Способ кавитационно-гидродинамической 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 осцилляции, 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 гидродинамических эффектов.

Технический результат достигается за счет того, что в способе кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси, включающем высокоскоростную подачу струи насосом на плоскую поверхность рассекателя в гидродинамический генератор, выполненный с диффузором и корпусом-конфузором, обработку потока гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния последовательно установленных по центру корпуса-конфузора рассекателей с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в гидродинамическом генераторе, формируют зоны, способствующие усилению гидродинамических осцилляций за счет выполнения рассекателей в виде монолитной системы из сопряженных между собой гидродинамических однополостных гиперболоидов, а для придания гидродинамическому генератору дополнительной конструктивной жесткости корпус-конфузор снабжают крестообразными опорными штангами, при этом осуществляют дополнительную турбулизацию потока гидросмеси за счет установки дополнительных элементов в секторах корпуса-конфузора между крестообразными опорными штангами.

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 рассекателями, дополнительными элементами подобия гиперболоида и крестообразными опорными штангами.

Способ выполняется с помощью гидродинамического генератора 1, к которому подсоединен насос 2. Сопло 3 сопрягается с диффузором 4 гидродинамического генератора 1. Диффузор 4 соединяется с корпусом-конфузором 5. По центру 6 корпуса-конфузора 5 и диффузора 4 гидродинамического генератора 1 установлены рассекатели 7, 8, 9,10. За счет выполнения рассекателей 7, 8, 9, 10 в виде монолитной системы из сопряженных между собой гидродинамических однополостных гиперболоидов формируют зоны 11, способствующие усилению гидродинамических осцилляций. Для придания гидродинамическому генератору 1 дополнительной конструктивной жесткости корпус-конфузор 5 снабжают крестообразными опорными штангами 12, 13, 14, 15. Для дополнительной турбулизации потока гидросмеси установлены дополнительные элементы 16, 17, 18 в секторах 19 корпуса-конфузора 5 между крестообразными опорными штангами 12, 13, 14, 15. Рассекатель 7 снабжен плоской поверхностью 20.

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

Начальный этап микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси включает высокоскоростную подачу струи насосом 2 из сопла 3 диффузора 4 на плоскую поверхность 20 рассекателя 7 гидродинамического генератора 1, выполненного с диффузором 4 и корпусом- конфузором 5. Осуществляют обработку потока гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния последовательно установленных по центру 6 диффузора 4 и корпуса- конфузора 5 рассекателей 7, 8, 9, 10 с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости. Формируют зоны 11, способствующие усилению гидродинамических осцилляций за счет выполнения рассекателей 7, 8, 9, 10 в виде монолитной системы из сопряженных между собой гидродинамических однополостных гиперболоидов. Осуществляют дополнительную турбулизацию потока гидросмеси за счет установки дополнительных элементов 16, 17, 18, в секторах 19 корпуса-конфузора 5 между крестообразными опорными штангами 12, 13, 14, 15, установленными для придания корпусу-конфузора 5 гидродинамического генератора 1 дополнительной конструктивной жесткости.

Предлагаемый способ дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси с использованием активных гидродинамических воздействий 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.

Ю.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 кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси включает высокоскоростную подачу струи насосом на плоскую поверхность рассекателя в гидродинамический генератор, выполненный с диффузором и корпусом-конфузором, обработку потока гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния последовательно установленных по центру корпуса-конфузора рассекателей с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в гидродинамическом генераторе. Формируют зоны, способствующие усилению гидродинамических осцилляций за счет выполнения рассекателей в виде монолитной системы из сопряженных между собой гидродинамических однополостных гиперболоидов. Для придания гидродинамическому генератору дополнительной конструктивной жесткости корпус-конфузор снабжают крестообразными опорными штангами. Осуществляют дополнительную турбулизацию потока гидросмеси за счет установки дополнительных элементов в секторах корпуса-конфузора между крестообразными опорными штангами. Технический результат - повышение технологической и эксплуатационной эффективности процесса глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси. 2 ил.

Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси, включающий высокоскоростную подачу струи насосом на плоскую поверхность рассекателя в гидродинамический генератор, выполненный с диффузором и корпусом-конфузором, обработку потока гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния последовательно установленных по центру корпуса-конфузора рассекателей с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в гидродинамическом генераторе, отличающийся тем, что формируют зоны, способствующие усилению гидродинамических осцилляций за счет выполнения рассекателей в виде монолитной системы из сопряженных между собой гидродинамических однополостных гиперболоидов, а для придания гидродинамическому генератору дополнительной конструктивной жесткости корпус-конфузор снабжают крестообразными опорными штангами, при этом осуществляют дополнительную турбулизацию потока гидросмеси за счет установки дополнительных элементов в секторах корпуса-конфузора между крестообразными опорными штангами.