CC BY
32
© 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
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
