Ультразвуковое оборудование для интенсификации технологических процессов при обработке рудного сырья

Материалы VII Конгресса обогатителей стран СНГ (электронное издание), 2—4 марта 2009 г.

Лебедев Н. М., Тихонов М. А., Красильников Д. А. (ООО «Александра-Плюс»)

За годы неограниченного спроса на продукцию черной и цветной металлургии вопросам снижения технологических издержек производства уделялось мало внимания. В настоящее время экономика опять становится логичной.

Одним из эффективных способов интенсификации технологических процессов в жидкой среде является ультразвуковое воздействие на нее. Теоретические и лабораторные работы по этим вопросам многочисленны и разнообразны[1] [2] [3] [4]. В том числе сотрудниками предприятия «Александра-Плюс» совместно с коллегами из горно-обогатительных предприятий, НВП «Центр-ЭСТАгео», МИСиС и «Гинцветмета» проводились работы по повышению эффективности флотации[5] полиметаллических руд и обогащения кварцевых песков[6] [7]. Положительное ультразвуковое воздействие на пульпу минералов в основном сводится к двум процессам — очистке поверхности и разрушению сростков и частиц с дефектами на более мелкие. Оба эффекта способствуют повышению эффективности флотационного разделения различных минералов, что может также снизить расход реагентов. Также кавитация может оказывать и специфическое воздействие на минералы и реагенты, что иногда способно привести к синергетическим эффектам при прохождении химических реакций.

Рис. 1. Комплекс оборудования для очистки рам тележек электровозов в локомотивном депо Хабаровск-2

Специалисты фирмы участвовали в создании отечественного оборудования серии ВДФК для обезвоживания пульпы[8] [9].

Фирма «Александра-Плюс» в 2006—2007 годах поставила в НВП «Центр-ЭСТАгео» несколько моделей лабораторного ультразвукового оборудования. Результаты некоторых работ, проведенных на этом оборудовании, имеются в материалах текущего конгресса.

Несмотря на положительные результаты проведенных исследований, внедрение в промышленное производство не происходило. В какой-то мере это объясняется отсутствием экономической заинтересованности предприятий в условиях аномальной экономики, но есть и объективная причина. Так у специалистов горно-обогатительных предприятий вызывала сомнение возможность масштабирования ультразвукового оборудования для большой производительности. Сомнение вызывал тот факт, что производителям ультразвукового оборудования до последнего времени не удавалось создать однородное акустическое поле в больших объемах технологической среды. Специалистам фирмы «Александра-Плюс» удалось преодолеть эти трудности и создать оборудование, которое лишено подобных недостатков. Например, ультразвуковая ванна для мойки тележек электровозов полезным объемом 19 м³ эксплуатируется в локомотивном депо с 2007 года.

Рис. 2. Комплекс из трех установок для обеззараживания сточной воды в поселке Федотово Вологодской области

Некоторые модели оборудования содержат рабочие органы в виде трубных элементов сравнительно большого размера. Высокую интенсивность кавитации внутри трубы удалось создать, применив особые ультразвуковые излучатели[10], которые работают на резонансной частоте рабочего органа. Эти элементы могут служить прообразом технологического оборудования для интенсификации процессов, происходящих в жидкой среде. В настоящее время фирма «Александра-Плюс» разработала различные варианты ультразвукового оборудования на основе трубных элементов. Использование явлений резонанса обеспечивает высокую интенсивность кавитации во внутреннем объеме трубы.

Так, например, (рис. 2) применение горизонтальных трубных устройств диаметром до 350 мм в сочетании с ультрафиолетовым излучением позволило создать серию установок, позволяющих эффективно обеззараживать не только прозрачную питьевую воду, но и мутные сточные воды. Результаты этой работы докладывались на прошлом Конгрессе обогатителей стран СНГ[11].

Рис. 3. Осмотр ультразвукового оборудования на Нововоронежской АЭС. Видна верхняя часть трубной установки для очистки ТВС

Применение подобных вертикальных устройств для очистки тепловыделяющих сборок атомных реакторов (рис. 3) показало существенное техническое превосходство над американским аналогом при энергопотреблении в 100 раз ниже.

Удалось даже обеспечить полное отсутствие отложений продуктов неполной реакции при нейтрализации кислых стоков известковым молочком на медном заводе Норильского никеля. Там для озвучивания титановой емкости объемом 10 м³ оказалось достаточно всего 3,6 кВт электроэнергии.

Таким образом, сейчас мы вполне готовы к промышленному внедрению технологий интенсификации процессов и в горно-обогатительной отрасли. Это особенно актуально в период настоящего кризиса, из которого выйдут живыми только те предприятия, которые смогут снизить свои издержки с одновременным повышением качества продукции. Наши технологии позволят это обеспечить.

Список литературы

  1. ^ Симонов И. Н. «О распределении электрического поля в самосогласованных динамических системах (двойном электрическом слое)» // Теоретическая электротехника, Львов 1986. — вып. 40.
  2. ^ Симонов И. Н. «Двойной электрический слой как модель короткодействующих полей самосогласованных систем» // Теоретическая электротехника, Львов 1988. — вып. 44.
  3. ^ Дистлер Г. И. «Реальная структура, реакционная способность и дальнодействие кристаллических поверхностей» // «Известия Академии наук СССР. Серия Физическая», 1968, т. 32, № 6.
  4. ^ Зубков А. А., Белов Б. Г. «Обогащение руд редких металлов с использованием ультразвука» // Цветные металлы, 1992 г., № 6.
  5. ^ Лебедев Н. М., Воронин О. В., Ложников С. С., Пантелеев С. В., Байгунакова Р. К., Манцевич М. И., Херсонский М. И. «Использование ультразвука для интенсификации процессов флотации» // V Конгресс обогатителей стран СНГ. Материалы конгресса, том II, с. 225, 2005 г.
  6. ^ Черных С. И., Рыбакова О. И., Лебедев Н. М., Жирнова Т. И. «Влияние ультразвука, магнитных полей и электрического тока на флотацию золота» // Цветная металлургия, 2003 г., № 6.
  7. ^ Макавецкас А. Р., Башлыкова Т. В., Пахомова Г. А., Филиппов В. И., Лебедев Н. М. «Влияние кавитации на технологические свойства рудного и нерудного минерального сырья» // Цветные металлы, № 3, март 2007 г.
  8. ^ Евразийский патент № 005511 «Установка для получения фильтрованного осадка из суспензии, способ регенерации поверхности ее фильтрующего элемента и устройство для его осуществления»
  9. ^ Лебедев Н. М., Жирнова Т. И., Воронин О. В., Углин К. В. «Интенсификация процессов регенерации керамических фильтров типа СС-45 на Норильской обогатительной фабрике ГМК Норильский Никель» // IV Конгресс обогатителей стран СНГ. Материалы конгресса, том II, с. 117, 2003 г.
  10. ^ Патент РФ на изобретение № 2303860 «Ультразвуковой излучатель Лебедева»
  11. ^ Лебедев Н. М., Тихонов М. А., Казуков О. В., Лебедев О. Ю., Киреева З. В., Кузнецова О. Б. «Исследование совместного влияния ультрафиолетового облучения (УФО) и ультразвуковой обработки (УЗО) на динамику окислительно-восстановительных процессов в одной среде» // VI Конгресс обогатителей стран СНГ. Материалы конгресса, том I, с. 234, 2007 г.