Ультразвуковая обработка

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА (а. ultrasonic mineral treatment; н. Ultraschallbehandlung der Mineralien; ф. traitement aux ultra-sons des mineraux utiles; и. elaboracion ultrasonora de minerales, labra ultrasonora de minerales) — технологический процесс целенаправленного воздействия упругих колебаний частотой выше 16-20 кГц на жидкие, газообразные и твёрдые среды для ускорения массо- и теплообмена, химических реакций, разрушения, уплотнения и коагуляции в них.

Ультразвуковая обработка применяется для флотации и перемешивания жидкофазных сред при подготовке пульп, диспергирования глинистых включений, очистки поверхностей минеральных частиц, разделения и классификации технологических суспензий, фильтрации промышленных жидкостей и сточных вод, получения аэрозолей, очистки газов от твёрдых частиц, сушки сыпучих материалов, повышения производительности бурения и резания горных пород и т.п. При флотации ультразвуковая обработка может применяться для изменения на молекулярном уровне физических и физико-химических свойств воды, поверхности воздушных пузырьков и капель нерастворимых флотореагентов-собирателей, гидратных слоев на поверхности минеральных частиц, полного эмульгирования флотореагентов, повышения изибрательной способности минеральных частиц и реагентов-собирателей в коллективной флотации.

Для ультразвуковой обработки используются высокоинтенсивные упругие колебания (колебания с повышенными значениями амплитуды). Ультразвук обладает большим поглощением в жидкофазных и газообразных средах, что определяет его применение для разовой обработки лишь малых технологических объёмов; при воздействии на твёрдые тела может осуществляться локальная ультразвуковая обработка и разрушение поверхности. Малая длина ультразвуковой волны позволяет создать фокусирование излучений в точке обрабатываемого объёма, что ведёт к резкому повышению интенсивности упругих колебаний. С увеличением объёма воздействий за счёт необходимости повышения мощности источника значительно возрастает энергоёмкость процесса ультразвуковой обработки, что становится экономически невыгодным при производстве продукции относительно малой стоимости. Ультразвуковая обработка — составная часть акустических технологий, использующих также инфразвуковые низкочастотные звуковые колебания. Сочетание ультразвуковой обработки с вибрационными процессами позволяет при некотором снижении эффективности воздействия на процесс уменьшить влияние недостатков ультразвуковой обработки.

В качестве интенсифицирующих факторов при ультразвуковой обработке используются нелинейные акустические эффекты: знакопеременное давление; радиационное давление; акустические течения; кавитация; относительное движение взвешенных частиц в жидкости и газах, приводящих к повышению эффективности процессов перемешивания, эмульгирования, растворения и диспергирования твёрдой фазы и газовых пузырьков в жидкости, окислительно-восстановительных и электрохимический реакций, теплоотдачи от поверхностей сред, снижение сопротивления разрушению твёрдых тел и др. Для каждого технологического процесса используется один или несколько физических эффектов.

Для ультразвуковой обработки применяются установки в виде замкнутых аппаратов для цикличных процессов или устройств трубного типа для проточной обработки жидкостей. Излучателями служат магнитострикционные и пьезоэлектрические электромеханические преобразователи, гидродинамические свистки, газовоздушные сирены и др. В ультразвуковых установках колебания вводятся в обрабатывающую среду с помощью источников различной формы, встраиваемых в стенки установок или размещаемых внутри объёма. При воздействии на горные породы применяются ультразвуковые излучатели специальной конструкции.