vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2019-9-2-342-350vuzbiochemi-206Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGYИсследование процесса самовозгорания бурых углей Канско-Ачинского бассейна, используемых для последующей активацииThe process leading to spontaneous combustion of lignite from the Kansk-Achinsk basin used for subsequent carbon activationБелякА. Л.BelyakA. L.

к.т.н., доцент кафедры пожарно-технических экспертиз,

г. Иркутск

Ph.D. (Engineering), Associate Professor of Department of Fire-Technical Expertise,

Irkutsk

blaxr@mail.ruГолодковЮ. Э.GolodkovYu. E.

к.т.н., доцент, начальник кафедры информационно-правовых дисциплин,

г. Иркутск

Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Head of the Department of Information and Legal Disciplines,

 

yrg27@mail.ruВосточно-Сибирский институт Министерства внутренних дел РоссииРоссияEast Siberian Institute of the Ministry of Internal Affairs of RussiaRussian Federation20193009201992342350Copyright © Беляк А.Л., Голодков Ю.Э., 20192019Беляк А.Л., Голодков Ю.Э.Belyak A.L., Golodkov Y.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/206

Актуальность изучения самовозгорания бурых углей обусловлена их повышенной пожарной опасностью вследствие возможного самонагревания и самовозгорания. В большей степени этим опасным процессам подвержены угли низкой стадии метаморфизма. Доступность, большие запасы и низкая стоимость данных природных углей, а также наличие необходимых физикохимических свойств делают их незаменимыми в процессе получения активированных углей. В свою очередь активированные угли востребованы для решения технологических задач в гидрометаллургии, для очистки промышленных сточных вод от примесей неорганического и органического происхождения, для очистки промышленных газов, а также в медицине и других отраслях народного хозяйства. В настоящем исследовании определены кинетические параметры, характеризующие пожарную опасность процесса самовозгорания бурых углей при их переработке в технологическом процессе получения активированных углей. В качестве объекта исследования выбраны бурые угли известного крупного в стране Ирша-Бородинского месторождения Канско-Ачинского бассейна. Основным физико-химическим параметром исследования выбрана дисперсность, поскольку она оказывает существенное влияние на создание опасных условий для самонагревания дисперсных материалов. Для выбора методики исследования выполнен анализ известных методов оценки склонности дисперсных веществ к самовозгоранию. Для изучения процесса самовозгорания бурого угля использован усовершенствованный метод калориметрирования, позволяющий исследовать данный процесс в зависимости от дисперсности материала. Определены скорость тепловыделения при самовозгорании бурых углей и основные кинетические параметры – эффективная энергия активации, предэкспоненциальный множитель. Полученные значения кинетических параметров показали, что уменьшение дисперсности и уплотнение измельченных частиц бурого угля Ирша-Бородинского месторождения Канско-Ачинского бассейна оказывает существенное влияние на возрастание склонности данных углей к самонагреванию и самовозгоранию. Авторы исследования полагают, что полученные результаты могут быть использованы для разработки мероприятий по снижению пожарной опасности технологии переработки бурых углей в процессе получения активированных углей. Соблюдение конкретных рекомендаций по контролю над процессом самонагревания и дальнейшего самовозгорания возможно путем прогноза условий повышения температуры угля через контролирующие кинетические параметры.

An increased fire hazard of lignite drives the need to study its propensity to self-combust resulting from possible self-heating, which eventually leads to its ignition. Coals formed by low-grade metamorphism are subject to these dangerous processes to a greater degree. Availability, large reserves and low cost of these natural coals, as well as appropriate physical and chemical properties make them indispensable in carbon activation. Activated carbons, in turn, are employed for carrying out various processes in hydrometallurgy; for removing impurities of inorganic and organic origin from industrial wastewater; for purifying industrial gases. Moreover, activated carbons are used in medicine and other economic sectors. In this study, we determined the kinetic parameters characterising the fire hazard associated with spontaneous combustion of lignite during its treatment in the course of carbon activation. Lignite from a well-known large Irsha-Borodino deposit of the Kansk-Achinsk basin was selected as the object of study. Dispersity was chosen as the main physico-chemical parameter, since its value has a significant impact on the creation of hazardous conditions for self-heating of dispersed materials. In order to choose a research procedure, an analysis of known methods for evaluating the propensity of dispersed substances to spontaneous combustion was performed. Spontaneous combustion of lignite was studied using an improved method of calorimetry, allowing investigation of this process in terms of materials dispersity. The rate of heat release during spontaneous combustion of lignite, as well as the main kinetic parameters (effective activation energy and pre-exponential factor), were determined. The obtained values of the kinetic parameters show that a decrease in the dispersity and consolidation of crushed lignite particles (Irsha-Borodino deposit, Kansk-Achinsk basin) significantly raises the propensity of these coals to self-heating and eventual spontaneous combustion. The obtained results can be used for developing measures aimed at reducing the fire hazard involved in lignite processing technologies employed in the course of carbon activation. Compliance with specific recommendations on controlling the self-heating process and resulting spontaneous combustion can be achieved by forecasting conditions for the increase of coal temperature through controlling kinetic parameters.

самовозгораниебурый уголькинетические параметрыкалориметрированиеspontaneous combustionlignitekinetic parameterscalorimetryReferencesАгроскин А.А. Химия и технология угля. М.: Недра, 1969. 237 с.Agroskin A.A. Khimiya i tekhnologiya uglya [Chemistry and technology of coal]. Moscow: Nedra Publ., 1969, 237 p.Леонов С.Б., Елшин В.В., Дударев В.И., Рандин О.И., Ознобихин Л.М., Домрачева В.А. Углеродные сорбенты на основе ископаемых углей. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. 268 с.Leonov S.B., Elshin V.V., Dudarev V.I., Randin O.I., Oznobikhin L.M., Domracheva V.A. Uglerodnye sorbenty na osnove iskopaemykh uglei [Carbon sorbents based on fossil coal]. Irkutsk: Irkutsk State Technical University Publ., 2000, 268 p.Еремина А.О., Головина В.В., Угай М.Ю., Рудковский А.В., Степанов С.Г., Морозов А.Б. Углеродные адсорбенты из бурого угля Канско-Ачинского бассейна // Современные наукоемкие технологии. 2004. N 2. С. 55.Eremina A.O., Golovina V.V., Ugai M.YU., Rudkovskii A.V., Stepanov S.G., Morozov A.B. Carbon adsorbents from brown coal of the KanskAchinsk basin. Sovremennye naukoemkie tekhnologii. 2004, no. 2, pp. 55. (In Russian)Кольцов К.С., Попов Б.Г. Самовозгорание твердых веществ и материалов и его профилактика. М.: Химия, 1978. 160 с.Kol'tsov K.S., Popov B.G. Samovozgoranie tverdykh veshchestv i materialov i ego profilaktika [Spontaneous combustion of solids and materials and its prevention]. Moscow: Khimiya Publ., 1978, 160 p.Кузнецов П.Н., Малолетнев А.С., Исмагилов З.Р. Влияние свойств ископаемых углей на их склонность к самовозгоранию // Химия в интересах устойчивого развития. 2016. Т. 24. N 3. С. 335–346.Kuznetsov P.N., Maloletnev A.S., Ismagilov Z.R. Influence of the Properties of Fossil Coal on Its Tendency to Self-Ignition. Khimiya v interesakh ustoichivogo razvitiya 2016, vol. 24, no. 3, pp. 335–346. (In Russian)Горшков В.И., Корольченко И.А. Исследование процессов самовозгорания. Часть I // Пожарная безопасность. 2008. N 1. С. 68–77.Gorshkov V.I., Korol'chenko I.A. Investigation of spontaneous combustion processes. Part I. Pozharnaya bezopasnost'. 2008, no. 1, pp. 68–77. (In Russian)Турсенев С.А., Кибирев А.Г. Тепловое самовозгорание насыпей и отложений твердых дисперсных материалов // Экология, экономика, энергетика. Вып. X «Пожарная, промышленная и экономическая безопасность»: межвуз. сб. науч. тр. СПб.: Синтез, 2009. С. 68–71.Tursenev S.A., Kibirev A.G. Thermal spontaneous combustion of embankments and sediments of solid dispersed materials. In: Ekologiya, ekonomika, energetika. Mezhvuzovskii sbornik nauchnykh trudov. Vyp. X. «Pozharnaya, promyshlennaya i ehkonomicheskaya bezopasnost'» [Ecology, Economy, Energy. Release X. «Fire, industrial and economic security»]. St. Petersburg: Sintez Publ., 2009, pp. 68–71. (In Russian)Hebden D., Stroud H.J.F. Coal Gasification Processes. In: Chemistry of Coal Utilization; ed. by M. Elliot. New York: Wiley-Interscience publ. 1981. P. 1599–1752.Hebden D., Stroud H.J.F. Coal Gasification Processes. In: Chemistry of Coal Utilization. Ed. by M. Elliot. New York: Wiley-Interscience Publ. 1981, pp. 1599–1752.Kashiwagi T.A radiative ignition model of a solid fuel // Combustion Science and Technology. 1973. Vol. 8. Issue 5. P. 225–236. DOI: 10.1080/00102207308946646Kashiwagi T. A radiative ignition model of a solid fuel. Combustion Science and Technology. 1973, vol. 8, issue 5, pp. 225–236. DOI: 10.1080/00102207308946646Tognotti L. Self-heating and spontaneous combustion of coal and carbonaceous materials: a method for prediction and prevention // Riv. Combust. 1993. No. 26. P. 61–62.Tognotti L. Self-heating and spontaneous combustion of coal and carbonaceous materials: a method for prediction and prevention. Riv. Combust. 1993, no. 26, pp. 61–62.Буткин В.Д., Демченко И.И. Проблемы переработки и комплексного использования Канско-Ачинских углей // Горная промышленность. 2001. N 1. С. 3–8.Butkin V.D., Demchenko I.I. Problems of processing and complex use of Kansko-Achinsk coals. Gornaya promyshlennost'. 2001, no. 1, pp. 3–8. (In Russian)Саранчук В.И. Окисление и самовозгорание угля. Киев: Наукова думка, 1982. 166 с.Saranchuk V.I. Okislenie i samovozgoranie uglya [Oxidation and spontaneous combustion of coal]. Kiev: Naukova dumka Publ., 1982, 166 p.Киселев Я.С. Тепловое самовозгорание дисперсных углеродных материалов с неоднородной поверхностью // Физика горения и взрыва. 1973. N 1. С. 124–127.Kiselev Ya.S. Thermal spontaneous ignition of dispersed carbon materials with a non-uniform surface. Fizika goreniya i vzryva. 1973, no. 1, pp. 124–127. (In Russian)Weinberg F.J. The significance of reaction of low activation energies to the mechanism of combustion // Proceeding of the Royal Society. Ser. A. 1955. Vol. 230. No. 4. P. 331–342.Weinberg F.J. The significance of reaction of low activation energies to the mechanism of combustion. Proceeding of the Royal Society. Ser. A. 1955, vol. 230, no. 4, pp. 331–342.Amel'chugov S.P., Bykov V.I., Tsybenova S.B. Spontaneous combustion of brown-coal dust. Experiment, determination of kinetic parameters, and numerical modeling // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2002. Vol. 38. Issue 3. P. 295–300.Amel'chugov S.P., Bykov V.I., Tsybenova S.B. Spontaneous combustion of brown-coal dust. Experiment, determination of kinetic parameters, and numerical modeling. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2002, vol. 38, issue 3, pp. 295–300.

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