Способ активизации микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси Российский патент 2023 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].

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 [9-13].

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 активизации микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси, включающий 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 [14].

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 высокоскоростную подачу струи насосом на плоскую поверхность конусообразного рассекателя в гидродинамический генератор, выполненный с диффузором и корпусом-конфузором, обработку потока гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния последовательно установленных внутри по центру корпуса-конфузора конусообразных рассекателей с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в гидродинамическом генераторе конусообразные рассекатели выполняют в виде монолитной системы из сочлененных между собой с чередованием рассекателей прямой и обратной конусности по ходу продвижения потока гидросмеси для формирования зон, способствующих усилению осцилляций посредством изменения скоростного режима, при этом сочлененные конусообразные рассекатели снабжают крестообразными опорными штангами, установленными для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц, а по периметру корпуса-конфузора гидродинамического генератора устанавливают прямые ребра жесткости и осуществляют перемещение потока гидросмеси с взаимодействием с прямыми ребрами жесткости и крестообразными опорными штангами для усиления полей первичной гидродинамической кавитации и создания вторичной акустической кавитации.

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, изображен вид сверху на корпус-конфузор с конусообразными рассекателями, ребрами жесткости прямого типа и крестообразными опорными штангами.

Способ выполняется с помощью гидродинамического генератора 1, к которому подсоединен насос 2. Сопло 3 насоса 2 сопрягается с диффузором 4 гидродинамического генератора 1. Диффузор 4 соединяется с корпусом-конфузором 5. По центру 6 корпуса-конфузора 5 размещены сочлененные конусообразные рассекатели 7, представляющие монолитную систему и установленные с чередованием прямой и обратной конусности по ходу 8 продвижения потока гидросмеси для формирования зон 9, способствующих усилению осцилляций. Поток гидросмеси подается на плоскую поверхность 10 сочлененных конусообразных рассекателей 7. По периметру 11 корпуса-конфузора 5 гидродинамического генератора 1 выполнены прямые ребра жесткости 12. Для устойчивости, износостойкости и обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц сочлененные конусообразные рассекатели 7 дополнительно оснащены крестообразными опорными штангами 13, 14, 15.

Способ активизации микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси осуществляется следующим образом.

Начальный этап дезинтеграции высокоглинистых песков россыпей посредством активизации микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси включает высокоскоростную подачу струи из сопла 3 насоса 2 в гидродинамический генератор 1 через диффузор 4 на плоскую поверхность 10 сочлененных конусообразных рассекателей 7, установленных по центру 6 корпуса-конфузора 5 гидродинамического генератора 1. Осуществляется обработка потока гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри корпуса-конфузора 5 и последовательно установленных сочлененных конусообразных рассекателей 7 с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в условиях изменения скоростного режима. Сочлененные конусообразные рассекатели 7, представляющие монолитную систему и установленные по центру 6 корпуса-конфузора 5 с чередованием прямой и обратной конусности по ходу 8 продвижения потока гидросмеси, формируют зоны 9, способствующие усилению осцилляций посредством изменения скоростного режима. При сужении зон 9 происходит ускорение потока и понижение давления, способствующего возникновению кавитации, усиливающего дезинтеграцию твердой составляющей гидросмеси. Перемещаясь, поток гидросмеси взаимодействует с прямыми ребрами жесткости 12, установленными по периметру 11 корпуса-конфузора 5 гидродинамического генератора 1, и крестообразными опорными штангами 13, 14, 15, установленными для обеспечения устойчивости, износостойкости и формирования градиента давления с превышением предела прочности глинистых микрочастиц. Происходит дополнительное усиление полей первичной и вторичной гидродинамической кавитации.

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 для разрушения глин и полиэлектролитных комплексов для выщелачивания ценных компонентов.

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.

14. Хрунина Н.П. Патент №2744059 RU, МПК В03В 5/00. Способ активизации 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 активизации микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси включает высокоскоростную подачу струи насосом на плоскую поверхность конусообразного рассекателя в гидродинамический генератор, выполненный с диффузором и корпусом-конфузором, обработку потока гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния последовательно установленных внутри по центру корпуса-конфузора конусообразных рассекателей с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в гидродинамическом генераторе. Конусообразные рассекатели выполняют в виде монолитной системы из сочлененных между собой с чередованием рассекателей прямой и обратной конусности по ходу продвижения потока гидросмеси для формирования зон, способствующих усилению осцилляций посредством изменения скоростного режима. Сочлененные конусообразные рассекатели снабжают крестообразными опорными штангами, установленными для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц. По периметру корпуса-конфузора гидродинамического генератора устанавливают прямые ребра жесткости и осуществляют перемещение потока гидросмеси с взаимодействием с прямыми ребрами жесткости и крестообразными опорными штангами для усиления полей первичной гидродинамической кавитации и создания вторичной акустической кавитации. Технический результат - повышение эффективности процесса глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси. 2 ил.

Способ активизации микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси, включающий высокоскоростную подачу струи насосом на плоскую поверхность конусообразного рассекателя в гидродинамический генератор, выполненный с диффузором и корпусом-конфузором, обработку потока гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния последовательно установленных внутри по центру корпуса-конфузора конусообразных рассекателей с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в гидродинамическом генераторе, отличающийся тем, что конусообразные рассекатели выполняют в виде монолитной системы из сочлененных между собой с чередованием рассекателей прямой и обратной конусности по ходу продвижения потока гидросмеси для формирования зон, способствующих усилению осцилляций посредством изменения скоростного режима, при этом сочлененные конусообразные рассекатели снабжают крестообразными опорными штангами, установленными для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц, а по периметру корпуса-конфузора гидродинамического генератора устанавливают прямые ребра жесткости и осуществляют перемещение потока гидросмеси с взаимодействием с прямыми ребрами жесткости и крестообразными опорными штангами для усиления полей первичной гидродинамической кавитации и создания вторичной акустической кавитации.