Научная статья на тему 'Перспективы применения нанотехнологий и наноматериалов в горно-металлургической промышленности'

Перспективы применения нанотехнологий и наноматериалов в горно-металлургической промышленности Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
1226
153
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
iPolytech Journal
ВАК
Ключевые слова
ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ / НАНООБЪЕКТЫ / НАНОТЕХНОЛОГИИ / УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ / МОДИФИЦИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА / MINING AND METALLURGICAL INDUSTRY / NANOOBJECTS / NANOTEHNOLOGIES / CARBON NANOTUBES / MODIFYING PROPERTIES

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Кондратьев Виктор Викторович, Иванов Николай Аркадьевич, Ржечицкий Эдвард Петрович, Сысоев Иван Алексеевич

Рассмотрены вопросы применения нанотехнологий и наноматериалов в горно-металлургической отрасли. Показано, что модифицирование материалов при помощи наноразмерных структур способствует проявлению улучшенных свойств продукции.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Кондратьев Виктор Викторович, Иванов Николай Аркадьевич, Ржечицкий Эдвард Петрович, Сысоев Иван Алексеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PROMISING APPLICATIONS OF NANOTECHNOLOGIES AND NANOMATERIALS IN THE MINING AND METALLURGICAL INDUSTRY

The authors consider the problems of application of nanotechnologies and nanomaterials in the mining and metallurgical industry. They demonstrate that the modification of materials with the help of nanoscale structures contributes to the manifestation of the improved properties of the product.

Текст научной работы на тему «Перспективы применения нанотехнологий и наноматериалов в горно-металлургической промышленности»

площади стенок и днища ковша [2] . _Z /о100

Z fK

% < 7%,

где Z/o - сумма площадей всех отверстий в ковше;

ще ковша, составляет 0,115 % к общему объему грунта в ковше (рис. 5). Следовательно, можно считать, что при добывании песчано-гравийной массы перфорированным ковшом с отверстиями диаметром 25-35 мм потери грунта практически отсутствуют.

1/к - суммарная площадь стенок и днища ковша.

С учетом гранулометрического состава грунта нами приняты диаметр отверстий 35 мм и расстояние между отверстиями 50 мм (рис. 5). С учетом изложенного степень перфорации ковша СКШ составила ¡пк = 4,4 %.

Необходимо также отметить, что влажность пес-чано-гравийной массы, добытой перфорированным ковшом, уменьшается на 5 % по сравнению с песчано-гравийной массой, добытой неперфорированным ковшом.

Для увеличения коэффициента наполнения ковша и уменьшения влажности добываемой песчано-гравийной массы отверстия необходимо располагать по всей площади задней стенки ковша и его днища. Задняя стенка и днище ковша должны перфорироваться отверстиями диаметром 35 мм, а боковые стенки - отверстиями 25 мм.

Песчано-гравийная масса, выносимая из ковша водой, вытекающей через отверстия в стенках и дни-

Библиографический список

Рис. 5. Вид ковша СКШ с учетом степени перфорации

Таким образом, рассчитанные теоретическим путем основные рабочие параметры канатного скрепера позволили разработать и создать механизированный комплекс, эффективно работающий при добыче обводненных песчано-гравийных смесей.

1. Гилёв А.В., Шейн Ф.Э., Суворов Р.В. Особенности комплексной механизации добычи сырья для производства строительных материалов // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: сб.науч.тр./под общ.ред. Б.Л. Тальгамера. Иркутск, 2008. С. 43-48.

2. Шпанский О.В., Буянов Ю.Д. Технология и комплексная механизация добычи нерудного сырья для производства

строительных материалов. учеб. пособие для вузов. М.: Недра, 1996. 462 с.

3. Гилёв А.В., Шейн Ф.Э. Механизированный комплекс для добычи строительных материалов на обводненных месторождениях // Горное оборудование и электромеханика. 2008. № 6. С. 18-20.

4. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых горных работ: учебник для вузов. М.: Недра, 1985. 544 с.

УДК 67.014+67.017

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

И НАНОМАТЕРИАЛОВ В ГОРНО-

В.В.Кондратьев1, Н.А.Иванов2, Э.П.Ржечицкий3, И.А.Сысоев4

1,2,4Иркутский государственный технический университет,

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

3ОАО «СибВАМИ»,

664007, г. Иркутск, ул. Советская, 55.

Рассмотрены вопросы применения нанотехнологий и наноматериалов в горно-металлургической отрасли. Показано, что модифицирование материалов при помощи наноразмерных структур способствует проявлению улучшенных свойств продукции.

1 Кондратьев Виктор Викторович, начальник отдела инновационных технологий Физико-технического института, кандидат технических наук.

Kondratjev Victor Victorovich, the head of the Department of innovative technologies of Physico-Technical Institute, a candidate of technical sciences.

2Иванов Николай Аркадьевич, зам. директора Физико-технического института, кандидат физико-математических наук, тел.: (3952)405654.

Ivanov Nikolay Arkadjevich, a deputy director of the Physico-Technical Institute, a candidate of physical and mathematical sciences, tel.: (3952)405654.

3Ржечицкий Эдвард Петрович, заведующий лабораторией охраны окружающей среды, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заслуженный изобретатель РФ.

Rzhechitsky Edward Petrovich, a head of the laboratory of the Environmental Protection, a candidate of technical sciences, a senior research worker, an Honored Inventor of the Russian Federation.

4Сысоев Иван Алексеевич, доцент кафедры автоматизации производственных процессов, кандидат технических наук. Sysoev Ivan Alexeevich, an associate professor of the Chair of Automation of Production Processes, a candidate of technical sciences.

Ил. 9. Табл. 2. Библиогр. 8 назв.

Ключевые слова: горно-металлургическая промышленность; нанообъекты; нанотехнологии; углеродные на-нотрубки; модифицирующие свойства.

PROMISING APPLICATIONS OF NANOTECHNOLOGIES AND NANOMATERIALS IN THE MINING AND METALLURGICAL INDUSTRY

V.V.Kondratjev, N.A.Ivanov, E.P.Rzhechitsky, I.A.Sysoev

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

Public Corporation "Siberian Scientific-Research Design Institute of Aluminum and Electrode Industry", 55, Soviet St., Irkutsk, 664007.

The authors consider the problems of application of nanotechnologies and nanomaterials in the mining and metallurgical industry. They demonstrate that the modification of materials with the help of nanoscale structures contributes to the manifestation of the improved properties of the product. 9 figures. 2 tables. 8 sources.

Key words: mining and metallurgical industry; nanoobjects; nanotehnologies; carbon nanotubes; modifying properties.

Развитие цивилизации неразрывно связано с развитием технологий по добыче и обработке материалов. Древний человек, отсекая части каменных образований и конструируя первые орудия труда, по сути применял технологии в области сантиметрового размерного диапазона. Каменный век с его изделиями и способами обработки материалов можно отнести к веку так называемых «Санти-технологий». Развитие способов обработки более твердых материалов - металлических руд и образований, позволило перейти на следующий уровень развития техники и технологий -уровень миллиметровой размерности обработки металлов, уровень «Миллитехнологий». Промышленная революция конца прошлого тысячелетия с всплеском разработки технологий промышленных объемов производства металлов, разработки технологий производства микропроцессорной техники и изделий на ее основе может по праву называться эрой «Микротехнологий», которые к началу нынешнего тысячелетия исчерпали возможности дальнейшего роста технологического уровня человеческой цивилизации. Все процессы, технологии и изделия, созданные на основе «Микротехнологий», включая биомедицинские исследования, уже не могут дать качественного скачка развития цивилизации, а только лишь частичное улучшение эксплуатационных и потребительских свойств за счет повышения комфортности использования процессов и продуктов последнего технологического витка.

Наше время явилось переломным моментом в области подхода человечества к следующему этапу функционирования человеческого общества. Это стало возможным благодаря открытию новых форм организации вещества, находящихся в области наномет-рового диапазона размерности, благодаря чему такие формы, названные нанообъектами (от греческого «nanos» - «карлик», одна миллиардная часть чего-либо), обладают уникальными свойствами по сравнению с микрообъектами. Наше время стало отправной точкой для эры нанотехнологий. Начало эры нанотехнологий, в том числе в области горно-металлургического комплекса [1], характеризуется рядом переломных моментов, таких как:

- использование особенностей свойств вещества

при уменьшении его размеров до нанометрового масштаба;

- ряд выдающихся открытий последних лет в области физики низкоразмерных систем и структур (целочисленного и дробного квантового эффекта Холла, квазичастиц с дробным зарядом и т.п.);

- разработка приборов и устройств на основе квантовых наноструктур (лазеры на квантовых точках, сверхбыстродействующие транзисторы, запоминающие устройства на основе эффекта гигантского магни-тосопротивления и т.п.);

- открытие и развитие новых технологических приемов обработки вещества, таких как приемы и методы, базирующиеся на принципах самосборки и самоорганизации;

- методы, основанные на зондовой и просвечивающей электронной микроскопии, технике сфокусированных ионных пучков, процессах литографии;

- создание новых материалов с необычными свойствами - графеновых плоскостей, фуллеренов, нанот-рубок, нанокерамики и конструкционных материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками (рис. 1).

Развитие перечисленных и близких к ним направлений науки, техники и технологий, связанных с созданием, исследованиями и использованием объектов с наноразмерными элементами, приведет к кардинальным изменениям во многих сферах человеческой деятельности: в материаловедении, энергетике, электронике, информатике, машиностроении, металлургии, медицине, сельском хозяйстве, экологии и теории понимания природных процессов.

Выражаясь языком определений, можно сказать, что нанотехнология - это совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществить их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.

Наноматериалы - это материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойства-

А Б В

Рис. 1. Углеродные нанообъекты: А - графеновая плоскость; Б - фуллерен С60; В - нанотрубки различного типа

ми, функциональными и эксплуатационными характеристиками. Новые свойства вещества нанометрового размера в основном характеризуются увеличением доли атомов, находящихся в приповерхностном слое вещества толщиной порядка 1 нм. Доля атомов а, находящихся в приповерхностном слое толщиной 1 нм, растет с уменьшением размера частички вещества R, поскольку а ~ Б/У ~ R2/R3 ~ Ш (Б - площадь поверхности частицы, V - ее объем). Например, считая, что частичка вещества имеет круглую форму, и полагая толщину приповерхностного слоя в 1 нм (соответствует 2-3 атомным слоям для большинства металлов), получаем соотношение между диаметром частицы и объемной доли поверхностного слоя:

Диаметр частицы, нм 100 50 25 20 10 6 4

Объемная доля поверхностного слоя, % 6 12 24 30 60 100 150

Атомы в приповерхностном слое обладают свойствами, отличающимися от «объемных» атомов, поскольку они иначе связаны с атомами, находящимися внутри кристалла. В результате на поверхности может произойти атомная реконструкция и возникнет другой порядок структуры [2]. При нанометровых размерах меньше критических, например, сравнимых с длиной электромагнитных волн, частотой колебаний решетки, длиной свободного полета, частотой поля и т.п., возникают размерные эффекты, например, изменения электронной структуры, проводимости, реакционной способности, температуры плавления и механических характеристик.

Свойства материалов нанометрового диапазона и технологии, основанные на их использовании, могут найти вполне прозрачное применение в горнометаллургической отрасли, повышая ее инновационный уровень. Перечислим некоторые примеры из последних разработок, которые могут быть внедрены уже в настоящее время.

Одной из современных проблем горнометаллургического комплекса является степень обогащения сырья и процент химического выхода полезных компонентов в продукцию. Применение нанотех-нологичных способов измельчения позволит производить механоактивацию исходной руды, что позволит эффективно разделять целевой и попутный продукт и повышать реакционную способность компонентов. В настоящее время уже разработаны установки термоударной и истирательно-центробежной активации

крупнофракционных материалов (рис. 2), характеризующиеся невысокой энергоемкостью, принудительным общим и локальным нагревом активируемого вещества и последующим быстрым охлаждением полученной фракции [3]. На основе подобных процессов возможно построить технологии безобжигового получения спеков и клинкеров, поскольку локальные температуры частичек в зоне активации могут достигать 1100 °С, причем общая температура получаемой фракции не повышается более чем на 10-20 °С. Технические характеристики процесса приведены в табл.1.

Таблица 1

Технические характеристики процесса термоударной и истирательно-центробежной активации

Размер частиц обрабатываемого материала, мкм 10-200

Время термоударного воздействия на материал, с 0,5-2,0

Общая температура нагрева обрабатываемого материала, °С до 700

Локальная температура обработки порошка, °С до 1100

Удельные затраты на термоактивацию, кВт-ч/кг, не более (с учетом общего принудительного нагрева материала) 1,0

Рис. 2. Схематичное изображение установки термоударной и истирательно-центробежной активации:

) - зона активации частиц

Другим практическим применением для горнометаллургической отрасли являются ролики для лен-

точных транспортеров, выполненные из модифицированного капролона (рис. 3). Капролон - полимерный материал класса полиамидов блочных конструкционного и антифрикционного назначения. Уникальными свойствами капролона, определяющими его широкое применение в судостроении, сельхозтехнике, энергетике, химической, нефтяной, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности, являются: высокая прочность, малый вес (в 6-7 раз легче бронзы и стали); низкий коэффициент трения, в силу чего капролон может работать без смазки в узлах трения; устойчивость к воздействию углеводородов, масел, спиртов, щелочей и слабых кислот; а также нетоксичность. В частности, в судостроении капролон используется для изготовления подшипников скольжения, направляющих, вкладышей узлов трения, шкивов, блоков и опорных роликов грузоподъемных механизмов, корпусов, кронштейнов, ступиц колес и других деталей конструкционного назначения, к которым предъявляются повышенные требования по ударной и термической стойкости.

В настоящее время разработаны технологии модификации капролона, вследствие чего повышается его износостойкость, а также проявляются свойства проводимости - раньше его невозможно было применять в условиях взрывоопасных сред вследствие статического накопления заряда. Даже незначительная добавка фуллереновых материалов приводит к увеличению прочности и эластичности, увеличению температур плавления и деструкции, уменьшению теплопроводности и влагопоглощения. Также наблюдается существенное улучшение антистатических свойств -сопротивление образцов уменьшается в некоторых случаях на 5-8 порядков, что способствует более быстрому стеканию статического электричества при одновременном существенном нарастании диэлектрической проницаемости - до 20 отн.ед.

Как видно из рис. 4 и 5, при введении модификаторов наблюдается изменение структуры полимера -уменьшается размер кристаллитных зерен, сужаются и размываются межкристаллитные пространства.

Рис. 3. Ролик для ленточных транспортеров. Применение: горно-шахтное оборудование, целлюлозно-бумажное производство и пр.

В металлургической промышленности все большее применение находят нанопорошки и керамика на основе диоксида циркония: 2г02-У203, 2г02-Мд0, 2г02

СаО [4]. Способ получения таких порошков - химическое соосаждение из растворов солей с размером частиц 25-40 нм, расположенных в агломератах 1-2 мкм ( рис. 6, 7).

Основные физико-механические свойства керамики на основе порошков диоксида циркония: плотность - 5,8-6,0 г/см3; пористость - 0,0%; предел прочности при изгибе - 500-700 МПа; микротвёрдость, НУ -1000-1300 кг/мм2; вязкость разрушения, К1С- 8-10 МПа^м1/2; химическая устойчивость к кислотам, щелочам - высокая; температура плавления > 2500°С.

Подобных примеров инновационных продуктов можно привести множество. В качестве заключительного примера хочется остановиться на перспективной разработке Иркутского государственного технического университета, относящейся к области наук на стыке металлургии, наноматериалов и экологии [5].

Рис. 4. Фотографии скола стандартного и модифицированного капролона (М:1х4000)

Рис.5. Фотографии шлифа обычного и модифицированного капролона (М:1х40 000)

Рис. 6. Микрофотография агломератов частиц на основе диоксида циркония

Промышленно применяемый метод производства алюминия - электролиз глинозема (А1203) в расплаве фторидов натрия и алюминия. На жидко-металлическом катоде происходит выделение алюминия, а анод, изготовленный из углеродных компози-

Рис. 7. Примеры литейных оснасток из керамики на основе порошков диоксида циркония

ций, окисляется до моноокиси и далее - двуокиси углерода. Дополнительным механизмом убыли анода является его коррозионное разрушение.

На существующих электролизерах различных конструкций сила тока варьируется от 80 до 330кА при средней разности потенциалов 4-6В. Температура процесса составляет порядка 950-970°С. С учетом механизмов синтеза углеродных нанотрубок [6] в процессе электрохимической деструкции поверхности анода возможно отщепление отдельных одно- и многослойных графеновых плоскостей с после возможн дующим их сворачиванием в нанотрубки. Другим ым механизмом образования углеродных нанотрубок является пиролиз газов, выделяющихся при обжиге в процессе формирования самообжигающегося анода.

Продукты разрушения анода попадают в расплав электролита и извлекаются при технологической обработке электролизера. Извлеченный материал является отходом производства - угольной пеной, и представляет собой механическую смесь, содержащую 10-

40% углерода и 40-50% фтористых солей (криолит и хиолит).

Следует отметить, что в процессе электролиза имеется некоторый подсос воздуха и соответственно может происходить частичное окисление углерода, что приведет к обогащению угольной пены более устойчивыми к окислению углеродными нанотрубками.

С учетом имеющегося опыта разработки технологии переработки угольной пены [7] были проведены исследования по выделению наноразмерной фракции из угольной пены.

Угольная пена измельчалась, извлекались соединения фтора до остаточного содержания менее 0,2%, далее углеродный остаток обрабатывался гидрохимическим и высокотемпературным методом. Образовавшаяся пульпа с тонкодисперсной взвесью углеродных частиц обрабатывалась ультразвуком для диспер-гации углеродных образований и концентрировалась методом центрифугирования. Пробы углеродных частиц исследовались на содержание наночастиц при

Рис. 8. Фотографии углеродных нанотрубок

А Б

Рис. 9. Вид зернистой структуры чугуна в месте разрыва: А - опытный чугун, более мелкое зерно;

Б - чугун-свидетель, более крупное зерно

помощи электронного микроскопа LEO 906 Е.

В результате исследований в подготовленных пробах обнаружены монотрубчатые структуры углерода с диаметром 20 - 30 нм и длиной 200 - 250 нм. Фотографии наночастиц представлены на рис. 8.

Известно, что углеродные нанотрубки обладают модифицирующими упрочняющими свойствами при добавках в металлы или композитные материалы. Основной проблемой для модификации металлов является равномерное распределение нанодисперсного модификатора по объему модифицируемого материала. Для определения модифицирующих свойств обнаруженных углеродных монотрубчатых структур проведена опытная выплавка чугуна во вспомогательном чугунно-литейном производстве Кандалакшского алюминиевого завода с использованием углеродного на-номодификатора с содержанием нанообъектов на уровне 0,1% масс. [8]. При опытной выплавке чугуна металлургический графит заменялся углеродсодер-жащей частью угольной пены, образовавшейся при электролизном производстве алюминия на электролизерах с боковым токоподводом. Параллельно при одинаковых технологических параметрах проведена выплавка стандартного чугуна-свидетеля с использованием металлургического графита. В ходе опытной выплавки отклонений от стандартных технологических параметров не отмечено. Пробы опытного чугуна и чугуна-свидетеля проанализированы на химический состав, а также выполнен анализ прочности на разрыв.

Результаты исследований представлены в табл. 2 и на рис. 9.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

следований по содержанию наноструктур в углеродных отходах производства алюминия и определению их модифицирующих свойств выделен углеродный модификатор, содержащий монотрубчатые наноча-стицы углерода, влияние которых при выплавке чугуна позволило увеличить прочность на разрыв на 29% по сравнению с рядовым чугуном.

Подводя итог вышеизложенному с учетом развивающегося направления нанотехнологий во всех отраслях промышленности, можно обозначить следующие основные пути применения нанотехнологий и наноматериалов в горно-металлургической отрасли:

- термоактивация веществ с переводом в нано-размерный диапазон для повышения реакционной способности;

- применение модифицирующих наноразмерных частиц для улучшения антикоррозионных и прочностных характеристик;

- нанопорошковая пирометаллургия с получением легких и уникальных по прочностным характеристикам формованных изделий;

- плазменный карботермический способ восстановления металлов;

- плазменные и лазерные технологии модификации поверхностей;

- направленная кристаллизация металлов;

- переработка отходов с извлечением наночастиц;

- разработка методов и аппаратов для улавливания наноразмерных фракций;

- разработка методов и устройств защиты человеческого организма от воздействия наночастиц.

Сравнительный анализ опытного чугуна и чугуна-свидетеля

Таблица 2

Чугун Содержание, %

C Si Mn P S Cr Ni Cu Ti V Pb Fe

Опыт. 3,302 2,834 0,695 0,4722 0,045 0,103 0,126 0,157 0,011 0,0095 <0,002 93,2

Свид. 3,309 2,685 0,733 0,4343 0,047 0,101 0,249 0,1663 0,0121 0,0076 <0,002 93,2

Анализ прочностных характеристик показал, что опытный чугун более прочный, по сравнению с рядовым чугуном, и имеет предел прочности на разрыв 67 кН. Рядовой чугун имеет предел прочности на разрыв 52 кН. Таким образом, в результате проведенных ис-

Статья подготовлена по результатам научно-исследовательских работ, частично финансируемых в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

1. Гончаров С.А., Чернегов Н.Ю. Нанотехнологии и нанок-ристаллические материалы в горной промышленности: уч.пособие; 2 изд., стер. М.: Изд-во МГГУ, изд-во «Горная книга», 2009. 100 с.

2. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. М.: Техносфера, 2005. 336 с.

3. http://catalysis.ru

4. http://www.technologiya.ru

5. Иванов Н.А., Ржечицкий А.Э., Кондратьев В.В. Наноча-стицы углерода в отходах производства алюминия и их модифицирующие свойства // Сб.тезисов докладов участников

ский список

II международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий. М.: ГК Роснано, 2009, С. 515-516.

6. Елецкий А. В. Углеродные нанотрубки // Успехи физических наук. Т.167, №9. С. 945-971.

7. Hui Hu, Bin Zhao, Mikhail E. Itkis, Robert C. Haddon. Nitric Acid Purification of Single-Walled Carbon Nanotubes // J. Phys. Chem. B 2003, 107, 13838-13842.

8. Кондратьев В.В. Исследование и разработка комплексной технологии утилизации твердых фторуглеродсодержа-щих отходов алюминиевого производства: дис. ... канд. техн. наук. Иркутск, 2007.

УДК 622.458

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СХЕМ КОМБИНИРОВАННОГО ТРУБОПРОВОДНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ КАРЬЕРОВ

А.С.Морин1, Ф.И.Борисов2, И.В.Корзухин3

Сибирский федеральный университет,

660025, г. Красноярск, проспект имени газеты "Красноярский рабочий", 95.

Отмечено, что наиболее эффективным является динамическая схема трубопроводного проветривания глубоких карьеров с поочередным воздействием всасывания и нагнетания на очаги загрязнения. Описана экспериментальная модель, разработанная с использованием чисел Re, Fr и St. Приведены результаты: эффективность проветривания (коэффициент выноса) возрастает с увеличением числа циклов воздействия средств в сутки, а после 6-12 циклов наступает стабилизация, обеспечивая нормативные величины загрязнения. Ил. 5. Табл. 4. Библиогр. 9 назв.

Ключевые слова: динамическая схема; модель проветривания; коэффициент выноса.

THE STUDY OF DYNAMIC CIRCUITS OF COMBINED PIPELINE VENTILATION OF PITS A.S.Morin, F.I.Borisov, I.V.Korzuhin

Siberian Federal University,

95, Avenue named after the newspaper "Krasnoyarsk worker", Krasnoyarsk, 660025.

It is noted that the most effective is the dynamic circuit of pipeline ventilation of deep pits with the alternate impact of suction and pumping on the sites of the pollution. The authors describe the experimental model, developed with the use of Re, Fr and St numbers. The results are presented: the efficiency of ventilation (loss coefficient) increases with the number of impact cycles a day, and after 6-12 cycles the stabilization is achieved providing normative values of pollution. 5 figures. 4 tables. 9 sources.

Key words: dynamic circuit; ventilation model; loss coefficient.

Целесообразность принятого метода искусственной вентиляции глубокого карьера во многом зависит от того, насколько этот метод способствует расширению области воздухообмена объекта проветривания с внешней средой в безветренную погоду. С учетом того что непосредственное эффективное воздействие вентиляционных средств на рабочие зоны карьера имеет приоритет над задачей нормализации состава общекарьерной атмосферы [1], наиболее рациональным способом вентиляции карьеров является трубопроводный. При этом способе проветривания может быть организована очистка вентиляционных выбросов, что обеспечивает ощутимый природоохранный

эффект за счет уменьшения концентрации пыли и ядовитых газов в неконтролируемых выбросах из карьерных пространств [2].

Проветривание карьера стационарными трубопроводными системами в избирательном для каждого участка режиме требует чрезвычайно больших затрат. По многим параметрам стационарные схемы вентиляции несовместимы с динамично изменяющимися внутрикарьерными и внешними условиями. В результате теоретических исследований было установлено [2], что максимальный эффект от мероприятий по трубопроводной вентиляции глубокого карьера достигается применением динамических схем комбинирован-

1Морин Андрей Степанович, кандидат технических наук, заведующий кафедрой инженерной графики, профессор кафедры горных машин и комплексов, тел.: (3912)348759.

Morin Andrey Stepanovich, a candidate of technical sciences, the head of the Chair of Engineering Graphics, a professor of the Chair of Mining Machinery and Complexes, tel.: (3912) 348759.

2Борисов Федор Иванович, кандидат технических наук, профессор кафедры горных машин и комплексов, тел.: (3912)342182. Borisov Fyodor Ivanovich, a candidate of technical sciences, an associate professor, a professor of the Chair of Mining Machinery and Complexes, tel.: (3912) 342182.

3Корзухин Игорь Васильевич, ассистент кафедры инженерной графики, тел.: 89135761394, е-mail: [email protected] Korzuhin Igor Vasiljevich., an assistant of the Chair of Engineering Graphics, tel.: 89135761394, e-mail: [email protected]

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.