RU2806425C1 - Installation for selective disintegration of materials - Google Patents
Installation for selective disintegration of materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2806425C1 RU2806425C1 RU2023114513A RU2023114513A RU2806425C1 RU 2806425 C1 RU2806425 C1 RU 2806425C1 RU 2023114513 A RU2023114513 A RU 2023114513A RU 2023114513 A RU2023114513 A RU 2023114513A RU 2806425 C1 RU2806425 C1 RU 2806425C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulp
- electrodes
- cell
- voltage
- discharge
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для селективной дезинтеграции материалов и может быть использовано при подготовке минерального сырья к переработке различными методами.The invention relates to devices for selective disintegration of materials and can be used in the preparation of mineral raw materials for processing using various methods.
Традиционные механические способы дезинтеграции материалов, например, горных пород, характеризуются приложением нагрузки и разрушением сростков в частицах руды по случайным направлениям с низкой селективностью раскрытия минералов. Оптимальная степень раскрытия минералов достигается переизмельчением сырья более чем в три раза, что сопровождается большими затратами энергии на рудоподготовку [Блехман И.И., Финкельштейн Г.А. Селективное раскрытие минералов при минимальном переизмельчении//Тр. ин-та «Механобр».-Л.:1975.-№ 140.-С. 149-153].Traditional mechanical methods of disintegration of materials, for example, rocks, are characterized by the application of a load and destruction of intergrowths in ore particles in random directions with low selectivity of mineral opening. The optimal degree of mineral disclosure is achieved by regrinding the raw material more than three times, which is accompanied by large energy costs for ore preparation [Blekhman I.I., Finkelshtein G.A. Selective disclosure of minerals with minimal overgrinding // Tr. institute "Mekhanobr."-L.: 1975.-No. 140.-S. 149-153].
Существуют иные способы селективного раскрытия минералов и тонких включений из твердого материала путем электроимпульсной обработки минерального сырья, снижающие в несколько раз затраты энергии по сравнению с известными механическими способами дезинтеграции твердых материалов.There are other methods for the selective disclosure of minerals and thin inclusions from solid material by electric pulse processing of mineral raw materials, which reduce energy costs several times compared to the known mechanical methods of disintegration of solid materials.
Известен способ и устройство для его реализации [патент RU 2176558, МПК B03B7/00, опубл. 10.12.2001 г.], включающий в себя обработку электромагнитными импульсами материала, с амплитудой напряженности электрической компоненты поля, большей электрической прочности материала, и длительностью фронта импульса, меньшей времени формирования искрового разряда в воздушном зазоре, равном толщине обрабатываемого слоя материала, и выщелачивание благородных металлов, при этом обработке электромагнитными импульсами подвергают материал, увлажненный водой в количестве, не большем, чем необходимо для заполнения водой пор в частицах материала, или обезвоженный до влажности, соответствующей количеству воды в порах материала. Увлажнение и обезвоживание производят до соотношения твердого к жидкому от 5:1 до 3:1. Воде, содержащейся в порах частиц материала, придают кислую или щелочную реакцию. Указанный способ реализуется с помощью установки, включающей преобразователь сетевого напряжения, формирователь импульсов, высоковольтный трансформатор, электродную систему, при этом электродная система представляет собой область с двумя дискообразными электродами диаметром 120 мм, один из которых помещен в жидкий диэлектрик для исключения возможности искрового разряда в материале. Материал с наличием воды в порах частиц помещают между электродами электродной системы и подвергают воздействию электромагнитными импульсами с длительностью фронта импульса от 5 нс и длительностью импульса от 10 нс с амплитудой до 150 кВ и частотой повторения 20 Гц. Электромагнитные импульсы, воздействуя на поровую воду, приводят к разогреву воды в результате протекания тока, что создаёт дополнительное воздействие на неоднородности частичек упорного материала, и способствует дополнительному их раскрытию. При этом воде, содержащейся в порах частиц материала, необходимо придать кислую или щелочную реакцию, создаваемую добавлением соответственно серной кислоты или щелочи, например KOH.A known method and device for its implementation [patent RU 2176558, IPC B03B7/00, publ. 12/10/2001], which includes the processing of material with electromagnetic pulses, with the amplitude of the electric component of the field, greater electrical strength of the material, and the duration of the pulse front, less than the time of formation of the spark discharge in the air gap, equal to the thickness of the treated layer of material, and leaching of noble metals, in this case, the material is subjected to treatment with electromagnetic pulses, moistened with water in an amount not greater than that necessary to fill the pores in the particles of the material with water, or dehydrated to a humidity corresponding to the amount of water in the pores of the material. Humidification and dehydration are carried out to a solid to liquid ratio of 5:1 to 3:1. The water contained in the pores of the material particles is given an acidic or alkaline reaction. This method is implemented using an installation that includes a mains voltage converter, a pulse shaper, a high-voltage transformer, and an electrode system, wherein the electrode system is an area with two disk-shaped electrodes with a diameter of 120 mm, one of which is placed in a liquid dielectric to eliminate the possibility of a spark discharge in the material . The material with the presence of water in the pores of the particles is placed between the electrodes of the electrode system and exposed to electromagnetic pulses with a pulse rise time of 5 ns and a pulse duration of 10 ns with an amplitude of up to 150 kV and a repetition rate of 20 Hz. Electromagnetic pulses, acting on pore water, lead to heating of the water as a result of the flow of current, which creates an additional effect on the heterogeneity of particles of resistant material and promotes their additional opening. In this case, the water contained in the pores of the material particles must be given an acidic or alkaline reaction, created by adding sulfuric acid or alkali, respectively, for example KOH.
Основным недостатком способа является низкая степень извлечения благородных металлов даже при его значительном содержании в исходном материале: степень извлечения золота из материала с исходной концентрацией 80 г/т не превышает 72,5%. Кроме того, при реализации данного способа возникают необходимость проведения дополнительных затрат по очистке воды от кислоты или щелочи. Эти недостатки связаны с неэффективным введением электрической энергии импульсов в обрабатываемый материал, так как большая часть введенной энергии расходуется на формирование каналов электрического тока по поверхности увлажненных частичек, а не в порах данных частиц. Также, недостатком установки является то, что конструкция указанной установки допускает ее использование только в лабораторных условиях, поскольку производительность установки менее ста килограммов в час.The main disadvantage of the method is the low degree of extraction of precious metals, even with its significant content in the source material: the degree of gold recovery from material with an initial concentration of 80 g/t does not exceed 72.5%. In addition, when implementing this method, there is a need for additional costs to purify water from acid or alkali. These disadvantages are associated with the ineffective introduction of electrical pulse energy into the material being processed, since most of the introduced energy is spent on the formation of electric current channels along the surface of moistened particles, and not in the pores of these particles. Also, the disadvantage of the installation is that the design of this installation allows its use only in laboratory conditions, since the productivity of the installation is less than one hundred kilograms per hour.
Известно устройство [патент RU 2605012, МПК B03B7/00, С22В11/00, С22В3/02, С22В03/04, опубл. 20.12.2016 г.] в котором реализована попытка повысить производительность способа, приведенного в патенте РФ №2176558, путем замены одного из дисковых электродов на электрод, выполненный в виде проводящей ленты транспортера, снабженной на концах загрузочным и разгрузочным узлами, а также дооснащенный подвижной планкой, расположенной рядом с загрузочным узлом, данный электрод соединен с помощью подвижного контакта с генератором, второй электрод также изменен и выполнен в виде плоской медной пластины квадратной формы с длиной стороны, равной ширине ленты транспортера, расположенной над первым электродом и соединенной с генератором. Обрабатываемый материал перемещается между электродами с помощью транспортера, скорость движения ленты транспортера выбирается в зависимости от вида руды в диапазоне от 0,05 до 0,2 м/с.The device is known [patent RU 2605012, IPC B03B7/00, S22B11/00, S22B3/02, S22B03/04, publ. 12/20/2016] in which an attempt was made to increase the productivity of the method given in RF patent No. 2176558 by replacing one of the disk electrodes with an electrode made in the form of a conductive conveyor belt, equipped at the ends with loading and unloading units, and also equipped with a movable bar , located next to the loading unit, this electrode is connected by means of a movable contact to the generator, the second electrode is also modified and is made in the form of a square flat copper plate with a side length equal to the width of the conveyor belt located above the first electrode and connected to the generator. The processed material moves between the electrodes using a conveyor; the speed of the conveyor belt is selected depending on the type of ore in the range from 0.05 to 0.2 m/s.
Недостатком данного устройства является то, что в нем сохранены все недостатки вышеописанного устройства [патент RU 2176558, МПК B03B7/00, опубл. 10.12.2001 г.], связанные с низкой степенью извлечения благородных металлов из исходного материала, поскольку используется тот же самый эффект: разогрев жидкости, находящейся в порах материалов, в результате протекания электрического тока под действием электромагнитных импульсов. Кроме того, данное устройство характеризуется высокими энергопотерями, так как из-за того, что высоковольтный электрод расположен на воздухе, а электрические импульсы имеют пикосекундную длительность и следуют с частотой более 1 кГц, то большая часть электрической энергии расходуется на горение коронного разряда вокруг высоковольтного электрода. Это приведет к образованию в значительных количествах ядовитых газов, таких как озон и оксид азота, что затрудняет эксплуатацию установки. Также, заявляемые авторами параметры импульса: длительность менее 1 нс, передний фронт менее 0,1 нс, частота следования более 1 кГц, и формирование электрического поля с напряженностью 100 кВ/см при межэлектродном зазоре 7 см, что соответствует амплитуде импульсов в 700 кВ, требуют применения уникальных как высоковольтных компонентов, так и схемотехнических решений. Стоимость создания и эксплуатации подобной установки в итоге становится недопустимо большой для массового применения в условиях промышленности.The disadvantage of this device is that it retains all the disadvantages of the above-described device [patent RU 2176558, IPC B03B7/00, publ. 12/10/2001], associated with a low degree of extraction of noble metals from the source material, since the same effect is used: heating of the liquid located in the pores of the materials as a result of the flow of electric current under the influence of electromagnetic pulses. In addition, this device is characterized by high energy losses, since due to the fact that the high-voltage electrode is located in air, and the electrical pulses have a picosecond duration and follow with a frequency of more than 1 kHz, most of the electrical energy is spent on burning the corona discharge around the high-voltage electrode . This will lead to the formation of significant quantities of toxic gases such as ozone and nitrogen oxide, which makes the operation of the installation difficult. Also, the pulse parameters declared by the authors: duration less than 1 ns, leading edge less than 0.1 ns, repetition frequency more than 1 kHz, and the formation of an electric field with a strength of 100 kV/cm with an interelectrode gap of 7 cm, which corresponds to a pulse amplitude of 700 kV, require the use of unique high-voltage components and circuit solutions. The cost of creating and operating such an installation ultimately becomes unacceptably high for mass application in industrial conditions.
Известно устройство и способ [патент RU 2150326, МПК В02С19/18, опубл. 10.06.2000 г.] по селективному раскрытию тонких включений из твердого материала под воздействием электрогидравлических (ЭГ) ударов, возникающих при пробое смеси частиц руды с жидкостью, например, с водой (пульпа) электрическими разрядами наносекундной длительности. При электроимпульсном методе обработка ведется за счет разряда, проходящего непосредственно через места неоднородностей (включения, границы раздела и т.п.). Это происходит потому, что при некоторой скорости нарастания напряжения электрическая прочность твердых минералов (диэлектриков) оказывается ниже, чем прочность жидкости, в которой находится этот минерал. Электрический пробой, который приводит к измельчению твердого материала, происходит преимущественно по границе фаз с различными свойствами, что приводит к повышению селективности процесса: раскрытие происходит за счет давления в канале разряда при минимальном переизмельчении исходного материала. При электрогидравлическом методе воздействие производится в основном волнами сжатия и растяжения, возникающими в обрабатываемой среде при импульсном электрическом пробое пульпы (чаще всего смеси воды с обрабатываемым материалом). Такой метод позволяет проводить обработку как диэлектрических, так и электропроводящих материалов. При обработке мелких (менее 1 мм) материалов, естественно, что доля электрогидравлического воздействия будет определяющей, т.к. поперечный размер канала разряда очень мал, от единиц до десятков микрон. Поэтому доля частиц, попавших в канал разряда, несущественна, однако, возникающие при этом импульсы давления распространяются со скоростью несколько километров в секунду и эффективно воздействуют (создают напряжения растяжения) на объекты, находящиеся в зоне действия ударной волны. Минимальный размер частиц, подвергающихся обработке, зависит от длительности электрического импульса, как d ≈ 2 ∙ v ∙ t, где v – скорость ударной волны (пропорциональна скорости звука); t – время нарастания импульса давления (пропорционально длительности импульса). Для того, чтобы эффективно вскрывать частицы пиритных хвостов с размером менее 100 мкм (скорость звука в пирите Vз ≈ 8000 м/с) требуются импульсы длительностью tu ≤ d / Vз = 10-4 /8 ∙ 103 = 12.5 наносекунд. Использование импульсов, в которых энергия выделяется в течение микросекунд, не обеспечивает селективного раскрытия тонких (размером 10 - 1000 мкм) включений, т.к. они создают ударные волны микросекундной длительности. Таким образом, в результате формирования завершенного электрического пробоя в пульпе, на взвешенные минеральные частицы воздействуют как ударные волны, возникающие при прохождении канала разряда в промежутках между частицами в жидкой среде, так и оказывается непосредственная передача энергии разряда частицам, попавшим в канал. Установка состоит из генератора импульсов высокого напряжения, разрядной ячейки с встроенными в нее одной парой электродов, блока подготовки пульпы, блока приема обработанной пульпы, трубопроводов. В качестве генератора высокого напряжения использован наносекундный генератор, в сечение потока устанавливают разрядную ячейку с двумя электродами, один из которых, высоковольтный положительной полярности, представляет из себя острие и расположен так, что кончик острия находится на оси цилиндра, а второй электрод - заземленный в виде тонкого цилиндра с внешним диаметром, равным размеру ячейки. При протекании пульпы через разрядную ячейку, высоковольтный генератор формирует импульсы наносекундной длительности с частотой следования, зависящей от скорости протекания пульпы. Для повышения эффективности раскрытия тонких включений область обработки пульпы может быть ограничена разрядной ячейкой, изготовленной из материала с электропроводимостью, меньшей чем электропроводность пульпы, с цилиндрическим отверстием, внутри отверстия на оси цилиндра устанавливают два электрода, причем расстояние между электродами h выбирают из условия пробоя пульпы, а диаметр цилиндрического отверстия D выбирают из условия: D ≈ h. Для обработки непрерывного потока пульпы частота следования импульсов высокого напряжения f связана со скоростью потока пульпы Uп (см3/с) и объемом области обработки пульпы v (см3), где v = 0,25·D2 ·h, соотношением: f ≥ Uп/v.A device and method is known [patent RU 2150326, IPC V02S19/18, publ. 06/10/2000] on the selective opening of thin inclusions of solid material under the influence of electrohydraulic (EG) impacts that occur during the breakdown of a mixture of ore particles with a liquid, for example, with water (pulp) by electric discharges of nanosecond duration. With the electric pulse method, processing is carried out due to a discharge passing directly through places of inhomogeneities (inclusions, interfaces, etc.). This happens because at a certain rate of voltage increase, the electrical strength of solid minerals (dielectrics) turns out to be lower than the strength of the liquid in which this mineral is located. Electrical breakdown, which leads to the grinding of solid material, occurs predominantly at the boundary of phases with different properties, which leads to increased selectivity of the process: opening occurs due to pressure in the discharge channel with minimal overgrinding of the starting material. With the electrohydraulic method, the effect is produced mainly by compression and tension waves that occur in the treated medium during pulsed electrical breakdown of the pulp (most often a mixture of water with the material being processed). This method allows processing of both dielectric and electrically conductive materials. When processing small (less than 1 mm) materials, it is natural that the share of electrohydraulic action will be decisive, because The transverse size of the discharge channel is very small, from units to tens of microns. Therefore, the proportion of particles falling into the discharge channel is insignificant; however, the resulting pressure pulses propagate at a speed of several kilometers per second and effectively influence (create tensile stresses) on objects located in the zone of action of the shock wave. The minimum size of particles subjected to processing depends on the duration of the electrical pulse, as d ≈ 2 ∙ v ∙ t, where v is the shock wave speed (proportional to the speed of sound); t – rise time of the pressure pulse (proportional to the pulse duration). In order to effectively open particles of pyrite tailings with a size of less than 100 μm (the speed of sound in pyrite V z ≈ 8000 m/s), pulses with a duration of t u ≤ d / V z = 10 -4 /8 ∙ 10 3 = 12.5 nanoseconds are required. The use of pulses in which energy is released within microseconds does not provide selective opening of thin (10 - 1000 µm in size) inclusions, because they create shock waves of microsecond duration. Thus, as a result of the formation of a completed electrical breakdown in the pulp, the suspended mineral particles are affected by both shock waves that arise when the discharge channel passes through the spaces between the particles in the liquid medium, and the discharge energy is directly transferred to the particles trapped in the channel. The installation consists of a high-voltage pulse generator, a discharge cell with one pair of electrodes built into it, a pulp preparation unit, a treated pulp receiving unit, and pipelines. A nanosecond generator is used as a high-voltage generator; a discharge cell with two electrodes is installed in the flow section, one of which, high-voltage positive polarity, is a tip and is located so that the tip of the tip is on the cylinder axis, and the second electrode is grounded in the form thin cylinder with an outer diameter equal to the cell size. When the pulp flows through the discharge cell, the high-voltage generator generates nanosecond pulses with a repetition frequency depending on the speed of pulp flow. To increase the efficiency of opening thin inclusions, the pulp processing area can be limited by a discharge cell made of a material with electrical conductivity less than the electrical conductivity of the pulp, with a cylindrical hole; two electrodes are installed inside the hole on the axis of the cylinder, and the distance between the electrodes h is selected from the condition of pulp breakdown, and the diameter of the cylindrical hole D is chosen from the condition: D ≈ h. To process a continuous pulp flow, the repetition rate of high voltage pulses f is related to the pulp flow rate Uп (cm 3 /s) and the volume of the pulp processing area v (cm 3 ), where v = 0.25 D 2 h, the ratio: f ≥ Up/v.
Особенностью данного метода является образование пузырьков газа, образующихся в канале разряда при пробое пульпы. Данные пузырьки, оставшиеся в межэлектродном промежутке, приводят к снижению эффективности электрического пробоя пульпы при следующем импульсе высокого напряжения, из-за развития разряда по газовым пузырькам, кроме того, газовые пузырьки экранируют воздействие электрогидравлического удара, на минеральные частицы, находящиеся в пульпе, что является недостатком данного способа. Удаление газовых пузырьков из зоны обработки пульпы осуществляется либо потоком пульпы, либо путем естественного всплывания пузырьков. Таким образом, необходимость удаления газовых пузырьков, для сохранения эффективности дезинтеграции сырья ЭГ методом, приводит к увеличению интервала времени между моментами электрического пробоя пульпы, и, как следствие, снижению производительности. Максимально достигнутая производительность не превышает 200 кг/ч.A feature of this method is the formation of gas bubbles that form in the discharge channel during pulp breakdown. These bubbles remaining in the interelectrode gap lead to a decrease in the efficiency of electrical breakdown of the pulp at the next high voltage pulse due to the development of a discharge through gas bubbles, in addition, gas bubbles screen the effect of electrohydraulic shock on mineral particles located in the pulp, which is disadvantage of this method. Removal of gas bubbles from the pulp processing zone is carried out either by the flow of the pulp or by the natural floating of bubbles. Thus, the need to remove gas bubbles, in order to maintain the efficiency of disintegration of raw materials by the EG method, leads to an increase in the time interval between the moments of electrical breakdown of the pulp, and, as a consequence, to a decrease in productivity. The maximum achieved productivity does not exceed 200 kg/h.
Наиболее близким техническим решением к изобретению (прототипом) является способ и установка селективного раскрытия тонких включений из твердого материала под воздействием электрогидравлических ударов, возникающих при пробое смеси частиц руды с жидкостью, например, с водой электрическими разрядами [патент RU 2569007, МПК В02С 19/18, опубл. 20.11.2015 г.] Способ реализован в установке для селективной дезинтеграции твердых материалов, включающей в себя несколько независимых наносекундных генераторов высоковольтных импульсов и одну разрядную ячейку. Особенностью данной установки является многоэлектродная система, причем, высоковольтная часть электродной системы расположена на внутренней диэлектрической неподвижной части разрядной ячейки, а заземленная часть электродной системы расположена на внешней металлической подвижной части разрядной ячейки, вращающейся с определенной угловой скоростью. Подключение нескольких генераторов высоковольтных импульсов позволяет увеличивать производительность разрядной ячейки и эффективность обработки пульпы, поскольку каждый следующий электрический разряд в пульпе развивается на новой паре электродов в областях, свободных от газовых пузырьков, образовавшихся при предшествующих электрических разрядах. Повторный электрический разряд в пульпе для каждого высоковольтного электрода возможен только после совершения корпусом 1 полного оборота вокруг оси. Времени полного оборота достаточно для удаления пузырьков газа из зоны электрического разряда естественным образом. В результате, обеспечивается эффективное воздействие ЭГ удара на частицы твердых материалов, находящиеся в пульпе и повышается производительность установки. Энергозатраты авторами оцениваются на уровне 5 кВт*ч/т.The closest technical solution to the invention (prototype) is a method and installation for selective opening of thin inclusions of solid material under the influence of electrohydraulic shocks that occur when a mixture of ore particles with liquid, for example, water, is broken down by electric discharges [patent RU 2569007, IPC V02S 19/18 , publ. November 20, 2015] The method is implemented in an installation for the selective disintegration of solid materials, which includes several independent nanosecond high-voltage pulse generators and one discharge cell. A feature of this installation is a multi-electrode system, and the high-voltage part of the electrode system is located on the internal dielectric stationary part of the discharge cell, and the grounded part of the electrode system is located on the external metal movable part of the discharge cell, rotating at a certain angular speed. Connecting several high-voltage pulse generators allows you to increase the productivity of the discharge cell and the efficiency of pulp processing, since each subsequent electrical discharge in the pulp develops on a new pair of electrodes in areas free of gas bubbles formed during previous electrical discharges. A repeated electrical discharge in the pulp for each high-voltage electrode is possible only after the body has completed 1 full revolution around the axis. The full rotation time is sufficient to naturally remove gas bubbles from the electrical discharge zone. As a result, the effective impact of EG impact on particles of solid materials located in the pulp is ensured and the productivity of the installation is increased. The authors estimate energy consumption at the level of 5 kWh/t.
Недостатком данной установки является высокая сложность и малая надежность разрядной ячейки с электродами, вращающимися со скоростью до 300 оборотов в минуту, в условиях высокого абразивного действия минеральных песчинок, что ведет к интенсивному механическому износу. Кроме того, необходимость синхронизации моментов генерации импульса напряжения наносекундной длительности с моментом совпадения осей электродов, расположенных на неподвижной части ячейки и подвижной, вращающейся со скоростью до 300 оборотов в минуту, является крайне сложной задачей. При этом, в сравнении с установкой, описанной в патенте RU 2150326, удалось поднять производительность только до 550 кг/ч, что недостаточно для применения установки в промышленных целяхThe disadvantage of this installation is the high complexity and low reliability of the discharge cell with electrodes rotating at speeds of up to 300 rpm under conditions of high abrasive action of mineral sand grains, which leads to intense mechanical wear. In addition, the need to synchronize the moments of generation of a voltage pulse of nanosecond duration with the moment of coincidence of the axes of the electrodes located on the stationary part of the cell and the moving part, rotating at a speed of up to 300 rpm, is an extremely difficult task. At the same time, in comparison with the installation described in patent RU 2150326, it was possible to increase productivity only to 550 kg/h, which is not enough to use the installation for industrial purposes
Задача изобретения заключается в создании установки для селективной дезинтеграции материалов для использования при подготовке минерального сырья к переработке различными методами с целью повышении производительности и эффективности процесса селективной дезинтеграции материалов, снижении удельных энергозатрат, повышении надежности разрядной ячейки.Objective of the invention is to create an installation for the selective disintegration of materials for use in the preparation of mineral raw materials for processing by various methods in order to increase the productivity and efficiency of the process of selective disintegration of materials, reduce specific energy costs, and increase the reliability of the discharge cell.
Технический результат изобретения: повышение производительности процесса селективной дезинтеграции материалов при обработке пульпы электрическими завершенными разрядами до 4 т/ч по твердому веществу с одновременным снижением энергозатрат до 2,15 кВт*ч/т. Technical result of the invention: increasing the productivity of the process of selective disintegration of materials when treating pulp with completed electrical discharges up to 4 t/h for solids while simultaneously reducing energy consumption to 2.15 kW*h/t.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в процессе дезинтеграции и селективного раскрытия включений в минеральном сырье путем одномоментного формирования множества завершенных электрических разрядов различной полярности с одинаковой энергией многократно увеличивается объем одномоментно обрабатываемой пульпы и обеспечивается равномерное распределение вводимой в обрабатываемый объем энергии.This technical result is achieved due to the fact that in the process of disintegration and selective opening of inclusions in mineral raw materials by simultaneously forming a plurality of completed electrical discharges of different polarities with the same energy, the volume of simultaneously processed pulp increases many times and ensures a uniform distribution of energy introduced into the processed volume.
Заявляется установка для реализации селективной дезинтеграции твердых материалов под воздействием завершенного электрического разряда в пульпе, включающая блок подготовки пульпы, генератор наносекундных высоковольтных импульсов, магнитный компрессор, индуктивные накопители энергии с насыщающимся магнитопроводом, высоковольтные полупроводниковые прерыватели тока, трубопровод и многоэлектродную разрядную ячейку, отличающаяся тем, что на едином насыщающемся магнитопроводе последнего звена сжатия магнитного компрессора изготовлено четное количество индуктивных накопителей энергии с индивидуальными полупроводниковыми прерывателями, таким образом, что одна половина выходных индуктивных накопителей формирует импульс напряжения положительной полярности, а другая половина выходных индуктивных накопителей формирует импульс напряжения отрицательной полярности, каждый электрод разрядной ячейки подключен к собственному индуктивному накопителю энергии, при этом электроды положительной полярности расположены в линию с одной стороны ячейки, а отрицательной полярности расположены в линию с противоположной стороны ячейки напротив друг друга, что позволяет синхронизировать генерацию импульсов напряжения и сформировать многоканальный завершенный электрический разряд в пульпе с временным разбросом между каналами не более 0,5 нс, при этом расстояние в линии между соседними однополярными электродами равно удвоенному расстоянию, на котором ударная волна от канала завершенного электрического разряда в пульпе затухает и перерождается в звуковую волну.An installation is claimed for implementing the selective disintegration of solid materials under the influence of a completed electric discharge in the pulp, including a pulp preparation unit, a generator of nanosecond high-voltage pulses, a magnetic compressor, inductive energy storage devices with a saturable magnetic circuit, high-voltage semiconductor current interrupters, a pipeline and a multi-electrode discharge cell, characterized in that that on a single saturable magnetic circuit of the last compression link of the magnetic compressor, an even number of inductive energy storage devices with individual semiconductor choppers are made, in such a way that one half of the output inductive storage devices generates a voltage pulse of positive polarity, and the other half of the output inductive storage devices generates a voltage pulse of negative polarity, each electrode the discharge cell is connected to its own inductive energy storage, with electrodes of positive polarity located in a line on one side of the cell, and electrodes of negative polarity located in a line on the opposite side of the cell opposite each other, which allows synchronizing the generation of voltage pulses and forming a multi-channel complete electrical discharge in the pulp with a time spread between channels of no more than 0.5 ns, while the distance in the line between adjacent unipolar electrodes is equal to twice the distance at which the shock wave from the channel of a completed electrical discharge in the pulp attenuates and degenerates into a sound wave.
Изобретение поясняется фигурами иллюстраций.The invention is illustrated by illustrative figures.
На Фиг. 1 представлена электрическая схема высоковольтной части импульсного генератора с индуктивным накопителем энергии и твердотельной системой коммутации.In FIG. Figure 1 shows an electrical diagram of the high-voltage part of a pulse generator with an inductive energy storage device and a solid-state switching system.
На Фиг.2 представлена схема разрядной ячейки установки.Figure 2 shows a diagram of the discharge cell of the installation.
На Фиг. 3 представлена блок-схема импульсного высоковольтного генератора с индуктивным накопителем энергии и твердотельной системой коммутации.In FIG. Figure 3 shows a block diagram of a pulsed high-voltage generator with an inductive energy storage device and a solid-state switching system.
На Фиг. 4 представлена схема установки для селективной дезинтеграции твердых материалов, где: 1 - бак с полусферическим дном, 2 – вал, размещенный по оси бака, 3 - лопасти, 4 -электродвигателя с регулируемой скоростью вращения, 5 - вихреобразующие направляющие 5, 6 - дозатор, 7 - сухой материал, 8 – бункер, 9 - винт Архимеда, 10 - вал электродвигателя, 11 - генератор высоковольтных импульсов, 12 – реактор, 13 - дренажный насос, 14 - бак-накопитель.In FIG. Figure 4 shows a diagram of an installation for the selective disintegration of solid materials, where: 1 - a tank with a hemispherical bottom, 2 - a shaft located along the axis of the tank, 3 - blades, 4 - electric motors with adjustable rotation speed, 5 - vortex-forming guides 5, 6 - dispenser, 7 - dry material, 8 - hopper, 9 - Archimedes screw, 10 - electric motor shaft, 11 - high-voltage pulse generator, 12 - reactor, 13 - drainage pump, 14 - storage tank.
На Фиг.5 показано изменение фракционного состава флотационного концентрата крупностью -0,4мм обработке заявляемой установкой: черный цвет – обработанный образец, серый цвет – исходный образец.Figure 5 shows the change in the fractional composition of the flotation concentrate with a particle size of -0.4 mm when processed by the inventive installation: black color – processed sample, gray color – original sample.
Заявляемая установка представляет собой блок подготовки пульпы, высоковольтный генератор наносекундных импульсов с четным количеством оконечных индуктивных накопителей, каждый из которых имеет собственный полупроводниковый прерыватель тока, при этом, одна половина выходных индуктивных накопителей формирует импульс напряжения положительной полярности, а вторая половина выходных индуктивных накопителей формирует импульс напряжения отрицательной полярности, (фиг.1), и многоэлектродную разрядную ячейку (фиг.2). The inventive installation is a pulp preparation unit, a high-voltage generator of nanosecond pulses with an even number of terminal inductive storage devices, each of which has its own semiconductor current switch, while one half of the output inductive storage devices generates a voltage pulse of positive polarity, and the second half of the output inductive storage devices generates a pulse voltage of negative polarity (Fig. 1), and a multi-electrode discharge cell (Fig. 2).
Заявляемая установка отличается от прототипа тем, что наносекундный высоковольтный генератор имеет четное количество выходных индуктивных накопителей, выполненных на едином магнитопроводе, но каждый из выходных индуктивных накопителей имеет собственный полупроводниковый прерыватель тока, причем, одна половина выходных индуктивных накопителей формирует импульс напряжения положительной полярности, а другая половина выходных индуктивных накопителей формирует импульс напряжения отрицательной полярности, а разрядная ячейка для обработки пульпы завершенными электрическими разрядами имеет многоэлектродную систему, количество электродов равно количеству выходных индуктивных накопителей, а каждый из электродов которой подключен к собственному выходному индуктивному накопителю, при этом электроды положительной полярности расположены с одной стороны ячейки, а отрицательной полярности с другой стороны ячейки, при этом импульсы напряжения для всех выходных индуктивных накопителей формируются одновременно с разбросом не более 0,5 нс. The inventive installation differs from the prototype in that the nanosecond high-voltage generator has an even number of output inductive storage devices made on a single magnetic circuit, but each of the output inductive storage devices has its own semiconductor current breaker, and one half of the output inductive storage devices generates a voltage pulse of positive polarity, and the other half half of the output inductive storage devices generate a voltage pulse of negative polarity, and the discharge cell for processing pulp with completed electrical discharges has a multi-electrode system, the number of electrodes is equal to the number of output inductive storage devices, and each of the electrodes of which is connected to its own output inductive storage device, while the electrodes of positive polarity are located with one side of the cell, and negative polarity on the other side of the cell, while voltage pulses for all output inductive storage devices are generated simultaneously with a spread of no more than 0.5 ns.
На сегодняшний день имеется несколько подходов к созданию наносекундных высоковольтных генераторов. Основным является способ формирования импульса высокого напряжения путем подключения емкостного накопителя энергии к нагрузке (разрядной ячейки) с помощью электрического разряда наносекундной длительности, формируемого разрядником-обострителем в среде газа высокого давления. Особенностью всех газонаполненных неуправляемых двухэлектродных разрядников является разброс напряжения включения. Так, РО-49 на 220 кВ имеет разброс напряжения включения 40 кВ (от 180 до 220 кВ), а РО-50 напряжением 260 кВ уже 80 кВ (от 180 до 260кВ). Таким образом, нестабильность выходного напряжения генератора с емкостным накопителем энергии достигает значений 20-25%. Кроме того, поскольку при прохождении разряда в газовой среде происходит ионизация газа и образование плазмы в канале разряда, то требуется время на рекомбинацию плазмы и восстановление электрической прочности промежутка, что существенно ограничивает частоту следования импульсов. Так в устройстве аппарата ПИР 100/240, в котором используется отпаянный газовый разрядник-обостритель высокого давления типа Р-43, Р-48, частота следования импульсов не превышает 4 Гц при работе в продолжительном режиме.Today, there are several approaches to creating nanosecond high-voltage generators. The main method is to generate a high voltage pulse by connecting a capacitive energy storage device to a load (discharge cell) using an electric discharge of nanosecond duration generated by a spark gap in a high-pressure gas environment. A feature of all gas-filled uncontrolled two-electrode arresters is the dispersion of the switching voltage. Thus, RO-49 at 220 kV has a switching voltage spread of 40 kV (from 180 to 220 kV), and RO-50 with a voltage of 260 kV is already 80 kV (from 180 to 260 kV). Thus, the instability of the output voltage of a generator with a capacitive energy storage reaches values of 20-25%. In addition, since when a discharge passes through a gaseous medium, gas ionization occurs and plasma is formed in the discharge channel, time is required for plasma recombination and restoration of the electrical strength of the gap, which significantly limits the pulse repetition rate. Thus, in the design of the PIR 100/240 device, which uses a sealed high-pressure gas spark gap of the type R-43, R-48, the pulse repetition rate does not exceed 4 Hz when operating in continuous mode.
Отмеченного выше недостатка лишены импульсные высоковольтные генераторы с индуктивным накопителем энергии и твердотельной системой коммутации, блок-схема которых приведена на фиг. 3. Тиристорное зарядное устройство (ТЗУ) осуществляет дозированный отбор энергии от питающей сети, из ТЗУ энергия поступает в многоступенчатый магнитный компрессор (МК), который осуществляет формирование импульса тока требуемой длительности и амплитуды. Последняя ступень МК одновременно выполняет роль оконечного индуктивного накопителя энергии. Размыкателем в индуктивном накопителе энергии является полупроводниковый прерыватель тока (SOS). При срабатывании прерывателя тока формируется выходной импульс напряжения, прикладывающийся к нагрузке. Стабильность амплитуды выходного напряжения импульсного генератора с индуктивным накопителем энергии и полупроводниковым прерывателем тока достигает значений не хуже 2-5%. Отказ от использования газонаполненных коммутаторов при формировании импульса напряжения позволил поднять частоту следования импульсов до нескольких кГц. Такие генераторы обладают несколькими уникальными особенностями. Во-первых, частота следования ограничивается только частотными свойствами полупроводниковых ключей генератора импульсов. Это позволяет проводить электрообработку минерального сырья при частоте следования импульсов до 2 кГц. Такие частоты обеспечивают непрерывное воздействие на поток пульпы, перемещающийся со скоростью до 5 м/с, позволяют добиться высокой производительности. В то же время ближайшие аналоги с емкостными накопителями имеют частоту следования импульсов десятки Гц и, соответственно, могут проводить только либо порционную обработку минерального сырья, либо обработку материала, перемещемого со скоростью не более 0,5 м/с. Во-вторых, непрерывное протекание пульпы с высокой скоростью через зону обработки обеспечивает вынос из межэлектродного промежутка, как парогазовых пузырей, образующихся после прохождения электрического разряда в воде, так и осколков раскрытых сростков, что исключает формирование импульса электрического разряда в условиях «черного» забоя, ведущего к снижению эффективности обработки.Pulse high-voltage generators with an inductive energy storage device and a solid-state switching system, the block diagram of which is shown in Fig. 1, do not have the disadvantage noted above. 3. The thyristor charger (TCU) carries out dosed selection of energy from the supply network; from the TCU, the energy enters a multi-stage magnetic compressor (MC), which generates a current pulse of the required duration and amplitude. The last stage of the MC simultaneously serves as the final inductive energy storage device. The circuit breaker in an inductive energy storage device is a semiconductor current interrupter (SOS). When the current breaker is triggered, an output voltage pulse is generated and applied to the load. The stability of the amplitude of the output voltage of a pulse generator with an inductive energy storage device and a semiconductor current interrupter reaches values of no worse than 2-5%. Refusal to use gas-filled switches when generating a voltage pulse made it possible to increase the pulse repetition rate to several kHz. These generators have several unique features. Firstly, the repetition rate is limited only by the frequency properties of the semiconductor switches of the pulse generator. This allows electrical processing of mineral raw materials at a pulse repetition rate of up to 2 kHz. Such frequencies provide continuous impact on the pulp flow, moving at speeds of up to 5 m/s, allowing for high productivity. At the same time, the closest analogues with capacitive storage devices have a pulse repetition rate of tens of Hz and, accordingly, can only carry out either batch processing of mineral raw materials or processing of material moving at a speed of no more than 0.5 m/s. Secondly, the continuous flow of pulp at high speed through the processing zone ensures the removal from the interelectrode gap of both vapor and gas bubbles formed after the passage of an electric discharge in water, and fragments of open joints, which eliminates the formation of an electric discharge pulse in the conditions of a “black” face, leading to a decrease in processing efficiency.
Недостатком данного устройства является невозможность равномерно распределить энергию импульса для нескольких параллельно включенных нагрузок, например, электродов разрядной ячейки. Различное сопротивление разрядных промежутков, определяемое электрическим сопротивлением множества частичек минеральных пород (различная проводимость минералов), случайным образом и в случайном количестве (концентрация) попавших в данный момент в межэлектродное пространство, может привести к тому, что завершенный разряд разовьется только для одной пары электродов, а оставшийся объем останется необработанным. Кроме того, формируются импульсы напряжения только одной полярности. Возможно сделать многоэлектродную разрядную ячейку, в которой будут формироваться завершенные электрические разряды равной энергии для каждой пары электродов, путем подключения к каждой паре собственных наносекундных генераторов, но добиться синхронизации срабатывания промежутков с точностью на уровне 0,5 нс практически невозможно. Это приводит к снижению эффективности обработки пульпы, поскольку при обработке материала крупностью менее 100 мкм, размер характерный для продукции горно-обогатительных комбинатов, требуется формирование импульсов напряжения длительностью от 5нс до 15 нс, как показано в патенте RU 2150326. При таких характерных длительностях увеличение разброса в моменте формирования импульсов напряжения в многоэлектродных ячейках на величину более 1-2 нс ведет к снижению эффективности обработки материала, из-за неравномерности ввода энергии в каналы разряда.The disadvantage of this device is the inability to evenly distribute the pulse energy for several parallel-connected loads, for example, the electrodes of a discharge cell. The different resistance of the discharge gaps, determined by the electrical resistance of many particles of mineral rocks (different conductivity of minerals), randomly and in a random quantity (concentration) falling into the interelectrode space at a given moment, can lead to the fact that a completed discharge will develop only for one pair of electrodes, and the remaining volume will remain unprocessed. In addition, voltage pulses of only one polarity are generated. It is possible to make a multielectrode discharge cell in which completed electrical discharges of equal energy will be formed for each pair of electrodes by connecting each pair of its own nanosecond generators, but it is almost impossible to achieve synchronization of the gaps with an accuracy of 0.5 ns. This leads to a decrease in the efficiency of pulp processing, since when processing material with a particle size of less than 100 microns, a size characteristic of the products of mining and processing plants, the formation of voltage pulses with a duration of 5 ns to 15 ns is required, as shown in patent RU 2150326. With such characteristic durations, the spread increases at the moment of formation of voltage pulses in multielectrode cells by a value of more than 1-2 ns leads to a decrease in the efficiency of material processing due to the unevenness of energy input into the discharge channels.
В импульсных генераторах с индуктивным накопителем энергии и полупроводниковым прерывателем тока амплитуда выходного импульса напряжения прямо пропорционально зависит от индуктивности контура и скорости обрыва тока: U ≈ L dI/dt, где U – напряжение, L – индуктивность, dI/dt – скорость обрыва тока. При этом, переключение тока в прерыватель тока осуществляется в момент перехода магнитопровода накопителя в состояние глубокого полного насыщения, что приводит к протеканию тока через прерыватель в обратном направлении. Длительность этого процесса определяется индуктивностью оконечного накопителя. В момент достижения максимума амплитуды импульса обратного тока в накопителе происходит его обрыв. Таким образом, момент формирования выходного импульса генератора определяется исключительно моментом насыщения магнитопровода индуктивного накопителя. In pulse generators with an inductive energy storage device and a semiconductor current interrupter, the amplitude of the output voltage pulse is directly proportional to the inductance of the circuit and the current interruption speed: U ≈ L dI/dt, where U is the voltage, L is the inductance, dI/dt is the current interruption speed. In this case, the switching of the current to the current breaker is carried out at the moment the storage magnetic circuit transitions to a state of deep complete saturation, which leads to the flow of current through the breaker in the opposite direction. The duration of this process is determined by the inductance of the final storage device. When the maximum amplitude of the reverse current pulse in the storage device is reached, it breaks. Thus, the moment of formation of the generator output pulse is determined solely by the moment of saturation of the magnetic circuit of the inductive storage device.
В заявляемой установке гарантированное формирование завершенных электрических разрядов для каждого электрода обеспечивается особой конструкцией последнего звена сжатия МК. К каждой паре электродов подключается собственный индуктивный накопитель с полупроводниковым прерывателем тока, но при этом накопители имеют общий магнитопровод.In the inventive installation, the guaranteed formation of complete electrical discharges for each electrode is ensured by the special design of the last compression link of the MC. Each pair of electrodes is connected to its own inductive storage device with a semiconductor current switch, but the storage devices have a common magnetic circuit.
Заявляемая установка работает следующим образом. Запуск устройства осуществляется от внешнего импульса запуска, формируемого внешним блоком запуска. При поступлении команды управления на запуск конденсатор С1 ТЗУ заряжается за 450 микросекунд от блока питания до напряжения 1000 В. После отбора от электрической сети энергии в С1, включается ключ S1, представляющий собой сборку тиристоров типа ТБИ361-100-12 и происходит передача энергии от конденсатора С1 к высоковольтным импульсным конденсаторам С2 и С3 через трансформатор Т1 за 20 мкс. Трансформатор Т1, кроме функции передачи энергии из С1 в С2 и С3, является ключом первого звена сжатия МК. Задачей магнитного компрессора является формирование импульса тока требуемой длительности и амплитуды для накачки оконечного индуктивного накопителя. Формирование импульса тока представляет собой серию последовательных сжатий первичного импульса по времени с увеличением амплитуды. Насыщение сердечника трансформатора Т1 наступает при полном заряде параллельно соединённых конденсаторов С2 и С3 до напряжения 25 кВ. В результате насыщения сердечника Т1, индуктивность в контуре Т1С2 резко уменьшается, и происходит переполяривание конденсатора С2 за 10 мкс. Разряду конденсатора С3 во время переполяривания конденсатора С2 препятствует дроссель MS1, находящийся в ненасыщенном состоянии. Одновременно с завершением процесса перезаряда С2 сердечник дросселя MS1 переходит в насыщенное состояние и происходит заряд конденсатора С4 от последовательно соединенных С2, С3 до напряжения 50 кВ за 3 мкс. Далее, в момент завершения передачи энергии в С4 сердечник дросселя MS2 переходит в насыщенное состояние и происходит заряд конденсаторов С5-С16 от С4 через трансформатор Т2 до напряжения 175 кВ за 0,9 мкс. Вторичные обмотки Т2 изготовлены идентичными, а емкости конденсаторов С5-С16 подбираются равными. Всего выполнено 12 выходных индуктивных накопителей. Магнитопровод Т2 выполнен кольцевым, и каждая из обмоток занимает собственный сектор магнитопровода. Таким образом, в каждый из оконечных индуктивных накопителей, состоящий из соответствующей секции вторичной обмотки Т2, одного из конденсаторов С5-С16 и соответствующего прерывателя тока SOS1-SOS12, запасается одинаковое количество энергии. В каждом из контуров запасается по 5 Дж.The inventive installation works as follows. The device is started from an external trigger pulse generated by an external trigger unit. When a control command is received to start, capacitor C1 of the TZU is charged in 450 microseconds from the power supply to a voltage of 1000 V. After energy is taken from the electrical network in C1, switch S1 is turned on, which is an assembly of thyristors of the TBI361-100-12 type and energy is transferred from the capacitor C1 to high-voltage pulse capacitors C2 and C3 through transformer T1 in 20 μs. Transformer T1, in addition to the function of transferring energy from C1 to C2 and C3, is the key of the first compression link of the MK. The task of the magnetic compressor is to generate a current pulse of the required duration and amplitude to pump the terminal inductive storage device. The formation of a current pulse is a series of successive compressions of the primary pulse in time with increasing amplitude. Saturation of the transformer core T1 occurs when parallel-connected capacitors C2 and C3 are fully charged to a voltage of 25 kV. As a result of the saturation of core T1, the inductance in circuit T1C2 sharply decreases, and capacitor C2 is repolarized in 10 μs. The discharge of capacitor C3 during reversal of capacitor C2 is prevented by inductor MS1, which is in an unsaturated state. Simultaneously with the completion of the recharging process C2, the inductor core MS1 goes into a saturated state and capacitor C4 is charged from series-connected C2, C3 to a voltage of 50 kV in 3 μs. Further, at the moment of completion of energy transfer to C4, the inductor core MS2 goes into a saturated state and capacitors C5-C16 are charged from C4 through transformer T2 to a voltage of 175 kV in 0.9 μs. The secondary windings T2 are made identical, and the capacitances of capacitors C5-C16 are selected equal. A total of 12 output inductive storage devices were made. The magnetic core T2 is made circular, and each of the windings occupies its own sector of the magnetic core. Thus, the same amount of energy is stored in each of the terminal inductive storage devices, consisting of the corresponding section of the secondary winding T2, one of the capacitors C5-C16 and the corresponding current breaker SOS1-SOS12. Each circuit stores 5 J.
При насыщении сердечника трансформатора Т2 конденсаторы С5-С16 одновременно разряжаются через соответствующую вторичную обмотку Т2 и прерыватель тока SOS в обратном направлении, тем самым происходит перевод энергии электрического поля, запасенной в С5-С16, в энергию магнитного поля, накапливаемую в индуктивностях двенадцати контуров: Т2C5SOS1, Т2C6SOS2, Т2C7SOS3, Т2C8SOS4, Т2C9SOS5, Т2C10SOS6, Т2C11SOS7, Т2C12SOS8, Т2C13SOS9, Т2C14SOS10, Т2C15SOS11, Т2C16SOS12 за 0,2 мкс. Макисмальная амплитуда импульса тока в каждом из накопителей достигает 1200 А. При достижении максимума тока в контурах и, соответственно, минимума напряжения в соответствующих конденсаторах контуров, происходит обрыв тока с помощью прерывателей SOS за 12 нс и, соответственно, формирование выходного импульса, напряжение которого превышает напряжение заряда соответствующего конденсатора. В итоге на нагрузке формируется выходной высоковольтный импульс. Длительность импульса менее 15 нс, амплитуда 350 кВ. Поскольку процесс накачки индуктивных прерывателей энергии и обрыва тока в контуре полупроводниковым прерывателем запускается единым насыщаемым магнитопроводом, то разброс между моментами генерации выходных импульсов каждого из каналов не превышает 1 нс. При этом, поскольку в момент генерации выходного импульса сердечник магнитопровода индуктивных накопителей находится в насыщенном состоянии, то обмотки трансформатора Т2 расцеплены и не оказывают друг на друга влияния, соответственно, и выходные импульсы формируются одновременно, но независимо друг от друга. Особенностью установки является то, что для контуров Т2C5SOS1, Т2C7SOS3, Т2C9SOS5, Т2C11SOS7, Т2C13SOS9, Т2C15SOS11 заземлены начала обмоток индуктивного накопителя, а для контуров Т2C6SOS2, Т2C8SOS4, Т2C10SOS6, Т2C12SOS8, Т2C14SOS10, Т2C16SOS12 заземлены концы обмоток индуктивного накопителя, что позволяет формировать импульсы разной полярности ±350 кВ. Такой способ формирования импульсов напряжения позволяет формировать разность потенциалов на соответствующих электродах равную 700 кВ.When the core of the transformer T2 is saturated, capacitors C5-C16 are simultaneously discharged through the corresponding secondary winding T2 and the current breaker SOS in the opposite direction, thereby converting the electric field energy stored in C5-C16 into the magnetic field energy accumulated in the inductances of twelve circuits: T2C5SOS1 , Т2C6SOS2, Т2C7SOS3, Т2C8SOS4, Т2C9SOS5, Т2C10SOS6, Т2C11SOS7, Т2C12SOS8, Т2C13SOS9, Т2C14SOS10, Т2C15SOS11, Т2C16SOS12 for 0.2 μs. The maximum amplitude of the current pulse in each of the drives reaches 1200 A. When the maximum current in the circuits and, accordingly, the minimum voltage in the corresponding capacitors of the circuits is reached, the current is interrupted using SOS breakers in 12 ns and, accordingly, the formation of an output pulse whose voltage exceeds charging voltage of the corresponding capacitor. As a result, an output high-voltage pulse is formed at the load. Pulse duration less than 15 ns, amplitude 350 kV. Since the process of pumping inductive energy interrupters and interrupting the current in the circuit with a semiconductor interrupter is started by a single saturable magnetic circuit, the spread between the moments of generation of output pulses of each channel does not exceed 1 ns. Moreover, since at the moment of generation of the output pulse the core of the magnetic circuit of the inductive storage devices is in a saturated state, the windings of transformer T2 are decoupled and do not influence each other, respectively, and the output pulses are generated simultaneously, but independently of each other. A special feature of the installation is that for the T2C5SOS1, T2C7SOS3, T2C9SOS5, T2C11SOS7, T2C13SOS9, T2C15SOS11 circuits the beginnings of the inductive storage windings are grounded, and for the T2C6SOS2, T2C8SOS4, T2C10SOS6, T2C12SOS8, T2C14SOS1 circuits 0, T2C16SOS12 the ends of the inductive storage windings are grounded, which allows the generation of pulses of different polarity ±350 kV. This method of generating voltage pulses allows the formation of a potential difference at the corresponding electrodes equal to 700 kV.
Разрядная ячейка представляет собой прямоугольную трубу высотой Н и шириной D. По длинной стороне ячейки расположены электроды, фиг.2. Электроды, подключенные к выходам генератора положительной полярности, расположены с одной стороны ячейки, а электроды, подключенные к выходам генератора положительной полярности, расположены с противоположной стороны ячейки напротив электродов иной полярности. Такая конструкция позволила кратно увеличить межэлектродное расстояние без изменения максимальной амплитуды импульсов напряжения относительно земли, что резко упрощает конструкцию генератора импульсов и разрядной ячейки. Расстояние между разнополярными противолежащими электродами h выбирают из условия стабильного пробоя пульпы. При уровне напряжения 700 кВ и длительности импульсов менее 15 нс величина h лежит в диапазоне 22-25 мм. Расстояние между соседними однополярными электродами d найдено во время испытаний из условия наибольшей эффективности с точки зрения уменьшения энергетических затрат для раскрытия тонких включений в твердых материалах с учетом того, что в пульпе ударная волна перерождается в звуковую волну на расстоянии 8-10 мм от канала разряда. С достаточной для практических целей точностью получено, что d ≈ 18 мм ± 10%. Каждый из высоковольтных электродов подключается к собственному индуктивному накопителю, общее их количество определяется необходимой шириной ячейки D. Пульпа подается в разрядную ячейку с помощью трубопровода.The discharge cell is a rectangular tube with height H and width D. Electrodes are located along the long side of the cell, Fig.2. The electrodes connected to the outputs of the positive polarity generator are located on one side of the cell, and the electrodes connected to the outputs of the positive polarity generator are located on the opposite side of the cell opposite the electrodes of a different polarity. This design made it possible to multiply the interelectrode distance without changing the maximum amplitude of the voltage pulses relative to the ground, which greatly simplifies the design of the pulse generator and discharge cell. The distance between oppositely polarized electrodes h is selected from the condition of stable pulp breakdown. At a voltage level of 700 kV and a pulse duration of less than 15 ns, the value of h lies in the range of 22-25 mm. The distance between adjacent unipolar electrodes d was found during testing from the condition of greatest efficiency in terms of reducing energy costs for opening thin inclusions in solid materials, taking into account the fact that in the pulp the shock wave degenerates into a sound wave at a distance of 8-10 mm from the discharge channel. With sufficient accuracy for practical purposes, it was found that d ≈ 18 mm ± 10%. Each of the high-voltage electrodes is connected to its own inductive storage; their total number is determined by the required cell width D. The pulp is fed into the discharge cell using a pipeline.
Общий вид установки приведен на фиг.4. Установка включает в себя блок приготовления пульпы, бункер с исходным минеральным материалом, трубопровод, разрядную ячейку (реактор), наносекундный генератор, насос и бак накопитель.A general view of the installation is shown in Fig.4. The installation includes a pulp preparation unit, a hopper with initial mineral material, a pipeline, a discharge cell (reactor), a nanosecond generator, a pump and a storage tank.
Блок приготовления пульпы представляет собой бак с полусферическим дном 1 и размещенным по оси бака валом 2 с несколькими лопастями 3. Вал 2 вращается с помощью электродвигателя 4 с регулируемой скоростью вращения. На стенках бака установлены вихреобразующие направляющие 5. В данный бак непрерывно подается вода, расход которой регулируется дозатором 6, одновременно, в бак подается сухой материал 7. Сухой материал предварительно загружается в бункер 8. Внизу бункера находится винт Архимеда 9, присоединенный к валу электродвигателя 10, который и выносит песок из бункера в бак 1. Равномерность и объем подачи сухого материала обеспечивается электродвигателем с регулируемым числом оборотов. Приготовленная пульпа попадает в реактор 12, который подключен к генератору высоковольтных импульсов 11. Из реактора обработанная пульпа извлекается с помощью дренажного насоса 13 и попадает в бак-накопитель 14. Ширина D разрядной ячейки в плоскости электродов при числе пар разнополярных электродов равным 6 шт., составляет 90 мм. Электроды выступают над поверхностью трубы на 1 мм. Таким образом, при межэлектродном зазоре h=23 мм, высота ячейки H=25 мм, а площадь сечения ячейки 22,5 см2. Оптимальное соотношение твердого материала (Т) к жидкости (Ж) в пульпе по массе определено равным Т:Ж=1:2. При таком соотношении твердой фазы к жидкости в пульпе при скорости потока на уровне 1,5 м/с через ячейку прокачивается до 4,15 т/ч, в расчете по сухому материалу. Частота следования импульсов выбирается из расчета: одно включение генератора на каждые 10 мм по длине потока пульпы. Для скорости 1,5 м/с частота следования импульсов равняется 150 Гц. Таким образом, поскольку общая энергия импульсов всех 6-ти разрядных каналов составляет 60 Дж, то общее потребление высоковольтного генератора составляет 9 кВт*ч, или 2,15 КВт*ч/т в расчете для сухого материала. С учетом энергопотребления блока подготовки пульпы и насоса общий расход энергии не превышает 2,8 кВт*ч/т.The pulp preparation unit is a tank with a hemispherical bottom 1 and a shaft 2 placed along the axis of the tank with several blades 3. The shaft 2 rotates using an electric motor 4 with an adjustable rotation speed. Vortex-forming guides 5 are installed on the walls of the tank. Water is continuously supplied to this tank, the flow of which is regulated by a dispenser 6, at the same time, dry material 7 is supplied to the tank. The dry material is pre-loaded into the hopper 8. At the bottom of the hopper there is an Archimedes screw 9, attached to the electric motor shaft 10 , which carries sand from the bunker to tank 1. The uniformity and volume of supply of dry material is ensured by an electric motor with an adjustable speed. The prepared pulp enters the reactor 12, which is connected to the high-voltage pulse generator 11. The treated pulp is removed from the reactor using a drain pump 13 and enters the storage tank 14. The width D of the discharge cell in the plane of the electrodes with the number of pairs of opposite-polar electrodes equal to 6 pcs. is 90 mm. The electrodes protrude 1 mm above the surface of the pipe. Thus, with an interelectrode gap h=23 mm, cell height H=25 mm, and cell cross-sectional area 22.5 cm 2 . The optimal ratio of solid material (S) to liquid (L) in the pulp by weight is determined to be T:L = 1:2. With this ratio of solid phase to liquid in the pulp at a flow rate of 1.5 m/s, up to 4.15 t/h is pumped through the cell, calculated on dry material. The pulse repetition rate is selected based on the following calculation: one switching on of the generator for every 10 mm along the length of the pulp flow. For a speed of 1.5 m/s, the pulse repetition rate is 150 Hz. Thus, since the total pulse energy of all 6-bit channels is 60 J, the total consumption of the high-voltage generator is 9 kWh, or 2.15 kWh/t calculated for dry material. Taking into account the energy consumption of the pulp preparation unit and the pump, the total energy consumption does not exceed 2.8 kWh/t.
Пример 1.Example 1.
Пульпу медноколчаданной руды крупностью -0,3 мм с содержанием золота 1,71 г/т обработали с помощью заявляемой установки при соотношении твердое: жидкое=1:2, частоте следования импульсов 150 Гц и производительностью 4,15 т/ч. Далее проводили выщелачивание в лабораторных условиях, табл. 1.Copper pyrite ore pulp with a particle size of -0.3 mm and a gold content of 1.71 g/t was processed using the inventive installation at a solid:liquid ratio of 1:2, a pulse repetition rate of 150 Hz and a productivity of 4.15 t/h. Next, leaching was carried out in laboratory conditions, Table. 1.
Таблица 1Table 1
Результаты примера показывают увеличение извлечения золота на 19,89 %. The example results show an increase in gold recovery of 19.89%.
Пример 2.Example 2.
Пульпу пиритного флотационного концентрата крупностью -0,4мм с содержанием золота 20,15 г/т обработали с помощью заявляемой установки при соотношении твердое:жидкое=1:2, частоте следования импульсов 150 Гц и производительностью 4,15 т/ч. Далее проводили выщелачивание в лабораторных условиях, табл. 2.Pyrite flotation concentrate pulp with a particle size of -0.4 mm and a gold content of 20.15 g/t was processed using the inventive installation with a solid:liquid ratio of 1:2, a pulse repetition rate of 150 Hz and a productivity of 4.15 t/h. Next, leaching was carried out in laboratory conditions, Table. 2.
Таблица 2.Table 2.
Результаты примера показывают увеличение извлечения золота на 9,4 %. При этом не происходит переизмельчения исходного сырья. Также проведенное измерение фракционного состава флотоконцентрата до и после обработки на заявляемой установке показывает небольшое снижение фракции крупностью +0,1;-0,4 при одновременном увеличении фракции крупностью -0,1 на уровне 5% (фиг.5). В то же время, результаты измерения удельной поверхности флотоконцентрата показали увеличение с 0,104 м2/г для необработанного материала до 0,543 м2/г для обработанного. Это подтверждает селективность процесса дезинтеграции: вскрываются только те частицы материала, которые содержат полезные включения, при этом энергия затрачивается только на создание и раскрытие трещин, достаточных для проникновения раствора цианида к скрытым включениям, а не на измельчение обрабатываемого материала. Это доказывает эффективность обработки материала заявляемой установкой, которая проводит селективную дезинтеграцию минерального сырья путем раскрытия скрытых включений под воздействием завершенного электрического разряда в пульпе.The example results show a 9.4% increase in gold recovery. In this case, there is no over-grinding of the feedstock. Also, the measurement of the fractional composition of the flotation concentrate before and after processing at the inventive installation shows a slight decrease in the fraction with a particle size of +0.1; -0.4 while simultaneously increasing the fraction with a particle size of -0.1 at the level of 5% (Fig. 5). At the same time, the results of measuring the specific surface of the flotation concentrate showed an increase from 0.104 m 2 /g for untreated material to 0.543 m 2 /g for treated material. This confirms the selectivity of the disintegration process: only those particles of material that contain useful inclusions are exposed, while energy is spent only on the creation and opening of cracks sufficient for the penetration of the cyanide solution to the hidden inclusions, and not on grinding the processed material. This proves the effectiveness of material processing by the inventive installation, which carries out selective disintegration of mineral raw materials by revealing hidden inclusions under the influence of a completed electric discharge in the pulp.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2806425C1 true RU2806425C1 (en) | 2023-10-31 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5842650A (en) * | 1995-12-07 | 1998-12-01 | Tzn Forschungs - Und Entwicklungszentrum Unterluss Gmbh | Method and arrangement for breaking up elastic materials combined with metallic materials |
| RU2150326C1 (en) * | 1998-09-29 | 2000-06-10 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Process and plant for selective opening of thin inclusions of solid material |
| RU2449836C2 (en) * | 2010-05-25 | 2012-05-10 | Учреждение Российской академии наук Институт электрофизики Уральского отделения РАН (ИЭФ УрО РАН) | Method of selective softening and disintegration of material containing ferromagnetic components |
| WO2012173969A2 (en) * | 2011-06-14 | 2012-12-20 | Sdg, Llc | Virtual electrode mineral particle disintegrator |
| RU2569007C1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН) | Method and unit for selective disintegration of solid materials |
| US20210069724A1 (en) * | 2018-04-28 | 2021-03-11 | Diehl Defence Gmbh & Co. Kg | System and method for an electrodynamic fragmentation |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5842650A (en) * | 1995-12-07 | 1998-12-01 | Tzn Forschungs - Und Entwicklungszentrum Unterluss Gmbh | Method and arrangement for breaking up elastic materials combined with metallic materials |
| RU2150326C1 (en) * | 1998-09-29 | 2000-06-10 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Process and plant for selective opening of thin inclusions of solid material |
| RU2449836C2 (en) * | 2010-05-25 | 2012-05-10 | Учреждение Российской академии наук Институт электрофизики Уральского отделения РАН (ИЭФ УрО РАН) | Method of selective softening and disintegration of material containing ferromagnetic components |
| WO2012173969A2 (en) * | 2011-06-14 | 2012-12-20 | Sdg, Llc | Virtual electrode mineral particle disintegrator |
| RU2569007C1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН) | Method and unit for selective disintegration of solid materials |
| US20210069724A1 (en) * | 2018-04-28 | 2021-03-11 | Diehl Defence Gmbh & Co. Kg | System and method for an electrodynamic fragmentation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104984807B (en) | A kind of method of device and its breaking ores for continuous discharge breaking ores | |
| Bluhm et al. | Application of pulsed HV discharges to material fragmentation and recycling | |
| US4540127A (en) | Method and apparatus for crushing materials such as minerals | |
| JPH0975769A (en) | Method for fragmenting and pulverizing solid coagulated fromnonmetallic component or partially from metal component | |
| CN110215985A (en) | One kind crushing pretreated high electric field pulse device for ore | |
| Inoue et al. | Concrete recycling by pulsed power discharge inside concrete | |
| Sack et al. | Triggered Marx generators for the industrial-scale electroporation of sugar beets | |
| RU2150326C1 (en) | Process and plant for selective opening of thin inclusions of solid material | |
| WO2014044156A1 (en) | Polysilicon fragmenting method and device | |
| CA2555476C (en) | Method for operating a fragmentation system and system therefor | |
| RU2806425C1 (en) | Installation for selective disintegration of materials | |
| CN110193417A (en) | It is a kind of to utilize high electric field pulse device to the pretreated method of tourmaline electric pulse | |
| RU2802344C1 (en) | Installation for selective disintegration of solid materials | |
| US3352503A (en) | Apparatus for electro-hydraulic crushing | |
| CN110215983A (en) | A method of promote tourmaline to activate using high electric field pulse | |
| CN110215986B (en) | High-voltage electric pulse pretreatment method for strengthening scheelite crushing and sorting | |
| Boev et al. | Destruction of granite and concrete in water with pulse electric discharges | |
| Petrov et al. | Electrical breakdown of a dielectric on the voltage pulse trailing edge: Investigation in terms of the incubation time concept | |
| US3556976A (en) | Apparatus for cracking materials into gaseous components and eroding small bodies into microfine powder | |
| RU2436647C1 (en) | Method and device to develop high and ultrahigh pressures in liquid | |
| GB2120579A (en) | Method and apparatus for crushing materials such as minerals | |
| RU2769495C1 (en) | Method for activation of cement suspension | |
| Zinovyev et al. | On concrete demolition by electric discharges | |
| US20230256456A1 (en) | Method and device for electric pulse fragmentation of materials | |
| CN113301998B (en) | Device for applying force to particles by means of electric pulses |