Wprowadzenie do technologii ultradźwiękowej

    Naukowcy nazywają liczbę drgań na sekundę częstotliwością dźwięku, a jej jednostką jest herc (Hz). Częstotliwość fal dźwiękowych, które słyszymy w ludzkim uchu, wynosi od 20 do 20 000 Hz. Dlatego fale dźwiękowe o częstotliwościach powyżej 20 000 Hz nazywamy „ultradźwiękami”. Fale ultradźwiękowe to elastyczne fale mechaniczne (fale dźwiękowe) w ośrodku materialnym, które podobnie jak fale elektromagnetyczne załamują się, skupiają i odbijają, ale fale ultradźwiękowe różnią się od fal elektromagnetycznych. Kiedy fala ultradźwiękowa się rozchodzi, w ośrodku elastycznym powoduje ona oscylację cząstek w ośrodku elastycznym i przekazywanie energii w kierunku propagacji fali ultradźwiękowej przez ośrodek elastyczny. Kiedy określone natężenie ultradźwięków rozchodzi się przez ośrodek, wytwarza szereg efektów termicznych, optycznych, elektrycznych i chemicznych, które zmieniają niektóre właściwości fizykochemiczne ośrodka.

Zasada procesu metalurgicznego wzmacniania ultradźwiękowego

    Jak wszyscy wiemy, „trzy przejścia i jeden odwrotny proces” w procesie metalurgicznym jest istotnym czynnikiem wpływającym na wydajność, szybkość i wydajność procesu, a także podsumowuje cały proces hutniczej produkcji chemicznej. Tak zwane „trzy przejścia” odnoszą się do przenoszenia masy, przenoszenia pędu i przenoszenia ciepła, a „jeden anty” odnosi się do procesu reakcji chemicznej. Ulepszanie procesu metalurgicznego w zasadzie powinno zaczynać się od tego, jak poprawić wydajność i prędkość „trzech przejść i jednego odwrotnego”.

    Z tej perspektywy technologia ultradźwiękowa odgrywa dobrą rolę w promowaniu przenoszenia masy, pędu i ciepła, a te efekty promocyjne są zdeterminowane głównie przez nieodłączne cechy technologii ultradźwiękowej. Podsumowując, gdy technologia ultradźwiękowa jest stosowana w procesach metalurgicznych, występują następujące trzy główne efekty:

• Efekt kawitacji

    Efekt kawitacyjny odnosi się do dynamicznego procesu wzrostu i zapadania się, który zachodzi, gdy mikrojądrowe pęcherzyki kawitacyjne obecne w fazie ciekłej (stopie, roztworze itp.) wibrują pod działaniem fal dźwiękowych, gdy ciśnienie akustyczne osiąga określoną wartość. Drobne pęcherzyki powstające w fazie ciekłej, menadżer rosną, pękają i unicestwiają proces, a w maleńkiej przestrzeni wokół maszyny do baniek mydlanych pojawiają się gorące punkty, pojawiając się w ten sposób w strefie wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia, promując reakcję.

• Efekt mechaniczny

    Efekt mechaniczny to efekt wytwarzany przez ultradźwięki podczas przemieszczania się przez ośrodek. Wibracje o wysokiej częstotliwości i ciśnienie promieniowania fali ultradźwiękowej mogą powodować skuteczne mieszanie i przepływ, tak że ośrodek przechodzi w stan wibracji w przestrzeni propagacji, przyspieszając w ten sposób proces dyfuzji i rozpuszczania substancji. Efekt mechaniczny w połączeniu z wibracjami pęcherzyka kawitacyjnego, silnym strumieniem i lokalnym mikropłukiwaniem generowanym na powierzchni stałej może znacznie osłabić napięcie powierzchniowe i tarcie cieczy oraz zniszczyć warstwę graniczną granicy faz ciało stałe-ciecz, osiągając w ten sposób zwykłe mechaniczne mieszanie o niskiej częstotliwości. Nie można osiągnąć efektu.

• Efekt termiczny

    Efekt termiczny odnosi się do ilości ciepła uwalnianego lub pochłanianego przez system podczas zmiany określonej temperatury. Kiedy fale ultradźwiękowe rozchodzą się w ośrodku, ich energia jest w sposób ciągły absorbowana przez cząstki ośrodka, która przekształca się w energię cieplną i sprzyja przenoszeniu ciepła podczas procesu reakcji.

    Dzięki unikalnym efektom technologii ultradźwiękowej można skutecznie poprawić wydajność i szybkość „trzech przejść i jednego odwrotnego” w procesie metalurgicznym, poprawić aktywność minerałów, zmniejszyć ilość surowców i skrócić czas reakcji, osiągając w ten sposób cel oszczędzania energii i zmniejszenia zużycia.

Zastosowanie technologii ultradźwiękowej w metalurgii

    Obecnie zastosowanie fal ultradźwiękowych jest bardzo szerokie: ultradźwiękowe badania nieniszczące; ultradźwiękowy pomiar poziomu cieczy; technologia drobnego kryształu zestalania ultradźwiękowego, poprawiająca właściwości stopu lub stopionej stali; ługowanie ultradźwiękowe. W szczególności ługowanie ultradźwiękowe ma ogromne znaczenie dla osiągnięcia wysokiej wydajności, oszczędności energii i ochrony środowiska procesów metalurgicznych.

• Ulepszona technologia ultradźwiękowa do przetwarzania kopalni złota

    Badania wykazały, że zastosowanie ługowania złota wzmaganego ultradźwiękowo pozwala przy odpowiednich warunkach osiągnąć lepsze wyniki, może znacznie zwiększyć prędkość ługowania kilkukrotnie, czas ługowania ulega skróceniu do kilku godzin, a stopień ługowania po 5 godzinach osiąga 82,7%, zatem cykl produkcyjny jest krótki. Ultradźwiękowe zniszczenie warstwy wierzchniej pasywacji mineralnej przyspiesza przepływ i wymianę granicy faz ciało stałe-ciecz, przyspieszając w ten sposób reakcje chemiczne i elektrochemiczne, które mogą być głównym mechanizmem efektu ługowania wzmaganego ultradźwiękowo. W normalnej temperaturze i ciśnieniu ultradźwiękowa obróbka wstępna rudy złota osiąga efekt obróbki wstępnej i ekstrakcji złota w wyniku ługowania kwasem w autoklawie i ługowania alkaliami w autoklawie w wysokiej temperaturze i ciśnieniu. Ale koszt jest niski, obsługa jest prostsza, a zarządzanie wygodniejsze. Proces jest krótki, łatwy do wdrożenia, a stopień wymywania złota jest wysoki.

• Udoskonalona technologia ultradźwiękowa do oczyszczania ścieków zawierających uran

    Ścieki zawierające uran obejmują głównie ścieki z kopalni rud uranu oraz ścieki z produkcji i przetwarzania rud uranu. W związku z usuwaniem uranu ze ścieków poflotacyjnych przedsiębiorstwa przemysłu nuklearnego w Chinach, nową metodą jest usuwanie U(VI) i jego związków ze ścieków metodą głębokiej demineralizacji ultradźwiękowej. Wyniki pokazują, że stopień usuwania uranu wynosi 99% w porównaniu z metodą konwencjonalną. W powyższym przypadku czas reakcji ulega skróceniu o 20%, ilość dodatków zostaje zmniejszona o 75%, nie jest wymagana obróbka statyczna, a ciągłość procesu jest dobra.

    W procesie tym wykorzystuje się nową technologię ultradźwiękowej głębokiej demineralizacji do oczyszczania ścieków zawierających uran. W porównaniu z innymi tradycyjnymi metodami, efekt usuwania uranu jest niezwykły. Obrobiona ciecz ma minimalną zawartość uranu wynoszącą 4,8 μg/l, czyli lepiej niż standardowe 50 μg/l. Mocne, bezpieczne i przyjazne dla środowiska, łatwe w obsłudze w przemyśle.