ВЛИЯНИЕ КАВИТАЦИИ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РУДНОГО И НЕРУДНОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Кавитация – образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков или каверн), заполненных газом, паром или их смесью, возникает в результате локального снижения давления в жидкости, что может происходить либо при увеличении ее скорости (гидродинамическая кавитация) или с прохождением акустической волны большой интенсивности. во время вакуумного полупериода (акустическая кавитация). С увеличением скорости потока относительно тела давление потока уменьшается до давления насыщенных паров (вакуума). При этом жидкость как бы «кипит» за счет образования парогазовых пузырьков микроскопических размеров. Двигаясь с потоком в область с более высоким давлением или в течение полупериода сжатия, кавитационный пузырек схлопывается, испуская при этом ударную волну. Из-за большого количества кавитационных пузырьков схлопывание происходит много тысяч раз в секунду. [1,2] Резкое (внезапное) исчезновение кавитационных пузырьков приводит к образованию гидравлических ударов и, как следствие, к созданию волны сжатия и растяжения в жидкости с ультразвуковой частотой. Если ударная волна встречает на своем пути препятствие, она разрушает его поверхность.

Влияние кавитации на технологические процессы в области переработки минерального сырья давно привлекало внимание специалистов, чему посвящено большое количество научных исследований и публикаций, но практическое воплощение результатов этих исследований сдерживалось возможностями промышленности по созданию надежного и достаточно эффективного оборудования, способного работать в сложных условиях горно-обогатительных предприятий.

Авторы получили обнадеживающие результаты при использовании гидродинамических кавитаторов, но были вынуждены отказаться от них из-за большого энергопотребления этих устройств. Было решено испытать приборы компании «Александра-Плюс», г. Вологда, специалисты которой с мая 2000 года занимаются разработкой ультразвуковых технологий и производством собственных пьезокерамических излучателей. Совместно с Лабораторией технологических экспертиз МИСиС были разработаны и созданы опытно-промышленные ультразвуковые установки для обработки пульпы с различными кинематическими схемами перемещения пьезокерамических излучателей.

Установка УКД-3 служит для переработки сырья на обогащение (рис. 1). Он состоит из бункера 6, соединенного с поддоном 7, опорных стоек 8, 9, приемного бункера 10 для обрабатываемого материала и блока управления (на рисунке не показан). Бункер 6 предназначен для загрузки сырья, поступающего на переработку. Сырье поступает в чашу из бункера. Желоб представляет собой прямоугольную трубу с установленными снизу пьезокерамическими ультразвуковыми излучателями 11. Излучатели защищены снаружи защитным кожухом 12. При установке предусмотрен штуцер 1, через который подается жидкость. Клапаны 2, 3 предназначены для обеспечения различных видов подачи жидкости, а также для разделения мелких фракций. Сырье вместе с жидкостью стекает по эмиттерам, где подвергается кавитационной обработке, а затем поступает в бункер 10, из которого через штуцер 5 удаляется жидкость. Оболочка имеет два смотровых окна 14 для наблюдения за процессом. Все детали системы изготовлены из нержавеющей стали [3]

Рис. 1. Установка УКД-3

Еще одной разработкой ООО «Александра Плюс» стала гравитационная установка УГИК-110, предназначенная для научно-методических исследований процессов классификации, обесшламливания и сгущения материалов, а также для технологических испытаний минерального сырья природного и техногенного происхождения, в том числе:

• классификация материала в пульпе по заданному размеру;

• разделение материалов по плотности и форме;

• интенсивный распад минеральных комплексов;

• обесшламливание материала;

• интенсификация процессов промывки за счет эффективного отделения глинистых частиц;

• очистка минеральных зерен от гидроксидных пленок;

• переработка флотореагентов;

• интенсификация процесса выщелачивания за счет повышения эффективности воздействия выщелачивающих реагентов на минеральные частицы;

• очистка поверхности минеральных фаз от продуктов переосаждения в процессе выщелачивания;

• другие работы, связанные с воздействием ультразвука на сыпучие материалы.

Устройство состоит из корпуса, корпуса, подставки, двух сменных загрузочных устройств, подвижной штанги с экранными пластинами и блока управления. Корпус представляет собой цилиндрическую емкость с приваренными к концам фланцами [4,5]. К корпусу крепятся пьезокерамические излучатели. Для защиты излучателей предусмотрена крышка. Стенд представляет собой каркасную конструкцию. Питающие устройства используются для подачи промытого материала в установку. [6,7] Одно из нагрузочных устройств выполнено конусообразным, другое цилиндрическим, что позволяет получать разные скорости восходящего потока воды. Конструкция устройства предусматривает отделение легких фракций и удаление их через штуцер вместе с промывочной жидкостью. Подвижный стержень представляет собой стержень с сетчатыми панелями на нем. При необходимости количество пластин можно изменить.[8]

При кавитационной обработке поведение халькопирита и сфалерита различно, что предполагает подбор режима и времени обработки при промышленных испытаниях [9].