Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини

1. Спосіб зіштовхувальної плазмової іонізації сировини, що передбачає її іонізацію при зіткненні з плазмою, який відрізняється тим, що використовують розплавну плазму, причому сировину спрямовують на її поверхню вузькоканалізованим пучком. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розплавну плазму утворюють шляхом електродугового розплавлення подрібнених оксидів заліза. 3 44796 4 газової, у вигляді продуктів горіння органічних реплазма, яка дає змогу підвищити температуру в човин та тугоплавкого розплаву. зоні іонізації молекул води. Найбільш близьким за сукупністю суттєвих Пропоноване технічне рішення відповідає криознак пропонованому способу іонізації сировини з терію «світова новизна», тому що з рівня техніки метою її подальшого використання у якості енерневідома пропонована сукупність ознак, яка загоносія вибраний спосіб переробки дисперсної безпечує одержання бажаного технічного резульмінеральної сировини шляхом її іонізації при зітктату. Спосіб, що заявляється відповідає також і ненні з газовою плазмою (4). У відомому способі критерію «винахідницький рівень» через неочевиіонізація дисперсної сировини здійснюється разом дність одержання ефекту глибинної іонізації енерз відновлюваним газом при їх зіштовхуванні з зугоносія шляхом спрямовування його вузькоканалістрічним плазмовим потоком, в результаті відновзованого пучка на поверхню розплавної плазми, лювальної реакції одержують чистий елемент. при цьому підтвердження одержання бажаного ефекту вимагало проведення чисельних експериНедоліком відомого способу іонізації є низька ментів, аналізу їх результатів та додаткових дослітемпература газової плазми, що не дає можлиджень. вість для більш глибинної іонізації сировини з відНа кресленні наведена технологічна схема ривом внутрішніх електронів з орбіт її елементів. реактора зішовхувальної плазмової іонізації сироВ основу технічного рішення поставлена задача розробки способу глибинної іонізації сировини вини. Система включає реактор 1, закритий гермедля подальшого її використання у якості енергонотично кришкою 2, усередині реактора 1 розміщена сія що дає змогу зниження енергетичних затрат у легкоплавка речовина 3 з оксидів заліза, усередині якої розташовані електроди 4, підключені до джереакції горіння та одержання додаткової теплової рела змінного струму через знижувальний трансенергії. форматор 5. На поверхню легкоплавкої речовини Поставлена задача вирішується тим, що у 3 в зону 6 розплаву спрямовані формувачі 7 висоспособі зіштовхувальної плазмової іонізації сироконапірних потоків сировини. В верхній частині вини, який передбачає її іонізацію при зіткненні з плазмою, відповідно до пропонованого технічного реактора 1 на його бічній поверхні знаходиться рішення у якості плазми використовують розплавстравлюючий клапан 8. ну плазму, причому сировину спрямовують на її Реалізується спосіб зіштовхувальної плазмоповерхню вузькоканалізованим пучком. У конкретвої іонізації сировини таким чином. них варіантах реалізації способу розплавну плазЗгідно з технологічною схемою, з бункера легкоплавної речовини (не показаний) оксиди заліза му утворюють шляхом електродугового розплавподають на дробарку, з якої подрібнені оксиди лення подрібнених оксидів заліза, при цьому у заліза 3 завантажують до реактора 1, герметично процесі горіння в розплавну плазму вводять позакривають його кришкою 2 та подають змінний дрібнені тугоплавкі компоненти: оксиди металів, струм від 100 до 800 ампер напругою від 10 до 35 карбіди, силіциди, нитріди, а у якості сировини вольт на електроди 4 через знижувальний трансвикористовують спрямований на поверхню розформатор 5. В результаті виникає електрична дуплавної плазми пучок води або водної суспензії. У га, що розплавляє легкоплавну речовину, в якій якості завислих часток водної суспензії використоприсутні FeO, Fe2O3, Fe3O4 та в зоні розплаву 6 вують циклонний пил гірничозбагачувального виутворюється рідка плазмова субстанція. Регулююробництва, а розбіжність пучка знаходиться у мечи напругу на електродах 4, підтримують задану жах 5-8°. температуру розплавної плазми в межах 3000°С. Приготування легкоплавного розплаву шляхом Для підвищення температури розплаву через оплавлення електродуговим способом оксидів заліза з послідуючим додаванням в отриманий окремий люк у кришці (не показаний) в зону розрозплав подрібнених до 0,05-0,3мм тугоплавких плаву 6 можуть подати також подрібнені тугоплавкі компонентів, наприклад, нітридів, оксидів металів, компоненти (оксиди металів, карбіди, силіциди, карбідів, силіцидів з відтворенням в міжелектроднитріди а також солі лужних та лужноземельних ному просторові плазмового розплаву гідридів сполук). При цьому температура плазми підвищустворює можливість підвищення температури плається та знаходиться в межах 3200-3500°С. Далі із влення понад 3000°С, а спрямовування в одну бака (не показаний) за допомогою високонапірного точку поверхні плазми вузько-каналізованого пучка насосу подають на формувачі 7 воду, з яких висо2 води під тиском 10-50кг/см з діаметром формуюконапірні струмені води діаметром формуючого чого отвору 0,1-0,4мм дає змогу підвищити темпеотвору пучка 0,1-0,4мм. направляють під тиском 2 ратуру утвореного таким чином плазмогазу до 10-50кг/см вузькоканалізованими пучками на по5000°С, що створює можливість швидкого розклаверхню розплаву плазми (швидкість подачі сировини на поверхню розплаву при цьому знаходитьдання молекул води на складові частини. Введенся у межах Vп=50-70м/сек). Оскільки дугові ня в розплавну плазму часток водної суспензії у вигляді циклонного пилу гірничозбагачувального плазмогенератори потребують значних затрат виробництва (польовий шпат, монтморилоніт тоелектроенергії при відносно малому об'ємі іонізащо) додатково підвищує температуру плазми, а ційного середовища, то для уникнення цих недолітому і ефективність процесу. Окрім того, у якості ків процес створення плазми, процес горіння та сировини можливо використовувати топкові та процес відтворення іонізаційного середовища димові гази ТЕЦ. Спосіб зіштовхувальної іонізації проводиться сумісно. При цьому плазмогаз прохосировини характеризується ще і тим, що в резульдить на межі розподілу газового середовища та таті взаємодії доданих тугоплавких компонентів в тугоплавкого розплаву. В умовах плазмового семіжелектродну область, створюється спротидіюча редовища гази стають іонізованими, що створює 5 44796 6 можливість використати їх у якості енергоносіїв. Вузькоканалізована подача розчинених в воді часІонізація досягається за рахунок контактів на поток іонообмінного матеріалу шляхом фотоіонізації верхні мінерального розплаву з зустрічними потоперетворює їх в висококалорійний газ. ками газів та шляхом ультрафіолетового опроміЗаявником розроблена та випробувана на манення розплаву. Ультрафіолетове кетних пристроях технологія одержання плазмововипромінювання розплаву дає можливість більш го газу, використовуючи яку можна ефективно ефективно іонізувати середовище, діючи як фотоодержувати теплову та електричну енергію. На плазмовий іонізатор. При цьому частина поступавідміну від традиційного палива, робочий матеріал ючої води із високонапірних струменів переходить тугоплавкого розплаву є практично невитратним, а в пару, яка реагує з оксидами заліза з відтворенвеличина одержуваного плазмогазу в основному ням гідрогену згідно з реакцією 3FeO+Н2О=Fе3О4. визначається витратою пучкової води або водної При утворенні тонкодисперного водяного пилу суспензії. В атмосфері плазмогазу вода ефективно проходить електризація як самої води, так і розчирозкладається на водень і кисень, тим самим збінених в них часток. Тому над поверхнею розплаву льшуючи калорійність первісного плазмогазу. При формується плазмова взаємодія, що призводить подальшому збільшенні енергетичної щільності до підвищення температури в фокусі зустрічного водного пучка відбувається прискорення утворенудару водопарового електрично зарядженого пучня плазмогазу на поверхні розплаву. Приклади ефективності використання способу ка з поверхнею розплаву зі створенням плазмогазіштовхувальної плазмової іонізації сировини для зу над поверхнею розплаву. В умовах високого температурного градієнта, водопилові частки при одержання додаткової теплової енергії наведені у підльоті до розплаву переходять в водяний газ, що табл. дає додаткову електризацію пиловидних часток. Таблиця № п/п Т° розплаву С° 1 2 2900°С 3100°С Енергетична Електрична Кількість води, потужність, що потужність Т° випромінюванщо подається необхідна для ня С° дугового розвипаровування (л/год) ряду N1 (кВт) води N2 3400°С 3,7кВт 35л 50кВт 3600°С 4,5кВт 45л 65кВт Ток І1=150 A. ∆N=N2-N1≈46кВт. Ток І2=180А. ∆N=N2-N1≈60кВт. Проведені випробування показують, що на 2 площі розплаву близько 20см з температурою 2500-2800°можна випарувати близько 150л пучкової води, затративши для цього 5квт/год електричної енергії (для одержання тугоплавного розплаву дуговим нагріванням). Додаткова енергія (близько 140квт/годину), що необхідна для випаровування води, міститься у знов утвореному плазмогазі, що складається з водню іонізованої води та іонів, що випаровуються з розплаву. При досягненні температури розплаву 38004000° можна одержати теплову потужність установки близько 1Мвт, при цьому площа випроміню2 вання буде складати 20-25см , а обсяг витратного ∆N - різниця між витраченою та виробленою енергією 46кВт 65кВт тепла-води - близько 900л/год. Розмір подібного парогенератора не перевершує 1м3, що приблизно в 5-7 раз менше габаритів існуючих котлоагрегатів потужністю 1Мвт. Список літератури, взятої до уваги при підготовці заявки: 1. Патент Російської Федерації на винахід №2170617, кл. В02С19/06, публ.20.07.2001p. 2. Патент ЕР №0415858 на винахід, кл. Н05Н1/42, публ.25.01.1995p. 3. Заявка США №US2008138534, кл. Н05Н1/42, публ.12.06.2008p. 4. Патент Російської Федерації на винахід №2291211, кл. Н05Н1/42, публ.10.01.2007p. (прототип). 7 Комп’ютерна верстка В. Мацело 44796 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601