Науковий вісник НГУ

Фізико-хімічні перетворення у пробах газового вугілля за дії слабкого магнітного поля

Рейтинг користувача:  / 0

Деталі

Категорія: Збагачення корисних копалин

Останнє оновлення: Понеділок, 13 січня 2020, 12:59

Опубліковано: Неділя, 12 січня 2020, 12:06

Перегляди: 3746

Authors:

В. В. Соболєв, доктор технічних наук, професор, orcid.org/0000-0003-1351-6674, Національний технічний університет „Дніпровська політехніка“, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Д. В. Рудаков, доктор технічних наук, професор, orcid.org/0000-0001-7878-8692, Національнийтехнічнийуніверситет„Дніпровськаполітехніка“, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О. М. Молчанов, доктортехнічнихнаук, старшийнауковийспівробітник, orcid.org/0000-0002-4644-3646,  ІнститутфізикигірничихпроцесівНАНУкраїни, м. Дніпро, Україна

Л. І. Стефанович, докторфізико-математичнихнаук,  старшийнауковийспівробітник, orcid.org/0000-0003-2534-8479,  ІнститутфізикигірничихпроцесівНАНУкраїни, м. Дніпро, Україна

А. К. Кірілов, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, orcid.org/0000-0002-8727-2441,  Інститут фізики гірничих процесів НАН України, м. Дніпро, Україна

 повний текст / full article

Мета. Вивчити зміни в мікроструктурі зразків газового вугілля, тенденції зміни концентрації заліза та теплових ефектів хімічних реакцій, стимульованих впливом пульсуючого магнітного поля слабкої напруженості.

Методика. Використано методологію експериментальних досліджень, математичну обробку результатів, аналітичні методи: рентгенофлуоресцентний спектральний аналіз, диференційний термічний і термогравітаційний аналізи, рентгеноструктурний аналіз, розподіл мікрочастинок вугілля за фракціям та інше.

Результати. Обробка зразків газового вугілля слабкими магнітними полями довела, що деструктивні процеси у вугіллі можуть бути ініційовані як електричними, так і магнітними полями слабкої напруженості. Визначені фазові переходи й теплові ефекти у вугіллі при зростанні температури; зміни маси вугілля при нагріванні; знайдена температура екзотермічних і ендотермічних процесів, ентальпії утворення нових речовин. Проведено аналіз розподілу мікрочастинок за фракціями в залежності від способу обробки.

Наукова новизна. Показано, що у відновленому газовому вугіллі зі зменшенням зернистості мікрочастинок концентрація заліза зростає до граничного значення, що відповідає концентрації заліза в золі. У результаті впливу пульсуючого магнітного поля слабкої напруженості на мікроструктуру попередньо механоактивованого вугілля збільшуються розміри мікрочастинок і в цілому значно розширюється діапазон їх фракційного складу. Мінімальна кількість тепла, що поглинається потрібна на утворення хімічних сполук у механоактивованому вугіллі, а максимальне значення – у разі механоактивації з подальшою обробкою в магнітному полі, що в останньому випадку може бути пов’язано з додатковою реалізацією спін-селективних хімічних реакцій безпосередньо на поверхнях мікрочастинок вугілля.

Практична значимість. Отримані експериментальні результати вказують на активну участь слабкого магнітного поля у процесах вуглефікації. Результати експериментальних досліджень можуть бути використані при розробці магнітних способів придушення викидонебезпечних станів у вугіллі.

References.

1. Nikolin, V. I., Zabolotny, А. G., & Lunev, S. G. (1999). Mo­dern concepts on the nature of outburst hazard and outburst mechanisms as the scientific foundation of labor safety. Donetsk, Publishing house of DonSTU.

2. Shevelev, G. А., & Lukinov, V. V. (2002). Gas bearing capacity of Donbas rocks. Geotechnical mechanics, 33, 3-7.

3. Bulat, А. F., Skipochka, S. I., & Palamarchuk, Т. А. (2010). Methane generation in coal seams. Monograph. Dnipropetrovsk: Lira Ltd.

4. Verkhovna Rada of Ukraine (2009). On gas (methane) of coal deposits. Law of Ukraine. No. 1392-VI. Retrieved from https://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/1392-17.

5. Bolshynsky, М. I., Lysikov, B. А., & Kapliukhin, А. А. (2003). Gas dynamic phenomena in mines. MonographSevastopol: Veber.

6. Zykov, V. S. (2010). Coal and gas outbursts and other gas dynamic phenomena in mines.Kemerovo: “Vostochny” RDC.

7. Bulat, А. F., & Dyrda, V. I. (2013). Some problems of gas dynamic phenomena in coal mass in terms of nonlinear non-equilibrium thermodynamics. Geotechnical mechanics, 108, 3-31.

8. Griadushchy, B. А., Briukhanov, А. М., Koptikov, V. P., Mkhatvari, T. Ya., & Timofeyev, E. I. (2013). Causes and effects of gas dynamic phenomena in mines. Coal of Ukraine, (7), 35-41.

9. Sobolev, V. V., Ustimenko, E. B., Nalisko, N. N., & Kovalenko, I.L. (2018). The macrokinetics parameters of the hydrocarbons combustion in the numerical calculation of accidental explosions in mines. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (1), 89-98. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-1/8.

10. Privalov, V. А. (2003). Tectonic nature of Donbas zones of outburst hazard. Coal of Ukraine, (3), 33-37.

11. Frolkov, G. D., Fandeev, M. I., Malova, G. V., & Frol­kov, A. G. (1997). Effect of natural mechanical activation on coal blow-up hazards. Khimiya Tverdogo Topliva, (5), 22-33.

12. Savchuk, V. S., & Kuzmenko, Ye. А. (2008). Effect of the reduced coals on gas dynamic manifestation in Donbas coal mines. Geotechnical mechanics, 80, 84-90.

13. Pivnyak, G. G., Sobolev, V. V., & Filippov, A. O. (2012). Phase transformations in bituminous coals under the influence of weak electric and magnetic fields. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (5), 43-49.

14. Sobolev, V. V., Taran, Yu. N., & Gubenko, S. I. (1993). Synthesis of diamond in cast iron. Мetallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov,  1,  2-6.

15. Soboliev, V. V., Bilan, N. V., & Khalimendik, A. V. (2017). Оn formation of electrically conductive phases under electrothermal activation of ferruginous carbonate. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 53-60.

16. Lu, L., Sahajwalla, V., Kong, C., & Harris, D. (2001). Quan­titative X-ray diffraction analysis and its application to various coals. Carbon, 39(12), 1821-1833. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00318-3.

17. Buchachenko, A. L. (2001). Magnetic isotope effect: nuclear spin control of chemical reactions. J. Phys. Chem., A105, 9995. https://doi.org/10.1021/jp011261d.

18. Vasilenko, Т. А., Kirillov, А. К., Doroshkevich, А. S., & Shylo, А. V. (2012). Changes in electrophysical parameters of bituminous coal in terms of magnetic pulse effect. Physical and chemical problems of mining works, 15, 7-19.

19. Molchanov, O., Rudakov, D., Sobolev, V., & Kamchatnyi, O. (2018). Destabilization of the hard coal microstructure by a weak electric field. E3S Web of Conferences, 60, 00023 (2018). https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000023.

20. Rudakov, D., & Sobolev, V. (2019). А mathematical model of gas flow during coal outburst initiation. Int. J of Mining Sci. and Tech, 29(5), 791-796. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2019.02.002.

21. Soboliev, V., Bilan, N., Filippov, A., & Baskevich, A. (2011). Electric stimulation of chemical reactions in coal. Technical and Geoinformational Systems in Mining, 125-130.

22. Shpak, А. P., Alekseiev, А. D., Ulianova, Ye. V., Trachev­sky, V. V., & Chistokletov, V. N. (2012). Nature of methane generation in coal seams. Dopovidi Natsinalnoyi Akademiy Nauk Ukrayiny, 6, 105-110.

23. Glasby, G. P. (2006). Abiogenic origin of hydrocarbons: An historical overview. Res. Geol., 56, 85-98.

24. Ulianova, Ye. V., Razumov, О. N., & Skoblik, А. P. (2006). Iron and its connection with methane accumulation in coals. Physical and technical problems of mining works, (9), 20-31.

25. Ulianova, Ye. V. (2009). On correlation between ULS and availability of mineral inclusions in coals. Physical and technical problems of mining works, (12), 15-24.

26. Sobolev, V. V. (2003). On the problem of nature of outburst hazard coal formation. Collection of scientific papers of the NMU, 17(1), 374-383.

27. Soboliev, V., Bilan, N., & Samovik, D. (2013). Magnetic stimulation of transformations in coal. Annual Scientific-Technical Collection. Mining of Mineral Deposits. Leiden: CRC Press/Balkema, 221-225.

28. Soboliev, V., & Bilan, N. (2015). Electrothermal stimulation of chemical reactions in mixture of calcite and silicon powders. New Developments in Mining Engineering 2015: Theoretical and Practical Solutions of Mineral Resources Mining, 343-348. https://doi.org/10.1201/b19901.

29. Alekseiev, А. D., Ulianova, Ye. V., Vasilkovskii, V. А., Razumov, O. N., Zimina, S. V., & Skoblik, A. P. (2010). Features of coal structure of outburst hazard zones. Mining research and information bulletin, (8), 165-177.

• < Попередня