической дезинтеграции и дополнительной микродезинтеграции посредством усиления кавитационно-акустического воздействия на минеральную составляющую гидросмеси.

Источники информации

1. Патент RU №2425719, 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 RU №2015749, МПК В06В 1/20, F15B 21/12. Гидродинамический генератор колебаний, опубл. 15.07.1994.

4. Патент RU №2229947, 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 RU №2325959, 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. RU Патент №2506127, МПК В03В 5/00. Способ струйно-акустической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси и гидродинамический генератор акустических колебаний, опубл. 10.02.2014, Бюл. №4.

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. Способ инициирования кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси включает 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 закрепленных на установленной по оси гидродинамического генератора в пазы крестовины вертикальных пластинчатых кавитационных элементов, с обеспечением глубокой дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока гидросмеси в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе. Для усиления полей первичной гидродинамической дезинтеграции на выходе из диффузора установлен гидродинамический распределитель-турбулизатор потока в виде многогранной частично перфорированной поверхности, в основании которой образована зона турбулизации с турбулизаторами в виде ребер жесткости и плоскими стенками, выполненными по отношению к основанию под углами от 20 до 30° в зависимости от соотношения Т:Ж в гидросмеси, прогнозируемого максимального размера элементов твердого в гидросмеси на входе в гидродинамический генератор и давления струи на основание. Первичное разрушение элементов твердого, турбулизация гидросмеси посредством неперфорированных плоских стенок гидродинамического распределителя-турбулизатора потока и ребер жесткости осуществляется в зоне турбулизации. Последующее дифференцированное распределение элементов твердого гидросмеси для усиления кавитации осуществляется через дифференцированные по размеру, с увеличением от оси к краю, щели перфорированных плоских стенок к вертикальным пластинчатым кавитационным элементам, выполненным в виде вертикальных разделителей со сдвигом нижних кромок в вертикальном направлении снизу вверх по направлению от оси к внутренней стенке корпуса и установленным под щелями, параллельно щелям перфорированных плоских стенок гидродинамического распределителя-турбулизатора потока с уменьшающимся зазором между собой по направлению от внутренней стенки корпуса к оси с учетом соотношения Т:Ж в гидросмеси и прогнозируемого максимального размера элементов твердого в гидросмеси на выходе из гидродинамического распределителя-турбулизатора потока. 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 кавитационными порожками, установленными по спирали. Технический результат повышение эффективности процесса микродезинтеграции. 5 ил.

Способ инициирования 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, в том числе закрепленных на установленной по оси гидродинамического генератора в пазы крестовины вертикальных пластинчатых кавитационных элементов, с обеспечением глубокой дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока гидросмеси в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, отличающийся тем, что для усиления полей первичной гидродинамической дезинтеграции на выходе из диффузора установлен гидродинамический распределитель-турбулизатор потока в виде многогранной частично перфорированной поверхности, в основании которой образована зона турбулизации с турбулизаторами в виде ребер жесткости и плоскими стенками, выполненными по отношению к основанию под углами от 20 до 30° в зависимости от соотношения Т:Ж в гидросмеси, прогнозируемого максимального размера элементов твердого в гидросмеси на входе в гидродинамический генератор и давления струи на основание, при этом первичное разрушение элементов твердого, турбулизация гидросмеси посредством неперфорированных плоских стенок гидродинамического распределителя-турбулизатора потока и ребер жесткости осуществляется в зоне турбулизации, а последующее дифференцированное распределение элементов твердого гидросмеси для усиления кавитации осуществляется через дифференцированные по размеру, с увеличением от оси к краю, щели перфорированных плоских стенок к вертикальным пластинчатым кавитационным элементам, выполненным в виде вертикальных разделителей со сдвигом нижних кромок в вертикальном направлении снизу вверх по направлению от оси к внутренней стенке корпуса, и установленным под щелями, параллельно щелям перфорированных плоских стенок гидродинамического распределителя-турбулизатора потока с уменьшающимся зазором между собой по направлению от внутренней стенки корпуса к оси с учетом соотношения Т:Ж в гидросмеси и прогнозируемого максимального размера элементов твердого в гидросмеси на выходе из гидродинамического распределителя-турбулизатора потока, 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 кавитационными порожками, установленными по спирали.