Метод электрогидравлической дезинтеграции веществ

   Известно, что развитие механических способов дезинтеграции не идет по пути интенсификации процессов обработки и характеризуется только тенденцией увеличения усилия, прилагаемого к рабочему органу.

Увеличение мощностей привода машин не дает нового качественного эффекта, но сопровождается ростом массы и габаритов машин. Механический способ измельчения, характеризуется многоступенчатостью обработки и высокими удельными затратами энергии на вещество - 100÷200 кВт*ч/т.

 

            Принцип действия электрогидравлического дезинтегратора

     Принцип действия основан на использовании электрогидравлического эффекта (ЭГЭ).

Процесс электрогидравлического воздействия на сырье сопровождается возникновением целого ряда физических явлений:

 электромагнитных полей;

 кавитационных сил;

 различного рода излучений: ультразвукового; светового; теплового; ультрафиолетового и рентгеновского;

 локальных зон высокого давления (до 15 тыс. атм) и температуры (до 20 тыс. оС).

Совокупность такого рода сил воздействия позволяет осуществлять дезинтеграцию материалов до заданных гранулометрических показателей, вплоть до молекулярного уровня.

     Преимущества метода:

 электрогидравлические дезинтеграторы (ЭГД) не имеют движущихся частей, реактор изготавливается из обычной конструкционной стали, а корпус реактора практически не изнашивается при работе;

 возможно совмещение процессов: дробления, гомогенизации, флотации материалов;

 повышаются реологические свойства продукта;

 повышаются седиментационные показатели;

 рабочей средой может служить любая жидкость, включая специализированные технологические среды;

 процесс легко поддается автоматизации;

 для обслуживания дезинтегратора не требуется большого числа высококвалифицированных рабочих;

 можно измельчать практически любые материалы: горные породы, уголь, асбест, слюду, бумагу, цемент, зерно, торф, хрупкие металлы, выделять алмазы из кимберлитов;

 создавать композиты и синтезировать структуры с новыми физическими свойствами;

 обрабатывать почву в целях обогащения минеральными компонентами, нейтрализовать гальванические стоки и биологические опасные отходы;

 отсутствует пыль в процессе работы;

 не требуются большие производственные площади;

 существенно снижаются металлоемкость изделия и энергопотребление.

Использование узла ЭГД для получения водо-угольного топлива

Для получения ВУТ, в основном, применяют многостадийное механическое измельчение и гомогенизацию продукта в составе с водой в необходимой пропорции – вода-уголь.

Инновационный подход в этом направлении заключается в применении метода дезинтеграции при электрогидравлическом воздействии на сырье. В настоящее время этот способ используется для получения нано размерных порошков. Преимущества перед традиционным способом измельчения в механических дробильных машинах заключаются в следующем:

 удельные затраты на дробление ниже в 2÷3 раза;

 металлоемкость меньше от 3 до 10 раз;

 существенно выше качественные показатели помола.

Комплекс сил физического воздействия на сырье производит революционное преобразование в вещественном составе обрабатываемых твердых материалов, затрагивая как химические, так и физические их свойства. В частности, применительно к задаче подготовки сырья для выработки синтетических жидких углеводородов (СЖТ), спектр физико-химических воздействий на уголь позволяет не только сократить число стадий обработки, но и за счет диссоциации на молекулярном уровне обеспечивает, так называемый, - «холодный» гидрокрекинг водо-угольной суспензии. Это обеспечивает повышение реакционных свойств в процессе газификации водо-угольной суспензии, обогащение сырья атомарным водородом и существенно влияет не только на скорость газификации, но и на качественные показатели вырабатываемого синтез-газа.

   Внедрение технологии электрогидравлической дезинтеграции угля, в целях дальнейшей газификации и синтеза СЖТ, позволяет сократить издержки при подготовке сырья до 40%.

Дальнейшее развитие ЭГД технологии в целях выработки СЖТ, создает перспективу для разработки метода прямого гидрирования углей, и такие научные исследования уже проводились в РФ.

 

     Использование метода ЭГД в качестве высокотехнологичного смесителя

Известно, что процесс смешивания химических компонент, при использовании в этих целях традиционных механических устройств различного типа, требует определенного технологического подхода, последовательности операций и занимает довольно длительное время. Другим существенным недостатком при таком подходе является то, что химические компоненты не в полном объеме вступают в реакцию. Для повышения качества процесса, требуется дополнительное влияние: температуры, давления и других физических факторов, что, в конечном итоге, неизбежно влечет за собой повышение энергоемкости операций, следовательно – себестоимости целевого продукта производства.

   Впервые, при решении задач по технологической оптимизации процессов приготовления жидких синтетических моющих средств (СМС), был применен принцип ЭГД в качестве смесителя.

   В ходе проведения научно-исследовательских работ были получены следующие результаты:

 была разработана методика проведения экспериментов по оптимизации рецептуры моющих средств;

 разработана техническая часть на ЭГД смеситель;

 интенсификация процессов обеспечивает снижение необходимого количества ингредиентов;

 экспериментальные образцы СМС отличаются большей прозрачностью;

 повысились моющие свойства вещества, при сохранении исходной рецептуры адаптированной для механического процесса;

 получено повышение производительности от 6 до 8 раз;

 отпала необходимость поочередного внесения химических компонент – загрузка производится одновременно;

 не требуется нагрев воды или создание избыточного давления;

 потребление электроэнергии сокращается более чем в 6 раз;

 возможно производство высоко концентрированных СМС.

   При этом нет необходимости сопоставлять металлоемкость ЭГД смесителя, относительно традиционных реакторов смесителей, поскольку она не только в разы меньше, но и позволяет объединить несколько существующих реакторов в режим единого циркулирующего потока. Дальнейшие исследования позволят определиться с тем, какие новые качественные показатели приобретает продукт и в каком направлении продолжать работы, например для расширения сфер применения СМС.

 

    Электрогидравлический дезинтегратор для извлечения золота из упорных руд

«Дисперсное» золото представляет собой весьма мелкие рассеянные в породе частицы с размерами от нм. до 5÷10 мкм. Трудность извлечения такого золота состоит в его, так называемой, «упорности», которую ему придает расположенная вокруг него оболочка из непроницаемых для циановых растворов минералов.

   В структуре мировой добычи самородное золото не превышает 8%, а «упорное» составляет более 50% и прогнозы говорят о том, что будущее за сложными месторождениями с двойной и тройной упорностью руд. Этот факт заставляет внедрять более сложные, а значит и более дорогие методы извлечения «упорного» золота.

   Существующие технологии раскрытия руд, содержащих дисперсное золото, решают эту проблему только частично и, к тому же, являются очень дорогими и экологически опасными.

Решение проблемы более полного извлечения «упорного» золота, с применением экологически безопасной и относительно не дорогой технологии, возможно при использовании технологии электрогидравлической дезинтеграции золотоносной породы.

 

   Измельчение золотоносной руды

Электрогидравлический эффект (ЭГЭ) позволяет добиться измельчения руды до нано размеров, дает возможность организовать прохождение разряда непосредственно через рудные материалы и раскалывать их изнутри.

ЭГ эффект представляет собой самый экономичный способ превращения электрической энергии в механическую, т.к. отсутствуют промежуточные преобразующие механизмы (например, электродвигатели).

Кроме того, разряд может быть организован не только в воде, но и непосредственно в среде, которая используется для извлечения различных полезных ископаемых из руды по известным технологиям.

  Учитывая то, что аналогов такого устройства, позволяющего раскрывать «упорную» золотоносную руду с высокой рентабельностью практически не существует, электрогидравлический дезинтегратор просто не имеет конкурентов в этой области и экономическая целесообразность его разработки существует по определению.

Технические решения, применяемые в дезинтеграторе патентоспособны. Для отработки принятых технических решений и создания образца электрогидравлического дезинтегратора промышленного назначения, необходимо провести научно-исследовательские работы на имеющемся прототипе устройства малой мощности, изготовить и испытать опытно-промышленный образец устройства.

 

    Система извлечения золота из золотоносных руд

Наличие в рудах дисперсного золота в пирите и в арсенопирите является одной из причин технологической упорности золоторудного сырья. Как правило, носители дисперсного золота (например, кварц и золотосодержащие сульфиды) обладают плотной механической структурой, слабопроницаемой для цианистых растворов. Крупность частиц золота в сульфидах, содержащих сотни граммов золота на 1 тонну минералов, лежит за пределами разрешающей способности микроскопа. Золото преимущественно находится в виде включений крупностью менее 0,2 мкм. Сложный вещественный состав минерального сырья, содержащий сульфидные и окисленные минералы меди, железа, сурьмы, мышьяка, цинка, свинца и др., требует сложной специальной химической подготовки, связанной с деструкцией и окислением ассоциирующих золото сульфидов.

На сегодня существует целый ряд способов извлечения «упорного» золота: цианирование; кучное выщелачивание; подземное выщелачивание; автоклавное разложение сульфидов; кислотно-кислородное окисление; бактериально-химическое окисление, и т.д. Однако все они характеризуются либо высокой стоимостью процесса, длительностью, или являются экологически опасными.

Наиболее экологически безопасным, среди вышеназванных способов, является способ механического ультратонкого измельчения. Однако его главный недостаток – очень высокая энергоемкость процесса. Добиться эффективного ультратонкого помола удалось с помощью мельниц «IsaMill», включенных в технологию «Albion Process». Этот процесс представляет собой комбинирование ультратонкого измельчения и окислительного выщелачивания при атмосферном давлении.

Ультратонкое измельчение (от 2,5 до 9 мкм) достигается с помощью горизонтальной мельницы, в которой внутри стационарного корпуса установлены вращающиеся диски, приводящие в движение маленькие керамические шары (истирающая среда), что и приводит к ультратонкому измельчению. Между тем, специалистами МИСи было доказано, что при истирании, когда ломается сульфидная оболочка и пластичное золото «размазывается», происходят потери при извлечении до 20%, т.е. «Albion Process» так же не идеален.

Следовательно, во избежание таких потерь нужен удар по сульфидному зерну, а не истирание. Этого можно добиться при использовании технологии электрогидравлической дезинтеграции.

Анализ возможностей электрогидравлического эффекта позволяет сделать два основных вывода:

 ЭГ эффект позволяет добиться измельчения руды до нано размеров;

 ЭГ эффект дает потенциальную возможность организовать прохождение разряда непосредственно через рудные материалы и раскалывать их изнутри.

Кроме того, разряд может быть организован не только в воде, но и непосредственно в среде, которая используется для извлечения полезного ископаемого из руды в известных технологиях. Это позволит совместить процесс измельчения руды и извлечения из породы других ценных редкоземельных материалов.

Преимущества метода вскрытия золотосодержащей породы, основанного на использовании электрогидравлического дезинтегратора:

 компактность и мобильность оборудования, для работы в «поле» в отсутствии инфраструктуры;

 возможность обеспечения поточного процесса с большими объемами переработки;

 модульность, для обеспечения заданной производительности;

 универсальность процесса извлечения для разных групп металлов;

 заметное снижение стоимости и оптимизация рудоподготовки;

 «адресное» вскрытие «упорного» золота или другого металла с минимальным воздействием на попутные элементы;

 допускается совмещение процессов дробления, гомогенизации и флотации материалов;

 рабочей средой может служить любая жидкость, включая специализированные технологические среды;

 для обслуживания дезинтегратора не требуется большого числа высококвалифицированных рабочих;

 экологичность процесса;

 отсутствие пыли в процессе работы;

 не требуются большие производственные площади;

 существенно снижаются металлоемкость изделия и энергопотребление.

 

   Оценка производственных потерь при использовании существующих технологий и оборудования.

В структуре месторождений России рассыпное золото стремительно уменьшается (с 41% в 2003г. до 17% в 2015г.).

Доля коренных руд, включая «упорные», сегодня достигает 81% от общей добычи 278 тонн в 2015г.

В структуре мировой добычи (3200 т.) самородное золото не превышает 8%, а упорное составляет более 50% и прогнозы даются в пользу более сложных месторождений с двойной и тройной упорностью руд.

При отсутствии современных экономичных технологий вскрытия упорных руд все дисперсное золото в упорных рудах уходит в отвал.

  Между тем золото может быть изъято из «упорных» руд методом электрогидравлической дезинтеграции.

Эффективность изъятия дисперсного золота повышается тем, что на обрабатываемые материалы осуществляется ударное воздействие т.к. при истирающем воздействии потери при извлечении золота достигают 20%.

Существующие сегодня методы извлечение «упорных» металлов являются дорогими и экологически опасными технологиями, которые лишь частично решают задачу. Электрогидравлический эффект для вскрытия упорных руд вообще нигде не применяется.

  Новизна технологического предложения как раз и заключается в использовании электрогидравлического эффекта в дезинтеграторе для вскрытия «упорных» руд.

Необходимое время для проведения научно-исследовательских работ по созданию технологии извлечения «упорного» золота и разработки опытно-промышленного образца установки, составит не менее 4-6 месяцев.

Исходные данные для расчетов производительности промышленного образца

Исходные данные для расчетов производительности промышленного образца

Результаты расчетов экономической эффективности

Прототип электрогидравлического дезинтегратора малой производительности

Реактор ЭГД с циркулирующим потоком рабочей среды

Рабочая зона

Реактор малой производительности

Измельченное стекло в электрогидравлическом дезинтеграторе

Строительные блоки из безобжигового пеностекла полученные методом ЭГД

ВУТ приготовленное методом ЭГД