способ направленного изменения свойств горной породы посредством гравитационно-аэродинамического и ультразвукового воздействий
| Классы МПК: | B07B9/00 Комбинирование устройств для просеивания или грохочения или для разделения твердых материалов с помощью газовых или воздушных потоков; общая схема расположения установок, например технологическая схема B02C19/18 использование для измельчения вспомогательных физических эффектов, например воздействия ультразвука, облучения |
| Автор(ы): | Хрунина Н.П. (RU), Мамаев Ю.А. (RU), Жуков А.В. (RU), Молоднякова Е.К. (RU) |
| Патентообладатель(и): | ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (СТАТУС ГОСУДАРСТВЕННОГО УЧРЕЖДЕНИЯ) (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2004-04-28 публикация патента:
27.11.2005 |
Изобретение относится к процессам направленного изменения свойств и состояний горных пород, минералов и их ассоциаций воздействием механических и ультразвуковых полей. Способ направленного изменения свойств горной породы посредством гравитационно-аэродинамического и ультразвукового воздействий заключается в том, что подают материал в разделяющую установку, в которой осуществляют трансформацию связей, структурную перестройку и фракционное разделение по плотности минеральных ассоциаций низкой, средней и высокой плотности многоступенчато при постоянной частоте ультразвукового излучения. Причем из отделений каждой ступени более плотные ассоциации и их элементы выделяют в отделение следующей ступени, а менее плотные для окончательного разрушения ассоциаций и разделения на фракции перемещают в следующее отделение под давлением потока воздуха, поперечного вертикальному потоку породы, по наклонным направляющим, расположенным со смещением относительно друг друга по вертикали, причем в расположенных друг под другом отделениях первой, третьей и пятой ступеней подачу потока воздуха, поперечного вертикальному потоку породы, осуществляют из сопел, расположенных напротив направляющих под углом к горизонтальной оси и к направляющим с возможностью удара частиц об их нижнюю поверхность, ассоциации, смещенные поперечным потоком из отделения первой и четвертой ступеней соответственно в отделение второй и расположенное под ним отделение третьей ступеней, окончательно разрушают и разделяют наложением ультразвука мощностью W 1 и W2 соответственно и давлением поперечного, погашенного за счет поступления через первую и четвертую ступень соответственно потока воздуха, вторичную трансформацию связей, структурную перестройку, фракционное разделение в отделении четвертой ступени и завершение трансформации связей и разделение наиболее плотных ассоциаций и элементов в отделение пятой ступени осуществляют наложением ультразвукового воздействия мощностью W2 и W3 соответственно на указанный поперечный поток, причем W2 превышает W1, а W3 превышает W2, а регулирование параметров давления воздуха и излучаемой мощности ультразвука осуществляют через систему регистрации и управления подачей воздуха и систему регулирования параметров работы ультразвукового генератора. Технический результат - повышение эффективности трансформации горной породы, минералов и их ассоциаций. 2 ил. 
Формула изобретения
Способ направленного изменения свойств горной породы посредством гравитационно-аэродинамического и ультразвукового воздействий, включающий подачу материала в разделяющую установку, трансформацию связей, структурную перестройку и разделение по плотности минеральных ассоциаций, отличающийся тем, что трансформацию связей, структурную перестройку и фракционное разделение по плотности минеральных ассоциаций низкой, средней и высокой плотности осуществляют многоступенчато при постоянной частоте ультразвукового излучения, причем из отделений каждой ступени более плотные ассоциации и их элементы выделяют в отделение следующей ступени, а менее плотные для окончательного разрушения ассоциаций и разделения на фракции перемещают в следующее отделение под давлением потока воздуха, поперечного вертикальному потоку породы, по наклонным направляющим, расположенным со смещением относительно друг друга по вертикали, причем в расположенных друг под другом отделениях первой, третьей и пятой ступеней подачу потока воздуха, поперечного вертикальному потоку породы, осуществляют из сопел, расположенных напротив направляющих под углом к горизонтальной оси и к направляющим с возможностью удара частиц об их нижнюю поверхность, ассоциации, смещенные поперечным потоком из отделения первой и четвертой ступеней соответственно в отделение второй и расположенное под ним отделение третьей ступеней, окончательно разрушают и разделяют наложением ультразвука мощностью W 1 и W2 соответственно и давлением поперечного погашенного за счет поступления через первую и четвертую ступени соответственно потока воздуха, вторичную трансформацию связей, структурную перестройку, фракционное разделение в отделении четвертой ступени и завершение трансформации связей и разделение наиболее плотных ассоциаций и элементов в отделении пятой ступени осуществляют наложением ультразвукового воздействия мощностью W2 и W3 соответственно на указанный поперечный поток, причем W2 превышает W1, а W3 превышает W2, а регулирование параметров давления воздуха и излучаемой мощности ультразвука осуществляют через систему регистрации и управления подачей воздуха и систему регулирования параметров работы ультразвукового генератора.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к процессам направленного изменения свойств и состояний горных пород, минералов и их ассоциаций воздействием механических и ультразвуковых полей.
Известны способы и устройства гравитационно-аэродинамического разделения материалов при прямоточном, противоточном или поперечном движении материала относительно струй воздуха, основанные на использовании физико-механических свойств горных пород, например плотности частиц /1, 2, 3/.
Данные способы являются малоэффективными при обогащении золотосодержащих руд и россыпей.
Известны способы, включающие дополнительное динамическое воздействие /4, 5, 6, 7/.
Данные способы не сочетают процессы фракционного разделения с дезагрегацией и не могут обеспечить эффективность процесса при обогащении комплексных соединений золоторудных месторождений.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ воздушной сепарации, заключающийся в разделении материала в восходящем воздушном потоке, сообщении сепарирующему потоку воздуха колебаний в звуковом или ультразвуковом диапазоне. Способ осуществляется в классификационной камере сепаратора рециркуляционного типа, в которой устанавливают генераторы звуковых или ультразвуковых волн в пределах 200-100 кГц /8/.
Способ использует параметры ультразвуковых частот при неизменной средней удельной мощности, что не обеспечивает качественную дезагрегацию и эффективное разделение.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении эффективности трансформации горной породы, минералов и их ассоциаций путем направленного изменения структурно-механических свойств и фракционного разделения по плотности.
Технический результат достигается за счет того, что в способе направленного изменения свойств горной породы посредством гравитационно-аэродинамического и ультразвукового воздействий, включающем подачу материала в разделяющую установку, трансформацию связей, структурную перестройку и разделение по плотности минеральных ассоциаций, согласно изобретению трансформацию связей, структурную перестройку и фракционное разделение по плотности минеральных ассоциаций низкой, средней и высокой плотности осуществляют многоступенчато при постоянной частоте ультразвукового излучения, причем из отделений каждой ступени более плотные ассоциации и их элементы выделяют в отделение следующей ступени, а менее плотные для окончательного разрушения ассоциаций и разделения на фракции перемещают в следующее отделение под давлением потока воздуха, поперечного вертикальному потоку породы, по наклонным направляющим, расположенным со смещением относительно друг друга по вертикали, причем в расположенных друг под другом отделениях первой, третьей и пятой ступеней подачу потока воздуха поперечного вертикальному потоку породы осуществляют из сопел, расположенных напротив направляющих под углом к горизонтальной оси и к направляющим с возможностью удара частиц об их нижнюю поверхность, ассоциации, смещенные поперечным потоком из отделения первой и четвертой ступеней соответственно в отделение второй и расположенное под ним отделение третьей ступеней, окончательно разрушают и разделяют наложением ультразвука мощностью W 1 и W2 соответственно и давлением поперечного, погашенного за счет поступления через первую и четвертую ступень соответственно потока воздуха, вторичную трансформацию связей, структурную перестройку, фракционное разделение в отделении четвертой ступени и завершение трансформации связей и разделение наиболее плотных ассоциаций и элементов в отделение пятой ступени осуществляют наложением ультразвукового воздействия мощностью W2 и W3 соответственно на указанный поперечный поток, причем W2 превышает W1, а W3 превышает W2, а регулирование параметров давления воздуха и излучаемой мощности ультразвука осуществляют через систему регистрации и управления подачей воздуха и систему регулирования параметров работы ультразвукового генератора.
Способ осуществляется в несколько стадий при постоянной частоте излучения ультразвука, посредством последовательной трансформации структурных связей между минеральными ассоциациями высокой плотности, путем многократного воздействия давления воздуха в сочетании с ультразвуком повышающейся мощности для последовательной трансформации и окончательного разрушения связей и выделения ассоциации высокой плотности, трансформации и разрушения связей между ассоциациями низкой и средней плотности путем совместного воздействия давления воздуха и ультразвука, повышающейся постадиально мощности, фиксации динамических свойств среды с измерением параметров исходного состояния удельной поверхности и плотности выделившихся частиц и ассоциаций и управления системой посредством программного обеспечения на основе математической модели с заданными характеристиками физических параметров получаемых элементов породы и минералов, подачи команды на преобразователи генератора ультразвука.
На фиг.1 показана технологическая схема осуществления способа; на фиг.2 - установка, реализующая предлагаемый способ.
Загрузочное устройство 1 установлено в верхней части трехъярусной установки 2 и соединено с отделением первой ступени 3. Поперечно вертикальному потоку породы подается давление воздуха 5. Направление давления воздуха 5 осуществляется под углом 6 к горизонтальной оси 7 и углом 8 к вертикальной плоскости 9. Через боковую часть отделение первой ступени 3 соединяется с отделением второй ступени 10, в переходной части между ними установлены направляющие 11 с наклоном 12. Под отделением второй ступени 10 установлено отделение третьей ступени 13 с наклонными 14 в сторону выхода 15 направляющими 16. Направляющие 11 и 16 расположены со смещением 17 относительно друг друга по вертикали 18. Под отделением первой ступени 3 установлено отделение четвертой ступени 19, соединенное с отделением третьей ступени 13 и отделением пятой ступени 20. Нагнетательные сопла 21 расположены на противоположной стороне от направляющих 11 отделений 3, 19, 20 и ориентированы так, чтобы направление воздушного потока 5 осуществлялось под углом 22 к направляющим 11 для удара частиц материала о нижнюю часть 23 направляющих 11. Во всех отделениях 3, 10, 13, 19, 20 установлены датчики 24, которые соединены с системой регистрации и управления подачей воздуха 25 и системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора 26. В отделениях 10, 13, 19, 20 установлены излучатели 27.
Перерабатываемый неувлажненный материал в виде агрегатов и ассоциаций подается через загрузочное устройство 1 трехъярусной установки 2 в отделение первой ступени 3, где происходит первичная трансформация связей высокоплотных частиц, частичное разрушение связей между частицами низкой и средней плотности, гравитационно-аэродинамическое разделение минеральных ассоциаций и частиц посредством наложения поперечного вертикальному потоку породы 4 давления воздуха 5, подаваемого под углом 6 к горизонтальной оси 7 и углом 8 вертикальной плоскости 9. Обеспечивается смещение ассоциаций минералов M1 -М2 (фиг.1) в отделение второй ступени 10. Направляющие 11, расположенные между отделением первой ступени 3 и отделением второй ступени 10, имеют наклон 12 в сторону отделения первой ступени 3 для того, чтобы частицы и ассоциации большей плотности не попали в отделение второй ступени 10, а под силой тяжести постепенно скатывались вниз. В отделении второй ступени 10 в результате завихрения воздуха, попадающего с пониженным давлением за счет частичного гашения материалом и подачи воздуха в несколько потоков по вертикали, поддерживается псевдоожиженное состояние ассоциаций в необходимом временном интервале для ультразвукового воздействия излучателей 27 мощностью W1, позволяющего разрушить структурные связи минералов M1-М2 . После разрушения связей и структурной перестройки дисперсной составляющей частиц более плотные частицы М2 под действием силы тяжести опускаются в отделение третьей ступени 13, а частицы меньшей плотности M1 перемещаются по наклонным 14 в сторону выхода 15 направляющим 16. Направляющие 11 и 16 расположены со смещением 17 относительно друг друга по вертикали 18 для улучшения распределения частиц и работы потоков воздуха.
Из отделения первой ступени 3 в отделение четвертой ступени 19 попадают ассоциации элементов повышенной плотности М2-М3, М 4- М5, происходит вторичная трансформация-изменение структурно - механических связей наложением ультразвука мощностью W2, превышающей мощность W1, и подачей поперечного вертикальному потоку породы 4 давления воздуха 5 под углом 6 к горизонтальной оси 7. Одновременно начинается процесс гравитационно-аэродинамического разделения с выделением частиц таким образом, что минеральные ассоциации M2-М 3 попадают в отделение третьей ступени 13, подвергаясь там структурной перестройке при ультразвуковом воздействии излучателей 27 мощностью W2 и разделению, а минеральные ассоциации М4-M5 попадают в отделение пятой ступени 20 для завершения трансформации структурных связей и разделения. В отделении пятой ступени 20 минеральные ассоциации подвергаются ультразвуковому воздействию излучателей 27 мощностью W3 , которая превышает W2. Нагнетательные сопла 21 расположены на противоположной стороне от направляющих 11 отделений 3, 19, 20 и ориентированы так, чтобы направление воздушного потока 5 осуществлялось под углом 22 к направляющим 11. Компоненты перерабатываемой горной породы поднимаются потоком в верхнюю часть над направляющими 11, ударяются о нижнюю часть 23 направляющих 11, получая запас энергии для дополнительного ослабления структурных связей.
Во всех отделениях 3, 10, 13, 19, 20 с помощью датчиков 24 происходит измерение параметров исходного состояния материала (например, удельная поверхность и плотность частиц). Управление системой происходит посредством регулирования параметров давления воздуха 5 и излучаемой мощности ультразвука через систему регистрации и управления подачей воздуха 25 и систему регулирования параметров работы ультразвукового генератора 26.
Поэтапная трансформация структурно-механических связей минеральных ассоциаций позволяет эффективно осуществить фракционное разделение минералов по плотности с наименьшим влиянием размеров этих частиц. Наличие на Дальнем Востоке крупных золотоносных месторождений, содержащих большое разнообразие минералов и пород с супертоксичными и токсичными элементами, создает предпосылки к нарушению устойчивости природной системы. Данный способ позволяет обеспечить экологическую безопасность за счет исключения использования воды в технологическом процессе, снижается вероятность попадания супертоксичных и токсичных элементов и их соединений в природные источники.
Источники информации
1. SU 889150, В 07 В 9/00, опублик.15.12.81.
2. SU 170876, В 07 В 9/00, опублик. 09.06.65.
3. SU 829210, В 07 В 7/01, опублик. 15.05.81.
4. US 3815178, кл. 19-206, опублик. 1974.
5. US 3693794, кл. 209-467, опублик. 1972.
6. DE 3815178, кл. 19-206, опублик. 1974.
7. SU 129567, В 03 В 1/4, 1959.
8. DE 2027258, кл. В 07 В 4/02, опублик. 16.12.1971 (прототип).
Класс B07B9/00 Комбинирование устройств для просеивания или грохочения или для разделения твердых материалов с помощью газовых или воздушных потоков; общая схема расположения установок, например технологическая схема
Класс B02C19/18 использование для измельчения вспомогательных физических эффектов, например воздействия ультразвука, облучения
