zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2023-89-5-28-35zldm-1930Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование смачиваемости угольной поверхности фильтрацией жидкости через пористый слойResearch of the coal surface wettability by filtering the liquid through a porous layerПатраковЮ. Ф.PatrakovYu. F.

Юрий Федорович Патраков

 650065, г. Кемерово, Ленинградский пр-т, д. 10

Yuriy F. Patrakov

10, Leningradsky prosp., Kemerovo, 650065

yupat52@gmail.comСеменоваС. А.SemenovaS. A.

Светлана Александровна Семенова

650065, г. Кемерово, Ленинградский пр-т, д. 10

Svetlana A. Semenova

ЯрковаА. В.YarkovaA. V.

Анастасия Владимировна Яркова

650065, г. Кемерово, Ленинградский пр-т, д. 10

Anastasia V. Yarkova

Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН (Институт угля)РоссияFederal research center of coal and coal chemistry, RAS (Institute of coal)Russian Federation2023260520238952835Copyright © Патраков Ю.Ф., Семенова С.А., Яркова А.В., 20232023Патраков Ю.Ф., Семенова С.А., Яркова А.В.Patrakov Y.F., Semenova S.A., Yarkova A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1930

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.

Many technological processes occurred upon the extraction and primary processing of coal (dust suppression, grouting, hydraulic fracturing, wet enrichment, etc.) depend on the wettability of the coal surface, determined by the physicochemical properties of the interacting media. The filtration properties of a fractured-porous coal massif significantly depend on the wettability of the surface. We present the results of studying the wettability of the coal surface with water and its filtration through a layer of coal powder. It is shown that the increased humidity of coal contributes to an increase in the wetting and filtration properties of the coal layer in relation to water due to the creation of a hydrate shell at the contact surface. It is revealed that the method of coal sample preparation significantly affects the functional composition and hydrophilicity of the outer surface of coal particles. Grinding coal in the presence of oxygen in air contributes to the formation of polar oxygen groups (hydroxyl, carboxyl) on the surface of coal particles, which leads to an increase in the hydrophilicity and filtration properties of coal. The results obtained can be used to predict the wettability of coals with process fluids, to improve technologies for mining, enrichment and processing of coals.

каменный угольподготовка лабораторной пробыфракционный составвлажностьокислениегидрофобность поверхностисмачиваемостьфильтрацияcoallaboratory sample preparationfractional compositionmoistureoxidationsurface hydrophobicitywettabilityfiltrationReferencesLiao 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.1c02205Liao 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.1c02205Xu 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.2017.05.02Xu 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.2017.05.02Коршунов 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.Korshunov G. I., Kornev A. V., Erzin A. H., Safina A. M. Investigation of the influence of the degree of metamorphism and physico-chemical properties of extracted coals on the wettability of the dust formed / Mining information and analytical bulletin. 2015. N S6. P. 3 – 10 [in Russian].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.2020.12.026Ping 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.2020.12.026Jena 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.2008.01.004Jena 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.2008.01.004Laskowski J. S. Coal flotation and fine coal utilization. — Amsterdam: Elsevier, 2001. — 368 p.Laskowski J. S. Coal flotation and fine coal utilization. — Amsterdam: Elsevier, 2001. — 368 p.Мироненко В. А., Румынии В. Г., Учаев В. К. Охрана подземных вод в горнодобывающих районах. — Л.: Недра, 1980. — 320 с.Mironenko V. A., Rumynii V. G., Uchaev V. K. Protection of groundwater in mining areas. — Leningrad: Nedra, 1980. — 320 p. [in Russian].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: 10.18796/0041-5790-2017-11-24-27Yutyaev E. P., Sadov A. P., Meshkov A. A., et al. Evaluation of filtration properties of coal in hydrodynamic tests of degassing reservoir wells / Ugol’. 2017. N 11. P. 24 – 27 [in Russian]. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-11-24-27Плаксин 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: 10.25018/0236-1493-2018-11-49-226-234Plaksin M. S., Rodin R. I., Gornostaev V. S. Fundamentals of a highly efficient method of hydrotreating a coal seam during preparatory workings / Gorn. Inf.-Analit. Byull. 2018. N S49. P. 226 – 234 [in Russian]. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-11-49-226-234Li 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.7b02339Li 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.7b02339Drebenstedt 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.32Drebenstedt 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.32Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля. — Киев: Наукова думка, 1982. — 166 с.Saranchuk V. I. Oxidation and spontaneous combustion of coal. — Kiev: Naukova dumka, 1982. — 166 p. [in Russian].Van Krevelen Dirk W. Coal: typology, physics, chemistry, constitution. — Amsterdam: Elsevier, 1993. — 979 p.Van Krevelen Dirk W. Coal: typology, physics, chemistry, constitution. — Amsterdam: Elsevier, 1993. — 979 p.Карнаухов А. П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. — Новосибирск: Наука, 1999. — 470 с.Karnaukhov A. P. Adsorption. The texture of dispersed and porous materials. — Novosibirsk: Nauka, 1999. — 470 p. [in Russian].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/S0023117716020080Patrakov Yu. F., Usanina A. S. Effect of the acid-base composition of water on the wettability of coals of different ranks / Khimiya Tv. Topl. 2016. Vol. 50. N 2. P. 127 – 129 [in Russian]. DOI: 10.3103/S0361521916020087Зимон А. Д. Адгезия жидкости и смачивание. — М.: Химия, 1974. — 416 с.Zimon A. D. Adhesion of liquid and wetting. — Moscow: Khimiya, 1974. — 416 p. [in Russian].Chander S., Hogg R., Fuerstenau D. Characterization of the wetting and dewetting behavior of powders / KONA. 2007. N 25. P. 56 – 75.Chander S., Hogg R., Fuerstenau D. Characterization of the wetting and dewetting behavior of powders / KONA. 2007. N 25. P. 56 – 75.Гудок Н. С. Изучение физических свойств пористых сред. — М.: Недра, 1970. — 208 с.Gudok N. S. The study of the physical properties of porous media. — Moscow: Nedra, 1970. — 208 p. [in Russian].Мироненко В. А. Динамика подземных вод. — М.: МГУ, 2001. — 519 с.Mironenko V. A. Dynamics of underground waters. — Moscow: Izd. MGU, 2001. — 519 p. [in Russian].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: 10.26896/1028-6861-2022-88-4-42-47Patrakov Yu. F., Semenova S. A., Majorov A. E. Study of the effect of sample preparation on the chemical composition and hydrophobicity of the coal surface / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2022. Vol. 88. N 4. P. 42 – 47 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-4-42-47Семенова 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/S0023117722030082Semenova S. A., Patrakov Yu. F., Yarkova A. S., et al. Changes in the properties of native low-metamorphozed coal in contact with air / Khimiya Tv. Topl. 2022. Vol. 56. N 3. P. 157 – 165 [in Russian]. DOI: 10.3103/S0361521922030089

The authors declare that there are no conflicts of interest present.