Научная статья на тему 'Полифункциональная установка на основе использования коаксиальных закрученных струй для моделирования новых гидротранспортноподъемных технологий'

Полифункциональная установка на основе использования коаксиальных закрученных струй для моделирования новых гидротранспортноподъемных технологий Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
44
18
Поделиться
Ключевые слова
ГРУНТОВЫЙ МАССИВА / ПОДРАБОТКА / МУЛЬДА СДВИЖЕНИЙ / ПЕРЕМЕЩЕНИЯ / ДЕФОРМАЦИИ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Дробаденко В. П., Вильмис А. Л., Луконина О. А.

Рассмотрены вопросы, связанные с моделированием гидротехнологических процессов при освоении континентальных и морских месторождений полезных ископаемых на уникальной стендовой установке (УСУ), зарегистрированной в Роснауки по № 4-73. Результаты исследований позволили провести опытно-промыш-ленные работы при скважинной гидродобыче янтаресодержащих пород на карьере Янтарного ГОКа (2010 г.), а также при добыче алмазосодержащих гравийно-песчано-галечных пород на шельфе Намибии.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Дробаденко В. П., Вильмис А. Л., Луконина О. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Полифункциональная установка на основе использования коаксиальных закрученных струй для моделирования новых гидротранспортноподъемных технологий»

© В.П. Дробаденко, А.Л. Вильмис, О.А Луконина, 2011

УДК 622.362

В.П. Дробаденко, А.Л. Вильмис, О.А. Луконина

ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНАЯ УСТАНОВКА НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОАКСИАЛЬНЫХ ЗАКРУЧЕННЫХ СТРУЙ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НОВЫХ ГИДРО ТРАНСПОРТНО ПОДЪЕМНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Рассмотрены вопросы, связанные с моделированием гидротехнологических процессов при освоении континентальных и морских месторождений полезных ископаемых на уникальной стендовой установке (УСУ), зарегистрированной в Роснауки по № 4-73. Результаты исследований позволили провести опытно-промыш-ленные работы при скважинной гидродобыче янтаресодержащих пород на карьере Янтарного ГОКа (2010 г.), а также при добыче алмазосодержащих гравийно-песчано-галечных пород на шельфе Намибии.

Ключевые слова: грунтовый массива, подработка, мульда сдвижений, перемещения, деформации.

ш ж олифункциональная установка

-Я. Л. на основе эффекта искусственного смерча предназначена для моделирования различных процессов гидротехнологий: гидроразрушения, пульпоприготов-ления, всасывания, гидротранспортирования и гидроподъема, гидравлической классификации, а также для интенсификации массообменных 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/м3.

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 кинетической энергии закрученных коаксиальных (кольцевых) жидкостных и газожидкостных струй (эффекта искусственного смерча).

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 воздухоот-деления 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 гидровзе-шивания 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 пульса-ционно-восходящем потоке. Его конструкция осуществляет качественное разделение (эффективность классификации 99.9 %) песчано-глинистых и шламовых фракций для последующего раздельного изучения их технологических свойств.

Гидротранспортный аппарат ГТ1 включает транспортную магистраль длиной 40 м и предназначен для иссле-

дований 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 непрерывной 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

319

Таблица 1

Основные технические характеристики аппаратов (модулей), входящих в состав УСУ

пульсационный колонный аппарат ||||| & ^ ^ я ц ® ІІ % 1 * § || 1| | Е Гидротранспортно-подьемный аппарат ГТ3 непрерывной загрузки Гидротранспортно-подьемный аппарат с вихревым пульпо-приготовлением ГТ4 Эрлифт в комплексе с дуговым грохотом Эрлифт с вихревым пульпо-приготовлением

габаритные размеры (см) 80х20х160 75х40х180 80х25х170 55х35х300 35х70х150 100x120x380 40x70x200

режим работы непрерывный циклический циклический непрерывный циклический непрерывный непрерывный

время одного цикла работы - 5 мин 15 мин 15 мин 10 мин -

Объем рабочей камеры 5 л 6 л 40 л 40 л 12 л 330 л 80 л

крупность транспортируемого материала 0-1 мм 0,1-3 мм 0,5-3 мм 0,5-3 мм 0,1-3 мм 0,5-12 мм 1-8 мм

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

рабочее давление жидкости/газа до 0,7/0,5 МПа до 0,3 МПа до 0,2 МПа до 0,2 МПа до 0,2 МПа до 1,0 МПа до 0,8 МПа

расход жидкости/газа до 0,2 / 0,1 м3/ч до 3 м3/ч до 2 м3/ч до 2 м3/ч до 2 м3/ч 0-0,63 м3/мин 0-0,55 м3/мин

марка насоса/компрессора Кама 10 / КМП-0,60 Джамбо 65/45 Кама 10 Кама 10 Кама 10 К-2 К-24

Производительность по твердому до 10т/(м2*ч) до 0,29 м3/ч до 0,29 м3/ч до 0,29 м3/ч до 0,29 м3/ч До 1,6 м3/ч до 1,5 м3/ч

0 транспортной линии 18 мм 18 мм 18 мм 18 мм 18 мм 70 мм 50 мм

длина напорной линии 5 м 25 м 25 м 25 м 25 м 3,5 м 1,2 м

объемная концентрация твердого в напорном пульповоде до 58% по объему 10 % до 35 %

Потребляемая мощность 1,1 кВт 0,8 кВт 0, кВт 0,4 кВт 0,8 кВт 5,5 кВт 2,5 кВт

коэффициент затопления - 0,2-0,65 0,2-0,8

Рис. 1. Общая схема аппаратурной цепи модулей УСУ: К - компрессор; Н - центробежный насос; Т - разгрузочный узел с тангенциальным завихрителем; Л - разгрузочный узел с коаксиальнолопаточным завихрителем

исследований по интенсификации агитационного выщелачивания при вихревом воздействии жидкостных и газо-жид-костных струй на минеральное сырье. Все действующие модели гидроаппаратов рассчитаны и изготовлены по гидродинамическим критериям подобия (Рейнольса Re, Архимеда Аг, Фруда Fг, 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 эрлифтного гидроподъема позволило спроектировать, сконструировать и испытать установку эрлифтного грунтозабора. Промышленные испытания ее осуществлялись при добыче галечно-гравийно-песчаных алмазосодержащих пород морского дна с глубины 100 м на шельфе Намибии. При этом часовая производительность грунтозаборного устройства была увеличена более чем на 250 % по сравнению с существующей технологией на добычном судне «Sakave тег».

Моделирование на УСУ геотехнологи-ческих процессов скважинной гидродобычи минерального сырья (гидроразрушение, пульпоприготовление, всасывание, гидро-

подъем) позволило запроектировать и успешно провести опытно-промышленные испытания в 2010 году янтаресодержащих 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 коаксиально-закручен-ных струй (эффекта искусственного смерча) позволило достичь по сравнению с грунтонасосами высоких технико-экономических показателей, а именно:

- сократить удельный расход воды более чем в 2,5 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. ШИЗ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------------------------

Дробаденко В.П. - доктор технических наук, профессор,

Вильмис А.Л. - кандидат технических наук, доцент,

Луконина О.А. - кандидат технических наук, доцент,

Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе, е:таіМі0^епко@таі1.га