№60-10
Перетворення мікроструктури кам'янного вугілля внаслідок дії слабкого електричного поля
Т.В. Пічка1
1Інститут фізики гірничих процесів НАН України, Дніпро, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2020, 60:106-115
https://doi.org/10.33271/crpnmu/60.106
Full text (PDF)
АнотацІя
Мета. Вивчення фізико-хімічних змін, що пройшли у мікроструктурі кам’яного вугілля після обробки електричним полем слабкої напруженості.
Методика. Використані зразки кам'яного вугілля за такими характеристиками: вміст вуглецю 86,9 %, водню 5,6 %, показник відбиття вітриніту R0 ≥ 1,04 %, Y = 19 мм, W = 1,4%, Vdaf = 31,3%,тепло та згоряння Qdaf = 35560 кДж/кг. Використані електричні поля слабкої напруженості – до 200 В/см. Дослідження фізико-хімічних характеристик проводилися у науково-дослідних лабораторіях ДП НВО «Павлоградський хімічний завод» з використанням диференційної скануючої калориметрії оптичної мікроскопії, лазерного дифракційного аналізу розмірів частинок, інфрачервоної спектроскопії і таке інше.
Результати. Проведені експериментальні дослідження, що включали підготовку зразків вугілля до електромагнітної обробки. Після обробки слабкими електричними полями вивчалися фізико-хімічні змінювання у зразках обробленого вугілля. Для порівняння з результатами обробки мікрочастинок вугілля електричним полем показана тенденція зміни фракційного складу мікрочастинок магнітним полем слабкої напруженості.
Наукова новизна. Встановлено ефект зміни зернистостей мікрочастинок вугілля в слабкому електричному полі, який полягає в тому, що вміст мікрочастинок найменших за розмірами збільшується, а найбільших – зменшується. Цей ефект пов'язаний з тим, що збудження деформованих (дестабілізованих) хімічних зв’язків навіть слабкою напруженістю електричного поля призводе до руйнування мікрочастинок і відповідної газогенерації. Вплив слабкого магнітного поля призводить до неодноразового збільшення розмірів мікрочастинок максимальної зернистості. Передбачається, що дія магнітних полів стимулює спін-селективні хімічні реакції між рухомими компонентами і поверхнями мікрочастинок.
Практична цінність полягає в тому, що одержані експериментальні результати будуть корисними для фізико-математичного моделювання механізмів руйнування твердої фази не тільки під дією термобаричних впливів, але й слабких напруженостей електричних полів. Особливого значення результати цих робіт набувають у розробці нових не енергоємних технологій переробки вугілля у газ і рідинні компоненти.
Ключові слова: дестабілізація мікроструктури, деструктуризація, напруженість поля, хімічна активність
Перелік посилань:
1. Алексеев, А.Д. (2010). Физика угля и горных процессов. Київ: Наукова думка.
2. Sobolev, V., Molchanov, A., & Rudakov, D. (2019). Physicochemical transformations in coals induced by electric fields .Norderstedt. LAPLAMBERT Academic Publishing.
3. Минеев, С.П., Потапенко, А.А., Мхатвари, Т.Я. и др.. (2013).Повышение эффективности гидравлического рыхления выбросоопасных угольных пластов. Донецк «ТОВ «Східний видавничий дім».
4. Хоменко, О.Е. (2016). Геоэнергектика подземной разработки рудных месторождений: монография. Днепропетровск: НГУ.
5. Панченко, Е.М. (2009). Электретное состояние в оксидах. Москва: Физматлит.
6. Пивняк, Г.Г., Соболев, В.В., & Баскевич, А.С. (2012). Устойчивость углеродсодержащих фаз в углях при прохождении слабого электрического тока.Доп. НАН Украины,2,107-113.
7. Соболев, В.В. (2010). Закономерности изменения энергии химической связи в поле точечного заряда. Доп. НАН України,4, 88-95.
8. Soboliev, V., Bilan,N., Filippov,A., Baskevich,A. (2011). Electric stimulation of chemical reactions in coal. Теchnical and Geoinfоrmational systems in Mining, 125-130.
https://doi.org/10.1201/b11586-21
9. Соболев, В.В. (2003). К вопросу о природе образования выбросоопасных углей. Сборник научных трудов НГУ, Т.1, 17, 374-383.
10. Soboliev,V., Bilan,N., & Samovik,D. (2013).Magnetic stimulation of transformations in coal. Mining of Mineral Deposits, 221-225.
11. 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, Vol. 5, 43-49.
12. Frolkov, G.D., Fandeev, M.I., Malova, G.V., Frolkov, A.G., Frantsuzov, S.A., & Sobolev, V.V. (1997).Effect of natural mechanical activation on coal blow-up hazards. KhimiyaTverdogoTopliva, Issue 5, 22-33.
13. Соболев, В.В., Бакскевич, А.С., Билан, Н.В., & Филиппов, А.О. (2011).Устойчивость наноструктуры каменного угля при воздействии электрического тока.Науковий вісник НГУ, 6, 80-84.
14. Molchanov, O., Rudakov, D., Soboliev, & V., Kamchatnyi, O. (2018).Destabilization of the hard coal microstructure by a weak electric field. E3S Web of Conferences, 60, 00023.
https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000023
15. Sobolev,V.V., Rudakov,D.V., Molchanov,O.M., Stefanovych, L.I., & Kirillov, A.K. (2019). Physical and chemical transformations in gas coal samples influenced by the weak magnetic field.Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 6, 52-58.
https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-6/8
16. Rudakov, D., & Sobolev, V. (2019). АMathematical Model of Gas Flow during Coal Outburst Initiation. International Journal of Mining Science and Technology,791-796.
https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2019.02.002
17. Алексеев, А.Д., Айруни, А.Т., & Зверев, И.В. (1994). Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 5, 65-70.
18. Соболев, В.В., Поляшов, А.С., & Зберовский, В.В. (2013). Система уголь-газ в углеводородах угольного генезиса. Днепропетровск: АРТ-ПРЕСС.
19. Алексеев, А.Д.,Шаталова, Г.Е.,Ульянова, Е.В., &Дегтярь,С.Е. (2003).Рентгеноструктурные исследования строения природных углей.Сб. научн. тр.Национального горного университета, 17, 26-30.
20. Соболев, В.В., Чернай, А.В., & Черняк, С.А. (2006). Роль электрического тока в стимулировании деструктивных процессов в каменном угле.Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказкий регион. Техн. Науки, прил. 9, 45-51.
21. Бутягин, П.Ю. (1971). Кинетика и природа механохимических реакций.Успехи химии, Т. 40, 1935-1959.
