gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2023-02-79gscience-592Research ArticleSAFETY IN MINING AND PROCESSING INDUSTRY AND ENVIRONMENTAL PROTECTIONТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОМ КОМПЛЕКСЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫChemical additive based on sodium oleate and linseed oil for preparation coal dust suppression compositionДобавка на основе олеата натрия и льняного масла для углепылеподавляющих растворовhttps://orcid.org/0000-0002-1518-790XГолубковВ. А.GolubkovV. A.

Виктор Александрович Голубков – аспирант, младший научный сотрудник лаборатории каталитических превращений возобновляемых ресурсов

Scopus ID 5739192620

г. Красноярск

Viktor A. Golubkov – Ph.D.-Student, Junior Researcher, Laboratory of Catalytic Transformations of Renewable Resources

Krasnoyarsk

golubkov.va@icct.krasn.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3412-6384ГоренковаГ. А.GorenkovaG. A.

Галина Алексеевна Горенкова – кандидат химических наук, доцент, кафедра химии и геоэкологии

г. Абакан

Galina A. Gorenkova – Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor, Department of Chemistry and Geoecology

Abakan

gorenkovagala@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8388-1330ВорожцовЕ. П.VorozhtsovE. P.

Евгений Павлович Ворожцов – студент кафедры химии и геоэкологии

 

г. Абакан

Evgeniy P. Vorozhtsov – Student, Department of Chemistry and Geoecology

Abakan

vorozhcov2001@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-5377-3715БеспаловаМ. А.BespalovaM. A.

Мария Алексеевна Беспалова – студент кафедры химии и геоэкологии

г. Абакан

Mariya A. Bespalova – Student, Department of Chemistry and Geoecology

Abakan

bespalova.mariya.1307@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4583-0118БортниковС. В.BortnikovS. V.

Сергей Валериевич Бортников – кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедрой химии и геоэкологии

г. Абакан

Sergey V. Bortnikov – Cand. Sci. (Chem.), Head of the Department of Chemistry and Geoecology

Abakan

svb@khsu.ruИнститут химии и химической технологии СО РАНРоссияInstitute of Chemistry and Chemical Technology of the Siberian Branch of the RASRussian FederationХакасский государственный университет им. Н. Ф. КатановаРоссияKhakassian State University named after N. F. KatanovRussian Federation20231612202384341349Copyright © Golubkov V.A., Gorenkova G.A., Vorozhtsov E.P., Bespalova M.A., Bortnikov S.V., 20232023Голубков В.А., Горенкова Г.А., Ворожцов Е.П., Беспалова М.А., Бортников С.В.Golubkov V.A., Gorenkova G.A., Vorozhtsov E.P., Bespalova M.A., Bortnikov S.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/592

The mining, transportation, and processing of coal involve the formation and emission of significant amounts of particulate matter, which includes coal dust. The most commonly employed method for controlling coal dust in an air is water spray dust suppression (hydrodedusting). This method is founded on water’s capacity to moisten dust particles and bond them to both each other and the surfaces where the dust settles. One notable limitation of this method is the coal’s hydrophobic nature, which hinders water from wetting coal dust particles. In order to overcome this, surfactants are introduced into the water to increase the wettability of the hydrophobic coal particle surface. In this paper, we proposed a dust suppressant composition consisting of oleic acid, sodium hydroxide, and linseed oil in water. We examine its properties and evaluated its ability to enhance the wettability of coal dust. We have identified the most effective concentration, resulting in a working solution that improves the wettability of coal dust by 87 % compared to water, surpassing the wettability of most known reagents. The proposed composition contains 140 mg/L oleic acid, 100 mg/L sodium hydroxide, and 70 mg/L linseed oil in water. The simplicity of this composition, its minimal impact on the environment and human health, and its negligible influence on the further use of coal raw materials make this wetting agent composition highly promising for application in coal industry technologies of water spray dust suppression.

Добыча угля, его транспортировка и переработка сопровождаются образованием и поступлением в воздушную среду значительных объемов твердых частиц, в том числе угольной пыли. Наиболее распространенной технологией борьбы с угольной пылью в воздухе является гидрообеспыливание. Эта технология основана на способности воды смачивать пылевые частицы и связывать их между собой и с поверхностями, на которые осаждается пыль. Существенное ограничение данной технологии заключается в гидрофобности поверхности угля, которая препятствует смачиванию водой частиц угольной пыли. Для увеличения смачиваемости гидрофобной поверхности угольных частиц в воду добавляют поверхностно-активные вещества. В настоящей работе нами предложен состав для пылеподавления на основе олеиновой кислоты, гидроксида натрия и льняного масла в воде, изучены его свойства и оценена способность улучшать смачиваемость угольной пыли. Найдена наиболее эффективная концентрация, которая позволяет рабочему раствору улучшить смачиваемость угольной пыли на 187 % относительно воды, что превышает смачивающую способность большинства известных реагентов. Предлагаемый состав содержит 140 мг/л олеиновой кислоты, 100 мг/л гидроксида натрия, 70 мг/л льняного масла в воде. Простота состава, отсутствие вредности для окружающей среды и человека, незначительное влияние на дальнейшую эксплуатацию угольного сырья делают предлагаемый состав смачивателя перспективным для применения в технологиях гидрообеспыливания в угольной промышленности.

угольная пыльпылеподавлениегидрообеспыливаниесмачиваемостьповерхностно-активные веществаолеат натрияльняное маслоcoal dustdust suppressionhydrodedustingwettabilitysurfactantssodium oleatelinseed oilИсследование выполнено за счет гранта Министерства образования и науки Республики Хакасия (Соглашение № 93 от 13.12.2022)The research was carried out at the expense of a grant of the Ministry of Education and Science of the Republic of Khakassia (Agreement No. 93 of 13.12.2022)ReferencesAyoglu F.N., Acikgoz B., Tutkun E., Gebedek S. Descriptive characteristics of coal workers’ pneumoconiosis cases in Turkey. Iranian Journal of Public Health. 2014;43(3):389. URL: https://ijph.tums.ac.ir/index.php/ijph/article/view/4162Ayoglu F. N., Acikgoz B., Tutkun E., Gebedek S. Descriptive characteristics of coal workers’ pneumoconiosis cases in Turkey. Iranian Journal of Public Health. 2014;43(3):389. URL: https://ijph.tums.ac.ir/index.php/ijph/article/view/4162Pollock D., Potts J.D., Joy G. Investigation into dust exposures and mining practices in mines in the southern Appalachian Region. Mining Engineering. 2010;62:44.Pollock D., Potts J. D., Joy G. Investigation into dust exposures and mining practices in mines in the southern Appalachian Region. Mining Engineering. 2010;62:44.Ross M., Murray J. Occupational respiratory disease in mining.Occupational Medicine. 2004;54(5):304–310. https://doi.org/10.1093/occmed/kqh073Ross M., Murray J. Occupational respiratory disease in mining. Occupational Medicine. 2004;54(5):304–310. https://doi.org/10.1093/occmed/kqh073Perret J. L., Plush B., Lachapelle P. et al. Coal mine dust lung disease in the modern era. Respirology. 2017;22(4):662–670. https://doi.org/10.1111/resp.13034Perret J. L., Plush B., Lachapelle P. et al. Coal mine dust lung disease in the modern era. Respirology. 2017;22(4):662–670. https://doi.org/10.1111/resp.13034Cao W., Gao W., Peng Y., Liang J., Pan F., Xu S. Experimental and numerical study on flame propagation behaviors in coal dust explosions. Powder Technology. 2014;266:456–462. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.06.063Cao W., Gao W., Peng Y., Liang J., Pan F., Xu S. Experimental and numerical study on flame propagation behaviors in coal dust explosions. Powder Technology. 2014;266:456–462. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.06.063Баловцев С.В. Аэрологические риски высших рангов в угольных шахтах. Горные науки и технологии. 2022;7(4):310–319. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-08-18Balovtsev S. Higher rank aerological risks in coal mines. Mining Science and Technology (Russia). 2022;7(4):310–319. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-08-18Летуев К., Ковшов С., Гридина Е. Технология гидрообеспыливания автомобильных дорог угольных разрезов с применением очищенных сточных и дренажных вод. Экология и промышленность России. 2020;24(1):30–33. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2020-1-30-33Letuyev K., Kovshov S., Gridina E. The Technology of Hydrodedusting of coal pits’ auto roads using purified wastewater and drainage water. Ecology and Industry of Russia. 2020;24(1):30–33. (In Russ.) https://doi.org/10.18412/1816-0395-2020-1-30-33Xu G., Chen Y., Eksteen J., Xu J. Surfactant-aided coal dust suppression: A review of evaluation methods and influencing factors. Science of The Total Environment. 2018;639:1060–1076. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.05.182Xu G., Chen Y., Eksteen J., Xu J. Surfactant-aided coal dust suppression: A review of evaluation methods and influencing factors. Science of The Total Environment. 2018;639:1060–1076. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.05.182Hartmann I., Greenwald H.P. Use of wetting agents for allaying coal dust in mines. US Department of the Interior, Bureau of Mines; 1940.Hartmann I., Greenwald H. P. Use of wetting agents for allaying coal dust in mines. US Department of the Interior, Bureau of Mines; 1940.Harrold R. Surfactants vs. dust – do they work? Coal Age. 1979;84(6):102–105.Harrold R. Surfactants vs. dust – do they work? Coal Age. 1979;84(6):102–105.Liu H., Sun D., Hao J. Colloid and interface chemistry. Chemical Industry Press, Peking, China; 2016.Liu H., Sun D., Hao J. Colloid and interface chemistry. Chemical Industry Press, Peking, China; 2016.Li S., Zhao B., Lin H. et al. Review and prospects of surfactant-enhanced spray dust suppression: Mechanisms and effectiveness. Process Safety and Environmental Protection. 2021;154:410–424. https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.08.037Li S., Zhao B., Lin H. et al. Review and prospects of surfactant-enhanced spray dust suppression: Mechanisms and effectiveness. Process Safety and Environmental Protection. 2021;154:410–424. https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.08.037Глебов А.Ф. Смачиватель для подавления угольной пыли. RU2495250С1. Патент. 2013.Glebov A. F. Penetrating agent for coal dust suppression. RU2495250С1 (Patent). 2013.Ковшов С.В., Ковшов В.П., Ерзин А.Х., Сафина А.М. Способ пылеподавления на открытых угольных складах. RU2532939. Патент. 2013.Kovshov S. V., Kovshov V. P., Erzin A. Kh., Safina A. M. Method of dust suppression in opened coal storages. RU2532939. Patent. 2013.Huang Q., Honaker R.Q., Perry K.A., Lusk B. Surface chemistry modification of rock dust for improved dispersion and coal dust explosion prevention. In: Proceedings of the 2015 SME Annual Conference and Expo and CMA 117th National Western Mining Conference – Mining: Navigating the Global Waters. 2015. Pp. 245–251.Huang Q., Honaker R. Q., Perry K. A., Lusk B. Surface chemistry modification of rock dust for improved dispersion and coal dust explosion prevention. In: Proceedings of the 2015 SME Annual Conference and Expo and CMA 117th National Western Mining Conference – Mining: Navigating the Global Waters. 2015. Pp. 245–251.Osman M.A., Suter U.W. Surface treatment of calcite with fatty acids: structure and properties of the organic monolayer. Chemistry of Materials. 2002;14(10):4408–4415. https://doi.org/10.1021/cm021222uOsman M. A., Suter U. W. Surface treatment of calcite with fatty acids: structure and properties of the organic monolayer. Chemistry of Materials. 2002;14(10):4408–4415. https://doi.org/10.1021/cm021222uБортников С.В., Горенкова Г.А. Смачиватель для подавления угольной пыли. RU2689469 C1 Патент. 2019.Bortnikov S. V., Gorenkova G. A. Wetting agent for the suppression of coal dust. RU2689469 C1 Patent. 2019.Арбузов С.И., Ершов В.В. Геохимия редких элементов в углях Сибири. Томск; Д-Принт; 2007. 468 c.Arbuzov S. I., Ershov V. V. Geochemistry of rare elements in Siberian coals. Tomsk: D-Print Publ.; 2007, 468 p. (In Russ.)Коузов П.А., Скрябина Л.Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. Л.: Химия; 1983.Kouzov P. A., Skryabin L. Ya. Methods of determination of physical and chemical properties of industrial dusts. Leningrad: Khimiya Publ.; 1983. (In Russ.)Поздняков Г., Третьяков А., Гаравин В., Новосельцев А. Требования к смачивателям для пылеподавления в угольной и горнорудной промышленности. Безопасность труда в промышленности. 2013(10):36–39.Pozdnyakov G., Tretyakov A., Garavin V., Novoseltsev A. Requirements for wetting agents for dust suppression in coal and mining industries. Occupational Safety in Industry. 2013;(10):36–39. (In Russ.)Walker P., Petersen E., Wright C. Surface active agent phenomena in dust abatement. Industrial & Engineering Chemistry. 1952;44(10):2389–2393. https://doi.org/10.1021/ie50514a032Walker P., Petersen E., Wright C. Surface active agent phenomena in dust abatement. Industrial & Engineering Chemistry. 1952;44(10):2389–2393. https://doi.org/10.1021/ie50514a032Knyazheva O., Baklanova O., Lavrenov A. et al. The effect of ultrasonic exfoliation and the introduction of a surfactant on particle size and aggregative stability water dispersions of carbon black. In: Oil and Gas Engineering (OGE-2018). 26 February – 2 March 2018, Omsk, Russia. 2018;2007(1):020016. https://doi.org/10.1063/1.5051855Knyazheva O., Baklanova O., Lavrenov A. et al. The effect of ultrasonic exfoliation and the introduction of a surfactant on particle size and aggregative stability water dispersions of carbon black. In: Oil and Gas Engineering (OGE-2018). 26 February – 2 March 2018, Omsk, Russia. 2018;2007(1):020016. https://doi.org/10.1063/1.5051855Sis H., Birinci M. Effect of nonionic and ionic surfactants on zeta potential and dispersion properties of carbon black powders. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2009;341(1–3):60–67. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2009.03.039Sis H., Birinci M. Effect of nonionic and ionic surfactants on zeta potential and dispersion properties of carbon black powders. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2009;341(1–3):60–67. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2009.03.039Maršálek R. The influence of surfactants on the zeta potential of coals. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects. 2008;31(1):66–75. https://doi.org/10.1080/15567030701468142Maršálek R. The influence of surfactants on the zeta potential of coals. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects. 2008;31(1):66–75. https://doi.org/10.1080/15567030701468142

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