СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МЕДИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING METAL COPPER AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к области цветной металлургии, а конкретно, к способам получения первичной меди из ее рудного сырья, а также к используемым для осуществления такого рода процессов устройствам.
2
Известны способы получения металлической меди из содержащих ее соединения сульфидных руд, при выполнении которых производят окислительную плавку в печи исходного сырьевого материала совместно с флюсом. После проведения указанной выше стадии технологического процесса на конечном ее этапе, в качестве вырабатываемых в электрической печи конечных продуктов получают: черновую медь, шлак и содержащий серу газ SO. После окончания проведения плавки производят извлечение из шлака остатков, попавших в состав последнего металла. Указанный выше этап осуществляют в восстановительной области той же самой печи с использованием для достижения этой цели подаваемых в эту зону применяемого для выполнения процесса плавки оборудования необходимого объема кислородосодержащего газа и углеводородного топлива (см. патент RU 2359046 «Способ переработки медных сульфидных материалов на черновую медь», C22B 15/00, опубликовано 20.06.2009 г.). Однако этому известному способу присущи следующие недостатки.
Переработка исходного сырьевого материала проводится с прогревом составляющих его слоев до температур 1400-1500°C, соответственно, применяемое для осуществления этого известного способа оборудование должно иметь достаточно сложное конструктивное исполнение (сама такая печь делится на две зоны, окислительную и восстановительную, при этом в ее составе используются многочисленные обслуживающие ее функционирование дополнительные системы - такие как подающие необходимые для восстановления металла газовые смеси, а также обеспечивающие вывод из полости печи жидкой черновой меди и расплавленных шлаков желоба, термостойкая печная футеровка и т.д.).
Кроме того, получаемый на конечной стадии этого известного способа конечный продукт не обладает набором необходимых качественных характеристик (вырабатываемая при осуществлении способа металлическая медь является «черновой», т.е. содержит большое количество примесей других металлов и неметаллов).
Следует также отметить еще и то, что затраты необходимой для проведения этого указанного ранее известного способа технологической энергии, в связи с тем, что все входящие в него операции выполняются с использованием высоких значений температуры перерабатываемого исходного материала, достигают достаточно существенных значений. Это обстоятельство оказывает негативное влияние на получаемые технико-экономические показатели процесса переработки сырья с применением такой указанной выше известной технологии.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ непрерывной плавки меди, в соответствии с которым используют многостадийную технологию по переработке в металлическую медь исходного медного концентрата, состоящего из ее серосодержащих соединений.
В соответствии с этим известным способом получение меди из исходного рудного сырья производят с применением следующей технологической схемы.
На первой стадии выполнения такого рода известного способа (далее прототип) проводят плавку медных концентратов в плавильной печи. Оттуда, через систему соединительных желобов, полученные в ней расплавы подают в сепарационную, затем в конверторную и анодные печи (см. патент RU 2039106 «Способ непрерывной плавки меди», С22В 15/00; опубликовано 09.07.1995; Мицубиси материалз корпорейшн (ИР), далее - прототип).
При выполнении переработки в металлическую медь исходный сырьевой материал сначала плавят и окисляют в используемой для выполнении этой стадии процесса плавильной печи, а затем полученный в ней штейн и шлак загружают в сепарационную печь, в которой эти продукты отделяются друг от друга. Масса сформированного в сепарационной печи медного штейна передается из последней затем в конверторную печь, в полости которой указанный выше компонент окисляется для проведения его преобразования в расплав черновой меди. Черновая же медь на завершающем этапе выполнения этого известного процесса направляется из конверторной печи через ту же самую лотковую систему, в так называемую «анодную».
Там она рафинируется, и полученный в анодной печи высококачественный продукт поступает для последующего его использования по прямому назначению.
Следует еще обратить внимание и на то, что в таком известном способе плавки металлической меди, на финишном его этапе применяются горизонтально расположенные анодные печи, в которых осуществляют восстановление черновой меди. Эти печи имеют собственный привод вращения, обеспечивающий изменение пространственного углового положения корпуса анодной печи в процессе выполнения переработки загружаемого в его полость исходного сырьевого материала. Кроме того, в полость используемой для проведения синтеза высококачественной меди анодной печи заводится «фурма», через которую в толщу слоев загружаемого туда объема металлического расплава осуществляют вдувание порций подаваемого к ним окислительного газа.
Применение всех этих указанных выше новых технологических признаков в известном техническом решении - прототипе - позволяет обеспечить при его применении решение, по крайней мере, двух технологических задач.
Первое - обеспечить частичное перекрытие временных промежутков, затрачиваемых на осуществление первоначального этапа цикла обработки, а именно на проведение загрузки исходных сырьевых материалов в используемое для ее выполнения оборудование, а также на выгрузку из него же полученного с применением указанного выше известного способа уже готового металла, т.е. самой полученной при переработке сырьевого продукта металлической меди.
Второе - повысить степень чистоты изготовленного с применением этого известного способа конечного продукта - т.е. вырабатываемого в анодных печах металла относительно содержания в нем основного извлекаемого из руды элемента - Сu.
Однако и этому известному технологическому решению (прототипу) присущи все те же самые недостатки, которые указывались при проведении рассмотрения других, похожих на него известных технических аналогов.
При осуществлении этого известного способа получения металлической меди приходится использовать сложную многостадийную схему переработки исходного, содержащего соединения серы и меди, сырьевого материала, выполнение которой связано с необходимостью применения сложного и дорогостоящего оборудования, а также таких же обслуживающих его функционирование вспомогательных систем.
Затраты при выполнении указанного выше способа, прежде всего связанные с необходимостью получения с использованием такого рода многостадийной обработки, на конечных этапах ее выполнения, высококачественного металла - меди, по-прежнему остаются недопустимо высокими. Причиной возникновения этого обстоятельства является, прежде всего, то, что для поддержания высоких температур используемых при проведении переработки сырья расплавов, источники подачи питания, обеспечивающие функционирование применяемого оборудования, в котором эти расплавы и размещаются, должны обладать большими резервами собственной мощности (как электрической, так и тепловой).
Следует также отметить и то, что вырабатываемая с применением известного метода металлическая медь, хоть и имеет более высокую чистоту относительно содержания в ней основного металла, чем такая же «черновая», обладает лишь достаточно далекими показателями относительно тех, что используются для определения этого конечного продукта как «химически чистый».
Наличие действия всех перечисленных выше такого рода негативных факторов значительно усложняет процесс получения металла из исходной, содержащей сульфиды медной руды, а также увеличивает финансовые совокупные затраты, связанные с необходимостью его выполнения, что отрицательно сказывается на основных технико-экономических показателях в случае использования этого известного способа по его прямому назначению - в условиях действующего в настоящий период времени промышленного металлургического производства.
Целью предлагаемого изобретения является сокращение затрат на получение металлической меди, а также и повышение качественных характеристик вырабатываемого при выполнении предлагаемого способа конечного продукта и, кроме того, снижение степени конструктивной сложности применяемого при выполнении этого метода обработки руды устройства.
Достижение указанных целей обеспечивается за счет наличия действия при осуществлении предлагаемой технологии обработки исходного рудного сырья следующего набора существенных факторов.
Предложенный способ получения металлической меди предусматривает проведение перед самым началом своего осуществления формирования исходной сырьевой массы в виде содержащей соединения меди водяной суспензии.
Последняя может быть получена путем введения в заранее заданный объем воды частиц, содержащих в своем теле соединения меди. В процессе выполнения предложенного способа проводят еще и перемещение указанной выше сырьевой массы через последовательно расположенные рабочие зоны осуществления обработки. В указанных выше областях выполняют прямое восстановление этого металла с применением для проведения этого действия вещества углерода. Отмеченный здесь ранее компонент-восстановитель, в свою очередь, непосредственно входит в состав содержащих этот элемент газов, которые подаются в эти же самые, указанные выше, зоны проведения процесса переработки применяемого исходного сырья.
4
6
2
Прямое восстановление этого металла, то есть меди, из его рудных соединений, производится под воздействием генерируемых в области проведения переработки исходного сырья переменных вращающихся магнитных полей. Полученные отмеченным ранее образом частицы металла осаждаются прямо в полости применяемого устройства с проведением последующей выгрузки уже накопленной в его объеме массы этого готового конечного продукты. Процесс изготовления указанного выше металла к тому же еще и производят без выполнения остановок перерабатываемой в устройстве исходной сырьевой массы. Отличие предложенной технологии от ближайшего технического аналога заключается в том, что в качестве перерабатываемого исходного сырья используют водяную суспензию, в которой дисперсность входящих в состав последней твердых рудных частиц, содержащих соединения меди, находится в пределах 0,001-1,0 мм, а их концентрация в ее общем объеме соответствует величине 40-70%. Кроме того, при проведении процесса ее переработки применяются магнитные поля, напряженность которых в рабочих зонах составляет значение 1×10÷1×10 А/м, а частота 40-70 Гц, количество самих этих областей, в которых и выполняется генерация последних, соответствует величине от 2 до 6 единиц. Сам же этот готовый конечный продукт, сформированный в ходе проведения переработки исходного сырья, то есть изготовленный в устройстве металл, получается в виде гранул. Следует отметить еще и то, что при осуществлении предложенной технологии обработки к исходному сырью производится подача струй сжатого газа, под избыточным давлением 0,1-0,6 кгс/см. Перемещение же перерабатываемой сырьевой массы, при осуществлении процесса обработки, производят через последовательно расположенные рабочие зоны, через которые она и проходит, при соблюдении условия осуществления ее непрерывного механического перемешивания.
Указанное выше действие осуществляется на протяжении всего пути производимого сырьевой массой, ее собственного продольного переноса, с применением для выполнения последнего, вращающегося вокруг своей оси шнека.
Устройство для получения металлической меди, используемое при осуществлении предложенного способа, содержит в своем составе полый корпус. Этот корпус предназначен для размещения в его полости обрабатываемой исходной сырьевой массы. Предложенное устройство также имеет еще и рабочие элементы, обеспечивающие формирование воздействующих на частицы руды, содержащие соединения меди, и молекулы восстановителя переменных вращающихся магнитных полей. Эти указанные выше рабочие элементы выполнены в виде катушек соленоидов, соединенных с внешним источником электрического питания. Полость корпуса этого обрабатывающего устройства имеет изоляцию от окружающей ее внешней среды.
Силовые рабочие элементы, в которых производится установка электрических обмоток-катушек, которые точно таким же образом тоже входят в состав конструкции этого же самого устройства, изготовлены из состыкованных между собой пластин из магнитопроводящего материла. Последние имеют форму замкнутого прямоугольного контура, при этом общее количество такого рода контуров составляет величину от 2 до 6 штук, кроме того, непосредственно прямо в теле составляющих указанные выше сборные узлы как бы отдельных их деталей размещены электрические обмотки-катушки, то есть по три единицы в каждом из них, и последние выполняют в них функции соленоидов. Каждая из этих обмоток-катушек соединена с соответствующей отдельной фразой внешнего трехфазного источника питания.
При этом в одном из этих рабочих элементов, который входит в состав каждого из используемых в конструкции такого устройства магнитных контуров, выполнен сквозной паз, габариты которого обеспечивают размещение прямо в нем отмеченного ранее его полого корпуса.
Сам этот корпус, оказывается, таким образом, как бы расположен в последовательно установленных на равном расстоянии друг от друга, указанных выше, магнитных контурах и охватывается с наружной своей поверхности образующими такого рода сквозной установочный паз магнитопроводящими их элементами.
Следует отметить еще и то, что этот сборочный узел снабжен размещенным в его полости и осуществляющим перемещение находящейся в ней сырьевой массы, по направлению от передней зоны этого узла к самой задней его части, вращающимся вокруг своей оси шнеком. Указанный выше вращающийся шнек имеет собственный привод, который и обеспечивает его угловые перемещения с заданной скоростью. При всем этом, на наружной поверхности корпуса устройства, под наклоном по отношению к последней, размещены равномерно отстоящие один от другого ряды подающих сжатый газ сопел.
Кроме того, в переднем конце указанного выше сборного устройства выполнено отверстие, которое сообщается с полостью находящегося над ним загрузочного бункера.
А на заднем его конце имеется люк для проведения выгрузки готового металла, полученного в виде гранул меди, в установленный под этим люком накопитель.
Отличительной особенностью проведения исполнения предложенного устройства является еще и то, что корпус смонтирован с наклоном его продольной оси симметрии к уровню горизонта и при этом его передний конец приподнят, а задний опущен, и указанный выше угол наклона составляет величину 10-20°.
Это устройство также еще имеет закрепленные на корпусе последнего проходящие сквозь его стенки полые патрубки, установленные на его переднем и заднем концах, которые снабжены редукционными клапанами.
Полость этих, отмеченных ранее, «выхлопных» патрубков напрямую сообщается с внутренним объемом самого этого корпуса.
Введение всех перечисленных выше особенностей выполнения предлагаемого способа, а также и указанных выше новых конструктивных признаков в состав используемого при его проведении устройства позволяет коренным образом изменить характер протекания процесса формирования металлической меди при осуществлении переработки применяемого для ее получения исходного сырьевого материала.
В связи с изложенным выше последний начинает приобретать следующие присущие только ему отличия.
Во-первых, к числу последних следует отнести то, что сама начальная стадия осуществления предлагаемого способа, что включает в себя этап так называемого «тонкого помола» кусков исходной руды, содержащей соединения меди.
При его проведении используются любые известные в промышленном производстве методы дробления комкового материала, например выполняемые при помощи шаровых мельниц. При применении для достижения этой цели указанного выше устройства куски исходной сырьевой массы, используемой в предлагаемом способе при его выполнении, растирались с помощью последнего на частицы руды, имеющие габаритные размеры от 0,001 мм до 1,0 мм.
Осуществление этого «размола» крупных комков породы и обеспечивало в дальнейшем возможность формирования из полученных с его помощью мелких частиц состоящей из соединений меди руды вязкой однородной не расслаивающейся на отдельные составляющие в течение длительного временного периода времени массы - водяной суспензии. Для того же, чтобы создать последнюю, потребуется только произвести добавление к полученному таким образом «порошкообразному» объему из твердых частиц породы необходимого количества воды (30-60% от суммарной массы этого материала). После выполнения такого действия полученная таким образом двухкомпонентная субстанция тщательно перемешивается. Для осуществления этой операции может использоваться любое предназначенное для осуществления указанной цели оборудование, например обыкновенная лопастная механическая мешалка.
Сформированная по окончании ее проведения однородная «грязеобразная» порция объема водяной суспензии 2, состоящая из этих двух указанных выше веществ, помещается затем в полость загрузочного бункера 1, входящего в состав используемого для переработки этого сырьевого материала устройства. После завершения этапа такой загрузки, сразу же и одновременно подключаются к внешнему источнику питания все обмотки-катушки 15, входящие в состав контуров 5 и, кроме того, вступает в работу привод вращения подающего шнека 4, а также выполняется подсоединением обдувочных сопел 6 к внешней, подводящей сжатый воздух под избыточным давлением, магистрали. Через загрузочное отверстие «В» находящиеся в самой нижней части бункера 1 порции сырьевого материала 2 проваливаются вниз, попадая во внутреннюю полость корпуса 3 применяемого для обработки устройства. Попавшие туда объемы ранее полученной указанным выше образом водяной суспензии 2 подхватываются лопастями вращающегося подающего шнека 4 и передвигаются с помощью последнего по внутренней полости корпуса по направлению от его переднего конца до самой задней его части. В процессе их такого «проталкивания» вращающиеся лопасти шнека 4 производят дробление более крупных порций помещенного в полость корпуса 3 сырья на более мелкие, периодически осуществляя их подъем на определенную высоту выше уровня горизонта, а также и сброс их оттуда через определенные промежутки времени, в самую нижнюю зону корпуса 3. Через какое-либо относительно небольшое количество выполненных вокруг продольной оси симметрии оборотов шнека 4, заполняющая полость корпуса 3 масса перерабатываемого материала 2 выносится лопастями последнего в область воздействия создаваемого самым первым из установленных контуров 5 переменного вращающегося магнитного поля.
Формирование последнего протекает со следующими характерными особенностями, наличие которых и предопределяет получение при осуществлении предлагаемого способа требуемого положительного эффекта. При проведении рассмотрения причин, приводящих к появлению этих факторов его воздействия, надо вспомнить о том, что монтаж корпуса 3, заполненного текучей массой обрабатываемой в нем сырьевой суспензии, произведен в выполненных с этой целью сквозных пазах «Б» применяемых в устройстве магнитных генераторов (см. фиг.1). Т.е. фактически корпус 3 используемого устройства проложен через оставленные в них для этой цели искусственно созданные «щели» (т.е. пазы «Б»). При этом такая его «прокладка» осуществлена с формированием однотипных монтажных зазоров «а» в местах прохода его наружной поверхности через тело любого контура 5, входящего в эту применяемую для обработки магнитную систему.
Кроме того, следует отметить еще и то, что входящие в нее магнитные генераторы 5 размещены на одинаковом друг от друга расстоянии.
В связи с тем, что входящие в каждый из магнитных контуров 5 по три единицы в расчете на один генератор обмотки-катушки 15 в момент осуществления процесса обработки включаются во внешнюю электрическую цепь, то вследствие этого каждая из них начинает выполнять функцию соленоида. При этом надо указать дополнительно еще и на то, что каждая имеющаяся в любом контуре 5 обмотка-катушка 15 подсоединяется при включении к своей подводящей ток только для нее соответствующей фазе трехфазного внешнего источника электрического питания.
При выполнении такого подключения любая отдельно взятая из этих обмоток-катушек 15 начинает генерировать вокруг себя магнитное переменное поле.
Эти полученные в зонах установки обмоток-катушек 15 индивидуальные поля, проходя через объем включающих в себя такого рода соленоиды и составляющих каждый отдельный контур магнитопроводящих элементов 14, суммируются в них с формированием в каждом контуре 5 в конечном итоге единого общего.
Так как для подачи на обмотки-катушки 15 используется переменный электрический ток, то и, соответственно, такое суммарное магнитное поле, создающееся в зоне «Д» каждого контура 5 в момент прохождения через нее обрабатываемой сырьевой массы, тоже будет переменным (см. фиг.1).
Кроме того, в связи с тем, что каждая из используемых для питания входящих в состав генератора 5 трех обмоток-катушек 15 фаз применяемого внешнего подающего энергию источника имеет соответствующие угловые смещения составляющих ее синусоидальных импульсов относительно соседних, то созданное с их помощью суммарное магнитное поле еще и как бы «вращается» в той области, где и осуществляется его воздействие. Формируемый же внутри разорванного установочным пазом «Б» в каждом отдельно взятом контуре 5 результирующий магнитный поток стремится соединить образованные этим искусственно выполненным расчленением его половины в единое целое, совершая своего рода «прыжок» через разделяющие их воздушное пространство, а также, соответственно, через размещенные на траектории его полета прилегающие к этой зоне объемы внутренней полости самого корпуса 3 этого устройства (см. фиг.1). Т.е. траектория его перемещения внутри любого отдельно взятого контура 5 будет представлять собой своего рода «замкнутую петлю», стягивающую эти полученные искусственно проведенным разделением отдельные части этого узла в состоящий из них целостный конструктивный массив. Таким образом, расположенные рядом с магнитными генераторами соответствующие зоны во внутренней полости корпуса 3 как бы превращаются в своеобразные ступеньки, с опорой на которые такого рода переход между рабочими элементами 14 в применяемых для обработки генераторах 5 и становится осуществимым с минимально возможными потерями энергии.
Т.е. заполненные перерабатываемой водяной суспензией объемы корпуса 3 выполняют в момент осуществления соединения разделенных пазом «Б» половин контура в единое целое формируемыми в нем физическими полями, роль замыкающих соединительных звеньев для генерируемых и создаваемых с помощью этих систем самих возникающих в них магнитных потоков.
Все перечисленное выше и обеспечивает максимально возможную концентрацию силовых линий создаваемых в устройстве магнитных полей непосредственно в зонах протекания преобразования сырьевых частиц в необходимый конечный продукт.
Если мысленно представить, что требуется провести соединение в единую фигуру кривых, проходящих через конечные точки, фиксирующие положение конца результирующего суммарного вектора такого магнитного потока в процессе осуществления последним колебательных угловых пространственных перемещений с заданной частотой (40-70 Гц) за определенный заранее выбранный промежуток времени, то указанным выше образом с помощью последних и будет получен пространственный «эллипсоид». Следует отметить то, что этот пространственный эллипсоид (см. зону «Д» на фиг.1, фиг.2) располагается в зонах корпуса 3, заполненных обрабатываемым сырьевым материалом 2, практически перекрывая всю находящуюся в этой области его массу своим собственным телом.
Имеющее место сужение переднего и заднего конца этого эллипсоида «Д» обусловлено, прежде всего, увеличением значения магнитного сопротивления, неизбежно появляющегося ввиду возникновения монтажных зазоров «а», образующихся при проведении размещения корпуса 3 в «щели», сформированной системой последовательно расположенных друг за другом установочных пазов «Б». Последние, в свою очередь, выполнены в используемых для осуществления переработки генераторах 5. В связи же с тем, что полученный указанным выше образом этот результирующий вектор совершает весь этот набор из колебательных пространственных перемещений непосредственно в объеме, занятом обрабатываемой средой 2, то на находящиеся в нем частицы медной руды, а также на подаваемые в эту же область молекулы газов, окиси углерода; метана, обрушивается целая серия создаваемых этим вектором и периодически повторяющихся (40-70 Гц) «толчков» и «ударов». При этом нанесение их производится сразу же со всех сторон и с использованием всего набора направлений их возможного воздействия.
Все эти явления возникают вследствие того, что результирующий суммарный вектор магнитного потока, генерируемый непосредственно в зоне осуществления обработки, с заданной в устройстве частотой (40-70 Гц), совершает колебательные угловые перемещения в указанных областях, с высокой скоростью меняя не только свое пространственное положение, но и свою величину (последний движется внутри вытянутого по продольной оси пространственного эллипсоида). Под влиянием этих искусственно созданных в слоях перерабатываемого сырья и объемах возникших в его массе газовых пузырей, интенсивно воздействующих на указанные компоненты такого рода «силовых» факторов, в зонах переработки исходного материала начинают протекать следующие процессы.
К причинам, обслуживающим их появление, следует отнести прежде всего то, что в результате выполняемого этим магнитным потоком мощного энергетического воздействия, неизбежно активируются входящие в качестве исходных структур, используемых при построении этих компонентов, атомы их молекул. Электроны последних при этом переходят на более высокие орбиты относительно их ядра. При этом разрываются ранее имевшиеся между ними ковалентные молекулярные связи, и в этих областях обработки появляются вновь созданные там ионы, образующиеся из числа ранее входивших в состав исходных молекулярных соединений составляющих их элементов.
В самих же этих подвергнутых такому магнитному «облучению» и заполненных обрабатываемым материалом областях, в конечном итоге, возникают активированные молекулярные фрагменты, синтезированные из ранее составлявших и входивших в рецептуру используемой сырьевой смеси ее отдельных компонентов, а также и из заполняющих возникающие в толще ее слоев «пузыри» газов, из которых и состоят струи подаваемого в нее сжатого воздуха.
При протекании в последующем в областях такого магнитного воздействия целого ряда реакций, все полученные в ходе их осуществления соединения формируют в толще применяемой суспензии кристаллические «зародыши» нового, ранее отсутствующего в ее составе элемента - самой металлической меди.
При рассмотрении всего комплекса протекающих в зонах обработки физико-химических процессов, надо еще вспомнить и следующее. Входящие в состав используемой при обработке водяной суспензии частицы медной руды пересекают генерируемые в устройстве магнитные поля за счет подхвата этих составляющих сырьевой массы и последующего переталкивания их с одних участков полости корпуса 3 на другие, осуществляемого при помощи лопастей вращающегося шнека. Воздействие указанных выше элементов, кроме дробления крупных порций исходного сырья на более мелкие объемы, заставляет последние перемещаться в области максимально возможной концентрации силовых линий генерируемого там магнитного поля, по сложной пространственной траектории (т.е. возможные точки их нахождения определяются координатами x, y, z). Таким образом, под влиянием этого принудительного и непрерывно выполняемого переноса шнеком слоев применяемого сырьевого материала 2, составляющие последние частицы, попадая в зоны «Д» (см. фиг.1), многократно меняют свою первоначальную ориентацию, тем самым открывая наиболее удобный доступ к образующим их кристаллическим структурам, генерируемым в указанных областях магнитным потокам.
Производимое же с достаточно высокой частотой такого рода «прокручивание» указанных сырьевых микрообъемов относительно собственных «осей симметрии» в процессе пересечения сформированной в полости корпуса 3 системы из воздействующих на последние магнитных полей и предопределяет в конечном итоге оптимальную величину скорости преобразования частиц исходного материала в металл, а также и полноту его осуществления (т.е. создает предпосылки для ликвидации появления возможности «встраивания» инородных примесей в формирующуюся при обработке в получаемом конечном продукте кристаллическую решетку).
С учетом всего изложенного раньше можно прийти к выводам, что в процессе осуществления операций «омагничевания» в объеме заполняющей корпус 3 водяной суспензии, толщу которой «пронзают» газовые пузыри, создающиеся при подаче к ее слоям струй сжатого воздуха, протекают следующие реакции:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
И так далее, прямые и обратные молекулярные преобразования со смещением химического равновесия в сторону преимущественного формирования в зоне их протекания металлической меди и отходящих в окружающую устройство для проведения обработки атмосферу выделяемых в процессе их осуществления микрообъемов указанных выше газообразных продуктов.
2
4
2
2
3
2
+4
Таким образом, проведенное ранее их рассмотрение четко показывает, что полученный из углеродосодержащих молекул, входящих в состав атмосферы газов (СО; СН) в ходе выполнения наносимых по ним «магнитных ударов», элемент углерод С в итоге и отнимает у молекулы окиси меди высвобожденный при ее распаде атомарный кислород, соединяясь при этом с последним. Кроме указанных выше в зоне обработки протекают и обратные реакции, с формированием объемов газа, имеющих в условиях этого мощного и непрерывно выполняемого энергетического воздействия минимум своей внутренней энергии (НО, HS, SO и СО). В силу наличия влияния всего указанного выше комплекса условий, полученная таким образом металлическая медь представляет собой устойчивые по отношению ко всем этим внешним искусственно созданным факторам кристаллы, которые не переходят в соединение с другими находящимися рядом с ними компонентами в условиях этого интенсивно проводимого энергетического воздействия.
Другие вещества «загрязнители», также входящие в состав имеющихся в исходном сырье примесей, точно таким же образом, как и сама металлическая медь, будут преобразованы в новые кристаллические структуры, в последующем которые и будут составлять появляющиеся по завершении процесса обработки крупногабаритные кусковые отходы.
Полученные же указанным выше способом в самой первой по счету зоне осуществляемого в ней магнитного воздействия «зародыши» из металлической меди стремятся под действием сил гравитации переместиться в нижнюю часть полости корпуса 3. Передвигаясь в слоях заполняющей последнюю водяной суспензии 2 в вертикальном направлении - из верхней точки своего первоначального размещения в самую нижнюю, эти «зародыши» из вновь полученного металла захватывают по дороге мелкие частицы руды из окружающей их со всех сторон сырьевой массы и «облачаются» в состоящее из них своеобразное покрытие (как бы нацепляя на себя сшитую из этих компонентов «шубу»). Как правило, достичь самой нижней области корпуса 3 им так и не удается, так как они неизбежно в процессе выполнения своего перемещения сталкиваются с поверхностью изменяющей свое угловое положение лопасти вращающегося в полости корпуса 3 шнека 4. Подхватываясь последней, они вместе с непрореагировавшими в силу действия какого-либо комплекса неблагоприятных для этого условий, порциями исходного сырьевого материала 2, «проталкиваются» шнеком дальше. Т.е. попадают в область воздействия второго, установленного на заданном удалении от первого, магнитного контура 5.
Такое продвижение перерабатываемой массы используемого сырьевого материала по направлению от переднего конца корпуса 3 к его задней части облегчается за счет установки его под углом к уровню горизонта. Значение этого угла составляет 10-20°. Досылаемая в зону формирования вторым применяемым в устройстве контуром 5, интенсивно воздействующего на окружающую его область пространства магнитного потока, эта масса сырьевого материала 2 проходит через те же самые преобразования, что и имели место в зоне магнитного «облучения», осуществляемого самым первым из применяемых в устройстве магнитных генераторов 5.
Отличие в проведении процессов обработки в указанных выше областях корпуса 3 будет состоять только в том, что в зону генерации магнитного потока, создаваемого вторым контуром 5, будут попадать не только находящиеся в объеме водяной суспензии частицы руды, но и нацепившие на себя «шубу», состоящую из последних, «зародыши» уже полученной кристаллической меди. В итоге, под воздействием формируемого вторым контуром мощного магнитного поля в пересекающей зону его наложения массе исходного сырья, дополнительно к уже имеющимся, добавляются и вновь созданные мелкие центры из кристаллизующегося там металла.
Наросшая же на ранее возникших «зародышах» «шуба» из мелких частиц руды превращается в силу наличия действия указанных выше факторов в полноценное металлическое покрытие. Т.е. мелкий кристаллик меди за счет выполнения такого рода «прироста», протекающего при переводе покрывающей его наружную поверхность состоящей из частиц руды «шубы» во вновь сформированную на ее основе металлическую структуру, существенно увеличивает свои первоначально полученные размеры. Покидая зону обработки, создаваемую с помощью магнитного потока, формируемого вторым по счету генератором используемого устройства, и преобразованная указанным выше способом сырьевая масса 2 продолжает осуществлять процесс своего перемещения по полости корпуса 3.
Схема его выполнения точно соответствует той, что была указана и раньше, при описании особенностей проведения операции переноса объемов этого же материала внутри такого устройства в зону установки на нем первого по счету генератора 5.
За счет этого и обеспечивается неизбежность поступления частично переработанного сырьевого материала 2 уже и в зону выполнения интенсивного магнитного воздействия, осуществляемого с помощью третьего по счету из числа применяемых в устройстве однотипных магнитных контуров 5.
Разобранные ранее процессы преобразования соединений из меди в металл в области воздействия формируемого и в третьем контуре 5 магнитного поля будут протекать в последней точно таким же образом, как и в зонах установки других используемых в устройстве генераторов 5, т.е. первого и второго.
Особенность их выполнения будет состоять только в том, что практически все входящие в состав водяной суспензии частицы руды оказываются «присоединенными» к формирующимся в этой части корпуса устройства новым кристалликам металла.
Такие вновь полученные металлические зародыши обязательно «оденут» в этой зоне оставшиеся микрообъемы этой руды прямо на себя, используя их в качестве своеобразного сырьевого покрытия, сформированного из этих их последних находящихся в этой области ее остатков.
Таким образом, на одном из завершающих этапов такого рода обработки, полученная в зоне воздействия третьего по счету магнитного контура и преобразованная под воздействием генерируемого им магнитного потока сырьевая масса передается вращающимся шнеком 4 на другой участок полости корпуса 3, еще дальше отодвинутый от его переднего конца.
Вследствие этого, такого рода материал поступает в итоге в зону установки в устройстве четвертого по счету контура 5.
В процессе же осуществления последней «финишной» части этапа обработки, в указанной выше области, размещенной в зоне действия генерируемого четвертым контуром магнитного потока, из поступившего туда объема материала, уже «насыщенного» мелкими и крупными кристаллическими «зародышами» меди, удаляются последние остатки находящихся в нем частиц руды. Указанные компоненты переводятся в кристаллики металла, и в последующем, попадая под воздействие того же самого создаваемого в этой же зоне магнитного потока, начинают выполнять функции «строительного раствора», обеспечивающего соединение слипающихся на этом участке корпуса между собой мелких «зародышей» в более крупные гранулы.
Исходя из изложенного выше, можно предположить, что в зоне монтажа именно этого последнего четвертого магнитного генератора 5, интенсивно протекают процессы синтеза крупных кусков металла из более мелких. Осуществление последних обеспечивается, прежде всего, за счет использования эффекта так называемого «склеивания» находящихся там мелких кристаллических образований, которые, в силу его наличия, соединяются между собой и образуют при этом более массивные «агрегаты».
Т.е. на данном временном промежутке процесса осуществления переработки сырьевого материала наиболее заметным на этом этапе ее проведения фактором будет являться формирование крупных кусков металла из находящейся в зоне выполнения такого рода его операции всякой присутствующей там мелкоразмерной мелочи.
Так как обработка сырья производится без использования каких-либо промежуточных связанных с ее выполнением остановок, то полученные в указанной выше области корпуса 3 «укрупненные» гранулы металла 10 переносятся шнеком 4 к плоскости выходного проема «Г» (см. фиг.1). Передвинутые его лопастями на открытую поверхность этого участка полости корпуса 3, гранулы 10 под действием силы тяжести соскальзывают в этот не имеющий никаких ограждений проем и в конечном итоге попадают в полость используемого для их сбора накопительного бункера 9 (см. фиг.1). Процесс обработки исходного сырья по окончании этого ее четвертого этапа можно считать уже законченным.
После открытия его заслонки 13 производится вывод накопленного в бункере 9 материала в любую, удобную для выполнения его последующей транспортировки, технологическую тару.
Убыль объемов сырьевого материала 2 по мере осуществления непрерывного процесса его переработки в полости корпуса 3 постоянно компенсируется за счет подачи туда новых порций суспензии из соединенного входным проемом «В» объема загрузочного бункера 2, который при помощи его напрямую сообщается с последней. Так как применяемый сырьевой материал 2 представляет собой вязкую пластическую массу, то по мере уменьшения ее объема в полости переднего конца корпуса 3, новые порции последней легко проходят из бункера 1 на освободившееся там место, не испытывая при этом каких-либо дополнительных затруднений (т.е. подача их выполняется «самотеком»).
Образующиеся в процессе восстановления металла из его сырьевых соединений газы, а также накопленные в полости корпуса 3 избыточные объемы воздуха, автоматически удаляются из последней с помощью установленных на переднем и заднем его концах полых патрубков 7, снабженных редукционными клапанами 8. Вывод оттуда этих указанных газовых составляющих производится за счет выброса их в окружающую устройство наружную атмосферу, в момент срабатывания настроенного на заданное избыточное давление и входящего в состав конструкции патрубка 7 редукционного клапана 8.
Эксплуатация используемого при осуществлении предлагаемого способа устройства может производиться в круглосуточном режиме, с выполнением его остановок только с целью проведения необходимого ему ремонта.
Кроме гранул полученной обработкой металлической меди 10, в бункер-накопитель 9 попадают и формирующиеся в ходе ее выполнения из входящих в состав применяемого сырья различных примесей шлаковые отходы, имеющие форму крупногабаритных кусков темно-серого цвета.
В связи с тем, что гранулы из меди и такого рода попадающие в полость бункера 9 вместе с ними шлаки имеют резко отличающиеся друг от друга размеры (габариты гранул меди находятся в диапазоне от 2 до 8 мм, и от 20-30 мм, а габаритные размеры отходов составляют величину от 40 до 50 мм), то последующее разделение этих конечных продуктов при выгрузке их из бункера может без особых трудностей осуществляться с применением системы, включающей в свой состав обыкновенные калиброванные сита.
В качестве исходного сырья для выполнения предлагаемого способа могут использоваться любые рудные породы, в состав которых в качестве одного из составляющих их компонентов входят соединения меди.
Переработка их может осуществляться без привлечения каких-либо дополнительных операций для их предварительной очистки или обогащения.
Если сырье будет «бедным» по содержанию в нем соединений меди, то, соответственно, будут падать и показатели, характеризующие процентное соотношение выхода металла из объемов применяемого для его получения исходного материала. Однако с учетом высокой степени чистоты вырабатываемого с помощью предложенного способа конечного продукта, использование последнего даже и в этом случае будет отнесено к процессам, проведение которых можно считать вполне экономически оправданным.
4
6
Обработка водяной суспензии, осуществляемая в соответствии с предложенной технологией, производится при напряженности переменных вращающихся магнитных полей, замеряемой непосредственно в зоне ее выполнения, составляющей величину в 1×10÷1×10 А/м.
Частота колебаний этих магнитных полей при этом находится в пределах 40-70 Гц. При выполнении предложенного способа для получения меди из исходного сырья использовалась смонтированная на корпусе устройства четырехконтурная магнитная система.
Как показала экспериментальная проверка, такая система может включать в свой состав указанные выше составные элементы в количестве от двух до шести единиц. Выбор именно такой схемы установки магнитных генераторов в количестве от 2 до 6 единиц на корпусе используемого для выполнения обработки устройства определяется, прежде всего, наличием следующих соображений.
При применении в устройстве только одного контура, а не двух, создаются условия для осуществления «врастания» в формирующиеся в зонах обработки металлические гранулы большого количества атомов чужеродных элементов, которые обязательно присутствуют в составе используемого для переработки сырьевого материала.
При увеличении же количество такого рода элементов свыше шести единиц не достигается получение какого-либо дополнительного положительного эффекта в процессе выполнения переработки водяной суспензии. В то же время применение избыточного числа таких составных элементов в используемой в устройстве магнитной системе приводит к ее усложнению и увеличивает необходимые для проведения обработки сырья эксплуатационные затраты.
Исходя из изложенного выше, при получении металлической меди обработка применяемого сырьевого материала была проведена при помощи системы, состоящей из равномерно расставленных вдоль корпуса устройства генераторов с использованием в ней их оптимального количества - т.е. в системе применялось четыре контура.
Общая длина корпуса, используемого для осуществления предложенной технологии устройства, составила 1,5 метра. Его габаритные размеры, т.е. ширина и высота входящего в конструкцию устройства его основного узла, соответствовали величине 0,2 м × 0,2 м (в поперечном сечении - корпус представляет собой квадрат).
Диапазон возможных изменений углов наклона этого корпуса к уровню горизонта находится в пределах 10-20°.
В данном конкретном случае, при осуществлении экспериментов, данные о выполнении которых приведены ниже, этот угол наклона составлял 15°.
Для упрощения конструкции магнитного контура установка на корпусе устройства такого рода составных его элементов проводилась под углом 90° к плоскости наружной поверхности последнего. Т.е. эти контуры в процессе выполнения их монтажа, соответственно, тоже имели угол наклона по отношению к вертикали, равный тем же 15°. При использовании указанного выше варианта их установки равномерно охватывающий корпус устройства сквозной паз, выполненный в каждом из применяемых в этой системе генераторов, представлял собой обычный прямоугольный параллелепипед (а не сложную фигуру, формируемую при пересечении пространственного объема тела рабочего элемента проходящей под углом наклона к нему секущей плоскостью).
Во входящий в состав предлагаемого устройства загрузочный бункер перед началом осуществления процесса получения металлической меди загружалось по 200-240 кг исходного сырьевого материала (или 340-350 кг сформированной на его основе смеси).
Последняя представляла собой полученную при проведении размешивания мелких частиц медной руды в заданном объеме воды двухкомпонентную водяную суспензию.
Применяемая в этой суспензии медная руда была извлечена из наиболее близко расположенного ее месторождения, в котором производилась ее разработка для удовлетворения нужд использующего ее в качестве сырья действующего металлургического производства. Перед началом проведения приготовления водяной суспензии выполнялась операция по разбивке ее крупных кусков на более мелкие с помощью обычной шаровой мельницы.
Получаемые при этом частицы исходного сырья имели габаритные размеры в диапазоне от 0,001 мм до 1 мм. Время обработки указанного выше объема сырья с применением такого рода четырехконтурной системы и при использовании приводимого ранее диапазона значений напряженности переменного магнитного поля составляло 120-150 мин (2,0-2,5 часа).
Выход металлической меди в расчете на применение 200-240 кг в составе водяной суспензии указанной выше медной руды достигал величины в 23-27,4 кг (т.е. 11,4÷11,52% от общего ее применяемого объема).
Эти показатели достаточно близко подходят к теоретически возможному пределу, определяющему количество вырабатываемого из исходного сырья металла при указанном ниже процентном содержании соединений меди в используемой при осуществлении процесса обработки руде.
Степень чистоты полученного при осуществлении предлагаемого способа металла соответствует величине его содержания в полученном при обработке конечном продукте (гранулах), равной 99,99992 - 99,9999991%.
В случае же необходимости сохранения полученного значения чистоты изготовленного при помощи предложенного способа металла, в процессе его накопления и дальнейшей транспортировки может использоваться для изоляции сформированного таким образом конечного продукта от неблагоприятных внешних воздействий инертная газовая среда. Эта среда может включать в свой состав достаточно распространенный в отраслях промышленного производства газ аргон.
Следует отметить еще и то, что сформированные такого рода обработкой металлические гранулы 10 имеют практически идеальную кристаллическую решетку лишь с небольшим количеством искажающих ее геометрически правильные очертания дислокаций.
Сам этот полученный предложенным способом металл обладает высокой величиной удельной электрической проводимости и имеет при этом достаточно ярко выраженные показатели собственной пластичности.
Значение его удельного объемного электрического сопротивления ρ находится в пределах 8,19-8,23 Н·Ом·М.
<mrow><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>п</mi><mi>л</mi></mrow><mn>0</mn></msubsup></mrow>
3
Температура плавления этого металла
соответствует величине в 1258°С. Его удельный объемный вес составляет 8,95 г/см.
Полученные переработкой сырья с помощью предложенного способа гранулы металла имеют габаритные размеры от 2 до 8 мм, и от 20 до 30 мм. Количество тех и других гранул составляет соответственно 60-70% и 30-40% относительно всего произведенного с применением предложенного метода их суммарного объема.
Наряду с такими гранулами металла, в состав полученного при осуществлении предложенного способа конечного продукта входят и кусковые губчатые отходы, образующиеся из входящих в состав исходного сырья различных примесей (Fe, Si, S, Ca, C, Al). Они имеют габаритные размеры в пределах от 40 до 50 мм, их количество относительно исходной массы применяемой для формирования водяной суспензии породы достигает значения 66-77%.
Остальные продукты переработки представлены сформировавшимися в полости корпуса устройства и выброшенными оттуда в наружную атмосферу объемами вновь полученных там газов.
2
Занимаемая используемым устройством в случае проведения переработки указанного сырья с помощью предложенной технологии производственная площадь составляет 2,5-3,0 м.
Количество вырабатываемого с ее применением металла соответствует массе 0,2-0,3 тонны при условии проведения работы в трехсменном режиме.
Количество затрачиваемой электрической энергии для получения указанного выше объемов последнего находится в пределах 2,5-2,8 тыс. кВт·ч.
Классические способы получения меди из такого же исходного сырья требует ее использования в количестве, не меньшем чем 8-10 тыс. кВт·ч. Помимо всего прочего, полученную известными способами медь необходимо пропускать еще и через операции по ее «рафинированию».
Наличие указанного выше обстоятельства обуславливает то, что для получения указанного конечного продукта потребуется привлечь еще и дополнительное количество применяемой при осуществлении такого рода «доочистке» металла все той же самой электрической энергии. В результате всего указанного, ее употребляемое для проведения обработки количество заведомо превысит уже указанные ранее пределы.
2
Предложенный способ получения металла выполняется при комнатной температуре (17-27°С), а обработка сырья производится под действием избыточного давления, величина которого лишь незначительно превышает атмосферное (на 0,1÷0,6 кгс/см).
Скорость вращения проталкивающего сырьевой материал от начала корпуса устройства к его концу шнека имеет относительно малые значения и составляет 6-10 об/мин.
Используемые при осуществлении предложенного метода получения металла технологические режимы назначены исходя из следующих соображений.
4
6
Напряженность применяемого для получения металла переменного вращающегося магнитного поля, замеренная непосредственно в зонах воздействия на перерабатываемое сырье генерируемыми в устройстве магнитными потоками, как уже указывалось, составляет 1·10÷1·10 А/м.
4
6
6
Применение меньших, чем указанные выше ее значений этого параметра - 1·10 А/м не обеспечивает формирование условий, гарантирующих выделение металла из его соединений, входящих в состав исходной сырьевой массы. Использование же более высоких значений этого же параметра, чем 1·10 А/м, не позволяет обеспечить достижение какого-либо дополнительного положительно эффекта. В то же время увеличение величины напряженности применяемых в устройстве магнитных полей свыше указанных пределов - 1·10 А/м потребует дополнительных затрат, используемой для формирования последних электрической энергии.
Те же самые факторы определяют и подбор диапазона частот колебаний, в пределах которого осуществляется генерация переменных магнитных полей.
То есть при применении значений частоты, меньших чем 40 Гц, затрудняется протекание процесса выделения металлической меди из ее соединений при осуществлении предложенной технологии.
Получаемые в процессе генерации таких переменных магнитных полей результирующие вектора магнитных потоков воздействуют в этом случае на обрабатываемые частицы руды с недостаточно высокой степенью интенсивности.
Т.е. такие результирующие векторы в окружающих их объемах водяной суспензии, включающей в себя частицы руды, перемещаются слишком «вяло».
Наоборот, при значении величины частоты более высокой, чем 70 Гц, указанные выше вектора передвигаются в зонах своего воздействия настолько стремительно, что попадающие на траекторию их пространственного переноса частицы руды не успевают вступить с ними во взаимодействие. Опять-таки и в этом случае не гарантируется создание оптимальных условий для получения при обработке необходимого конечного продукта.
Назначение применяемых при получении металла интервалов времени (2,0-2,5 часа) произведено основываясь на следующем. При значениях используемого при переработке сырья временного промежутка меньшего, чем 2,0 часа (120 минут), не успевают полностью закончиться необходимые для формирования этого конечного продукта структурные преобразования в самих частицах используемой для обработки сырьевой массы.
При применении же временного интервала в случае, если его величина становится большей чем 2,5 часа, не обеспечивается достижение какого-либо дополнительного положительно эффекта. В то же время использование превышающих необходимую величину временных промежутков приводит к неизбежному увеличению суммарных затрат, связанных с выполнением такого рода процесса переработки исходного сырья в указанный выше конечный продукт.
2
Исходя из этих же соображений назначена и величина избыточного давления подаваемого через внешнюю магистраль к раздающим его соплам сжатого воздуха. Объемы последнего поступают к этим элементам, имея избыточное давление 0,1÷0,6 кгс/см.
2
2
При величинах в поступающих к этим соплам объемах сжатого воздуха избыточного давления меньших, чем 0,1 кгс/см, падают показатели, характеризующие производительность выполняемого процесса получения металлической меди. При значениях же этого параметра больших, чем 0,6 кгс/см, не удается обеспечить дополнительную интенсификацию его выполнения.
В то же время, при использовании значений величины избыточного давления в объемах подаваемого к таким элементам устройства сжатого воздуха больших, чем это указанное выше значение, возрастают затраты необходимой для его получения и подвода в области осуществления обработки применяемой электрической энергии.
Процентное содержание частиц руды в составе используемой в процессе обработки водяной суспензии, имеющее величину 40-70%, назначено исходя из наличия действия следующих факторов.
При концентрации такого рода компонента в последней меньшей, чем 40%, применяемый сырьевой материал превращается в «бедный», что отрицательно сказывается на показателях эффективности процесса переработки сырья, так как существенно уменьшается выход необходимого конечного продукта.
При увеличении же его содержания выше значения 70%, перерабатываемая сырьевая масса резко снижает показатели, определяющие степень ее пластичности. Это в конечном итоге существенно затрудняет выполнение процесса перемещения ее из загрузочного бункера в полость корпуса устройства, а также и последующий перенос составляющих массу сырья объемов такого материала по внутренней поверхности последнего.
Наличие же указанного выше обстоятельства также отрицательно сказывается на результатах, обеспечиваемых при выполнении предложенной технологии получения металлической меди.
Размеры частиц применяемых для получения водяной суспензии частиц руды, габариты которых находятся в пределах 0,001-1,0 мм, назначены исходя из необходимости формирования с их применением устойчивой «грязеобразной» сырьевой массы.
Последняя не должна расслаиваться на отдельные составляющие за необходимый для полного завершения процесса временной промежуток.
Выбор значений углов наклона 10-20° продольной оси корпуса устройства к линии горизонта произведен с учетом возможности влияния на процесс переработки сырьевого материала следующих обстоятельств.
При значениях угла такого наклона, меньших чем 10°, существенно замедляется скорость прохождения вязкой водяной суспензии от начала корпуса устройства до самого его конца. Это может негативно повлиять на качественные характеристики получаемого с применением предложенного метода конечного продукта.
Наоборот, при увеличении указанного угла до величины, превышающей 20°, процесс перемещения может ускориться настолько, что в перерабатываемой сырьевой массе не успеют произойти необходимые структурные преобразования. Это обстоятельство, как и в разобранном выше варианте, может тоже отрицательно сказаться на результатах, характеризующих эффективность выполнения процесса.
Диапазон скоростей (6-10 об/мин), в пределах которого проводится вращение шнека, назначен с учетом следующих соображений. При вращении его с угловой скоростью, меньшей, чем 6 об/мин, перемещение сырьевой массы внутри корпуса устройства замедляется настолько значительно, что выход необходимого конечного продукта под влиянием этого фактора будет существенно снижен. При величинах же угловой скорости вращения шнека, превышающих значение в 10 об/мин, содержащий частицы руды перерабатываемый материал может при прохождении через формируемые в корпусе устройства области его восстановления до металла пересечь последние за неоправданно короткий промежуток времени.
Наличие этого обстоятельства будет служить в этом случае очевидной помехой для протекания в последнем необходимых для получения конечного продукта структурных превращений.
В связи со всем этим принятый диапазон скорости вращения шнека в корпусе и задается в пределах 6-10 об/мин.
Для осуществления процесса получения металлической меди, осуществляемого с применением предложенного способа, использовалась порода, содержащая руду, в состав которой входили соединения меди, железа и серы (т.е. «Халькопирит» или «медный колчедан»). Необходимые для осуществления ряда приводимых ниже экспериментов ее объемы были изъяты из наиболее близко расположенного карьера, в котором и проводилось извлечение залегающей в нем руды, для удовлетворения соответствующих нужд действующего металлургического производства. Применяемая в качестве основного компонента для получения исходного сырьевого материала руда содержала в своем составе следующие компоненты:
2
CuFeS Халькопирит - 34,3%
2
Соединения Ca, Al, Si, S, C, HO - остальное, до 100%
Для проведения всех указанных ниже экспериментов по получению металлической меди с использованием предложенного способа применялось однотипное сырье, сформированное с использованием содержащей ее соединения породы, имеющей один и тот же указанный выше состав.
Перед началом приготовления загружаемой в перерабатывающее устройство водяной суспензии осуществлялось измельчение кусков применяемой в ней медной руды с помощью шаровой мельницы, с получением из них частиц последней, дисперсность которых соответствовала значению 0,001-1,0 мм. Входящие в состав исходного сырья примеси - соединения Ca, Fe, Al, Si, C, S на конечных этапах обработки превращались в крупногабаритные кусковые отходы темно-серого цвета.
В случае выполнения предварительного обогащения исходной руды, получаемый процент выхода металлической меди из объема используемой породы, соответственно, увеличится по отношению к указанному раньше. Однако выполнение этой операции связано с существенными дополнительными финансовыми и трудовыми затратами, и в серии приводимых ниже примеров этот прием не применялся. Для выработки металла использовалась только так называемая «бедная» и не отчищенная от примесей «руда». Но и из нее, как уже отмечалось выше, показатели выработки металлической меди достигали достаточно существенных значений. Размолотая на мелкие частицы, содержащая соединения меди исходная порода затем заливалась необходимым объемом водопроводной воды и перемешивалась в ней до получения из этих двух компонентов однородной вязкой водяной суспензии.
После получения последней производилась загрузка сформированного этой операцией объема суспензии непосредственно в бункер самого используемого для получения металла устройства. Далее процесс выполнения предлагаемого способа иллюстрируется при помощи ряда приводимых ниже примеров.
Пример 1. В загрузочный бункер с емкостью последнего 350 л помещалась водяная суспензия, содержание в которой частиц медной руды с дисперсностью 0,001-1,0 мм составляло 245 кг или 70%. Остальную массу загрузки составила вода - 105 л или 30%.
2
4
После окончания операции загрузки одновременно включались: привод вращения обеспечивающего подачу сырья шнека 4 со скоростью 6 об/мин, электрические обмотки катушки 15 во всех четырех смонтированных на корпусе 3 устройства генераторах 5, а через все сопла 6 осуществлялась подача сжатого воздуха. Поступление его к последним из внешней магистрали производилось под избыточным давлением 0,6 кгс/см. Корпус 3 применяемого устройства имел наклон к уровню горизонта. Величина такого угла наклона составляла 15°. Напряженность генерируемых во всех четырех контурах 5, равномерно размещенных вдоль корпуса 3 предложенного устройства магнитных полей, замеренная непосредственно в рабочих зонах «Д» с помощью датчика Холла и измерительного моста, составляла 1·10 А/м. Частота их колебаний соответствовала значению 70 Гц. Время обработки в этом примере равнялось 2,5 часа(150 мин). Проходящая по корпусу 3 предложенного устройства водяная суспензия 2 из частиц медной руды, под воздействием формируемых в контурах 5 магнитных потоков, была превращена в набор из металлических гранул меди и в крупногабаритные кусковые отходы, состоящие из входящих в состав исходного сырья соединений-примесей.
Таким образом, по окончании процесса переработки водяной суспензии были получены металлическая медь, количество которой составило величину, равную 27,93 кг - 11,4%, от всей используемой массы породы, а также кусковые отходы, вес которых составлял величину, равную 171,2 кг. Габаритные размеры кусков, из которых состоял шлак, находились в пределах от 35 мм до 40 мм, а сами куски имели темно-серый, почти черный цветовой оттенок.
2
2
2
3
Остальной объем переработанной руды был представлен выпущенными через отводящие патрубки 7 объемами газов (CO; HO; HS; SO), которые были отправлены непосредственно в окружающую устройство атмосферу.
3
Полученные обработкой гранулы металла имели габаритные размеры от 2 до 8 мм и от 20 до 30 мм - соответственно 70% и 30% относительно всего их произведенного количества. Степень чистоты полученного такой обработкой металла, определяемая по содержанию в нем меди, имела значение 99,99992%. Объемная плотность полученного металла была равна 8,95 г/см.
Значение удельного объемного электрического сопротивления полученной меди ρ соответствует величине - 8,21 Н·Ом·М.
Пример 2. Обработка исходного сырья осуществлялась в соответствии с той же схемой, что была указана и в примере 1.
Количество использованного для приготовления водяной суспензии материала, содержащего медную руду (халькопирит), составило 140 кг; или 40% от ее массы, остальное вода - 210 л кг или 60% от общего объема водяной суспензии.
2
Подача воздуха к обрабатываемому сырью осуществлялась под избыточным его давлением, равным 0,1 кгс/см.
6
Привод вращения шнека обеспечивал скорость его углового перемещения, равную 10 об/мин. Угол наклона корпуса устройства к линии горизонта остался тот же, что был указан в примере 1-15°. Напряженность генерируемых во всех четырех контурах 5 магнитных полей в зонах «Д» составляла 1·10 А/м, при частоте 40 Гц.
Время проведения процесса обработки составляло 120 минут (2 часа). Полученный после окончания процесса обработки объем, состоящий из медных гранул, имел вес 16,13 кг (11,52% от всей использованной массы руды). Количество сформировавшихся в результате проведения обработки шлаков составил 94,6 кг.
Остальная масса используемого для получения металла сырья была израсходована на формирование объема выпущенных из устройства в наружную атмосферу газов. Степень чистоты полученного обработкой металла соответствовала значению 99,9999991%.
Полученные гранулы металлической меди имели габаритные размеры от 2 до 8 мм - 60%, и от 20 до 30 мм - 40% от общего произведенного в устройстве их количества.
3
Объемная плотность полученного металла составляла 8,95 г/см.
Удельное его объемное электрическое сопротивление было равно значению ρ 8,19 Н·Ом·М.
Пример 3. Обработка полученной из частиц медной руды водяной суспензии производилась в соответствии со схемой, указанной в примерах 1, 2.
2
Количество входящих в состав водяной суспензии частиц, полученных из породы, содержащей в своем составе соединения меди, составляло 200 кг или 57,14% от всей ее массы. Остальной ее объем составляла вода - 150 литров, или 42,86%. Подача сжатого воздуха к обрабатываемому сырью выполнялась под избыточным его давлением в 0,4 кгс/см.
5
Вращение шнека осуществлялось со скоростью 8 об/мин. Угол наклона корпуса устройства к линии горизонта был таким же, что и в примерах 1,2-15°. Напряженность всех создаваемых в областях «Д» магнитных полей, которые были размещены в зонах действия всех используемых в устройстве четырех генераторов, составляла величину в 1,1·10 А/м, а частота последних была равна 50 Гц. Временной промежуток, по истечению которого была осуществлена переработка всего объема исходного сырья в необходимый конечный продукт, составил 132 мин (2,2 часа). Полученная в результате выполнения масса металла имела вес 22,92 кг, или 11,46% от всего количества использованной для его получения руды.
Вес сформировавшихся вместе с металлом объема отходов составлял 138,2 кг. Остальной объем использованного для получения металла сырьевого материала был превращен в газы, которые были выведены из полости применяемого для выработки меди устройства, прямо в окружающую его атмосферу. Габаритные размеры полученных по окончании процесса гранул меди находились в пределах от 2 до 8 мм - 65%, от 20 до 30 мм - 35% от общего их полученного из руды количества.
Степень чистоты сформированных указанным выше образом гранул меди относительно содержания в них металла составила значение 99,999991%.
3
Удельное объемное электрическое сопротивление полученной с помощью предложенного способа меди соответствовало величине 8,2 Н·Ом·М. Объемная плотность металла имела значение 8,95 г/см.
Габаритные размеры сформировавшихся по окончании выполнения процесса переработки сырья кусковых отходов составили величину от 40 до 50 мм.
Цветовой оттенок полученных при проведении переработки рудного сырья металлических гранул, при осуществлении этого процесса в соответствии с технологическими режимами, указанными в примерах 1, 2, 3, соответствовал тускловато-желтому (примерно такой же имеет сплав меди - латунь).
Из всех представленных выше примеров наглядно видно, что получение металлической меди, отличающейся высокой степенью чистоты, а также и обладающей соответствующими низкими показателями своего удельного электрического сопротивления, может осуществляться с применением широко распространенных и используемых для удовлетворения нужд действующего металлургического производства рудных пород.
Последние при выполнении предлагаемого способа не подвергаются ни обогащению, ни отчистке от содержащихся в них примесей, представленных другими распространенными в природе элементами. Наличие указанных выше обстоятельств позволяет предполагать, что применение предложенного способа получения металлической меди может оказаться достаточно эффективным в случае его использования для удовлетворения соответствующих потребностей в этом металле действующего промышленного производства.
В дальнейшем, в представленных ниже материалах, излагаются конструктивные принципы, в соответствии с которыми выполняется используемое для осуществления этого способа устройство. Наличие последних в конечном итоге и обеспечивает получение в процессе его применения необходимого положительного эффекта.
Используемое для осуществления предложенного способа устройство изображено на фиг.1, фиг.2.
На фиг.1 - разрез корпуса устройства и схема размещения обеспечивающих переработку исходного сырья магнитных контуров.
На фиг.2 - поперечный разрез по А-А корпуса устройства, выполненный на том его участке, на котором установлен сам используемый в многоконтурной системе и составляющий ее магнитный генератор.
На фиг.1, фиг.2, кроме того, в свою очередь, еще изображены:
Позиция 1 - загрузочный бункер, с помещенной в его объем массой перерабатываемого исходного сырья 2.
Позиция 2 - обрабатываемый исходный материал, состоящий из размолотых предварительно кусков медной руды и воды.
Позиция 3 - корпус устройства, во внутренней полости которого и протекает процесс обработки исходного сырья 2.
Позиция 4 - винтовой спиральный шнек, лопасти которого осуществляют перемещение перерабатываемого сырья от переднего конца корпуса 3 к его заднему.
Позиция 5 - смонтированные с зазорами «а» на корпусе 3 обрабатывающие сырье магнитные контуры, имеющие угол наклона к наружной поверхности корпуса, равный 90°.
Позицией 6 - проходящие насквозь через стенки корпуса 3 сопла, осуществляющие подачу струй сжатого воздуха к массе перерабатываемого сырьевого материала и размещенные на корпусе 3 отстоящими друг от друга на одинаковых расстояниях рядами.
Позицией 7 - полые патрубки, закрепленные на передней и задней частях корпуса 3, нижний конец которых заходит во внутренний объем корпуса 3, а верхний обеспечивает сообщение полости последнего с наружной атмосферой.
Позиция 8 - отделяющий нижний конец патрубка 7 от верхнего редукционный клапан, осуществляющий выпуск поступающих из полости корпуса 3 объемов газа, в случае, если давление в ней превышает заданную его настройкой величину.
Позиция 9 - накопительный бункер, в который осуществляется сброс полученных обработкой в полости корпуса 3 ее конечных продуктов.
Позиция 10 - попавшие в объем накопительного бункера гранулы металлической меди и сброшенные туда же шлаковые отходы.
Позиция 11 - стойки для закрепления корпуса 3 устройства под заданным углом к линии горизонта на самом его основании.
Позиция 12 - такие же стойки, обеспечивающие фиксацию в заданном положении применяемых в устройствах магнитных контуров 5.
Позиция 13 - заслонка, при помощи которой открывается нижняя часть бункера 9, в случае когда последний оказывается заполнен целиком.
Позиция 14 - магнитопроводящие элементы контура 5, с помощью которых создаются оптимальные условия для прохождения генерируемого в их объеме суммарного магнитного потока.
Позиция 15 - электрические обмотки-катушки, выполняющие функцию соленоидов и обеспечивающие при включении их в электрическую цепь формирование переменных магнитных полей.
Позиция 16 - выполненные на переднем и заднем концах шнека 4 оси, с помощью которых обеспечивается его непрерывное вращение в полости I корпуса 3.
Буквами «а» - образующиеся в процессе монтажа корпуса 3 в сквозном пазу «Б» магнитного контура установочные воздушные зазоры.
Буквой «Б» - выполненный в одном из составляющих магнитный контур элементов 14 сквозной паз, в полости которого размещается корпус 3 используемого устройства.
Буквой «В» - сформированный в корпусе 3, на участке, примыкающем к нижнему концу бункера 1 входной проем, через который производится подача сырьевого материала в его внутреннюю полость.
Буквой «Г» - аналогичный выходной проем в корпусе 3, через который осуществляется удаление из последнего полученных там конечных продуктов.
Буквой «Д» - пространственные эллипсоиды, формируемые в процессе колебательного углового перемещения генерируемых магнитными контурами 5 результирующих векторов суммарных магнитных потоков.
Буквами ''φ'' - углы наклона продольной оси симметрии корпуса 3 к уровню горизонта - 10-20°, а также торцевых плоскостей установленных на корпусе 3 генераторов 5 относительно линии вертикали - 10-20°.
Следует дополнительно обратить внимание еще и на то, что указанное на фиг.1; фиг.2 устройство для осуществления предложенного способа имеет следующие особенности своего конструктивного исполнения, а именно:
Закрепление корпуса 3 под заданным углом к линии горизонта к поверхности основания производится с использованием системы из стоек 11 (см. фиг.1). Аналогично осуществляется и размещение используемых в устройстве и тоже смонтированных с наклоном к наружной поверхности корпуса 3 генераторов 5 - т.е. с применением поддерживающих их стоек 12.
Вращение же винтового шнека 4 выполняется на осях 16, проходящих сквозь торцевые стенки корпуса 3 и закрепленных там в соответствующих подшипниках (на чертеже не показаны). Одна из этих осей 16 имеет кинематическую связь с внешним приводом вращения шнека 4 (на чертеже не показан). Подающие струи воздуха к сырьевой массе 2 сопла 6 (см. фиг.1) размещены вдоль тела корпуса 3 равномерно, образуя чередующиеся ряды. При этом они как бы расположены по периметру получаемого при сечении этого же корпуса 3 квадрата, если мысленно провести через него секущую плоскость, расположенную под пространственным углом к его продольной оси, значение которого равно 90° (т.е. по трем составляющим сторонам периметра сформированного таким образом квадрата, за исключением самой нижней его составляющей).
Сопла 6 также закреплены на равных друг от друга расстояниях и имеют относительно той поверхности, к которой они присоединяются, как тангенциальные, так и радиальные углы наклона в 30-45° (на чертеже же эти углы не отображены). Применение именно такой схемы расстановки сопел 6 на наружной поверхности корпуса 3 (т.е. под двумя углами наклона) позволяет не только обеспечить подачу необходимых для протекания процесса восстановления металла из его соединений порций применяемого для этого газа, но и осуществлять при этом дополнительно, в момент попадания в полость корпуса формируемых в них струй сжатого воздуха, интенсивное перемешивание находящихся в зоне воздействия последних микрообъемов перерабатываемого сырья 2.
С целью упрощения конструкции предлагаемого устройства его корпус 3 в поперечном своем сечении, как уже было отмечено, имеет форму квадрата, в центре которого смонтирован вращающийся в нем винтовой спиральный шнек 4. Соответственно, сквозной паз «Б», выполняемый для размещения в генераторах 5 корпуса 3, имеет простую прямоугольную форму, что обеспечивается за счет наличия углов наклона φ их торцевых плоскостей относительно вертикали.
Следует еще и указать, что на фиг.1 показаны закрепленные на корпусе 3 магнитные контуры 5 - первый из четырех прикрепляемых установленный около его самой передней части, и последний - четвертый, наиболее близко смещенный к заднему его концу.
Второй и третий из контуров 5 на чертеже фиг.1 не показаны, так как они попали в зону условного разрыва, выполненного примерно на половине всей длины корпуса 3, для упрощения чтения чертежа.
Размещение всех четырех генераторов 5 вдоль корпуса 3 производится на одинаковом расстоянии их друг от друга, и от переднего и заднего его концов.
Установка всех магнитных контуров 5 на наружной поверхности корпуса 3 предлагаемого устройства производится с помощью выполненных в них сквозных прямоугольных пазов «Б», через которые и проходит тело последнего. В процессе монтажа этих магнитных генераторов 5 на корпусе 3 и создаются отмеченные на фиг.1, фиг.2 воздушные зазоры «а», наличие которых и обеспечивает возможность проведения их размещения в этих зонах, равномерно расположенных по всей длине корпуса 3.
Работа предлагаемого устройства в процессе получения меди из используемого для этого сырья протекает следующим образом.
После загрузки сырьевого материала 2 в полость загрузочного бункера 1 включается привод вращения расположенного в полости корпуса 3 винтового спирального шнека 4. Одновременно с началом проведения проворачивания входящих в состав этого узла его криволинейных лопастей подключаются к источнику внешнего питания все электрические обмотки-катушки 15, размещенные в магнитопроводящих элементах 14, применяемых в составе устройства четырех магнитных контуров 5. В этот же момент времени предварительно подготовленная пластичная сырьевая масса 2 через загрузочное отверстие «В» поступает из бункера 1 во внутреннюю полость корпуса 3.
2
Ее объемы на самом первом этапе выполнения процесса обработки попадают в его переднюю, лежащую в самой верхней зоне устройства часть. Следует отметить, что уровень размещения по вертикали конструктивных элементов корпуса 3 относительно линии горизонта регулируется соответствующей подборкой длины используемых для закрепления его основания стоек 11 (см. фиг.1). Поступающие в указанную выше область корпуса 3 порции сырьевого материала подхватываются криволинейными лопастями вращающегося шнека 4, перемешиваются и их общая масса разделяется с участием последних на отдельные, ранее составляющие ее, микрообъемы. Полученные указанным выше образом мелкие порции водяной суспензии 2, продолжая совершать процесс такого поступательного перемещения, попадают в зону генерации мощного магнитного потока «Д», который создается с помощью самого первого из четырех используемых генераторов 5 (см. фиг.1). Досылаемые в эту часть полости корпуса 3 микрообъемы сырьевого материала 2 неизбежно пересекают размещенные там и сконцентрированные на относительно небольшой площади силовые линии формируемого в этой области переменного вращающегося магнитного поля. Следует дополнительно обратить внимание еще и на то, что навстречу создающимся с помощью шнека 4 потокам, в состав которых входят микрообъемы используемого сырьевого материала, посылаются струи сжатого воздуха, которые образуются в закрепленных на наружной поверхности корпуса соплах 6. Последние подключаются к подающей сжатый воздух под избыточным давлением (0,1-0,6 кгс/см) внешней питающей их магистрали (на чертеже не показана) в тот же самый момент времени, когда в работу вступают и остальные обслуживающие процесс обработки системы предлагаемого устройства (сеть питания магнитных контуров 5, привод вращения подающего I шнека 4).
Благодаря наличию радиальных и тангенциальных углов наклона сопел 6 по отношению к наружной поверхности корпуса 3 (на чертеже не показаны) формируемые ими струи сжатого воздуха, встречаясь с такими же соседними, образуют в местах такого пересечения своего рода «завихрения». Так как точки такого «столкновения» генерируемых в полости 3 потоков сжатого воздуха, как правило, попадают в зоны прохождения перемещаемых в ней микрообъемов сырья 2, то, встречаясь с составляющими их слоями, возникающие там «вихри» обеспечивают их дополнительное и интенсивное перемешивание.
Кроме этого, они осуществляют и главную свою функцию - добавляют к активированным с помощью мощного магнитного потока молекулярным фрагментам, входящим в состав применяемой водяной суспензии, необходимый для их восстановления до металла углерод. Последний как отмечалось ранее, входит в состав углеродосодержащих газов, присутствующих в обыкновенном атмосферном воздухе.
Как и остальные сырьевые компоненты, молекулы этих газов, попадая в зону «Д», активируются с помощью генерируемого в этой области мощного магнитного потока и разрушаются в ней при помощи его с образованием в указанном выше объеме ионов углерода - восстановителя. Поступление же этих ионов к находящимся в зоне максимально возможной концентрации силовых линий генерируемого в этой части полости корпуса 3 магнитного поля, активированным при участии последнего, фрагментам сырьевых компонентов, и обеспечивает оптимальные условия для протекания процесса восстановления металлической меди из содержащих этот элемент ее соединений. Таким образом, покидая область внутренней полости корпуса 3, размещенную в зоне установки первого по счету генератора 5 и проталкиваемая шнеком 4 масса сырьевого материала «обогащается» мелкими кристаллическими зародышами, полученного там металла. Последние равномерно распределяются в ее объеме за счет продолжающегося процесса интенсивного перемешивания порций сырьевого материала как вращающимися лопастями шнека, так и струями подаваемого в корпус 3 сжатого воздуха.
После прохождения зоны установки первого контура 5 объемы заполняющей полость корпуса 3 водяной суспензии 2, под воздействием все тех же лопастей вращающегося вокруг собственной продольной оси шнека 4, проталкиваются дальше, уже в зону генерации магнитного потока, создаваемого вторым контуром 5. Последний отстоит от первого контура 5 на заранее выбранном и одном и том же одинаковом для расстановки применяемых в устройстве магнитных контуров расстоянии (на чертеже второй контур не показан, так как он попадает в зону условно выполненного разрыва устройства на две приблизительно одинаковые половины). Перемещение обрабатываемых сырьевых масс по направлению от переднего конца корпуса 3 к его заднему облегчается за счет наличия угла наклона его продольной оси к линии горизонта (для изображенного на фиг.1 устройства угол φ равен 15°). При прохождении порций обрабатываемого сырьевого материала через такую же область «Д» второго магнитного контура 5, размещенного на заданном удалении от места установки самого первого, на входящие и составляющие последние компоненты воздействует генерируемый там магнитный поток. Вследствие этого и в этой зоне будут наблюдаться те же самые явления, что имели место при преобразовании такого рода соединений в необходимый конечный продукт и в области монтажа в устройстве самого первого по счету такого же контура.
Каких-либо существенных отличий протекающие и в том, и в другом случае такого рода процессы не имеют. Единственно, что следует отметить, так это то, что покинувшая зону размещения второго магнитного контура 5 масса сырьевого материала 2 будет еще в большой степени обогащена дополнительно образованными в этой области новыми кристалликами металла. При этом последние, ранее сформированные в области установки самого первого генератора, увеличат свои первоначальные габариты за счет присоединения к составляющим их наружным слоям кристаллической решетки вновь возникших в зоне воздействия потока второго контура мелких кристалликов этого металла. Увеличение размеров ранее полученных «зародышей» будет происходить и за счет восстановления превращаемых в металл ранее налипших на их поверхность мелких частиц медной руды. То есть при этом протекает процесс преобразования покрывающей их «шубы» в металлическую кристаллическую решетку, разрастающуюся на последних с использованием наружных составляющих эти «зародыши» слоев в качестве применяемой для этого материальной основы по мере продолжения указанного этапа проведения обработки. Такого рода «обогащенная» полученным в указанных областях металлом сырьевая масса 2 перемещается и дальше по плоскости установленного с наклоном корпуса 3 применяемого для обработки устройства. «Подталкивание» ее по направлению от его передней части к задней, как уже отмечалось ранее, продолжает осуществляться криволинейными лопастями непрерывно вращающегося на осях 16 винтового шнека 4. Следуя по этой заданной конструкцией используемого устройства траектории, «проложенной» в полости корпуса 3, микрообъемы уже насыщенной металлом на предыдущих этапах обработки сырьевой массы в конечном итоге подходят к области интенсивно выполняемого воздействия магнитного потока, формируемого все в той же зоне «Д» на участке установки на корпусе 3 уже третьего по счету генератора 5.
В указанной выше области будут протекать все те же самые процессы, практически не отличающиеся от тех, что были раньше рассмотрены при проведении анализа явлений, сопутствующих выполнению процесса обработки на таких же участках полости корпуса 3, в зонах воздействия формируемых при помощи первого и второго контуров 5 магнитных полей. Опять же к незначительным отличиям, выявляемым после прохождения обрабатываемыми порциями сырьевой массы и этой, расположенной в зоне монтажа третьего по счету контура 5 области, следует отнести наличие действия там следующего обстоятельства.
В прошедших зону установки третьего по счету магнитного генератора объемах перерабатываемого материала, уже практически не содержатся частицы входящей в состав исходного сырья медной руды. Отдельные «крупицы» последней захватываются разросшимися в зоне воздействия третьего контура укрупненными гранулами полученного там металла. Оставшиеся после прохождения и этого указанного выше участка мелкие «зернышки» из соединений меди оказываются полностью израсходованными для формирования на наружной поверхности последних состоящего из них своеобразного покрытия («шубы»).
Одетые в него металлические гранулы в конечном итоге покидают и эту зону. Сформированное там их скопление переносится подающим шнеком 4 в расположенные на удалении от нее другие области полости корпуса 3, перемещаясь все дальше и дальше по направлению к заднему концу последнего (третий контур 5, как и второй, попадает в зону выполнения условного разрыва корпуса устройства и на чертеже не показан), последовательно проходя на этом пути по всей его поверхности. Полученное ранее, это указанное скопление металлических гранул в конце концов оказывается в зоне «Д», попадая под воздействие магнитного потока, генерируемого последним по счету из числа примененных в устройстве генераторов, т.е. четвертым магнитным контуром 5. Следует отметить еще и то, что в процессе прохождения указанной выше области, тоже находящейся прямо на пути перемещения используемого сырьевого материала, в полученных на предшествующих «финишному» этапах обработки скоплениях перерабатываемого в устройстве исходного продукта, практически полностью заканчивается весь комплекс необходимых структурных преобразований.
Входящие же в качестве отдельных составляющих указанных выше скоплений гранулы металла, к этому моменту времени приобретают степень чистоты, определяемую по процентному содержанию в них меди, позволяющую отнести этот продукт к группе «достигшие требуемых кондиций». При завершении комплекса необходимых преобразований исходного сырья, выполняемого в зоне воздействия указанного выше магнитного потока, полученного с применением четвертого по счету магнитного генератора, налипшие на поверхность проходящих через нее гранул и создающие на последней своеобразное неметаллическое покрытие мелкие частицы руды переформировываются в обволакивающие их новые слои, состоящие из той же самой меди.
Из-за наличия действия всех указанных выше обстоятельств и протекает процесс укрупнения находящихся в этой области кристаллических «зародышей», которые дополнительно увеличивают свои первоначально полученные габаритные размеры.
Кроме того, этот же самый эффект будет иметь место при осуществлении «слипания» в этой же зоне между собой мелких кристаллических «крупиц» из меди, при взаимном соединении которых и образуются достаточно крупные куски металла.
Таким образом, на этой завершающей стадии обработки вся исходная сырьевая масса оказывается целиком переработанной, а полученные в области установки последнего четвертого магнитного контура 5 укрупненные в ней гранулы металла 10 переправляются из нее продолжающим совершать обороты вокруг собственной продольной оси шнеком 4, освобождая эту зону от своего присутствия и попадая в конечном итоге в задний конец корпуса 3 используемого устройства. Дойдя до этой указанной его части, которая занимает горизонтальный уровень, расположенный ниже, чем тот, что используется для размещения верхнего конца корпуса 3, гранулы 10, а также образовавшиеся вмести с ними кусковые шлаки, наталкиваются на расположенный прямо на пути их движения выходной проем «Г» (см. фиг.1). В силу этого все указанные выше продукты проваливаются в последний и в конечном итоге попадают на дно накопительного бункера 9. По мере заполнения его полости указанными выше конечными продуктами переработки осуществляется открытие заслонки 13, которое обеспечивает их удаление с высыпкой последних в используемую для этого технологическую тару (на чертеже не показана). В случае необходимости сохранения полученной обработкой степени чистоты металла, как накопление его гранул, так и их последующая транспортировка может осуществляться под слоем защитной атмосферы, состоящей из инертного газа - аргона (на чертеже не показано).
Убыль объемов исходного сырьевого материала 2 по мере его расхода компенсируется за счет подачи новых порций последнего из полости загрузочного бункера 1, сообщающейся с объемом корпуса 3 через входной проем «В» (см. фиг.1). Поступление их в указанную часть корпуса устройства из полости бункера 1, т.е. в его передний конец, осуществляется самотеком.
По мере расхода помещенного в загрузочный бункер исходного сырьевого материала 2 в последний производится загрузка его новых объемов. В силу этого процесс переработки сырья в металл выполняется в предлагаемом устройстве без каких-либо его остановок и перерывов.
Так как в процессе восстановления металла из его соединений в зоне его протекания образуются объемы ранее отсутствующих там газов, формирующих в полости корпуса 3 так называемые газовые «пузыри», а следовательно, и повышается величина создаваемого там избыточного давления, то для ликвидации возможного негативного воздействия этих факторов выполняется периодический выброс накапливаемых в полости корпуса этих летучих соединений непосредственно в наружную атмосферу.
Удаление последних, а также избыточных объемов подаваемого в корпус 3 сжатого воздуха осуществляется при помощи установленных на его передней и задней частях, сообщающихся напрямую с его полостью патрубков 7. Открытие последних осуществляется редукционными клапанами 8 в моменты времени, когда величина избыточного давления в полости корпуса 3 превышает ту, что задана технологией переработки. Регулировка же момента срабатывания запорных элементов в клапанах 8 произведена с учетом этого определенного таким образом значения величины избыточного давления (см. фиг.1).
За счет всего указанного выше и обеспечивается беспрепятственное перемещение перерабатываемой сырьевой массы 2 вдоль всей полости корпуса 3, без осуществления каких-либо ее остановок там из-за местного повышения величины избыточного давления на ее каких-либо отдельных участках.
Применяемые в устройстве внешние блоки электрического питания магнитных контуров 5 снабжаются дополнительно электронными управляющими схемами, с помощью которых выполняются необходимые изменения частоты подаваемого на обмотки-катушки 15 переменного электрического тока, его силы и напряжения (на чертеже не показаны). Благодаря этому обеспечивается возможность получения в зоне обработки магнитных полей с заранее заданными значениями их напряженности, а также их частоты.
Минимально возможное количество обслуживающих работу устройства магнитных контуров соответствует двум, однако в этом случае приходится использовать низкооборотный привод вращения подающего шнека, что создает дополнительные трудности в процессе осуществления его эксплуатации и обслуживания.
Максимально возможное количество последних может доходить до шести единиц. Дальнейшее увеличение их количества свыше указанного значения приводит к тому, что все эти дополнительные генераторы будут работать практически «вхолостую».
Кроме того, применение магнитных контуров в количестве, превышающем указанный выше предел, приводит к усложнению используемого для переработки сырья устройства и отрицательно сказывается на его эксплуатационных показателях.
В качестве наиболее оптимального варианта в предложенной конструкции устройства была использована магнитная система, включающая в свой состав четыре контура. Наличие положительного влияния этого обстоятельства и обеспечило достаточно высокую эффективность выполнения указанной выше технологии переработки сырья, обусловленную применением именно этого варианта такого конструктивного исполнения предлагаемого устройства. Достигнутые в процессе использования для достижения указанных выше целей такого типа предложенной конструкции устройства технико-экономические показатели, характеризующие степень эффективности выполняемой с его помощью обработки, позволили определить следующее:
При длине устройства в 1,5 метра и ширине его с учетом габаритов обслуживающих его систем в 1,2 м, а также при толщине и высоте его корпуса 0,2×0,2 м, и в случае эксплуатации его с применением трехсменного режима обеспечивается получение 0,2-0,3 тонны металлической меди за одни сутки. Степень чистоты полученного металла составляла значение 99,99992-99,9999991%. Размеры сформированных с его помощью гранул меди имели значение от 2 до 8 мм, и от 20 до 30 мм. Расход электроэнергии в расчете на одну тонну полученного металла составляет 2,5-2,8 тыс. кВт·ч.
В качестве исходной содержащей соединения меди руды применялся халькопирит (медный колчедан), доставленный на место переработки из ближайшего, расположенного рядом с участком, где и выполнялся процесс восстановления меди из ее соединений, месторождения, в котором осуществлялась разработка последней для удовлетворения соответствующих нужд действующего металлургического производства.
Для разделения собранных в полости накопительного бункера конечных продуктов - т.е. гранул металлической меди и сброшенных в нее же кусковых шлаков, извлеченная из последнего масса этого материала пропускалась через систему, состоящую из набора обычных калиброванных сит.
Так как указанные выше компоненты имеют существенное отличие в габаритных размерах, то после прохождения этих накопленных в бункере 9 продуктов через указанную выше калибровочную систему они легко разделяются на составляющие общую насыпную массу фракции - гранулы металлической меди - и синтезированные в процессе обработки из входящих в исходное сырье примесей шлаковые отходы.
Для подачи воздуха к раздаточным соплам 6 используется внешняя питающая магистраль (на чертеже не показана), сжатый воздух под избыточным давлением в которую подается при помощи обычного компрессора. Указанный выше компрессор может иметь любое конструктивное исполнение.
Для проведения ремонта или необходимого технического обслуживания работающей в «непрерывном» режиме установки выбирается момент времени, когда загрузочный бункер 2, а также весь объем полости корпуса 3 будут освобождены от проходящего по ним сырьевого материала. Т.е. последний должен быть выработан до нуля.
После этого отключаются все обслуживающие устройства системы - т.е. отсоединяются от источника питания все входящие в состав магнитных контуров 5 обмотки - катушки 15, а также останавливается привод вращения подающего сырье шнека 4 и перекрывается подающая сжатый воздух к соплам 6 внешняя магистраль.
По окончании выполнения всех указанных выше этапов устройство может быть использовано для проведения на нем необходимого комплекса работ, обеспечивающих возможность использования его для дальнейшей эксплуатации.
Повторный запуск его в работу осуществляется следующим образом. Прежде всего, загрузочный бункер 1 заполняют необходимым объемом перерабатываемого сырья 2, затем в указанном ранее порядке производится включение всех обслуживающих работу устройства систем, и после этого процесс переработки исходного сырья 2 в металл протекает в соответствии с указанной выше схемой его выполнения (т.е. опять используется так называемый «непрерывный цикл»).
Учитывая все изложенное выше, можно прийти к следующему заключению. Использование предлагаемого способа получения металлической меди, а также применяемого для его осуществления устройства, обеспечивает существенное уменьшение необходимых для проведения переработки исходного сырья в конечный продукт затрат электрической энергии. То есть применение предлагаемых технических решений создает условия для сокращения ее расхода в 8-15 раз по отношению к количеству, необходимому при выполнении процесса восстановления меди из ее руды, осуществляемого с помощью системы, состоящей из разного назначения плавильных агрегатов.
Кроме того, в случае проведения переработки содержащего соединения меди исходного сырья, с применением предлагаемого метода, полностью отпадает необходимость использования веществ и материалов (кокса), попадание образующихся при использовании которых газов в атмосферу (СО) может привести к загрязнению окружающей это производство природной среды и нанести вред здоровью человека.
Следует дополнительно отметить еще и то, что, в отличие от известных в настоящее время способов, для такого рода технологии производства металла проводимых с помощью предложенного способа, в качестве пригодного для использования при его осуществлении исходного сырья могут применяться руды, содержащие любые возможные формы имеющихся в природе соединений меди, в своем первозданном «сыром» виде.
Сам процесс переработки сырья, которое раньше никогда не рассматривалось в качестве пригодного для промышленного использования, может выполняться в непрерывном режиме без необходимости проведения каких-либо дополнительных его технологических остановок.
Получаемый из недефицитной и широко распространенной в природной среде медной породы металл отличается высокой степенью чистоты 99,99992-99,9999991% и низкими показателями удельного объемного электрического сопротивления и может быть использован для удовлетворения нужд действующего промышленного производства без проведения дополнительных операций по его финишной доработке.
Внедрение предлагаемого процесса, а также и применяемого в ходе его выполнения устройства в производство, не требует привлечения значительных капиталовложений и не связано с необходимостью использования существенных трудовых затрат, а также длительных сроков времени, необходимых для осуществления подготовки производства.
Выбор входящих в состав предлагаемого устройства материалов и узлов произведен с учетом возможности использования в качестве последних, аналогичных, широко распространенных и применяемых в оборудовании, предназначенном для выполнения похожих на предложенную технологий.
Само же это предлагаемое устройство отличается высокой степенью простоты его конструктивного исполнения и, вследствие этого, имеет повышенную эксплуатационную надежность.