Исследование процесса самовозгорания бурых углей Канско-Ачинского бассейна, используемых для последующей активации

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.

самовозгорание, бурый уголь, кинетические параметры, калориметрирование

1. Агроскин А.А. Химия и технология угля. М.: Недра, 1969. 237 с.

2. 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.

3. 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.

4. Кольцов К.С., Попов Б.Г. Самовозгорание твердых веществ и материалов и его профилактика. М.: Химия, 1978. 160 с.

5. 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.

6. Горшков В.И., Корольченко И.А. Исследование процессов самовозгорания. Часть I // Пожарная безопасность. 2008. N 1. С. 68–77.

7. 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.

8. 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.

9. Kashiwagi T.A radiative ignition model of a solid fuel // Combustion Science and Technology. 1973. Vol. 8. Issue 5. P. 225–236. DOI: 10.1080/00102207308946646

10. Tognotti 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.

11. Буткин В.Д., Демченко И.И. Проблемы переработки и комплексного использования Канско-Ачинских углей // Горная промышленность. 2001. N 1. С. 3–8.

12. Саранчук В.И. Окисление и самовозгорание угля. Киев: Наукова думка, 1982. 166 с.

13. Киселев Я.С. Тепловое самовозгорание дисперсных углеродных материалов с неоднородной поверхностью // Физика горения и взрыва. 1973. N 1. С. 124–127.

14. 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.

15. 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.