Nghiên cứu ảnh hưởng của Sắt-Pyrit đến sự tăng entanpi của than mỡ, than bùn

Trong mấy năm qua Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động đã tiếp cận và thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của Sắt-Pyrit đến sự tăng entanpi của than mỡ, than bùn” nhằm tìm ra nguyên nhân của hiện tượng này góp phần giảm thiểu rủi ro, thiệt hại về con người, kinh tế và môi trường.

K t qu nghiên c u KHCN Nghiên c u nh h ng c a S t-Pyrit đến tăng entanpi than mỡ, than bùn KS Nguy n Văn Lâm Trung tâm Khoa h c An toàn Lao đ ng, Vi n B o h lao đ ng Tóm t t: Hiện nay, Than đóng vai trị quan trọng nhiều ngành công nghiệp chủ chốt giới Nhu cầu tiêu thụ than cao khơng ngừng tăng lên tương lai, điều giúp cho ngành công nghiệp khai thác than ngày phát triển Tuy nhiên q trình khai thác than cịn số nguy cơ, số tượng tự nóng dẫn đến tự cháy gây an toàn hoạt động sản xuất ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm.Trong năm qua Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động tiếp cận thực đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng Sắt-Pyrit đến tăng entanpi than mỡ, than bùn” nhằm tìm ngun nhân tượng góp phần giảm thiểu rủi ro, thiệt hại người, kinh tế mơi trường I MỞ ĐẦU ồn giới tiêu thụ khoảng tỷ than hàng năm Một số ngành sử dụng than làm nguyên liệu đầu vào như: sản xuất điện, thép kim loại, xi măng loại chất đốt hóa lỏng Than đóng vai trị sản xuất điện (than đá than non), sản phẩm thép kim loại (than cốc) Hàng năm có khoảng 4,030 triệu than khai thác, số tăng 38% vòng 20 năm qua Sản lượng khai thác tăng nhanh châu Á, châu Âu khai thác với tốc độ giảm dần Các nước khai thác nhiều không tập trung châu lục mà nằm rải rác giới, năm nước khai thác lớn là: Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Úc Nam Phi Hầu khai thác than cho nhu cầu tiêu T dùng nội địa, có khoảng 18% than cung ứng dành cho thị trường xuất Lượng than khai thác dự báo tới năm 2030 vào khoảng tỷ tấn, với Trung Quốc chiếm khoảng nửa sản lượng Tại Việt Nam, theo thống kê giai đoạn 2003 - 2007, sản lượng tiêu thụ than tăng 119,89% Đặc biệt, nhu cầu tiêu thụ than Việt Nam dự đoán tăng năm Hiện than Việt Nam phục vụ cho hộ sản xuất điện, xi măng, giấy, phân bón phục vụ xuất Điện tiêu thụ tới 32% sản lượng tính hết tháng đầu năm 2009 Cùng với bùng nổ khai thác than số vụ tai nạn hầm mỏ tăng lên Trung Quốc nước đứng đầu giới khai thác than nước có số vụ tai nạn hầm mỏ lớn giới Trong năm 2010, 2.433 người chết tai nạn mỏ than Trung Quốc Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tai nạn trên, có tác động oxy hóa dẫn tới tự nóng dẫn đến cháy than Hiện nay, Việt Nam, số khu vực mỏ Khe Chuối, xác định có tượng tự nóng dẫn đến cháy than Hiện tượng tự nóng dẫn đến cháy than vấn đề nhức nhối cơng nghiệp khai thác than đe dọa đến tính mạng, tài sản người làm việc mỏ than Nó gây nhiễm mơi trường thiệt hại nghiêm trọng kinh tế Mặc dù hàm lượng kim loại chuyển tiếp (sắt – pyrit,…) chất khoáng, vi khuẩn… than nhỏ, kết hợp với số yếu tố khác gây nên tượng tự nóng dẫn đến cháy trình khai thác than Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 87 K t qu nghiên c u KHCN Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng Sắt-Pyrit đến tăng entanpi than mỡ, than bùn” triển khai với mục tiêu nội dung cụ thể sau: II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xác định ảnh hưởng Sắt-Pyrit đến tăng entanpi than mỡ than bùn Việt Nam III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Phân tích thành phần số loại than mỡ, than bùn Việt Nam: kim loại chuyển tiếp (Sắt –pyrit), lưu huỳnh,…; Xác định ảnh hưởng Sắt-Pyrit than dẫn đến tăng entanpi than chọn nghiên cứu IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Hồi cứu thu thập tư liệu loại than có khả tự cháy Việt Nam - Phân tích nhiễu xạ tia X (nhiễu xạ Rơnghen) để xác định thành phần sắt-pyrit mẫu than, - Phân tích quang phổ phát xạ plasma để xác định hàm lượng sắt số kim loại (Cu, Mn…) phi kim, từ dự đốn hàm lượng pyrit mẫu than, - Sử dụng kỹ thuật nhiệt lượng vi sai quét DSC để tìm ảnh hưởng sắt-pyrit đến tăng entanpi 88 V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 5.1 Kết phân tích nhiễu xạ tia X Nhóm thực đề tài tiến hành phân tích nhiễu xạ tia X mẫu than để xác định mẫu than có pyrit hay khơng thiết bị D8 ADVANCEBruker (Đức) trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội (ĐH KHTN Hà Nội) Kết phân tích nhiễu xạ tia X 07 mẫu than mà nhóm nghiên cứu phối hợp với Trung tâm An toàn mỏ lấy Quảng Ninh Thái Nguyên dẫn Bảng Hình 1, 2, 3, 4, 5, 6, Kết phân tích nhiễu xạ tia X chi tiết dẫn Phụ lục Kết phân tích Bảng cho thấy, với 03 mẫu than lấy từ mỏ Hà Ráng – 91, mỏ Phấn Mễ mỏ 618 mỏ có tượng tự nóng dẫn đến cháy có chứa pyrit Cịn mỏ Hồng Thái, Thống Nhất, Mơng Dương, Khe Chàm khơng có tượng tự nóng dẫn đến cháy mẫu than khơng chứa pyrit Kết phân tích nhiễu xạ tia X 07 mẫu than (từ Hình đến Hình 7) cho thấy, bên cạnh thạch anh ghép đôi Dauphinee - SiO2 Silicon Oxit SiO2 03 mẫu than lấy từ mỏ Hà Ráng-91, mỏ Phấn Mễ mỏ 618 cịn có chứa sắt-pyrit FeS2 với cấu trúc lập phương (cubic) thông số mạng lưới a = b = c = 5,4281 A0 ; giản đồ có đỉnh (peak) đặc trưng cho FeS2 góc 2θ = 28,50; 330; 370; 40,750; 47,30; 56,10; 64,050 Đối với mẫu than lại khơng chứa FeS2 giản đồ nhiễu xạ tia X khơng có đỉnh đặc trưng B ng 1: K t qu xác đ nh pyrit 07 m u than l y t i Qu ng Ninh Thái Nguyên b ng thi t b phân tích nhi u x tia X D8 ADVANCE-Bruker STT Maãu Hà Ráng – 91 (HR) Phấn Mễ (PM) 618 Hồng Thái (HT) Thống Nhất (TN) Mông Dương (MD) Khe Chàm (KC) Hiện tượng tự nóng dẫn đến cháy Pyrit (FeS2) Có Có Không Không Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN Hình 1: Gi n đ nhi u x tia X c a m u than m Hà Ráng - 91 Hình 2: Gi n đ nhi u x tia X c a m u than m Ph n M Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 89 K t qu nghiên c u KHCN Hình 3: Gi n đ nhi u x tia X c a m u than m 618 Hình 4: Gi n đ nhi u x tia X c a m u than m Khe Chàm 90 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN Hình 5: Gi n đ nhi u x tia X c a m u than m Mơng D

ng Hình 6: Gi n đ nhi u x tia X c a m u than m H ng Thái Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Soá 4,5&6-2014 91 K t qu nghiên c u KHCN Hình 7: Gi n đ nhi u x tia X c a m u than m Th ng Nh t 5.2 Kết đo quang phổ phát xạ plasma Việc đo quang phổ phát xạ plasma mẫu than lấy từ Quảng Ninh Thái Nguyên để xác định hàm lượng nguyên tố Fe, Cu, Mn S thực thiết bị quang phổ phát xạ Plasma IRIS INTREPID TT Phân tích Thí nghiệm Địa chất - Tổng cục Địa chất Khống sản 618 có chứa Fe, S, Cu Mn với hàm lượng không giống Các mẫu than lấy từ mỏ Hà Ráng-91, mỏ Phấn Mễ mỏ 618 sau phân tích nhiễu xạ tia X xác định thành phần có chứa pyrit FeS2, cịn kết đo định lượng Fe S quang phổ plasma cho thấy hàm lượng Fe mẫu than từ mỏ 618 lớn (6,13%), sau mẫu từ mỏ Hà Ráng-91 (2,38%) cuối mẫu từ mỏ Phấn Mễ (1,25%); nhiên, hàm lượng S B ng 2: K t qu đo quang ph b ng thi t b IRIS INTREPID STT Ký hiệu mẫu phát x plasma m u than Hàm lượng tiêu phân tích (%) Cu Fe Mn S Kết đo quang phổ phát xạ plasma thiết bị IRIS INTREPID dẫn Bảng 91 (Hà Ráng -91) 0,0062 2,38 0,045 0,50 TN (Thống Nhất) 0,0040 0,64 0,008 0,35 HT (Hồng Thái) 0,0057 2,20 0,86 0,025 Nhận xét: Kết Bảng cho thấy mẫu than lấy từ mỏ Hà Ráng-91, Thống Nhất, Hồng Thái, Khe Chàm, Mông Dương, Phấn Mễ mỏ KC (Khe Chaøm) 0,0035 0,27 0,62 0,004 MD (Mông Dương) 0,0035 0,44 0,63 0,009 PM (Phấn Meã) 0,0034 1,25 1,29 0,005 618 0,0026 6,13 2,20 0,100 92 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN lại có nhiều mẫu than từ mỏ Hà Ráng-91 (0,5%), sau từ mỏ 618 (0,1%) từ mỏ Phấn Mễ (0,005%) Có khác tỷ lệ % Fe S mẫu than lấy từ mỏ bên cạnh FeS2, mẫu than cịn có chứa Fe S nhiều dạng liên kết hóa học khác hàm lượng % Fe cao mẫu than, đồng thời có biến thiên entanpi cao Tuy nhiên, chênh lệch biến thiên entanpi ΔH mẫu than không đáng kể (chỉ từ 0-0,5 J/g) 5.3 Kết phân tích nhiệt lượng vi sai qt DSC Nhóm thực đề tài sử dụng thiết bị nhiệt lượng vi sai quét DSC 204 F1 Phoenix – NETZSCH Phịng An tồn Hóa chất – Trung tâm An toàn lao động thuộc Viện Bảo hộ lao động để tìm ảnh hưởng sắt-pyrit than lên tăng entanpi Kết phân tích nhiệt lượng vi sai quét DSC mẫu than lấy từ mỏ 618, mỏ Hà Ráng – 91 mỏ Phấn Mễ, nơi có xảy tượng tự nóng dẫn đến cháy than, đồng thời có chứa thành phần sắt-pyrit FeS2 dẫn Hình 8, Hình 9, Hình 10 Bảng Nhận xét: Đồ thị DSC Hình mẫu than mỏ 618 cho ta thấy, dải nhiệt độ từ 370 – 5400C có xuất đỉnh tỏa nhiệt 4350C với biến thiên entanpi 13,5 J/g Đối với mẫu than mỏ Hà Ráng-91 than Phấn Mễ, dải nhiệt độ xuất đỉnh tỏa nhiệt 240-4700C 2704900C; với biến thiên entanpi 13,37 J/g 13 J/g tương ứng (Hình Hình 10) Có thể thấy rằng, với mẫu than mỏ 618 có Hình 8: Đ th DSC c a than m 618 theo nhi t đ Hình 9: Đ th DSC c a than m Hà Ráng-91 theo nhi t đ Hình 10: Đ th DSC c a than Ph n M theo nhi t đ Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 93 K t qu nghiên c u KHCN B ng 3: K t qu đo giá tr DSC c a lo i than m Ráng-91 Ph n M 618, Hà STT Mẫu than Nhiệt độ chuyển pha Tp, o C Biến thiên entanpi 'H, J/g 618 435,0 13,5 Hà Ráng-91 361,0 13,37 Phấn Mễ 349,5 13 Hình 11: Đ th DSC c a than H ng Thái theo nhi t đ Hình 12: Đ th DSC c a than m Mông D

ng theo nhi t đ Kết phân tích nhiệt lượng vi sai quét DSC mẫu than lấy từ mỏ Mông Dương, mỏ Hồng Thái, mỏ Khe Chàm mỏ Thống Nhất, nơi khơng xảy tượng tự nóng dẫn đến cháy than, khơng có thành phần sắt-pyrit FeS2 dẫn Hình 11, 12, 13 Hình 14 Đồ thị DSC mẫu than lấy từ mỏ Mông Dương, Hồng Thái, Khe Chàm Thống Nhất – mẫu than có chứa Fe S 94 khơng có thành phần sắtpyrit FeS2 cho ta thấy, dải nhiệt độ phân tích DSC từ 306000C khơng có biến thiên entanpi phát VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Trên sở thiết bị phịng Thí nghiệm An tồn hóa chất - Viện BHLĐ phối hợp với Trung tâm An toàn Mỏ - Viện KH & CN Mỏ Vinacomin, phân tích nhiễu xạ tia X trường ĐH KHTN đo quang phổ plasma TT Phân tích Thí nghiệm Địa chất - Tổng cục Địa chất Khống sản, đề tài hồn thành mục tiêu đề xác định ảnh hưởng Sắt-Pyrit đến tăng entanpi than mỡ than bùn Trong trình nghiên cứu, cán tham gia thực nội dung nghiên cứu sau đây: - Đã xác định có mặt sắt-pyrit FeS2 loại than lấy từ mỏ 618, mỏ Hà Ráng 91, mỏ Phấn Mễ, mỏ Khe Chàm, mỏ Thống Nhất, mỏ Hồng Thái mỏ Mông Dương Quảng Ninh Thái Nguyên thiết bị nhiễu xạ kế D8 ADVANCEBruker (Đức) trường ĐH KHTN Hà Nội; qua xác định FeS2 có mặt loại than từ mỏ 618, mỏ Hà Ráng 91, mỏ Phấn Mễ - nơi xảy tượng tự nóng dẫn đến cháy than - Kết phân tích cho thấy loại than có chứa Cu, Mn, Fe S với hàm lượng khác nhau, với loại than có thành phần FeS2 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN entanpi than Do việc triển khai đề tài ảnh hưởng khác nhằm đưa nhìn tồn diện nguyên nhân, chế xẩy tượng tự cháy than từ đề xuất giải pháp phịng ngừa, ứng phó phù hợp cần thiết TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình 13: Đ th DSC c a than m Khe Chàm theo nhi t đ [1] Nguyễn Khánh Huyền (2011), Nghiên cứu xây dựng quy trình sử dụng máy nhiệt lượng vi sai quét DSC để xác định tính chất nhiệt động số hóa chất, Đề tài mã số 2010/02/VBH, Viện NC KHKT Bảo hộ Lao động, Hà Nội [2] Bùi Việt Hưng (2006), Vấn đề an toàn mỏ than, Trung tâm An tồn mỏ, Tạp chí Khoa học cơng nghệ mỏ Hình 14: Đ th DSC c a than m Th ng Nh t theo nhi t đ hàm lượng Fe cao than lấy từ mỏ 618, sau mỏ Hà Ráng 91 mỏ Khe Chàm - Đã xác định ảnh hưởng Sắt-Pyrit than dẫn đến tăng entanpi mẫu than chọn nghiên cứu thiết bị nhiệt lượng vi sai quét DSC 204 F1 Phoenix – NETZSCH Kết cho thấy, mẫu than lấy từ mỏ có xảy tượng tự nóng dẫn đến cháy có chứa FeS2 dải nhiệt độ đo DSC từ 30- 6000C có xuất đỉnh tỏa nhiệt với biến thiên entanpi từ 13 – 13,5 J/g Mẫu than từ mỏ 618 có hàm lượng Fe cao nhất, đồng thời có biến thiên entanpi lớn (13,5 J/g) so với mẫu than từ mỏ Hà Ráng 91 mỏ Khe Chàm có hàm lượng Fe thấp Tuy nhiên, tăng biến thiên entanpi mẫu than không đáng kể (chỉ từ – 0,5 J/g) Các mẫu than lấy từ mỏ lại mà khơng chứa FeS2 dải nhiệt độ đo DSC từ 30- 6000C, nhóm nghiên cứu khơng phát có biến thiên entanpi [3] Innovative Technologies for Exploration, Extinction and Monitoring of Coal Fires in North China (2000), “Understanding self-ignition of coal”, China [4] Prof.D.S.Nimaje,(2010), Correlation analysis of spontaneous heating of some secl coals, Department of mining engineering – National Institute of technology Rourkela 6.2 Kiến nghị [5] Mahajan, O P., Tomita, A and Walker Jr, P.L (1976), Differential scanning calorimetry studies on coal Pyrolysis in an inert atmosphere, Fuel, 55 pp 63-69 Trong khuôn khổ phạm vi đề tài, nhóm nghiên cứu dừng lại nghiên cứu ảnh hưởng FeS2 đến tăng [6] Rai, C and Tran D.Q (1977), Kinetic models of pyrolysis and hydrogassification of Hannna coal, Fuel, 59 pp 603-607 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 95 ... qu nghiên c u KHCN Vì vậy, đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng Sắt-Pyrit đến tăng entanpi than mỡ, than bùn? ?? triển khai với mục tiêu nội dung cụ thể sau: II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xác định ảnh hưởng Sắt-Pyrit. .. đề xác định ảnh hưởng Sắt-Pyrit đến tăng entanpi than mỡ than bùn Trong trình nghiên cứu, cán tham gia thực nội dung nghiên cứu sau đây: - Đã xác định có mặt sắt-pyrit FeS2 loại than lấy từ mỏ... Sắt-Pyrit đến tăng entanpi than mỡ than bùn Việt Nam III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Phân tích thành phần số loại than mỡ, than bùn Việt Nam: kim loại chuyển tiếp (Sắt –pyrit), lưu huỳnh,…; Xác định ảnh hưởng