RU2802344C1

RU2802344C1 - Installation for selective disintegration of solid materials

Info

Publication number: RU2802344C1
Application number: RU2023102633A
Authority: RU
Inventors: Николай Сергеевич Корженевский; Сергей Романович Корженевский; Александр Александрович Комарский
Filing date: 2023-02-07
Publication date: 2023-08-25

Abstract

FIELD: devices for selective disintegration.

SUBSTANCE: invention can be used in the preparation of mineral raw materials for processing by various methods. The plant includes a pulp preparation unit, a nanosecond high-voltage pulse generator, a magnetic compressor, inductive energy storage devices with a saturable magnetic circuit, high-voltage semiconductor current interrupters, a pulp preparation system, a pipeline, and a multi-electrode discharge cell. At the same time, to synchronize the generation of voltage pulses and the formation of multichannel completed electrical discharges in the pulp with a time spread between channels of no more than 1 ns, the nanosecond high-voltage generator has several terminal inductive storage devices connected in parallel with individual semiconductor current interrupters. Moreover, the inductive accumulators are made on a single saturable magnetic circuit of the last compression link of the magnetic compressor. The discharge cell for treating the pulp with completed electric discharges has a multi-electrode system, each of the pairs of electrodes of which is connected to its own inductive storage. Pairs of bipolar electrodes of the discharge cell are installed in a line, the distance in the line between the pairs of electrodes is equal to the distance at which the shock wave from the discharge channel of the completed electric discharge in the pulp is transformed into a sound wave.

EFFECT: increase in productivity and efficiency of the process of selective disintegration of solid materials.

2 cl, 1 ex, 1 tbl, 5 dwg

Description

ВведениеIntroduction

Изобретение относится к устройствам для селективной дезинтеграции и может быть использовано при подготовке минерального сырья к переработке различными методами.The invention relates to devices for selective disintegration and can be used in the preparation of mineral raw materials for processing by various methods.

Традиционные механические способы дезинтеграции твердых 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 for the disintegration of solid materials, such as rocks, are characterized by the application of a load and the destruction of intergrowths in ore particles in random directions with a low selectivity of mineral opening. The optimal degree of disclosure of minerals is achieved by regrinding the raw material by more than three times, which is accompanied by high energy costs for ore preparation [Blekhman I.I., Finkelstein G.A. Selective disclosure of minerals with minimal regrinding//Tr. in-ta "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 ways to selectively open minerals and fine inclusions from a solid material by electropulse processing of mineral raw materials, which reduce energy costs by several times compared to known mechanical methods for the disintegration of solid materials.

Аналоги и прототипыAnalogues and prototypes

Известен способ и устройство для его реализации [патент РФ №2176558, Способ переработки материалов, содержащих благородные металлы, МПК B03B 7/00, 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 [RF patent No. 2176558, Method for processing materials containing precious metals, IPC B03B 7/00, publ. December 10, 2001], which includes the processing of material by electromagnetic pulses, with an amplitude of the electric field component, a greater electrical strength of the material, and a pulse front duration shorter than the time of formation of a spark discharge in an air gap equal to the thickness of the processed material layer, and leaching of noble metals, while processing by electromagnetic pulses is subjected to a material moistened with water in an amount not greater than necessary to fill the pores in the particles of the material with water, or dehydrated to a moisture content corresponding to the amount of water in the pores of the material. Humidification and dehydration is carried out to a ratio of solid to liquid from 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, an electrode system, while 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 exclude 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 front duration 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 the pore water, lead to heating of the water as a result of the current flow, which creates an additional effect on the inhomogeneity of the particles of the refractory material, and contributes to their additional opening. In this case, the water contained in the pores of the particles of the material must be given an acidic or alkaline reaction, created by adding, respectively, sulfuric acid or alkali, 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 this method is the low degree of extraction of precious metals, even with its significant content in the source material: the degree of extraction of gold from the 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 for water purification from acid or alkali. These shortcomings are associated with the inefficient introduction of electrical energy of pulses into the material being processed, since most of the input 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 РФ №2605012, Способ и устройство для обработки руд, содержащих благородные металлы, МПК B03B 7/00, С22В 11/00, С22В 3/02, С22В 03/04, 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.A device is known [RF patent No. 2605012, Method and device for processing ores containing precious metals, IPC B03B 7/00, C22B 11/00, C22B 3/02, C22B 03/04, publ. December 20, 2016] in which an attempt was made to increase the productivity of the method given in the patent of the Russian Federation No. 2176558 by replacing one of the disk electrodes with an electrode made in the form of a conductive conveyor belt, equipped with loading and unloading units at the ends, 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 changed and is made in the form of a flat square 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 по патенту РФ № 2176558, 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 приводит 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 according to the patent of the Russian Federation No. current under the influence of electromagnetic impulses. In addition, this device is characterized by high energy losses, since due to the fact that the high-voltage electrode is located in the air, and the electrical pulses have a picosecond duration and follow at a frequency of more than 1 kHz, then most of the electrical energy is spent on the burning of the corona discharge around the high-voltage electrode . This leads to the formation of significant amounts of poisonous gases such as ozone and nitrogen oxide, which makes it difficult to operate the plant. Also, the parameters of the pulse declared by the authors are: duration less than 1 ns, leading edge less than 0.1 ns, repetition rate 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 both unique high-voltage components and circuit solutions. The cost of creating and operating such an installation eventually becomes unacceptably high for mass use in industrial conditions.

Известно устройство и способ [патент № 2150326 РФ, Способ и установка для селективного раскрытия тонких включений из твердого материала, МПК В02С 19/18, 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 V_з≈ 8000 м/с) требуются импульсы длительностью t_u≤ d / V_з = 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 known device and method [patent No. 2150326 of the Russian Federation, Method and installation for the selective disclosure of thin inclusions from a solid material, IPC VS 19/18, publ. 06/10/2000] on the selective opening of thin inclusions from a solid material under the influence of electrohydraulic (EG) shocks 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 electropulse method, processing is carried out due to the discharge passing directly through the places of inhomogeneities (inclusions, interfaces, etc.). This is because, at a certain rate of voltage rise, the dielectric strength of solid minerals (dielectrics) is lower than the strength of the liquid in which this mineral is located. Electrical breakdown, which leads to grinding of a solid material, occurs mainly along the boundary of phases with different properties, which leads to an increase in the selectivity of the process: opening occurs due to pressure in the discharge channel with minimal overgrinding of the source material. With the electrohydraulic method, the impact is mainly produced by compression and tension waves that occur in the medium being processed during a pulsed electrical breakdown of the pulp (most often a mixture of water with the material being processed). This method allows processing both dielectric and electrically conductive materials. When processing small (less than 1 mm) materials, it is natural that the share of electro-hydraulic action will be decisive, because the transverse size of the discharge channel is very small, from units to tens of microns. Therefore, the fraction of particles that have entered the discharge channel is insignificant, however, the resulting pressure pulses propagate at a speed of several kilometers per second and effectively act (create tensile stresses) on objects located in the area of the shock wave. The minimum size of the particles to be processed depends on the duration of the electrical impulse, as d ≈ 2 ∙ v ∙ t, where v is the shock wave velocity (proportional to the speed of sound); t is the pressure pulse rise time (proportional to the pulse duration). In order to effectively open the particles of pyrite tails with a size of less than 100 microns (the speed of sound in pyrite is V _s ≈ 8000 m/s), pulses with a duration t _u ≤ d / V _s = 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 complete electrical breakdown in the pulp, suspended mineral particles are affected both by shock waves that occur when the discharge channel passes through the gaps between particles in a liquid medium, and the discharge energy is directly transferred to the particles that enter 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, pipelines. A nanosecond generator was 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 axis of the cylinder, and the second electrode is grounded in the form a thin cylinder with an outer diameter equal to the size of the cell. When the pulp flows through the discharge cell, the high-voltage generator generates nanosecond pulses with a repetition rate that depends on the pulp flow rate. To increase the efficiency of opening fine inclusions, the pulp processing area can be limited by a discharge cell made of a material with an electrical conductivity lower 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 pulp breakdown condition, and the diameter of the cylindrical hole D is chosen from the condition: D ≈ h. To treat a continuous pulp flow, the high voltage pulse repetition rate f is related to the pulp flow rate Up (cm ³ /s) and the volume of the pulp treatment area v (cm ³ ), where v = 0.25 D ² h, by the relation: 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 the breakdown of the pulp. 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 shield the effect of electrohydraulic shock on the mineral particles in the pulp, which is disadvantage of this method. Removal of gas bubbles from the pulp treatment zone is carried out either by pulp flow or by natural bubble floating. Thus, the need to remove gas bubbles, in order to maintain the efficiency of the 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 result, to a decrease in productivity. The maximum achieved productivity does not exceed 200 kg/h.

Наиболее близким техническим решением к изобретению 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 РФ №2569007, Способ и установка для селективной дезинтеграции твердых материалов, 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 is a method and installation for the selective disclosure of fine inclusions from a solid material under the influence of electro-hydraulic shocks that occur during the breakdown of a mixture of ore particles with a liquid, for example, with water by electric discharges [RF patent No. 2569007, Method and installation for selective disintegration of solid materials, IPC B02C 19/18, publ. 11/20/2015] The method is implemented in an installation for the selective disintegration of solid materials, which includes several independent nanosecond generators of high-voltage pulses and one discharge cell. A feature of this installation is a multi-electrode system, with the high-voltage part of the electrode system located on the inner dielectric stationary part of the discharge cell, and the grounded part of the electrode system is located on the outer metal movable part of the discharge cell rotating at a certain angular velocity. Connecting several generators of high-voltage pulses makes it possible 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 from gas bubbles formed during previous electrical discharges. Repeated electric discharge in the pulp for each high-voltage electrode is possible only after the body 1 completes a full rotation around the axis. The full rotation time is sufficient to remove gas bubbles from the electric discharge zone in a natural way. As a result, the effective impact of the EG impact on the particles of solid materials in the pulp is ensured and the productivity of the installation is increased. Energy consumption is estimated by the authors 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 об/мин, является крайне сложной задачей. При этом, в сравнении с установкой, описанной в патенте РФ №2150326, удалось поднять производительность только до 550 кг/ч, что недостаточно для применения установки в промышленных целях.The disadvantage of this setup is the high complexity and low reliability of the discharge cell with electrodes rotating at speeds up to 300 rpm, under conditions of high abrasive action of mineral sands, which leads to intense mechanical wear. In addition, the need to synchronize the moments of generation of a nanosecond voltage pulse with the moment of coincidence of the axes of the electrodes located on the stationary part of the cell and the movable 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 the patent of the Russian Federation No. 2150326, it was possible to increase the productivity only up to 550 kg/h, which is not enough to use the installation for industrial purposes.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышение производительности и эффективности процесса селективной дезинтеграции твердых материалов, снижении удельных энергозатрат, повышении надежности разрядной ячейки.The technical problem solved by the invention consists in increasing the productivity and efficiency of the process of selective disintegration of solid materials, reducing specific energy consumption, and increasing the reliability of the discharge cell.

Заявляемая установка отличается от прототипа тем, разрядная ячейка с многоэлектродной системой подключается к одному наносекундному высоковольтному генератору, имеющему несколько оконечных индуктивных накопителей, и каждый из накопителей имеет собственный полупроводниковый прерыватель тока, индуктивные накопители выполнены на едином магнитопроводе, а разрядная ячейка для обработки пульпы завершенными электрическими разрядами имеет многоэлектродную систему, количество пар электродов которой, соответствует количеству индуктивных накопителей, при этом, завершенные электрические разряды в пульпе для всех пар электродов формируются одновременно с разбросом не более 1 нс.The proposed installation differs from the prototype in that the discharge cell with a multi-electrode system is connected to one nanosecond high-voltage generator having several terminal inductive drives, and each of the drives has its own semiconductor current interrupter, the inductive drives are made on a single magnetic circuit, and the discharge cell for pulp processing is completed with electrical discharges has a multi-electrode system, the number of pairs of electrodes of which corresponds to the number of inductive storage devices, while the completed electrical discharges in the pulp for all pairs of electrodes are formed simultaneously with a spread of no more than 1 ns.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в повышении производительности процесса селективной дезинтеграции твердых материалов при обработке пульпы электрическими завершенными разрядами до 2000 кг/ч по твердому веществу с одновременным снижением энергозатрат до 2,25 кВт*ч/т. The technical result of the claimed invention is to increase the productivity of the process of selective disintegration of solid materials when processing the pulp with electrical completed discharges up to 2000 kg/h for solid matter while reducing energy consumption to 2.25 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 электрических разрядов с одинаковой энергией в пульпе, удалось многократно увеличить объем одномоментно обрабатываемой пульпы и обеспечить равномерное распределение вводимой в обрабатываемый объем энергии. The specified technical result is achieved due to the fact that in the process of disintegration and selective opening of inclusions in mineral raw materials by the simultaneous formation of a plurality of electrical discharges with the same energy in the pulp, it was possible to multiply the volume of the simultaneously processed pulp and ensure a uniform distribution of the energy introduced into the treated volume.

Заявляемая установка представляет собой блок подготовки пульпы, высоковольтный генератор наносекундных импульсов с несколькими параллельными оконечными индуктивными накопителями, каждый из которых имеет собственный полупроводниковый прерыватель тока, фиг. 1, и многоэлектродную разрядную ячейку, фиг. 2. The proposed installation is a pulp preparation unit, a high-voltage nanosecond pulse generator with several parallel terminal inductive storage devices, each of which has its own semiconductor current interrupter, Fig. 1 and a multi-electrode discharge cell, FIG. 2.

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.To date, there are several approaches to the creation of nanosecond high-voltage generators. The main method is the formation of a high-voltage pulse by connecting a capacitive energy storage device to a load (discharge cell) using an electric discharge of nanosecond duration, formed by a sharpening gap in a high-pressure gas medium. A feature of all gas-filled uncontrolled two-electrode arresters is the spread of the turn-on voltage. So, RO-49 at 220 kV has a turn-on voltage spread of 40 kV (from 180 to 220 kV), and RO-50 at 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 20-25%. In addition, since during the passage of a discharge in a gaseous medium, gas is ionized and plasma is formed in the discharge channel, it takes time for plasma recombination and restoration of the electrical strength of the gap, which significantly limits the pulse repetition rate. Thus, in the device of the PIR 100/240 apparatus, which uses a sealed off high-pressure gas spark gap of the R-43, R-48 type, the pulse repetition rate does not exceed 4 Hz when operating in a 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, перемещаемого 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 электроразряда в условиях «черного» забоя, ведущего к снижению эффективности обработки.The disadvantage noted above is free from high-voltage pulse generators with an inductive energy storage and a solid-state switching system, the block diagram of which is shown in Fig. 3. Thyristor charger (TCD) carries out dosed energy extraction from the supply network, from TCD energy enters a multistage magnetic compressor (MC), which generates a current pulse of the required duration and amplitude. The last stage of the MK simultaneously performs the role of the terminal inductive energy storage. The disconnector in the inductive energy store is a solid-state current interrupter (SOS). When the current interrupter 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 no worse than 2-5%. The rejection of the use of gas-filled switches in the formation of a voltage pulse made it possible to raise 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 a continuous impact on the pulp flow, moving at a speed of up to 5 m/s, and make it possible to achieve high productivity. At the same time, the closest analogs with capacitive storage 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 not more than 0.5 m/s. Secondly, the continuous flow of the pulp at a high speed through the treatment zone ensures the removal from the interelectrode gap of both vapor-gas bubbles formed after the passage of an electric discharge in water, and fragments of open intergrowths, which excludes the formation of an electric discharge pulse under the conditions of a "black" bottomhole, leading to a reduction 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. 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 1 нс практически невозможно, что также приводит к снижению эффективности обработки пульпы.The disadvantage of this device is the impossibility of evenly distributing the pulse energy for several loads connected in parallel, for example, the electrodes of the 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 amount (concentration) that have fallen 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 remainder will remain unprocessed. It is possible to make a multi-electrode discharge cell in which completed electrical discharges of equal energy for each pair of electrodes will be formed by connecting to each pair of its own nanosecond generators, but it is almost impossible to achieve synchronization of the operation of gaps with an accuracy of 1 ns, which also leads to a decrease in processing efficiency pulp.

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 rate: U ≈ L dI/dt, where U is the voltage, L is the inductance, dI/dt is the current interruption rate. In this case, switching of the current to the current interrupter is carried out at the moment of transition of the magnetic circuit of the storage device to a state of deep full saturation, which leads to the current flowing through the interrupter in the opposite direction. The duration of this process is determined by the inductance of the terminal storage. At the moment of reaching the maximum amplitude of the reverse current pulse in the drive, it breaks. Thus, the moment of formation of the output pulse of the generator is determined solely by the moment of saturation of the magnetic circuit of the inductive storage.

В заявляемой установке гарантированное формирование завершенных электрических разрядов для каждой пары электродов 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 proposed installation, the guaranteed formation of completed electrical discharges for each pair of electrodes is ensured by the special design of the last MC compression link. Each pair of electrodes is connected to its own inductive storage device with a semiconductor current interrupter, but the storage devices have a common magnetic circuit.

В результате 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, С6, С7, С8, С9 и С10 от С4 через трансформатор Т2 до напряжения 175 кВ за 0,9 мкс. Вторичные обмотки Т2 изготовлены идентичными, а емкости конденсаторов С5-С10 подбираются равными. 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-С10 и соответствующего прерывателя тока SOS1-SOS6, запасается одинаковое количество энергии. В каждом из контуров запасается по 5 Дж.As a result, the proposed 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 the capacitor C1, the TCD is charged in 450 microseconds from the power supply to a voltage of 1000 V. After the energy is taken from the electrical network in C1, the 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 MK compression link. The task of the magnetic compressor is to generate a current pulse of the required duration and amplitude for pumping the terminal inductive storage. The formation of a current pulse is a series of successive compressions of the primary pulse in time with an increase in amplitude. The saturation of the core of the transformer T1 occurs when the capacitors C2 and C3 connected in parallel are fully charged to a voltage of 25 kV. As a result of the saturation of the T1 core, the inductance in the T1C2 circuit decreases sharply, and the polarity of the capacitor C2 is reversed in 10 μs. The discharge of the capacitor C3 during the repolarization of the capacitor C2 is prevented by the inductor MS1, which is in an unsaturated state. Simultaneously with the completion of the process of recharging C2, the core of the inductor MS1 goes into a saturated state and the 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 the energy transfer to C4, the core of the inductor MS2 goes into a saturated state and the capacitors C5, C6, C7, C8, C9 and C10 are charged from C4 through the transformer T2 to a voltage of 175 kV in 0.9 μs. The secondary windings T2 are made identical, and the capacitances of the capacitors C5-C10 are selected equal. The magnetic circuit T2 is made annular, and each of the windings occupies its own sector of the magnetic circuit. Thus, in each of the terminal inductive storage devices, consisting of the corresponding section of the secondary winding T2, one of the capacitors C5-C10 and the corresponding current interrupter SOS1-SOS6, the same amount of energy is stored. In each of the circuits, 5 J is stored.

При насыщении сердечника трансформатора Т2 конденсаторы С5-С10 одновременно разряжаются через соответствующую вторичную обмотку Т2 и прерыватель тока SOS в обратном направлении, тем самым происходит перевод энергии электрического поля, запасенной в С5-С10, в энергию магнитного поля, накапливаемую в индуктивностях шести контуров: Т2C5SOS1, Т2C6SOS2, Т2C7SOS3, Т2C8SOS4 Т2C9SOS5, Т2C10SOS6 за 0,2 мкс. Максимальная 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 18 нс и, соответственно, формирование выходного импульса, напряжение которого превышает напряжение заряда соответствующего конденсатора. В итоге на нагрузке формируется выходной высоковольтный импульс. Длительность импульса менее 25 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.When the core of the transformer T2 is saturated, the capacitors C5-C10 are simultaneously discharged through the corresponding secondary winding T2 and the current interrupter SOS in the opposite direction, thereby transferring the energy of the electric field stored in C5-C10 into the energy of the magnetic field accumulated in the inductances of six circuits: T2C5SOS1 , T2C6SOS2, T2C7SOS3, T2C8SOS4 T2C9SOS5, T2C10SOS6 in 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 breaks with the help of SOS interrupters in 18 ns and, accordingly, the formation of an output pulse, the voltage of which exceeds charge voltage of the corresponding capacitor. As a result, an output high-voltage pulse is formed on the load. The pulse duration is less than 25 ns, the amplitude is 350 kV. Since the process of pumping inductive energy interrupters and interrupting the current in the circuit by a semiconductor interrupter is started by a single saturable magnetic circuit, the spread between the moments of generation of the output pulses of each of the channels does not exceed 1 ns. At the same time, since at the moment of generating the output pulse the core of the magnetic circuit of inductive storage is in a saturated state, the windings of the transformer T2 are disconnected and do not affect each other, respectively, and the output pulses are formed simultaneously, but independently of each other.

Разрядная ячейка представляет собой прямоугольную трубу высотой Н и шириной D. По длинной стороне ячейки расположены пары электродов, фиг. 2. Расстояние между разнополярными противолежащими электродами h выбирают из условия стабильного пробоя пульпы. При уровне напряжения 350 кВ и длительности импульсов менее 25 нс величина h лежит в диапазоне 10-12 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 7-10 мм от канала разряда. С достаточной для практических целей точностью получено, что d ≈ 15 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. Pairs of electrodes are located along the long side of the cell, fig. 2. The distance between opposite polarity electrodes h is chosen from the condition of a stable breakdown of the pulp. At a voltage level of 350 kV and a pulse duration of less than 25 ns, the value of h lies in the range of 10–12 mm. The distance between adjacent unipolar electrodes d was found during tests from the condition of the 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 7-10 mm from the discharge channel. With sufficient accuracy for practical purposes, it was found that d ≈ 15 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.The general view of the installation is shown in Fig. 4. The installation includes a pulp preparation unit, a hopper with raw mineral material, a pipeline, a discharge cell (reactor), a nanosecond generator, a pump and a storage tank.

Типовые горные породы обладают удельной плотностью в 2-4 раза большей плотности воды. Столь большая разница ведет быстрому осаждению твердого материала в пульпопроводах, вплоть до полной закупорки. Кроме того, при длинных пульпопроводах наблюдается расслоение потока минералов в зависимости от крупности частиц, наблюдается постоянное отклонение от оптимальной концентрации твердых частиц в жидкости. Все это приводит к снижению эффективности обработки пульпы. Для решения проблемы равномерной подачи материала в реактор, при сохранении оптимального соотношения между твердой и жидкой фаз пульпы создан блок приготовления пульпы, расположенный непосредственно над реактором. Блок подготовки 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 электродов, равном 6 шт,. составляет 90 мм. Электроды выступают над поверхностью трубы на 1 мм. Таким образом, при межэлектродном зазоре h=10 мм, высота ячейки H=12 мм, а площадь сечения ячейки 10,8 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 2 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 30 Дж, то общее потребление высоковольтного генератора составляет 4,5 кВт*ч, или 2,25 КВт*ч/т в расчете для сухого материала. С учетом энергопотребления блока подготовки пульпы и насоса общий расход энергии не превышает 3 кВт*ч/т.Typical rocks have a specific density 2-4 times greater than the density of water. Such a large difference leads to a rapid settling of solid material in the slurry pipelines, up to complete blockage. In addition, with long slurry pipelines, a stratification of the flow of minerals is observed depending on the particle size, there is a constant deviation from the optimal concentration of solid particles in the liquid. All this leads to a decrease in the efficiency of pulp processing. To solve the problem of uniform supply of material to the reactor, while maintaining the optimal ratio between the solid and liquid phases of the pulp, a pulp preparation unit was created, located directly above the reactor. The pulp preparation unit is a tank with a hemispherical bottom 1 and a shaft 2 with several blades 3 placed along the axis of the tank. The shaft 2 is rotated by an electric motor 4 with adjustable rotation speed. Vortex-forming guides 5 are installed on the walls of the tank. Water is continuously supplied to this tank, the flow rate of which is regulated by a dispenser 6, at the same time, dry material 7 is fed into the tank. Dry material is preloaded into the hopper 8. At the bottom of the hopper there is an Archimedes screw 9 attached to the shaft of the electric motor 10 , which takes the sand out of the hopper into tank 1. The uniformity and volume of dry material supply is provided by an electric motor with an adjustable number of revolutions. The prepared pulp enters the reactor 12, which is connected to a high-voltage pulse generator 11. The treated pulp is removed from the reactor using a drainage 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 electrodes equal to 6 pieces, . is 90 mm. The electrodes protrude 1 mm above the pipe surface. Thus, with an interelectrode gap h=10 mm, the cell height is H=12 mm, and the cross-sectional area of the cell is 10.8 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 the solid phase to the liquid in the pulp at a flow rate of 1.5 m/s, up to 2 t/h is pumped through the cell, based on dry material. The pulse repetition rate is selected on the basis of: one inclusion 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 30 J, the total consumption of the high-voltage generator is 4.5 kWh, or 2.25 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 3 kWh/t.

ПримерExample

Пульпу флотационного концентрата кварцево-сульфидной руды обработали с помощью заявляемой установки при соотношении Т:Ж=1:2, частоте следования импульсов 150 Гц и производительностью 2 т/ч. Далее проводили выщелачивание в лабораторных условиях, табл. 1.The slurry of the flotation concentrate of quartz-sulfide ore was processed using the inventive installation at a ratio of T:W=1:2, a pulse repetition rate of 150 Hz and a capacity of 2 t/h. Next, leaching was carried out in laboratory conditions, Table. 1.

ОбразецSample Извлечение Au, г/тExtraction of Au, g/t Концентрация Au в хвостах, г/тAu concentration in tailings, g/t С(NaCN)_к,
г/тС(NaCN) _to ,
g/t Извлечение Ag, г/тExtraction of Ag, g/t исходныйoriginal 17,7017.70 1,651.65 2,22.2 10,610.6 обработанныйprocessed 19,5819.58 1,121.12 1,71.7 12,4512.45

Результаты примера показывают увеличение извлечения как золота на 10,6%, так и серебра на 17,4% при снижении расхода цианида на 22,5%. 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 тоже 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 results of the example show an increase in recovery of both gold by 10.6% and silver by 17.4% with a decrease in cyanide consumption by 22.5%. In this case, there is no regrinding of the feedstock. Also, the measurement of the fractional composition of the flotation concentrate before and after processing at the proposed installation shows a slight decrease in the fraction with a size of +0.1; -0.4 while increasing the fraction with a size of -0.1 at the level of 5%, Fig. 5. At the same time, the results of measuring the specific surface area of the flotation concentrate showed an increase from 0.104 m ² /g for the raw material to 0.543 m ² /g for the treated material. This confirms the selectivity of the disintegration process: only those particles of the material that contain useful inclusions are opened, while energy is spent only on creating and opening cracks sufficient for the penetration of the cyanide solution to hidden inclusions, and not on grinding the processed material. This proves the effectiveness of the material processing by the proposed installation, which conducts selective disintegration of mineral raw materials by revealing hidden inclusions under the influence of a completed electric discharge in the pulp.

Изобретение описывается фигурами:The invention is described by the figures:

Фигура 1 - электрическая схема высоковольтной части импульсного генератора с индуктивным накопителем энергии и твердотельной системой коммутации;Figure 1 - electrical circuit of the high-voltage part of a pulse generator with an inductive energy storage device and a solid-state switching system;

Фигура 2 - схема разрядной ячейки установки;Figure 2 - diagram of the discharge cell of the installation;

Фигура 3 - блок-схема импульсного высоковольтного генератора с индуктивным накопителем энергии и твердотельной системой коммутации, где ТЗУ - тиристорное зарядное устройство, МК - магнитный компрессор, SOS - полупроводниковый прерыватель тока;Figure 3 is a block diagram of a high-voltage pulse generator with an inductive energy storage and a solid-state switching system, where TCU is a thyristor charger, MK is a magnetic compressor, SOS is a semiconductor current interrupter;

Фигура 4 - схема установки для селективной дезинтеграции твердых материалов, где 1 – бак с полусферическим дном, 2 – вал, 3 – лопасти вала, 4 – электродвигатель, 5 – вихреобразующие направляющие, 6 – дозатор, 7 – сухой материал, 8 – бункер, 9 – винт Архимеда, 10 – электродвигатель винта, 11 – генератор высоковольтных импульсов, 12 – реактор, 13 – дренажный насос, 14 – бак-накопитель;Figure 4 is a diagram of an installation for the selective disintegration of solid materials, where 1 is a tank with a hemispherical bottom, 2 is a shaft, 3 is the shaft blades, 4 is an electric motor, 5 is vortex-forming guides, 6 is a dispenser, 7 is dry material, 8 is a hopper, 9 - Archimedes screw, 10 - propeller motor, 11 - high-voltage pulse generator, 12 - reactor, 13 - drainage pump, 14 - storage tank;

Фигура 5 - изменение фракционного состава кварцево-сульфидной руды при обработке заявляемой установкой: черный цвет – обработанный образец, серый цвет – исходный образец.Figure 5 - change in the fractional composition of quartz-sulfide ore during processing by the proposed installation: black - processed sample, gray - original sample.

Claims

1. Installation for the selective disintegration of solid materials under the influence of a completed electrical discharge in the pulp, including a pulp preparation unit, a nanosecond high-voltage pulse generator, 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, several inductive energy storage devices with individual semiconductor current breakers for each of the inductive energy storage devices are made, each pair of bipolar electrodes of the discharge cell is connected to its own inductive energy storage device, manufactured on a single saturable magnetic circuit of the last compression link of the magnetic compressor , which allows you to synchronize the generation of voltage pulses and form multi-channel completed electrical discharges in the pulp with a time spread between channels of no more than 1 ns.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the pairs of electrodes of the discharge cell with different polarity are installed in such a way that the distance between the pairs of electrodes with different polarity is equal to the distance at which the shock wave from the discharge channel of the completed electric discharge in the pulp decays and degenerates into a sound wave.