nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2022-45-3-294-304nznistu-239Research ArticleРазведка и разработка месторождений полезных ископаемыхExploration and Development of Mineral DepositsВлияние гидродинамических эффектов на структурные изменения дисперсоида в процессе микродезинтеграцииInfluence of hydrodynamic effects on dispersoid structural changes under microdisintegrationhttps://orcid.org/0000-0001-8117-0922ХрунинаН. П.KhruninaN. P.

Хрунина Наталья Петровна - кандидат технических наук,  ведущий научный сотрудник Лаборатории разработки россыпных месторождений.

Хабаровск

Natalia P. Khrunina - Cand. Sci. (Eng.),  Leading Researcher of the Laboratory of Placer Deposit Development,  Mining Institute.

Khabarovsk

npetx@mail.ruИнститут горного дела ДВО РАН – обособленное подразделение Хабаровского Федерального исследовательского центра ДВО РАНРоссияMining Institute, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences – an autonomous subdivision of the Khabarovsk Federal Research Center of the Far Eastern Branch, Russian Academy of SciencesRussian Federation202209102022453294304Copyright © Хрунина Н.П., 20222022Хрунина Н.П.Khrunina N.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/239

Цель представленного исследования заключалась в теоретическом обосновании процесса образования дисперсоида высокоглинистых песков россыпей с повышенным содержанием мелкого и тонкодисперсного золота в условиях изменения гидродинамических параметров потока гидросмеси посредством ограждающих и отражающих поверхностей предлагаемой установки. Объектом исследований являлся процесс гидродинамической дезинтеграции. Предмет исследования включал основные параметры гидродинамического воздействия на минеральную среду и характер разрушения высокоглинистых песков в гидродинамических условиях. В ходе работы автором были использованы методы построения математической модели преобразования дисперсоида при гидродинамическом воздействии на гидросмесь, аналитические и численные расчеты. Анализ аспектов гидродинамических явлений и взаимодействий позволил обосновать процесс образования дисперсоида на основе интенсификации микродезинтеграции и выявить характерные факторы влияния. На основе теории изменения термодинамического потенциала системы поверхностей частиц при динамическом воздействии предложен метод определения гидродинамических параметров изменения структурной составляющей гидросмеси в закрытой полости генератора при взаимодействии с элементами ограждающих и отражающих поверхностей. На основе численных расчетов установлено существенное увеличение удельной межфазной поверхности дисперсоида минеральной составляющей. В результате взаимодействия с элементами ограждающих и отражающих поверхностей в предлагаемой инновационной схеме расположения элементов в генераторе при направленной подаче гидросмеси из сопла в закрытую полость увеличение составило от 3 до 4 раз. Предложена новая конструкция гидродинамического генератора  и технологическая схема для обеспечения активизации процесса извлечения микрочастиц ценных компонентов.

The purpose of the presented study is to give a theoretical substantiation of the formation process of a high-clay sand dispersoid from placers with a high content of fine and finely dispersed gold under changing hydrodynamic parameters of the hydro mixture flow by means of enclosing and reflecting surfaces of the proposed installation. The object of the research is the process of hydrodynamic disintegration. The subject of the study includes the main parameters of the hydrodynamic effect on the mineral environment and the destruction nature of high-clay sands under hydrodynamic conditions. While doing the research, the author used the methods for constructing a mathematical model of dispersoid transformation under hydrodynamic effect on the hydro mixture, analytical and numerical calculations. The analysis of the aspects of hydrodynamic phenomena and interactions made it possible to substantiate the dispersoid formation process based on the intensification of microdisintegration and to identify the characteristic impact factors as well. Based on the theory of changes in the thermodynamic potential of the system of particle surfaces under dynamic exposure, a method has been proposed for determining the hydrodynamic variation parameters of the hydromixture structural component in the closed cavity of the generator when interacting with the elements of the enclosing and reflecting surfaces. The performed numerical calculations allowed to reveal a significant increase in the specific interphase surface of the dispersoid of the mineral component. The interaction of the elements of enclosing and reflecting surfaces according to the proposed innovative layout of elements location in the generator under the directed supply of the hydromixture from the nozzle into a closed cavity resulted in the increase from 3 to 4 times. A new design of a hydrodynamic generator and a flow diagram have been introduced on order to activate the extraction process of microparticles of valuable components.

высокоглинистые пескигидродинамические явлениямикродезинтеграциятермодинамический потенциалгидродинамический генераторкавитационный реакторhigh-clay sandshydrodynamic phenomenamicrodisintegrationthermodynamic potentialhydrodynamic generatorcavitation reactorИсследования проводились с использованием ресурсов Центра коллективного пользования научным оборудованием «Центр обработки и хранения научных данных Дальневосточного отделения Российской академии наук», финансируемого Российской Федерацией в лице Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по проекту № 075-15-2021-663The research was carried out using the facilities of the Research Equipment Sharing Center "Scientific Data Processing and Storage Center of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences" funded by the Russian Federation through the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation under the project no. 075-15-2021-663ReferencesЕвдокимов С. И., Герасименко Т. Е., Троценко И. Г. Технико-экономическое обоснование эффективности совместной переработки руд и россыпей золота // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2020. Т. 18. № 4. С. 12–23. https://doi.org/10.18503/1995-2732-202018-4-12-23.Gornye nauki i tekhnologii = Mining Science and Technology (Russia). 2020;5(2):92-103. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-2-92-103.Суримбаев Б. Н., Каналы Е. С., Болотова Л. С., Шалгымбаев С. Т. Оценка гравитационной обогатимости золотосодержащей руды – GRG // Горные науки и технологии. 2020. Т. 5. № 2. С. 92–103. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-2-92-103.Mamaev U. A., Khrunina N. P. Determination of optimal initial operation factors sonic impact on pulp in rock pool to open the exploitation of the mineral deposit. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten' = Mining informational and analytical bulletin. 2009;7:187-191. (In Russ.).Мамаев Ю. А., Хрунина Н. П. Определение оптимальных начальных параметров звукового воздействия на пульпу в зумпфовом накопителе при открытой разработке высокоглинистых россыпей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № 7. С. 187–191.Alekseev V. S., Seryy R. S., Sobolev A. A. Improving fine gold recovery in sluice boxes. Obogashchenie rud. 2019;5:13-18. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/or.2019. 05.03.Алексеев В. С., Серый Р. С., Соболев А. А. Повышение извлечения мелкого золота на промывочном приборе шлюзового типа // Обогащение руд. 2019. № 5. С. 13–18. https://doi.org/10.17580/or.2019.05.03.Kochnev V. G., Grushinskaya O. V. Disintegration of hard-to-wash sands and highly plastic clay. Zolotodobycha. 2021;267. Available from: https://zolotodb.ru/article/12508 [Accessed 11th April 2022]. (In Russ.).Кочнев В. Г., Грушинская О. В. Дезинтеграция труднопромывистых песков с высокопластичной глиной // Золотодобыча. 2021. № 267. [Электронный ресурс]. URL: https://zolotodb.ru/article/12508 (11.04.2022).De Michelis I., Olivieri A., Ubaldini S., Ferella F., Beolchini F., Vegliò F. Roasting and chlorine leaching of gold-bearing refractory concentrate: experimental and process analysis. International Journal of Mining Science and Technology. 2013;23(5):709-715. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2013.08.015.De Michelis I., Olivieri A., Ubaldini S., Ferella F., Beolchini F., Vegliò F. Roasting and chlorine leaching of gold-bearing refractory concentrate: experimental and process analysis // International Journal of Mining Science and Technology. 2013. Vol. 23. Iss. 5. P. 709–715. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2013.08.015.Atici U., Comakli R. Evaluation of the physico-mechanical properties of plutonic rocks based on texture coefficient. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2019;119(1):63-69. https://doi.org/10.17159/2411-9717/2019/v119n1a8.Atici U., Comakli R. Evaluation of the physico-mechanical properties of plutonic rocks based on texture coefficient // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2019. Vol. 119. Iss. 1. P. 63–69. https://doi.org/10.17159/2411-9717/2019/v119n1a8.Sakuhuni G., Altun N. E., Klein B., Tong L. A novel laboratory procedure for predicting continuous centrifugal gravity concentration applications: the gravity release analysis. International Journal of Mineral Processing. 2016; 154:66-74. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2016.07.004.Sakuhuni G., Altun N. E., Klein B., Tong L. A novel laboratory procedure for predicting continuous centrifugal gravity concentration applications: the gravity release analysis // International Journal of Mineral Processing. 2016. Vol. 154. P. 66–74. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2016.07.004.Sun X., Chen S., Liu J., Zhao S., Yoon J. Y. Hydrodynamic cavitation: a promising technology for the industrial-scale synthesis of nanomaterials. Frontiers in Chemistry. 2020;8:259. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00259.Sun X., Chen S., Liu J., Zhao S., Yoon J. Y. Hydrodynamic cavitation: a promising technology for the industrial-scale synthesis of nanomaterials // Frontiers in Chemistry. 2020. Vol. 8. P. 259. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00259.Choi J., Cui M., Lee Y., Ma J., Kim J., Son Y., et al. Hybrid reactor based on hydrodynamic cavitation, ozonation and oxidation of persulfate for the decomposition of oxalic acid in the processes of extraction of rare earth elements. Ultrasonics Sonochemistry. 2019;52:326-335. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.12.004.Choi J., Cui M., Lee Y., Ma J., Kim J., Son Y., et al. Hybrid reactor based on hydrodynamic cavitation, ozonation and oxidation of persulfate for the decomposition of oxalic acid in the processes of extraction of rare earth elements // Ultrasonics Sonochemistry. 2019. Vol. 52. P. 326– 335. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.12.004.Gągol M., Przyjazny A., Boczkaj G. Wastewater treatment by means of advanced oxidation processes based on cavitation – a review. Chemical Engineering Journal. 2018;338:599-627. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018. 01.049.Gągol M., Przyjazny A., Boczkaj G. Wastewater treatment by means of advanced oxidation processes based on cavitation – a review // Chemical Engineering Journal. 2018. Vol. 338. P. 599–627. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.01.049.Gągol M., Soltani R. D. C., Przyjazny A., Boczkaj G. Effective degradation of sulfide ions and organic sulfides in cavitation-based advanced oxidation processes (AOPs) // Ultrasonics Sonochemistry. 2019. Vol. 58. P. 104610. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.05.027.Gągol M., Soltani R. D. C., Przyjazny A., Boczkaj G. Effective degradation of sulfide ions and organic sulfides in cavitation-based advanced oxidation processes (AOPs) // Ultrasonics Sonochemistry. 2019. Vol. 58. P. 104610. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.05.027.Kim H., Koo B., Sun X., Yoon J. Y. Investigation of sludge disintegration using rotor-stator type hydrodynamic cavitation reactor. Separation and Purification Technology. 2020;240:116636. https://doi.org/10.1016/j.seppur. 2020.116636.Kim H., Koo B., Sun X., Yoon J. Y. Investigation of sludge disintegration using rotor-stator type hydrodynamic cavitation reactor // Separation and Purification Technology. 2020. Vol. 240. P. 116636. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.116636.Kononov A. V., Duisebayev B. O. Ultrasonic intensification of uranium sorption from pregnant solutions by ion-exchange resin. Gornye nauki i tekhnologii = Mining Science and Technology (Russia). 2020;5(1):12-24. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-1-12-24.Кононов А. В., Дуйсебаев Б. О. Интенсификация сорбции урана из продуктивных растворов на ионообменную смолу ультразвуком // Горные науки и технологии. 2020. Т. 5. № 1. С. 12–24. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-1-12-24.Wu J., He J., Christakos G. Quantitative analysis and modeling of earth and environmental data: space-time and spacetime data considerations. Amsterdam: Elsevier; 2021. 420 p.Wu J., He J., Christakos G. Quantitative analysis and modeling of earth and environmental data: space-time and spacetime data considerations. Amsterdam: Elsevier, 2021. 420 p.Elshin V. V., Melnik S. A. Current status and perspectives of development technology gold desorption from the saturated activated carbon. Austrian journal of technical and natural sciences. 2014;9-10:114-118. (In Russ.).Elshin V. V., Melnik S. A. Current status and perspectives of development technology gold desorption from the saturated activated carbon // Austrian journal of technical and natural sciences. 2014. Vol. 9-10. P. 114–118.Chen J., Xu Z., Chen Y. Electronic structure and surfaces of sulphide minerals: density functional theory and applications. Amsterdam: Elsevier; 2020. 396 р.Chen J., Xu Z., Chen Y. Electronic structure and surfaces of sulphide minerals: density functional theory and applications. Amsterdam: Elsevier, 2020. 396 р.Khrunina N. P., Cheban A. Yu. Substantiation of the hydrodynamic disintegration of hydraulic fluid’s mineral component of high-clay sand in precious metals placers. Georesursy = Georesources, 2018;20(1):51-56. https://doi.org/10.18599/grs.2018.1.51-56.Хрунина Н. П., Чебан А. Ю. Обоснование гидродинамической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси высокоглинистых песков россыпей благородных металлов // Георесурсы. 2018. Т. 20. № 1. С. 51–56. https://doi.org/10.18599/grs.2018.1.51-56.Sirotyuk M. G. Acoustic cavitation. Moscow: Nauka; 2008. 270 p. (In Russ.).Сиротюк М. Г. Акустическая кавитация. М.: Наука, 2008. 270 с. 20. Кулагин В. А. Суперкавитация в энергетике и гидротехнике: монография. Красноярск: Изд-во КГТУ, 2000. 107 с.Kulagin V. A. Supercavitation in power engineering and hydraulic engineering. Krasnoyarsk: Krasnoyarsk State Technical University; 2000. 107 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.