Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси Российский патент 2022 года по МПК B03B5/02 

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 крупнокусковой составляющей 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, 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 [9-10].

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 гидродинамического давления потока конструкции требуют доработки, а также - для увеличения необходимого срока службы генераторов потребуются дополнительные затраты.

Наиболее близким по технической сущности является способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси, включающий скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри конусообразного корпуса и последовательно установленных стационарных элементов с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной 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 установленные по ходу движения потока гидросмеси наклонные поверхности [11].

Данный способ основан на создании резонансных акустических явлений в гидропотоке посредством системы кавитационных элементов генератора, однако, для увеличения необходимого срока службы генератора потребуются дополнительные затраты.

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 кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси, включающем скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри конусообразного корпуса и последовательно установленных стационарных элементов с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной 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 установленные по ходу движения потока гидросмеси наклонные поверхности, высокоскоростная струя из диффузора подается на сочлененные радиусные элементы, жестко закрепленные на крестовине с ребрами кавитации, связанными с крестовиной и опорными балками, при этом для усиления гидродинамического воздействия на полиминеральную составляющую гидросмеси и получения заданного среднего значения объемной плотности гидродинамического возмущения для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц происходит периодическое поступление потока гидросмеси на гладкие наклонные поверхности конусообразных сочлененных элементов, выполненных с обратным конусом, переходящим в прямой конус, и последовательно установленных по периметру конусообразного корпуса - по ходу движения потока гидросмеси - под минимальным углом, для обеспечения минимальных потерь давления на поверхность и усиления дезинтеграции минеральных частиц, при этом конусообразные сочлененные элементы образуют отверстия для потока гидросмеси, поступающего на плоские поверхности разделителей потока на разных уровнях для усиления осцилляций, при этом расстояние по высоте между конусообразными сочлененными элементами устанавливается в зависимости от соотношения твердого к жидкому в гидросмеси, при этом поток гидросмеси поступает в конфузор и по направляющим потока выводится для дальнейшего обогащения гравитационными методами, причем устойчивость и жесткость конструктивного выполнения конусообразных сочлененных элементов обеспечивается посредством балок, установленных на всех уровнях, а конусообразного корпуса и конфузора - наружными опорными элементами устойчивости.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

Гидродинамический генератор изображен на чертежах: на фиг. 1 - общий вид гидродинамического генератора; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, без стенок диффузора и наружных опорных элементов устойчивости; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, плоские поверхности разделителей потока; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1, изображен один из вариантов расположения балок, поддерживающих конусообразные сочлененные элементы на уровне соединения обратного конуса с прямым конусом.

Способ выполняется с помощью гидродинамического генератора 1, который включает диффузор 2, конусообразный корпус 3, стационарные элементы 4. На входе 5 гидродинамического генератора 1 создают высокоскоростную струю. В диффузоре 2 размещены сочлененные радиусные элементы 6, жестко закрепленные на крестовине 7 с ребрами кавитации 8. Ребра кавитации 8 связанны с крестовиной 7 и опорными балками 9. По периметру 10 конусообразного корпуса 3 - по ходу движения 11 потока гидросмеси - последовательно установлены конусообразные сочлененные элементы 12 с наклонными поверхностями 13. Наклонные поверхности 13 образуют минимальный угол 14 и выполнены в виде гладких наклонных поверхностей 15 конусообразных сочлененных элементов 12. Конусообразные сочлененные элементы 12 выполнены с обратным конусом 16, переходящим в прямой конус 17. Конусообразные сочлененные элементы 12 образуют отверстия 18 для потока гидросмеси, поступающего на плоские поверхности 19 разделителей потока 20 на разных уровнях 21. Расстояние по высоте 22 между конусообразными сочлененными элементами 12 устанавливается в зависимости от соотношения твердого к жидкому в гидросмеси. Конусообразные сочлененные элементы 12 связаны с балками 23, 24, установленными на всех уровнях 21. Конфузор 25 снабжен направляющими потока 26. Конусообразный корпус 3 и конфузор 25 снабжены наружными опорными элементами устойчивости 27.

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

Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси включает скоростную подачу струи в гидродинамический генератор 1, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри конусообразного корпуса 3 и последовательно установленных стационарных элементов 4 с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе 1. На входе 5 гидродинамического генератора 1 создают высокоскоростную струю, а для усиления полей первичной гидродинамической и создания вторичной акустической кавитации происходит каскадное перетекание гидросмеси на последовательно установленные по ходу движения 11 потока гидросмеси наклонные поверхности 13. Высокоскоростная струя из диффузора 2 подается на сочлененные радиусные элементы 6, жестко закрепленные на крестовине 7 с ребрами кавитации 8, связанными с крестовиной 7 и опорными балками 9. Для усиления гидродинамического воздействия на полиминеральную составляющую гидросмеси и получения заданного среднего значения объемной плотности гидродинамического возмущения для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц происходит периодическое поступление потока гидросмеси на гладкие наклонные поверхности 15 конусообразных сочлененных элементов 12, выполненных с обратным конусом 16, переходящим в прямой конус 17 и последовательно установленных по периметру 10 конусообразного корпуса 3 - по ходу движения 11 потока гидросмеси - под минимальным углом 14, для обеспечения минимальных потерь давления на поверхность и усиления дезинтеграции минеральных частиц. Конусообразные сочлененные элементы 12 образуют отверстия 18 для потока гидросмеси, поступающего на плоские поверхности 19 разделителей потока 20 на разных уровнях 21 для усиления осцилляций. Расстояние по высоте 22 между конусообразными сочлененными элементами 12 устанавливается в зависимости от соотношения твердого к жидкому в гидросмеси. Поток гидросмеси поступает в конфузор 25 и по направляющим потока 26 выводится для дальнейшего обогащения гравитационными методами. Устойчивость и жесткость конструктивного выполнения конусообразных сочлененных элементов 12 обеспечивается посредством балок 23, 24, установленных на всех уровнях 21, а конусообразного корпуса 3 и конфузора 25 - наружными опорными элементами устойчивости 27.

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

11. Хрунина Н.П. Патент №2744057 RU, МПК В03В 5/02. Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси. Опубл. 02.03.2021. Бюл. №7.

Предложенное 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 кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси включает скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри конусообразного корпуса и последовательно установленных стационарных элементов с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной 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 установленные по ходу движения потока гидросмеси наклонные поверхности. Высокоскоростная струя из диффузора подается на сочлененные радиусные элементы, жестко закрепленные на крестовине с ребрами кавитации, связанными с крестовиной и опорными балками. Для усиления гидродинамического воздействия на полиминеральную составляющую гидросмеси и получения заданного среднего значения объемной плотности гидродинамического возмущения для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц происходит периодическое поступление потока гидросмеси на гладкие наклонные поверхности конусообразных сочлененных элементов, выполненных с обратным конусом, переходящим в прямой конус, и последовательно установленных по периметру конусообразного корпуса - по ходу движения потока гидросмеси - под минимальным углом, для обеспечения минимальных потерь давления на поверхность и усиления дезинтеграции минеральных частиц. Конусообразные сочлененные элементы образуют отверстия для потока гидросмеси, поступающего на плоские поверхности разделителей потока на разных уровнях для усиления осцилляций. Расстояние по высоте между конусообразными сочлененными элементами устанавливается в зависимости от соотношения твердого к жидкому в гидросмеси. Поток гидросмеси поступает в конфузор и по направляющим потока выводится для дальнейшего обогащения гравитационными методами. Устойчивость и жесткость конструктивного выполнения конусообразных сочлененных элементов обеспечивается посредством балок, установленных на всех уровнях, а конусообразного корпуса и конфузора - наружными опорными элементами устойчивости. Технический результат - повышение технологической и эксплуатационной эффективности процесса глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси. 4 ил.

Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси, включающий скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри конусообразного корпуса и последовательно установленных стационарных элементов с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной 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 установленные по ходу движения потока гидросмеси наклонные поверхности, отличающийся тем, что высокоскоростная струя из диффузора подается на сочлененные радиусные элементы, жестко закрепленные на крестовине с ребрами кавитации, связанными с крестовиной и опорными балками, при этом для усиления гидродинамического воздействия на полиминеральную составляющую гидросмеси и получения заданного среднего значения объемной плотности гидродинамического возмущения для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц происходит периодическое поступление потока гидросмеси на гладкие наклонные поверхности конусообразных сочлененных элементов, выполненных с обратным конусом, переходящим в прямой конус, и последовательно установленных по периметру конусообразного корпуса - по ходу движения потока гидросмеси - под минимальным углом, для обеспечения минимальных потерь давления на поверхность и усиления дезинтеграции минеральных частиц, при этом конусообразные сочлененные элементы образуют отверстия для потока гидросмеси, поступающего на плоские поверхности разделителей потока на разных уровнях для усиления осцилляций, при этом расстояние по высоте между конусообразными сочлененными элементами устанавливается в зависимости от соотношения твердого к жидкому в гидросмеси, при этом поток гидросмеси поступает в конфузор и по направляющим потока выводится для дальнейшего обогащения гравитационными методами, причем устойчивость и жесткость конструктивного выполнения конусообразных сочлененных элементов обеспечивается посредством балок, установленных на всех уровнях, а конусообразного корпуса и конфузора - наружными опорными элементами устойчивости.