CC BY
20
- © В.П. Дробадснко, O.A. Луконина,
Д.Л. Вильмис, 2013
УДК 622.24
В.П. Дробадснко, O.A. Луконина, Д.Л. Вильмис
ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНАЯ УСТАНОВКА НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОАКСИАЛЬНЫХ ЗАКРУЧЕННЫХ СТРУЙ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НОВЫХ ГИДРОТРАНСПОРТНО-ПОДЪЕМНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Дано описание уникальной стендовой установки предназначенной для тестовых испытаний транспортирования гидроподьема вы1сококонцентрированны1х смесей с различными физико-механическими свойствами при разработке континентальных и морских месторождений.
Ключевые слова: гидравлической классификации, кобальто-марганцевая корка, пульсационный колонный аппарат.
Ш ш олифункциональная устаЛ Л новка на основе эффекта искусственного смерча предназначена для моделирования различных процессов гидротехнологий: гидроразрушения, пульпоприготовления, всасывания, гидротранспортирования и гидроподъема, гидравлической классификации, а также для интенсификации массооб-менных процессов при выщелачивании различных металлов. Она позволяет с высокой степенью точности моделировать крупномасштабный технологический процесс горизонтального и вертикального перемещения твердого материала плотностью транспортируемой гидросмеси более 1 800 кг/м .
Новизна способа и конструкций, обеспечивающих принципиально новый механизм процессов, подтверждена патентами России, США, Франции, Германии, Австралии, Финляндии, Японии, Индии, два из которых получили золотую и серебряную медали на Всемирной выставке в Брюсселе «Эврика-98».
В 2004 году полифункциональная установка приобрела официальный статус УСУ (уникальная стендовая установка с регистрационным № 4-73
Роснауки), предназначенной для тестовых испытаний транспортирования гидроподъема высококонцентрированных смесей с различными физико-механическими свойствами при разработке континентальных и морских месторождений.
В 2005 году осуществлена модернизация УСУ в целях крупномасштабного моделирования технологических задач, связанных с освоением минеральных ресурсов шельфовых месторождений морей и океанов.
В 2006 году разработана детальная программа развития УСУ для проведения исследований при моделировании процессов глубоководного подъема для освоения железомарганцевых конкреций (ЖМК), кобальто-марганцевых корок (КМК), глубоководных полиметаллических сульфидных руд (ГПС).
Объединяющим признаком конструктивных решений различных гидротехнологических аппаратов (модулей) и их комбинаций, входящих в состав УСУ, является использование кинети ческой энергии закрученных коаксиальных (кольцевых) жидкостных и газожидкостных струй (эффекта искусственного смерча).
коэффициент затопления Потребляемая мощность Объемная концентрация твердого в напорном пульповоде /Длина напорной линии 0 транспортной линии Производительность по твердому марка насоса/компрессора Расход жидкости/газа Рабочее давление жидкости/газа Крупность транспортируемого материала Объем рабочей камеры Время одного цикла работы Режим работы Габаритные размеры (см)
1 1,1 кВт 0,8 кВт до 58% по объему СП з 18 мм В 1—' о < ж * Кама 10 / КМП-0,60 В о N3 \ О Ч—' ж до 0,7/0,5МПа 0 1 к-' Ж СП й 1 непрерывный 80x20x160 Пульсационный колонный аппарат
N3 СП Ж 18 мм В о N3 40 Ж СО > Джамбо 65/45 В со ж до 0,ЗМПа О 1—' 1 СО ж ж с^ й 5 мин циклический 75x40x180 Гилротранспортно-полъемный аппарат ГТ 1с тангенциальным и коаксиально- лопаточным завихрителями
0,4 кВт N3 СП Ж 18 мм й 2 0 Л N3 40 Кама 10 в N3 СО > до 0,2МПа 0,5—3 мм 4^ О Й 15 мин циклический 80x25x170 Торообразный гидротранспорта о-подъемный аппарат ГТ2
0,4 кВт N3 СП Ж 18 мм В о N3 40 Ж Кама 10 В N3 СО > до 0,2МПа 0,5—3 мм 4^ О й 15 мин непрерывный 55x35x300 Гидротранспортно-полъемный аппарат ГТЗ непрерывной загрузки
0,8 кВт N3 СП Ж 18 мм В о N3 40 Ж СО > Кама 10 в N3 СО > до 0,2МПа 0 Ч—' 1 со ж ж 1—' N3 Й 10 мин циклический 35x70x150 Гилротранспортно-полъемный аппарат с вихревым пульпо-приготовлением ГТ4
0,2—0,65 5,5 кВт к-' о 3,5 м 70 мм В 1—' ъ ж К-2 О 1 О Ъ со ж к а: до 1,0МПа 0,5—12 мм 330 л 1 непрерывный 100x120x380 Эрлифт в комплексе с луговым грохотом
0,2—0,8 2,5 кВт ДО 35% 1,2 м 50 мм В к-* СП ж со > К-24 0 СП СП ж 1 до 0,8МПа 1—8 мм со о й непрерывный 40x70x200 Эрлифт с вихревым пульпо-приготовлением
г
Н 0) о\ й к
с С
I -1 (й
I
<5 1 !
1 I
I
1
3
Пульсационный колонный аппарат
и
т
Эрлифт УЭП 2
Гидротранспортно- Гидротранспортно-
подъемныи аппарат ГТ4
подъемный аппарат ГТЗ
Эрлифт УЭП 1
Рис. 1. Общая схема аппаратурной цепи модулей УСУ:
К - компрессор; Н - центробежный насос;
Т - разгрузочный узел с тангенциальным завихрителем; Л - разгрузочный узел с коаксиально-лопаточным завихрителем;
Гидротранспортно- Гидротранспортно-
подъемный подъемный аппарат торооб-аппарат ГТ1 разной формы ГТ2
Описание основных модулей УСУ (рис. 1, табл. 1).
Эрлифт УЭП1 предназначен для моделирования процесса вертикального эрлифтного подъема минерального сырья. Особенность его конструкции позволяет объединить процесс возду-хоотделения и классификации на дуговом грохоте. Аппарат позволяет проводить исследования при различных коэффициентах затопления, конструкциях всасывающих наконечников и расходах сжатого воздуха.
Эрлифт УЭП2 предназначен для изучения процесса предварительного гидровзешивания пульпы при всасывании. Конструкция аппарата позволяет изменять коэффициент затопления, а также расход и условия подачи сжатого воздуха в смеситель эрлифта. Эти исследования позволяют оптимизировать режимы подъема трехфазной смеси с различными физико-механическими свойствами.
Пульсационный колонный аппарат предназначен для гидравлической классификации твердых частиц различного гранулометрического состава в пульсационно-восходящем потоке. Его конструкция осуществляет качественное разделение (эффективность классификации 99.9%) песчано-гли-нистых и шламовых фракций для последующего раздельного изучения их технологических свойств.
Гидротранспортный аппарат ГТ1 включает транспортную магистраль длиной 40 м и предназначен для исследований режимов и параметров процесса гидротранспортирования различных по свойствам горных пород. Его конструкция позволяет изучать потери давления и другие процессы в пульповоде в ходе транспортирования высоконасыщенной гидросмеси.
Гидротранспортный аппарат ГТ2 и ГТ3 имеют конструкцию с непрерыв-
ной загрузкой рабочей емкости. Аппараты используются для изучения изменения концентрации твердой фазы в напорном пульпопроводе в зависимости от равномерности загрузки и стабильности подачи транспортирующей жидкости. Они предназначены для внедрения в технологиях разработки месторождений полезных ископаемых с учетом цикличности и непрерывности загрузки горной массы в транспортную магистраль.
Гидротранспортный аппарат ГТ4 предназначен для моделирования процесса сооружения штабелей кучного выщелачивания методом намыва. Его конструкция позволяет проводить исследования по ускорению процесса выщелачивания за счет интенсификации при гидротранспортировании и намыве штабеля непосредственно с раствором реагента. Плавное управление технологическим процессом подачи жидкости дает возможность изучить эффективность вышеуказанных процессов при различных скоростях транспортирования и концентрации твердой фазы.
Гидротранспортный аппарат ГТ5 имеет торообразную форму, что обеспечивает простоту конструкции разгрузочного узла, который имеет набор сменных патрубков. Аппарат используется для изучения процесса вихревого пульпоприготовления (генерации искусственного смерча) в области разгрузочного узла при различной конструкции последнего.
Гидротранспортный аппарат ГТ6 работает в режиме массообменного реактора и предназначен для проведения исследований по интенсификации агитационного выщелачивания при вихревом воздействии жидкостных и газо-жидкостных струй на минеральное сырье.
Все действующие модели гидроаппаратов рассчитаны и изготовлены по
гидродинамическим критериям подобия (Рейнольса Re, Архимеда Ar, Фруда Fr, Струхаля Sh) и оснащены сертифицированными контрольно-измерительными приборами.
Комплексное использование вышеописанных аппаратов полифункциональной установки обеспечивает полноту теоретических и экспериментальных исследований в области гидротранспортирования, гидроклассификации, а также гидрометаллургического отработки различного минерального сырья. Их результаты позволяют внедрить высокоэффективные технологии в различные отрасли промышленности.
Так моделирование на УСУ эр-лифтного гидроподъема позволило спроектировать, сконструировать и испытать установку эрлифтного грун-тозабора. Промышленные испытания ее осуществлялись при добыче галеч-но-гравийно-песчаных алмазосодержащих пород морского дна с глубины 100 м на шельфе Намибии. При этом часовая производительность грунто-заборного устройства была увеличена более чем на 250% по сравнению с существующей технологией на добычном судне «Sakave Miner».
Моделирование на УСУ геотехнологических процессов скважинной гидродобычи минерального сырья (гидроразрушение, пульпоприготов-ление, всасывание, гидроподъем) позволило запроектировать и успешно провести опытно-промышленные ис-
пытания в 2 010 году янтаресодер-жащих обводненных пород с неустойчивой кровлей на карьере Калининградского янтарного комбината.
Моделирование различных конструкций загрузочно-обменных аппаратов, новизна которых подтверждена отечественными и зарубежными патентами, с использованием коакси-ально-закрученных струй (эффекта искусственного смерча) позволило достичь по сравнению с грунтонасо-сами высоких технико-экономических показателей, а именно:
• сократить удельный расход воды более чем в 25 раза, тем самым уменьшить энергоемкость процесса;
• увеличить в несколько раз дальность транспортирования высококонцентрированной гидросмеси, что резко снижает многоступенчатость процесса и поэтому повышает надежность работы всей гидротранспортной системы и, соответственно, снижает эксплуатационные расходы;
• исключить абразивный износ движущихся частей трубопроводного оборудования, а также транспортировать куски твердого материала увеличенного размера;
• повысить стабильность транспортирования гидросмеси требуемого состава и концентрации на обогатительные аппараты, что способствует повышению извлечения ценных компонентов при переработке их на обогатительных фабриках, гтттт?
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
ЛробаденкоВ.П. — доктор технических наук, профессор, [email protected], Российский государственный геологоразведочный университет; Луконина О.А., Вильмис А.Л.,
Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе.
^___
