CC BY
12
5. Proskuryakov N. M., Kovalev O. V., Meshcheryakov V. V. Management of gas-dynamic processes in potash ore formations: M.: Nedra, 1988.
6. Andreiko S.S. Gas-dynamic phenomena in potash mines: prediction methods and prevention methods. Perm: Publishing House of Perm State Technical University. un-ta. 2007. 219 p.
7. To assess the gas content of productive formations in the new mining areas of the Uralkali mines involved in the development // Report. Hands. Andreiko S.S. Perm: 2009. GI UrO RAS. 39 p.
8. Gas shooting. Assessment of the gas content of productive formations in the mining areas of the BKPRU-2, BKPRU-4, SKRU-1, SKRU-2 and SKRU-3 mines of OJSC Uralkali involved in the development of new mine fields// Report. Hands. Andreiko S.S. Perm: 2014. GI UrO RAS. 146 p.
9. Gas content by free gases of rocks of silvinite and silvinite-carnallite zones of the Verkhnekamskoye deposit / S.S. Andreiko, O.V. Ivanov, T.A. Lyalina, E.A. Nesterov // Mining industry. 2021. No. 4. pp. 125-133.
10. Papulov A.S., Andreyko S.S., Ivanov O.V. Influence of oil structures on the component composition of free gases of potash beds at the mine field of Berezniki potash production mine Management No. 4 of PJSC Uralkali/ Problems of development of hydrocarbon and ore mineral deposits. 2021. Vol. 2. pp. 98-100.
УДК 622.23.05
ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ СОЛЕЙ НА ПРИМЕРЕ ГАЗОВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В АТМОСФЕРЕ
КАЛИЙНЫХ РУДНИКОВ
А.Е. Суханов, Н.А. Бруев, Р.Р. Газизуллин, А.Н. Стариков
В настоящее время одной из важных задач горнодобывающих предприятий является разработка новых способов повышения энергоэффективности систем вентиляции подземных рудников. Одним из таких мероприятий является внедрение схем проветривания с частичным повторным использованием исходящего воздуха для проветривания последующих рабочих зон. Безопасность предложенного мероприятия можно обосновать путем комплексного изучения свойств калийного массива. Одним из таких свойств является способность сильвинита активно сорбировать из рудничной атмосферы вредные газообразные примеси, присутствующие в исходящей воздушной струе. Представлены научные обоснования сорбции газов калийным массивом, а также проведен ряд натурных и лабораторных исследований.
Ключевые слова: сорбция, хлорид натрия, сильвинит, ядовитые газы, горючие газы, калийные рудники, повышение энергоэффективности вентиляции, самоочищение воздуха, снижение углеродного следа.
Введение
Добыча калийной руды неразрывно связана с такими процессами, как работа самоходного оборудования, оснащенного двигателями внутреннего сгорания (ДВС), сварочные работы, огневые работы, а также
взрывные работы, которые являются источниками выделения большого количества вредных газов в горных выработках. Основными ядовитыми газами, выделяющимися в рудничную атмосферу в результате горения веществ, являются окислы азота (N0 и N02) и оксид углерода (СО). Горючие же газы, а именно примеси условного метана (2Н2 + СН4), появляются в рудничном воздухе в результате высвобождения из горного массива при его разрушении. Условный метан представляет собой смесь газов водорода и непосредственно метана.
Многолетний опыт проведения газовоздушных съемок на калийных рудниках Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (ВМКМС) показывает, что концентрации горючих газов в проходческо-очистных забоях и в выработках главных направлений имеют разные значения. Количество газа, замеренное в выработках главных направлений значительно меньше, чем в тупиковых забоях. Данный процесс нельзя объяснить одним лишь разбавлением исходящей струи утечками свежего воздуха. В связи с этим авторами работы, были произведены попытки изучения природы данного явления.
Ранее И.И. Медведевым и А.Е. Красноштейном [1] было замечено, что среднесуточное содержание вредных газов в рудничной исходящей струе значительно ниже, чем в воздухе, поступающем с поверхности. В своей работе они описали этот процесс, как естественный феномен - способность природных калийных солей активно поглощать газообразные ядовитые примеси. Механизм сорбции объяснялся путем протекающих одновременно независимых процессов:
Конвективно-диффузионный массоперенос примесей из потока воздуха к соляным поверхностям;
Массопередача газовой примеси воздуха к сорбирующей поверхности.
В работе [1] также сделано предположение о том, что процесс сорбции связан с естественной бета-радиоактивностью калийных руд, которая приводит к образованию и скоплению положительно заряженных ионов на поверхности горной выработки. Свободные электроны могут соединяться с молекулами газов, находящихся в рудничной атмосфере, образуя тем самым отрицательные аэроионы. Ионизация молекул газа и минеральных частиц, слагающих породный массив, способствует интенсификации силового взаимодействия между ними, запуску химических реакций.
В работе [2] проанализирована зависимость содержания газов, находящихся непосредственно в пластах, содержащих сильвинит, по отношению к расстоянию до воздухоподающего ствола. Отслеживались концентрации таких газов, как диоксид углерода, водород, метан, этан, пропан, и другие углеводороды. Взятие исследуемых образцов сильвинита производили через каждые 500 метров. Анализ результатов показал, что по мере приближения к воздухоподающему стволу, возрастает концентрация
растворенных в минерале предельных углеводородов и CO2. Автор работы сделал предположение, что происходит поглощение и накопление рассматриваемых газов на поверхности горных выработок.
Хемосорбционные процессы в воздушной среде и на поверхности минерала исследованы в работах [3-5]. Учеными ФГБОУ ВО «ПГМУ» им. академика Е. А. Вагнера был проведен ряд экспериментов, в которых сделано сравнение сильвинитового физиотерапевтического помещения (СФП) с контрольной комнатой без сильвинита, на предмет изменения концентрации неорганических и органических веществ. В состав сильвинита ВМКМС входит Радиоизотоп К-40, который способствует ионизации воздуха в подземных выработках. Исследования показали, что сильвинит способен поглощать углекислый газ и углеводороды благодаря своей структуре, а на его поверхности протекают химические реакции под воздействием ионизирующего излучения.
Процесс самоочищения воздуха был замечен в исследовании [6], которое проводилось в соляной шахте Бохня, расположенной недалеко от Кракова на юге Польши. На данный момент деятельность шахты направлена на туризм и на работу в области здравоохранения. Авторы работы изучали состав рудничной атмосферы и влияние соляного аэрозоля на организм человека. В пробах воздуха, которые были взяты с разных участков шахтного поля, обнаружено содержание взвешенных частиц каменной соли, углеродосодержащие частицы от туристического транспорта и компоненты пыли, поступающей с поверхности. Было замечено, что по мере отдаления от воздухоподающего ствола концентрация загрязняющих веществ значительно снижается, что является свидетельством протекания процесса самоочищения воздушного потока.
На данный момент недостаточно изучены количественные характеристики процесса поглощения газов калийным массивом: не ясно как зависит интенсивность адсорбции от минерального состава породного массива, времени, микроклиматических параметров воздуха и пр. По данной причине в рамках настоящей работы проведены исследования процесса поглощения двух газов (окись углерода и метан) солью различного минерального состава (сильвинит, поваренная соль).
Методика проведения эксперимента
Авторами работы была проведена серия натурных замеров, призванных оценить возможность поглощения солями выхлопных газов. Замеры производились дважды с промежутком в полгода. Суть экспериментов заключалась в отборе проб газов шприцами с разными видами предполагаемого сорбента. Принцип данного метода отбора проб описана в работе [7]. Роль сорбента в пробоотборниках выполняли хлорид натрия (NaCl) и сильвинит (KCl + NaCl). Хлористый натрий использовался в виде пищевой соли Тыретского месторождения. Образцы сильвинита были отобраны с пласта Красный II на Белопашинском участке ВМКМС в Перм-
ском крае. Сотрудниками Горного института УрО РАН осуществлен химический анализ сильвинита, который использовался в качестве сорбента. Образцы отбирались из скважин продуктивного пласта и подвергались визуальному осмотру, а также микроскопии. Расчетный солевой состав сильвинита, используемого в качестве сорбента представлен в табл. 1.
Таблица 1
Солевой состав красного сильвинита, используемого в роли ^ сорбента
Наименование KCl NaCl MgCl2 CaCl2 Другие
Величина 42,7 % 52,9 % 0,12 % 0,12 % 4,16 %
В качестве источника газовыделения был выбран микроавтобус Volkswagen Multivan с дизельным двигателем CFCA 2.0 TDI. Мощность агрегата составляет 180 л.с., экологический стандарт Euro 5 с уровнем выброса CO2 в среднем 232 г/км. Перед началом замеров двигатель автомобиля прогревался до рабочей температуры равной 90 °С. Для отбора проб были использованы лабораторные шприцы емкостью 160 мл. Процесс отбора газов производили непосредственно из выхлопной трубы. Температура выхлопных газов изменялась в диапазоне от 16 до 40 °С, относительная влажность - от 38 до 70 %. Предварительно в шприцы был помещен сорбент, соотношение объема которого составило 1:1 к отбираемому газу. Схематичное изображение пробоотборника с помещенным в него сорбентом и отобранным газом представлено на рисунке.
/// /// /// /,?///
£ -С, 4М.И /// /// ///'■ 1 О = О L э \
\ \
\ \
Соль Газ
Схематическое изображение лабораторного шприца с отобранным из выхлопной трубы автомобиля газом
Наконечник лабораторного шприца был оснащен силиконовой трубкой. Герметизация пробы осуществлялась посредством использования зажима Роберта. Согласно исследованиям [7] отобранные пробы газа способны улетучиваться из пробоотборников данного типа при длительном нахождении внутри сосуда. В связи с этим пробы с разными типами сорбентов и отобранным газом отстаивались 24 часа.
Следующим этапом эксперимента было лабораторное исследование, заключающееся в хроматографическом разделении метана (СН4), оксида и диоксида углерода (СО, СО2) содержащихся в пробе воздуха, на
приборе «ХРОМОС ГХ-1000». Взаимодействие солей и оксидов азота (NO, NO2) не исследовалось из-за технических особенностей хроматографа. Принцип лабораторного анализа на газовом хроматографе заключался в разделении исследуемого образца на отдельные химические компоненты и определения их количества, при помощи детектора. В нашем случае количественная оценка исследуемых газов была проведена с пламенно-ионизационным детектором и детектором по теплопроводности. По достижению детекторами рабочей температуры пробу воздуха постепенно инъецировали в узел ввода хроматографа через шприц. Объем дозы подбирался при наладке прибора и составил 20.. .30 см3. При проведении анализа температура воздуха в помещении составляла 21 °С, влажность - 40 %, атмосферное давление 101325 - Па. Измерение объемной доли определяемых компонентов выполнялось при помощи встроенного программного обеспечения хроматографа.
Завершающим этапом эксперимента был сбор и анализ полученных данных, который выполняли на базе компьютерного обеспечения с использованием программы Microsoft Excel.
Результаты экспериментов
По результатам проведенных натурных замеров и разложения полученных проб на хроматографе собраны сводные таблицы, позволяющие оценить изменение концентрации газов в пробах с разными сорбентами. Так, в табл. 2 представлены численные данные, описывающие процесс поглощения угарного газа CO в пустых пробоотборниках и пробах с сорбентом при выдержке 24 часа. Отбор проб производился в условиях отрицательной уличной температуры -4 °С при влажности воздуха 38 %.
Таблица 2
Результаты разложения проб на хроматографе для определения концентрации СО. Серия замеров №1
Номер пробы №1.1 №2.1 №3.1
Усредненная концентрация CO в пробе без сорбента 0,0061 %
Концентрация CO в пробе с KCl + NaCl 0,0022 % 0,0046 % 0,0022 %
Процент сорбции 64 % 25 % 64 %
Номер пробы №1.2 №2.2 №3.2
Концентрация CO в пробе с NaCl 0,0038 % 0,00062 % 0,0005 %
Процент сорбции 38 % 90 % 92 %
Согласно табл. 2 по истечению суток концентрация оксида углерода CO в пробах с сорбентом существенно снижается Процесс сорбции примесей оксидов углерода в пробе с калийной солью NaCl + KCl колеблется в диапазоне от 10 до 68 %, при этом средний процесс сорбции составляет 48 %. В пробе с поваренной солью NaCl процент поглощения газов изменяется от 33 до 93 %, а средний процент сорбции составил 71 % Сравнение проводилось относительно проб, не содержащих сорбента. Важно отметить, что при выдержке проб 24 часа также могло произойти уменьшение концентрации газов вследствие неидеальной герметичности лабораторного шприца. Данное уменьшение оценивалось ранее в работе [7]. Уменьшение концентрации газов вследствие неидеальной герметичности при таком временном промежутке: а) невелико и б) должно происходить пропорционально измеряемой концентрации, а потому предполагалось, что данный эффект практически не влияет на получаемый результат. При этом различия концентраций однотипных газов в пробах № 1, 2 и 3 связаны с погрешностью процедур отбора проб, разложения полученных проб на составляющие на газовом хроматографе.
Для подтверждения полученных результатов позднее был проведен ряд аналогичных экспериментов с большим количеством отобранных проб. В табл. 3 представлены полученные концентрации газов во второй серии натурных замеров. Вторичный отбор проб проводился ранней осенью при температуре уличного воздуха +17 °С и влажности воздуха 56 %.
Таблица 3
Результаты разложения проб на хроматографе для определения концентрации СО. Серия замеров №2
Номер пробы №4.1 №5.1 №6.1 №7.1 №8.1 №9.1
Усредненная концентрация CO в пробе без сорбента 0,0022 %
Концентрация CO в пробе с KCl + NaCl 0,0016 % 0,0015 % 0,0009 % 0,0015 % 0,0016 % 0,0007 %
Процент сорбции 27 % 32 % 59 % 32 % 27 % 68 %
Номер пробы №4.2 №5.2 №6.2 №7.2 №8.2 №9.2
Концентрация CO в пробе с NaCl 0,0003 % 0,0002 % 0,0001 % 0,0002 % 0,0008 % 0,0008 %
Процент сорбции 86 % 91 % 95 % 91 % 64 % 64 %
Вторая серия проведенных экспериментов подтвердила наличие процесса поглощения газов сорбентами, в роли которых использовались пищевая соль NaCl и сильвинит NaCl + KCl. Средний процент сорбции
ядовитых газов сильвинитом составил 40,8 %, а хлоридом натрия - 81,8 %. Данные величины имеют приемлемое сходство с результатами замеров серии № 1.
В рамках второй серии замеров было принято решение рассмотреть сорбцию не только ядовитых газов, но и горючего газа метана СЩ Результаты лабораторного анализа концентрации метана в пробах отражены в табл. 4.
Таблица 4
Результаты разложения проб на хроматографе для
определения концентрации СН4 __
Номер пробы №4.1 №5.1 №6.1 №7.1 №8.1 №9.1
Усредненная концентрация CH4 в пробе без сорбента 0,00030 %
Концентрация CH4 в пробе с KCl + NaCl 0,00028% 0,00024% 0,00022% 0,00028% 0,00028% 0,00024%
Процент сорбции 7 % 20 % 27 % 7 % 7 % 20 %
Номер пробы №4.2 №5.2 №6.2 №7.2 №8.2 №9.2
Концентрация CH4 в пробе с NaCl 0,00024% 0,00025% 0,00026% 0,00024% 0,00024% 0,00024%
Процент сорбции 20 % 17 % 13 % 20 % 20 % 20 %
Результаты, описанные в табл. 4, свидетельствуют о том, что поваренная соль NaCl так же, как и сильвинит KCl + NaCl, благоприятно способствуют процессу сорбирования примесей метана, который находился в пробах. Экспериментальная величина сорбирования в пробах с поваренной солью составила от 13 до 20 %, средний процент сорбции при этом равен 14,5 %. Величина сорбирования метана калийной солью составила от 7 до 20 %, средний процент поглощения газов - 18,3 %. Сравнение также проводится относительно проб, не содержащих сорбента.
Таким образом, результаты анализа полученных хроматограмм, представленные в табл. 2, 3 и 4, показали, что в пробоотборниках, наполненных хлоридом натрия NaCl и хлоридом калия KCl, в течение 24 часов происходил процесс сорбирования примесей газов.
В рамках проведенных экспериментов выявлено, что в наименьшей степени процесс поглощения газов зафиксирован при рассмотрении поглощения метана CH4 в пробе наполненной поваренной солью NaCl, средний процент сорбирования составил - 14,5 % В наибольший степени процесс сорбции проявился при рассмотрении изменения концентрации
угарного газа CO. При этом в качестве вещества сорбента выступала также поваренная соль NaCl, средний процент сорбции - 81,8 %.
Анализ полученных результатов
Полученные результаты эксперимента свидетельствуют о том, что использованные сорбенты способны поглощать примеси ядовитых и горючих газов. В своих работах [8, 9] Н.К. Чудинов установил, что внутри кристаллов и в межкристаллическом пространстве солей присутствует хемо-генная обезвоженная биомасса, состоящая из белковых тел. Н.К. Чудинов в своих исследованиях утверждал, что белковые тела, в свою очередь, характеризуются активным взаимодействием со связанным азотом и окисью углерода. Вероятнее всего, полученные результаты эксперимента, описанного в данной статье, подтверждают теоретическую составляющую о активном взаимодействии белковых тел, наполняющих кристаллы и полости между ними.
В рамках анализа полученных экспериментальных данных рассмотрена отмеченная ранее гипотеза И.И. Медведева и А.Е. Красноштейна о влиянии естественной радиоактивности калийно-магниевых руд на процесс адсорбции газов. Анализ работ [10 - 12] показал, что содержание радиационных частиц в хлориде натрия NaCl на порядок ниже, чем в сильвините KCl + NaCl. Результаты же эксперимента, представленные в таблицах 1 и 2, свидетельствуют о том, что процесс сорбции оксида углерода CO в двух пробах из трех, наполненных поваренной солью NaCl проявляется наиболее отчетливо, по сравнению с пробами с сильвинитом KCl + NaCl. Таким образом, авторами работы сделано предположение, что естественная радиоактивность калийно-магниевых руд не оказывает значительного влияния на поглощение угарного газа CO сильвинитом. Вероятнее всего, что в основе зафиксированных результатов лежат силы межмолекулярного притяжения - Ван-дер-Ваальсовы силы [13, 14].
Поскольку сильвинит состоит из двух минералов, а именно галита NaCl и сильвина KCl, а пробы, содержащие только галит NaCl, показали больший процент сорбции, то авторами работы сделан второй вывод - галит NaCl в сравнении с сильвином обладает более высокой способностью поглощать примеси оксида углерода из рудничной атмосферы.
В ходе анализа полученных результатов был замечен и другой интересный факт, не описанный в обозреваемой ранее литературе. Горючий газ метан CH4 так же, как и ядовитые газы, способен подвергаться процессу сорбции сильвинитом и поваренной солью, но в меньшей степени.
Для более глубокого изучения процесса сорбции горючих и ядовитых газов калийно-магниевыми солями из рудничного воздуха необходимо произвести серию последующих экспериментов, как в рамках лабораторных условий, так и в условиях подземного рудника, осуществляющего разработку калийно-магниевого месторождения. В ходе намечаемых экспериментов авторами работы планируется провести прокаливания сильви-
нита, которое могло бы исключить присутствие начальных концентраций газов в кристаллах сильвинита, который, в свою очередь, мог туда попасть при отборе образца и его транспортировке до лаборатории.
Результаты, полученные в рамках данных исследований, будут полезны при разработке способов повышения энергоэффективности системы вентиляции подземных рудников, например, в части обоснования безопасности применения частичного повторного использования воздуха, либо в части обоснования нормы подачи воздуха на единицу мощности самоходных машин с двигателями внутреннего сгорания. При внедрении подобных мероприятий воздушная струя, смешавшаяся с ядовитыми и горючими газами, будет направлена на последующее проветривание рабочих зон. Поэтому важно понимать природу самоочищения воздушной струи в горных выработках калийных рудников. Также в настоящее время актуальной является задача снижения углеродного следа на горных предприятиях с целью не допустить глобального роста температуры и сократить количество выбросов углекислого газа в атмосферу. Таким образом, изучение сорбци-онных свойств сильвинита KCl + NaCl является актуальной научно -исследовательской задачей, требуемой проведения дополнительных экспериментов и более детальное рассмотрение результатов, полученных в данной работе.
Выводы
Повышение энергоэффективности систем вентиляции калийных рудников в большинстве случаев напрямую заключается в использовании загрязненного потока воздуха для проветривания подземных рабочих зон. Безопасность предлагаемых решений должна обосновываться путем проведения теоретических и экспериментальных исследований изменения концентрации горючих и ядовитых газов в горных выработках. Барьером при разработке подобных мероприятий является слабая изученность этих вопросов. Одним из наименее проработанных вопросов является оценка интенсивности адсорбции вредных газообразных примесей, присутствующих в исходящей воздушной струе, массивом соляных пород.
В ходе исследования произведен ряд экспериментов, результатом которых является факт того, что поваренная соль и сильвинит способны поглощать угарный газ CO и горючий газ - метан CH4. Средний процент сорбции сильвинитом KCl + NaCl для метана CH4 составил 18 %, а для угарного газа CO - 40,8 %. Использовав в качестве поглотителя поваренную соль NaCl средний процент сорбции для метана CH4 составил 14,5 %, а для угарного газа CO - 81,8 %.
Природа процесса поглощения противоречит теориям ученых, которые связывали интенсивность процесса сорбции с присутствием естественной радиоактивности калийного массива. Авторами работы сделан вывод, что силы Ван-дер-Ваальса являются ключевым фактором, обуславливающим поглощение газов сорбентами. Полученные результаты необ-
ходимо подтвердить в условиях подземного рудника и произвести более детальное изучение полученных результатов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках дополнительного соглашения к Соглашению о предоставлении субсидии из федерального бюджета № 075-03-2021-374/5 от «29» сентября 2021 г. (проект № 121111800053-1).
Список литературы
1. Медведев И.И., Красноштейн А.Е. Аэрология калийных рудников. Свердловск: АН СССР, 1990. 250 с.
2. Красноштейн, А.Е. Физико-химический механизм в процессе адсорбции ядовитых примесей рудничной атмосферы калийными солями // Пермский политехнический ин-т. Пермь, 1977.
3. Селиванова С.А, Кириченко Л.В., Баранников В.Г. Гигиенические исследования сорбционных свойств минерала сильвинита в сооружениях из природных калийных солей. Пермь: ПГМУ им. академика Е. А. Вагнера Минздрава России, 2019.
4. Селиванова С.А. Гигиенические особенности формирования и оптимизация физико-химических условий внутренней среды сильвинито-вых сооружений. Пермь: Пермский государственный медицинский университет им. академика Е.А. Вагнера, 2019.
5. Гигиенические исследования естественных факторов калийных солей западного Урала / В.Г. Баранников [и др.] // Пермский государственный медицинский университет им. академика Е.А. Вагнера, 2018.
6. Origin, distribution, and perspective health benefits of particulate matter in the air of underground salt mine: A case study from Bochnia, Poland / A. Pulawska [et al.] //Environmental Geochemistry and Health. 2021. Т. 43. №. 9. С. 3533-3556.
7. Исаевич А.Г., Стариков А.Н., Мальцев С. В. Совершенствование метода отбора проб воздуха для определения относительной газообильности горючих газов в рудничной атмосфере // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 4. C. 143-153.
8. Чудинов Н. К. Тайны соляных толщ // За калий. 1962. №. 19-21. С. 19-21.
9. Чудинов Н.К. О природе окраски калийных солей палеозоя // Минералы изверженных горных пород и руд Урала. Л.: Наука, 1967. С.118
10. Перспективы нетрадиционного использования уникальных свойств калийно-магниевых солей Верхнекамского месторождения / А.Е. Красноштейн [и др.] // Изв. Вузов. Горный журнал. 1995. № 6. С. 170-177.с
11. Применение медтехнологии галотерапии в комплексном лечении и реабилитации заболеваний органов дыхания // Метод. Рекомендации №95/111. М.: Медицина, 1995.
12. Исаевич А.Г. Физические процессы формирования свойств воздушной среды под воздействием природных калийных солей: дис. ... канд. техн. наук. Пермь: 1999. 174 с.
13. Кузнецова Ю. Л. Эволюция размера растворимой аэрозольной частицы во влажном воздухе // Вычислительная механика сплошных сред. 2022. Т. 15. №. 1. С. 31-44.
14. Ning Yao, Jinfeng Chen, Ren Feng, Zhipeng Liu, Yu He, Zhuwu Jiang, Mechanistic insight into the adsorption of low concentrations of N-nitrosodiethylamine in water by functional MIL-96: experiments and theoretical calculations // Chemical Engineering Journal. 2022. С. 138761.
15. Hernández-Castillo S., Martínez-Hernández H., Mendoza-Nieto J. A. New approach to consecutive CO oxidation and CO 2 chemisorption using Li 2 CuO 2 ceramics modified with Na-and K-molten salts // Reaction Chemistry & Engineering. 2021. Т. 6. №. 8. С. 1412-1427.
Суханов Андрей Евгеньевич, мл. науч. сотр., Россия, [email protected], Пермь, Горный институт УрО РАН,
Бруев Никита Андреевич, техник отдела, nikitabruevv@,gmail. com, Россия, Пермь, Горный институт УрО РАН,
Газизуллин Руслан Рафаилович, вед. инженер отдела аэрологии и теплофизики, gasisullin@,gmail. com, Россия, Пермь, Горный институт УрО РАН,
Стариков Алексей Николаевич, инженер отдела аэрологии и теплофизики, [email protected], Россия, Пермь, Горный институт УрО РАН
RESEARCH OF SORPTION PROPERTIES OF SALT ON THE EXAMPLE OF GASES CONTAINED IN THE ATMOSPHERE OF POTASSIUM MINES
A.E. Sukhanov, N.A. Bruev, R.R Gazizullin, A.N. Starikov
Currently, one of the important tasks of mining enterprises is the development of new ways to improve the energy efficiency of ventilation systems in underground mines. One of these measures is the introduction of ventilation schemes with partial reuse of outgoing air to ventilate subsequent work areas. The safety of the proposed measure can be substantiated by a comprehensive study of the properties of the potash array. One of these properties is the ability of sylvinite to actively absorb harmful gaseous impurities present in the outgoing air stream from the mine atmosphere. The paper presents the scientific substantiation of the sorption of gases by the potash massif, as well as a number of natural and laboratory studies.
Key words: sorption, sodium chloride, silvinite, toxic gases, combustible gases, potash mines, increased ventilation energy efficiency, self-purification of air, reduction of carbon footprint.
Sukhanov Andrey Evgenievich, jr. scientific. Department officer, [email protected] , Russia, Perm, Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences,
Isaevich Alexey Gennadievich, candidate of technical sciences, department leading of officer, [email protected], Russia, Perm, Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences,
Nikita Andreevich Bruev, technician of the department, ni-kitabruevv@,gmail.com, Russia, Perm, Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences,
Gazizullin Ruslan Rafailovich, department leading engineer, gasisullin@,gmail.com, Russia, Perm, Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences,
Alexey Nikolaevich Starikov, department engineer, [email protected], Russia, Perm, Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Reference
1. Medvedev I.I., Krasnoshtein A.E. Aerology of potash mines. Sverdlovsk: USSR Academy of Sciences, 1990. 250 p.
2. Krasnoshtein, A.E. Physico-chemical mechanism in the process of adsorption of toxic impurities of the mine atmosphere by potassium salts // Perm Polytechnic Institute. Perm, 1977.
3. Selivanova S.A., Kirichenko L.V., Barannikov V.G. Hygienic studies of sorption properties of the mineral silvinite in compounds from natural potassium salts // Academician E. A. Wagner State Medical University of the Ministry of Health of Russia, Perm, 2019.
4. Selivanova S.A. Hygienic features of the formation and optimization of physico-chemical conditions of the internal environment of silvinite structures // Perm State Medical University. Academician E.A. Wagner, Russia. 2019.
5. Hygienic studies of natural factors of potassium salts of the Western Urals / V.G. Barannikov [et al.] // Perm State Medical University. Academician E.A. Wagner, 2018.
6. Origin, distribution and prospective health benefits of solid particles in the air of an underground salt mine: A case study from Bochnia, Poland / A. Pulawska [et al.] // Geochemistry of the environment and health. 2021. Vol. 43. No. 9. pp. 3533-3556.
7. A Isaevich.G., Starikov A.N., Maltsev S. V. Improving the method of sampling air to determine the relative gas content of combustible gases in the mine atmosphere // Mining information and Analytical Bulletin. 2021. No. 4. pp. 143-153.
8. Chudinov N. K. Secrets of salt strata // For potassium. 1962. No. 19-21. pp. 19-21.
9. Chudinov N.K. On the nature of the coloring of potassium salts of the Paleozoic // Minerals of igneous rocks and ores of the Urals. L: Nauka, 1967. p.118
10. Prospects for the unconventional use of the unique properties of potassium-magnesium salts of the Verkhnekamskoye deposit / A.E. Krasnoshtein [et al.] // Izv. Vuzov. Mining Journal, 1995. No. 6. pp. 170-177.p
. 11. Application of medical technology of halotherapy in the complex treatment and rehabilitation of respiratory diseases // Method. Recommendations No. 95/111. M.: Medicine, 1995.
12. Isaevich A.G. Physical processes of formation of properties of the air environment under the influence of natural potassium salts: dis. ... candidate of Technical Sciences. Perm State Technical University, 1999. 174 p.
13. Kuznetsova Yu. L. Evolution of the size of a soluble aerosol particle in moist air // Computational mechanics of continuous media. 2022. Vol. 15. no. 1. p. 31 44.
14. Ning Yao, Jinfeng Chen, Ren Feng, Zhipeng Liu, Yu He, Zhuwu Jiang, Mechanistic understanding of adsorption of low concentrations of N-nitrosodiethylamine in water by functional MIL-96: experiments and theoretical calculations // Journal of Chemical Engineering. 2022. p. 138761.
15. Hernandez-Castillo S., Martinez-Hernandez H., Mendoza-Nieto J. A. A new approach to the sequential oxidation of CO and chemisorption of CO2 using Li2 CuO2 ceramics modified with Na- and K-molten salts // Chemistry of Reactions and Engineering. 2021. Vol. 6. No. 8. pp. 1412-1427.
УДК 622.831.322
МОДЕЛИ МЕХАНИЗМА ДЕГАЗАЦИИ ПЛАСТА Б СМЕШАННОГО СОСТАВА В УСЛОВИЯХ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ калийных солей
С.С. Андрейко, Е.А. Нестеров, Д.А. Бобров
На основе функциональной системы замещения карналлита пестрым сильвинитом объясняются закономерности распределения газов в породах пласта Б смешанного состава. Рассмотрены различные варианты схемы процесса сильвинитизации карналлита пласта Б при движении агрессивных водных растворов. Показано, что уменьшение объема пласта Б в результате сильвинитизации можно сравнить с отработкой защитных пластов в свите, применяемую в том числе и для дегазации пород.
Ключевые слова: калийный рудник; пласт Б; карналлит; пестрый сильвинит; замещение; смешанные соли; модельная схема; водные растворы; сильвинитизация; газоносность; дегазация; геологическая разгрузка.
В условиях Верхнекамского месторождения калийных солей очистная выемка калийных пластов, а также проходка подготовительных выработок для обеспечения производственных мощностей предприятия осуществляется комбайновыми комплексами в составе очистного комбайна, бункера перегружателя и самоходного вагона. При этом отработка карнал-литового пласта В в условиях рудника СКРУ-1 осуществляется с дополнительной обработкой массива горных пород для его дегазации передовым торпедированием. Данная мера подразумевает наличие на предприятии технологического регламента работ по дегазации породного массива. При ведении подготовительных и очистных работ в пределах шахтного поля БКПРУ-2 комбайновыми комплексами вскрываются участки распространения пласта Б смешанного состава и в том случае, если в забое более 30 процентов площади занимают карналлитовые породы, то в проходческий цикл должны включатся работы по торпедированию массива, что весьма
