Оценка максимального размера взрывоопасных частиц сульфида железа

Введение. Известны оценки максимального размера d_cr взрывоопасных частиц для двух видов сульфидной руды, выполненные на основе качественного подхода к анализу дисперсности горючих образцов руды (Soundararajan, Amyotte & Pegg, 1996): 49 мкм < d_cr, PO < 63 мкм для пирротина (PO); 85 мкм < d_cr, PY < 145 мкм для пирита (PY). Поставлена задача уточнить эти оценки, используя количественный метод упомянутого анализа и учитывая нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) по взвеси руды.

Метод обработки экспериментальных данных. Для двух полидисперсных образцов пирротина (НКПР_PO,1 = 475 г/м³ и НКПР_PO,2 = 1375 г/м³) и двух полидисперсных образцов пирита (НКПР_PY,1 = 375 г/м³ и НКПР_PY,2 = 500 г/м³) построены непрерывные функции F распределения частиц по размерам d. Полученные функции F_PO,₁(d), F_PO,2(d), F_PY,1(d) и F_PY,2(d) представлялись распределениями Розина – Раммлера, заполняющими промежутки между дискретными данными ситового анализа образцов.

Оценка d_cr. Следуя процедуре оценки d_cr (Полетаев, 2014), находили значения d_cr, PO и d_cr, PY из уравнений F_PO,1(d_cr, PO)/F_PO,2(d_cr, PO) = НКПР_PO,2/НКПР_PO,1 и F_PY,1(d_cr, PY)/F_PY,2(d_cr, PY) = НКПР_PY,2/НКПР_PY,1, решение которых представлялось в наглядной графической форме.

Обсуждение результатов. Из-за низких значений показателей взрыва пирротина и пирита в 20‑литровой камере (максимальное давление взрыва P_max ≤ 350 кПа, индекс K_st ≤ 2 МПа ∙ м/с) обсуждалась правомерность отнесения руд к взрывоопасным пылям. Низкие показатели взрыва подтверждают, что основным горючим в аэровзвеси выступает сера. Эмпирическое обоснование взрывоопасности руд (Selle & Zehr, 1954) получено путем оценки температуры горения, которая превышает 1000 °С.

Выводы. Уточнены значения d_cr сульфидных руд: для пирротина d_cr = 40 мкм, для пирита d_cr = 107 мкм. В аэровзвесях руд выгорает, в основном, только сера, что заметно ослабляет взрывоопасность руд.

1. Soundararajan R., Amyotte P. R., Pegg M. J. Explosibility hazard of iron sulphide dusts as a function of particle size // Journal of Hazardous Materials. 1996. Vol. 51. Issue 1–3. Pp. 225–239. DOI: 10.1016/s0304-3894(96)01825-0

2. Rao Yun-zhang, Tian Chang-shun, Xu Wei, Xiao Chun-yu, Yuan Bo-yun, Yu Yao. Explosion pressure and minimum explosible concentration properties of metal sulfide ore dust clouds // Journal of Chemistry. 2020. Pp. 1–12. DOI: 10.1155/2020/7980403

3. Тетерев Н.А., Ермолаев А.И., Кузнецов A.M. Взрывы сульфидной пыли // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. Спец. вып. 63. № 12. 20 с.

4. Liu Q., Katsabanis P. D. Hazard evaluation of sulphide dust explosions // Journal of Hazardous Materials. 1993. Vol. 33. Issue 1. Pp. 35–49. DOI: 10.1016/0304-3894(93)85062-j

5. Ермолаев А. И., Тетерев Н. А. Анализ исследований в области взрывов пыли и их предупреждения на подземных рудниках // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2015. № 8. С. 75–80. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24993420

6. Rylnikova M., Fedotenko V., Mitishova N. Influence of structural and textural features of ores and rocks on mine dust explosion hazard during development of pyrite deposits // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 192. P. 03017. DOI: 10.1051/e3sconf/20201920301

7. Горинов С. А., Маслов И. Ю. Возгорание пылевоздушных смесей под действием ударных воздушных волн при подземной добыче колчеданных руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 33. С. 13–22. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-12-33-13-22

8. Полетаев Н. Л. Расчетно-экспериментальная оценка максималного размера частиц взрывоопасной монодисперсной аэровзвеси // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. 2014. Т. 23. № 9. С. 15–26. DOI: 10.18322/PVB.2014.23.09.15-26

9. Коузов П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. 3-е изд. Л. : Химия, 1987. 264 с.

10. Selle Н., Zehr J. Beurteilung der Experimente Werte für die untere Zündgrenze von Staub // Luft-Gemischen mit Hijfe Thermochemischer Berechnungen. Staub und Reinhalt Luft, 1954. Bd. 38. S. 583.

11. Hertzberg M., Cashdollar K. L. Introduction to dust explosions. The industrial dust explosions / ed. K. L. Cashdollar, M. Henzberg. ASTM Special Technical Publication 958. Philadelphia : ASTM, 1987. Pp. 5–32.

12. Полетаев Н. Л. О проблеме экспериментального обоснования низкой взрывоопасности горючейпыли в 20-литровой камере // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. 2017. Т. 26. № 6. С. 5–20. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.06.5-20

13. Полетаев Н. Л. О взрывоопасности аэровзвеси меламина // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2017. Т. 26. № 9. С. 15–28. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.09.1528

14. Clouthier M.P., Taveau J.R., Dastidar A.G., Morrison L.S., Zalosh R.G., Ripley R.C., Amyotte P.R. Iron and aluminum powder explosibility in 20-l and 1 m3 chambers // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. Vol. 62. P. 103927. DOI: 10.1016/j.jlp.2019.103927

15. Addo A., Dastidar A. G., Taveau J. R., Morrison L. S., Khan F. I., Amyotte P. R. Niacin, lycopodium and polyethylene powder explosibility in 20-l and 1 m3 test chambers // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. Vol. 62. P. 103937. DOI: 10.1016/j.jlp.2019.103937

16. Taveau J. R., Lemkowitz S. M., Hochgreb S., Roekaerts D. J.E.M. Metal dusts explosion hazards and protection // Chemical Engineering Transactions. 2019. Vol. 77. Pp. 7–12. DOI: 10.3303/CET1977002

17. Полетаев Н.Л. Об оценке взрывоопасности ядерного графита в 1-м3 камере // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 2. С. 15–21. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.02.15-21

18. Термические константы веществ / под ред. В. П. Глушко. М. : ВИНИТИ, 1965–1981. Вып. I–Х.

19. Selle Н., Zehr J. Beurteilung der Experimente Werte für die untere Zündgrenze von Staub // Luft-Gemischen mit Hijfe Thermochemischer Berechnungen. Staub und Reinhalt Luft, 1954. Bd. 38. S. 583.