Исследование смачиваемости угольной поверхности фильтрацией жидкости через пористый слой

Многие технологические процессы при добыче и первичной переработке угля (пылеподавление, тампонаж, гидроразрыв, мокрое обогащение и др.) зависят от смачиваемости угольной поверхности, определяемой физико-химическими свойствами взаимодействующих сред. От смачиваемости поверхности существенно зависят фильтрационные свойства трещиновато-пористого угольного массива. В работе представлены результаты исследования смачиваемости угольной поверхности водой и ее фильтрации через слой угольного порошка. Показано, что повышенная влажность угля способствует увеличению смачивающих и фильтрационных свойств угольного слоя по отношению к воде благодаря созданию у поверхности контакта гидратной оболочки. Установлено, что способ подготовки угольных проб значительно влияет на функциональный состав и гидрофильность внешней поверхности угольных частиц. Измельчение угля в присутствии кислорода воздуха способствует образованию на поверхности угольных частиц полярных кислородных групп (гидроксильных, карбоксильных), что приводит к повышению гидрофильности и фильтрационных свойств угля. Полученные результаты могут быть использованы для прогноза смачиваемости углей технологическими жидкостями, совершенствования технологий добычи, обогащения и переработки углей.

1. Liao X., Wang B., Wang L., et al. Experimental study on the wettability of coal with different metamorphism treated by surfactants for coal dust control / ACS Omega. 2021. Vol. 6(34). P. 21925 – 21938. DOI: 10.1021/acsomega.1c02205

2. Xu Ch., Wang D., Wang H., et al. Effects of chemical properties of coal dust on its wettability / Powder Technology. 2017. Vol. 318. P. 33 – 39. DOI: 10.1016/j.powtec.2017.05.02

3. Коршунов Г. И., Корнев А. В., Ерзин А. Х., Сафина А. М. Исследование влияния степени метаморфизма и физико-химических свойств добываемых углей на смачиваемость образующейся пыли / Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. № S6. С. 3 – 10.

4. Ping A., Xia W., Peng Ya., Xie G. Comparative filtration and dewatering behavior of vitrinite and inertinite of bituminous coal: Experiment and simulation study / Int. J. Mining Sci. Technol. 2021. Vol. 31(2). P. 233 – 240. DOI: 10.1016/j.ijmst.2020.12.026

5. Jena M. S., Biswal S. K., Rudramuniyappa M. V. Study on flotation characteristics of oxidised Indian high ash sub-bituminous coal / Int. J. Miner. Process. 2008. Vol. 87. P. 42 – 50. DOI: 10.1016/j.minpro.2008.01.004

6. Laskowski J. S. Coal flotation and fine coal utilization. — Amsterdam: Elsevier, 2001. — 368 p.

7. Мироненко В. А., Румынии В. Г., Учаев В. К. Охрана подземных вод в горнодобывающих районах. — Л.: Недра, 1980. — 320 с.

8. Ютяев Е. П., Садов А. П., Мешков А. А. и др. Оценка фильтрационных свойств угля в гидродинамических испытаниях дегазационных пластовых скважин / Уголь. 2017. № 11. С. 24 – 27. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-11-24-27

9. Плаксин М. С., Родин Р. И., Горностаев В. С. Основы высокоэффективного метода гидрообработки угольного пласта при проведении подготовительных выработок / Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № S49. С. 226 – 234. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-11-49-226-234

10. Li J., Li Z., Yang Y., et al. Inhibitive effects of antioxidants on coal spontaneous combustion / Energy Fuels. 2017. Vol. 31(12). P. 14180 – 14190. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.7b02339

11. Drebenstedt C., Argimbaev K. Korkinsk brown coal open pit as a case study of endogenous fires / Int. J. Eng. 2021. Vol. 34(1). P. 292 – 304. DOI: 10.5829/ije.2021.34.01a.32

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

13. Van Krevelen Dirk W. Coal: typology, physics, chemistry, constitution. — Amsterdam: Elsevier, 1993. — 979 p.

14. Карнаухов А. П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. — Новосибирск: Наука, 1999. — 470 с.

15. Патраков Ю. Ф., Усанина А. С. Влияние кислотно-щелочного состава воды на смачиваемость углей разной степени метаморфизма / Химия твердого топлива. 2016. № 2. С. 58 – 60. DOI: 10.7868/S0023117716020080

16. Зимон А. Д. Адгезия жидкости и смачивание. — М.: Химия, 1974. — 416 с.

17. Chander S., Hogg R., Fuerstenau D. Characterization of the wetting and dewetting behavior of powders / KONA. 2007. N 25. P. 56 – 75.

18. Гудок Н. С. Изучение физических свойств пористых сред. — М.: Недра, 1970. — 208 с.

19. Мироненко В. А. Динамика подземных вод. — М.: МГУ, 2001. — 519 с.

20. Патраков Ю. Ф., Семенова С. А., Майоров А. Е. Исследование влияния пробоподготовки на химический состав и гидрофобность поверхности каменного угля / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 4. С. 42 – 47. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-4-42-47

21. Семенова С. А., Патраков Ю. Ф., Яркова А. С. и др. Изменение свойств нативного низкометаморфизованного угля при контакте с воздухом / Химия твердого топлива. 2022. № 3. С. 3 – 11. DOI: 10.31857/S0023117722030082