Ультразвуковая обработка сыпучих материалов

Содержание

Очистка

Почти любое минеральное сырьё представляет собой смесь разных компонентов, находящихся в химической или механической связи. В современных условиях извлечение всех полезных компонентов из добываемых руд становится важнейшей задачей соответствующих отраслей промышленности.

Опытным путем доказано, что применение ультразвука помогает интенсифицировать технологические процессы обработки рудного и нерудного минерального сырья, кварцевых песков, порошковых материалов. Такое действие ультразвука основано на явлении кавитации и других нелинейных эффектах, возникающих в жидкости при прохождении ультразвуковой волны. Эти эффекты ускоряют протекание физико-химических процессов, оказывая на них иногда радикальное влияние. Так пульсации кавитационных полостей при определенных условиях способны создавать чрезвычайно высокие давления и температуры в микрообъемах жидкости.

Ультразвуковая (кавитационная) обработка порошковых материалов (кварцевых песков, руд и другого минерального сырья) может применяться для улучшения процессов дезинтеграции, удаления примесей в шламовую фракцию, извлечения нужных веществ, позволяет исключить или интенсифицировать некоторые операции обработки порошков (например, флотацию).

Совместно с нашими партнерами мы провели ряд исследований, в ходе которых были получены положительные результаты ультразвуковой обработки порошковых материалов.

Совместно с Лабораторией технологической экспертизы МИСиС мы исследовали влияние ультразвуковой обработки на свойства пульпы[1]. Работы проводились на специально созданных установках. Обнаружено, что кавитационная обработка способствует очистке поверхности зерён кварца, на которую налипают мельчайшие частицы тяжёлых минералов. Эффективность процесса контролировалась классификацией по классу крупности 0,1 мм и определением содержания железа в зернистой части песков.

Для Чепецкого механического завода была разработана установка колонного типа НО-119 (патент на изобретение № 2448775). Оборудование использовалось для интенсификации очистки порошка гафния от примесей в процессе кислотной обработки и последующей водной отмывки. В ходе работ сравнивалось количество примесей в исходном порошке гафния, порошке, прошедшем ультразвуковую обработку, и в мелком порошке из верхней части колонны. После прохождения ультразвуковой установки значительно снизилось количество примесей углерода и фтора. Также выявлено, что использование этой установки позволило исключить операцию флотации порошка гафния.

Для проведения экспериментов с сыпучими материалами для института «Уралмеханобр» была изготовлена установка модели НО-156. Институт провел лабораторные исследования физических методов обогащения кварцевых песков. Исследования влияния процессов ультразвуковой оттирки на изменение вещественного состава кварцевых песков показали, что в шламовой фракции после оттирки концентрируются железосодержащие минералы и пленки гидроокислов железа.

Лабораторные исследования влияния ультразвуковой обработки на извлечение золота из руд проводились в ЦНИГРИ в отделе обогащения минерального сырья. Применялась наша лабораторная ультразвуковая установка. Отмечено повышение извлечения золота при цианировании на 24 % за счёт дополнительного вскрытия материала, а также ускорение процесса растворения золота в два раза с повышением его концентрации в растворах в 1,7 раза[2]. Начаты исследования влияния ультразвука на процесс биогидрометаллургической переработки золотосодержащего сырья.

Специфическим примером ультразвуковой очистки сыпучих материалов является дезактивация радиоактивно загрязнённого грунта (почвы).

Уплотнение и улучшение сыпучести

Этот раздел нуждается в доработке.

Ультразвуковая обработка сыпучих материалов применяется также и для уплотнения различных засыпок (например, в ТЭНах) или же, наоборот, для улучшения сыпучести. Процесс уплотнения песка с ультразвуком можно посмотреть на видео. Процесс улучшения сыпучести под действием ультразвуковых волн представлен здесь.

Прессование

Этот раздел нуждается в доработке.

Прессование порошков с ультразвуком — одно из перспективных направлений применения ультразвуковых технологий. Ультразвуковое прессование (компактирование) позволяет достичь равномерного распределения плотности порошка в пресс-формах любой сложности, и тем самым повысить качество прессованных изделий.

Опытные работы по прессованию порошка диоксида циркония с ультразвуком проводились на Чепецком механическом заводе. Было выявлено существенное улучшение прочности получаемых деталей и повышение качества их поверхности.

Просеивание

Наряду с традиционной технологией просеивания, которая предполагает вибрирующие и центробежные движения сита, существует технология ультразвукового просеивания. В этом случае процесс протекает под действием ультразвуковых колебаний, накладываемых на ситовую ткань.

Применение ультразвука при просеивании позволяет:

  • увеличить пропускную способность сита (просеивание ведется до 20 мкм);
  • увеличить производительность сита;
  • уменьшить засорение ситовой ткани, за счет чего обеспечивается постоянная пропускная способность сита;
  • эффективно измельчать агломераты и сокращать количество отсева;
  • исключить грохочение.

Мы разработали большое количество пьезокерамических преобразователей разных конструкций, что позволяет оснащать ультразвуком просеивающие машины всех типов.

Видеоролик с фрагментом лабораторных испытаний модели ультразвукового сита

Примечания

  1. ^ Результаты представлены в статье «Влияние кавитации на технологические свойства рудного и нерудного минерального сырья» (журнал «Цветные металлы», № 3 за 2007 год)
  2. ^ Информационный отчет ФГУП ЦНИГРИ за 2010 г. по изучению влияния ультразвуковой обработки на извлечение золота из руд