Попереднє оброблення пульпи ультразвуком для очищення рудних зерен та дезінтеграції флокулоутворень на основі ефектів кавітації
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2022-271-1-24-35Ключові слова:
ультразвук, кавітація, залізорудна пульпа, дезінтеграція, флокулоутворенняАнотація
Метою роботи є підвищення ефективності флотаційного доведення магнетитових концентратів шляхом дезінтеграції рудних флокулоутворень та очищення поверхні часток. Запропоновано застосовувати нелінійні ефекти поля високоенергетичного ультразвуку та дослідити особливості формування кавітаційних режимів у залізорудній пульпі для дезінтеграції рудних флокулоутворень та очищення поверхні часток рудної сировини. На основі узагальненої моделі динаміки руху повітряних бульбашок, представленої у вигляді рівняння Релея-Плессета, розраховано параметри ультразвукового впливу для формування і підтримання у залізорудній пульпі кавітаційних процесів і акустичних течій. На підставі дослідження закономірностей протікання кавітаційних процесів одержано залежності, які дозволяють визначити оптимальну частоту високоенергетичного ультразвуку для підтримання кавітаційних процесів у залізорудній пульпі у залежності від параметрів її складових. Для моделювання процесу поширення ультразвукового сигналу в рідкому середовищі в умовах зміни швидкості поширення звуку та зміни щільності використовують метод k-space першого й другого порядку, заснований на системі лінійних рівнянь першого порядку. Розрахунок потужності високоенергетичного ультразвуку, що дозволяє підтримувати кавітаційні режими у залізорудній пульпі, здійснювався на основі результатів дослідження поширення фронту ультразвукового імпульсу за допомогою комп’ютерного моделювання. На основі результатів моделювання встановлено, що для підвищення якості очищення часток руди перед флотацією доцільно здійснювати просторовий вплив на залізорудну пульпу, який включає комбінацію високоенергетичного ультразвуку з частотою 20 кГц в кавітаційному режимі, модульованого високочастотними імпульсами з частотою від 1 до 5 МГц та імпульсного магнітного поля спадної напруженості. При дослідженні процесу флокулоутворення та дефлокуляції враховано залежність величини магнітної сприйнятливості часток рудної сировини від тривалості намагнічування.Результати експериментальних досліджень використання пристрою розмагнічування часток залізорудної пульпи, одержані із застосуванням ультразвукового гранулометра «Пульсар».
Посилання
1. Губин Г. В., Ткач В. В., Равинская В. О. Применение ультразвука для очистки поверхности измененных минеральных частиц перед флотацией. Качество минерального сырья : сб. научн. трудов. 2017. Т. 1. С. 341–349.
2. Morkun, V., Morkun, N., Pikilnyak, A. The adaptive control for intensity of ultrasonic influence on iron ore pulp. Metallurgical and Mining Industry. 2014. Vol. 6(6), P. 8 11.
3. Fornberg B. A Practical Guide to Pseudospectral Methods. Cambridge University Press, Cambridge, 1996.
4. Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Zaalishvili V. Enhancement of lost ore production efficiency by usage of canopies. Metallurgical and Mining Industry. 2015. Vol. 7 (4), P. 325-329.
5. Morkun V., Semerikov S., Hryshchenko S., Slovak K. Environmental geo-information technologies as a tool of pre-service mining engineer's training for sustainable development of mining industry. CEUR Workshop Proceedings. 2017. Vol. 1844, P. 303-310.
6. Ambedkar B., Nagarajan R., Jayanti S., Investigation of high-frequency, high-in- tensity ultrasonics for size reduction and washing of coal in aqueous medium, Ind. Eng. Chem. Res. 2011. Vol. 50. 13210–13219.
7. Ambedkar B. Ultrasonic coal-wash for de-ashing and de-sulfurization: experimental investigation and mechanistic modeling, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2012.
8. Morkun V., Morkun N., Tron V. Distributed closed-loop control formation for technological line of iron ore raw materials beneficiation. Metallurgical and Mining Industry. 2015. Vol. 7(7). P. 16‑19.
9. Morkun V., Morkun N. Estimation of the crushed ore particles density in the pulp flow based on the dynamic effects of high-energy ultrasound. Archives of Acoustics. 2018. Vol. 43 (1). P. 61-67.
10. Harrison C.D., Raleigh C.E., Jr., Vujnovic B.J. The use of ultrasound for cleaning coal, in: Proceedings of the 19th Annual International Coal Preparation Exhibition and Conference, Lexington, KY, USA, 2002, P. 61–67.
11. Morkun V., Morkun N., Tron V. Model synthesis of nonlinear nonstationary dynamical systems in concentrating production using Volterra kernel transformation. Metallurgical and Mining Industry. 2015. Vol. 7(10), P. 6-9.
12. Morkun V., Morkun N., Tron V. Distributed control of ore beneficiation interrelated processes under parametric uncertainty. Metallurgical and Mining Industry. 2015. Vol. 7(8). P. 18-21.
13. Kozubkova M., Rautova J., Bojko M. Mathematical model of cavitation and modelling of fluid flow in cone. Procedia Engineering. 2012. Vol. 39. P. 9–18.
14. Singhal, A. K., Li H. Y., Athavale M. M., Jiang Y. Mathematical basis and validation of the full cavitation model. Journal of Fluids Engineering. 2002. Vol. 124. P. 617-624
15. Zwart .J., Gerber A. G., Belamri T., Two-phase flow model for predicting cavitation dynamics. International Journal of Rotating Machinery. 2004. Vol. 10. P. 15–25.
16. Schnerr, G. H.; and Sauer, J. Physical and Numerical Modeling of Unsteady Cavitation Dynamics. In Fourth InternationalConference on Multiphase Flow, New Orleans, USA, 2001.
17. Hu Zh. Comparisonof Gilmore-Akulichevequationand Rayleigh-Plesset equation on the rapeutic ultrasound bubble cavitation. Graduate Theses and Dissertations. Paper 13458. 44 p.
18. Carvell K. J., Bigelow T. A. Dependence of optimal seed bubble size on pressure amplitude at therapeutic pressure levels. Ultrasonics. 2011. Vol. 51(2). P. 115-122.
19. HoffL., SontumP. C., HovemJ. M. Oscillationsofpolymericmicrobubbles: Effectoftheencapsulatingshell. J. Acoust. Soc. Am. 2000. Vol. 107. P. 2272-2280.
20. Hoff L. Acoustic characterization of contrast agents for medical ultrasound imaging. Dordrecht ; London: Kluwer Academic Publishers, 2001.
21. Tabei M., Mast T. D., Waag R. C. A k-space method for coupled first-order acoustic propagation equations. Acoustical Society of America. 2002. Vol. 111 (1), Pt. 1. P. 53-63.
22. Pierce D., Acoustics: An Introduction to its Physical Principles and Applications, 2nd ed. Acoustical Society of America, Woodbury, NY, 1989.
23. Mast T. D., Souriau L. P., Liu D.-L., Tabei M., Nachman A. I., Waag R. C. A k-space method for large-scale models of wave propagation in tissue. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2001. Vol. 48. P. 341–354.
24. Wojcik G., Fornberg B., Waag R., Carcione L., Mould J., Nikodym L., Driscoll T. Pseudospectral methods for large-scale bioacoustic models. Proc. IEEE Ultrason. Symp. 1997. Vol. 2. P. 1501–1506.
25. Mickens R. A. Nonstandard finite difference models of differential equations. World Scientific, Singapore, 1994.
26. Soneson J. HIFU Simulator v1.2. URL: http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/30886-high-intensity-focused-ultrasound-simulator.
27. Кармазин В.И., Кармазин В.В.. Магнитные методы обогащения. М.: Недра, 1984. 416 с.
28. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых. М.: Издательство МГТУ, 2005. 426 с.
29. Сотнікова Т. Г. Оптимальне керування процесом подрібнення залізних руд в умовах невизначеності : дис. канд. техн. наук : 05.13.07 / Т. Г. Сотнікова. – Сєверодонецьк, 2016. 190 с.
30. Власко-Власов В. К., Тихомиров О. А. Коливання монополярних доменних стінок в полі ультразвукової хвилі. Фізика твердого тіла. 1991. Том 33, №12. С. 3498–3501.
31. Акулов Н. С. Ферромагнетизм. М.: Гостехтеоретиздат, 1939. 188 с.
