Оценка изменения размера гигроскопического аэрозоля соляной пыли в зависимости от относительной влажности воздуха
Автор: Черный К.А., Файнбург Г.З.
Журнал: Горные науки и технологии @gornye-nauki-tekhnologii
Рубрика: Технологическая безопасность
Статья в выпуске: 1 т.10, 2025 года.
Бесплатный доступ
Расширение масштабов добычи полезных ископаемых в калийных рудниках столкнулось с проблемой нехватки свежего воздуха, которую невозможно решить при текущей парадигме автономного проветривания. Перспективы связаны с последовательным и рециркуляционным проветриванием, а также концепцией «вентиляции по требованию», требующими детального описания процессов «самоочистки» рудничной атмосферы от пыли. Разрушение горных пород сопровождается выбросом солевых аэрозолей, которые во влажной атмосфере укрупняются и осаждаются на поверхность. Для прогнозирования распространения этих частиц и сопутствующих газов необходимы точные математические модели. В статье рассматриваются закономерности и механизмы влияния относительной влажности воздуха на динамику размера соляной пыли - гигроскопических аэрозольных соляных частиц галита (NaCl) и сильвина (KCl). Описаны взаимодействия при контакте «соляная поверхность - влажный воздух» и рассмотрено современное представление о процессах гистерезиса, а также об этапах растворения и обратной кристаллизации гигроскопических аэрозольных частиц. В связи с принципиальными сложностями использования современного экспериментального электронного оборудования в условиях подземных рудников в анализ вовлечены данные по океаническим аэрозолям того же химического состава. На основе анализа ряда моделей гигроскопического роста океанических аэрозолей проведена их адаптация к условиям атмосферы калийного рудника, что позволило получить усредненные значения фактора гигроскопического роста соляной аэрозоли. Для океанического аэрозоля и соляной пыли рудничной атмосферы наблюдается хорошее соответствие известных данных динамики фактора гигроскопического роста от влажности воздуха. Полученные теоретико-эмпирические данные, характеризующие изменения размера соляных частиц в зависимости от относительной влажности, апробированы в модельных исследованиях с соляным аэрозолем. Для интерпретации и прогнозирования изменений размерного распределения соляных аэрозольных частиц предложено использовать модель Юнга. На примере записи модели Юнга в двойных логарифмических координатах подтверждена эвристическая ценность предложенного подхода. Результаты исследования могут быть применены для расчета процессов формирования пылевой обстановки в каменно-соляных и калийных рудниках.
Калийный рудник, проветривание, безопасность, атмосфера, аэрозоль, галит, сильвин, сильвинит, соляная пыль, растворение, кристаллизация, фактор гигроскопического роста, спелеотерапия, модель
Короткий адрес: https://sciup.org/140309501
IDR: 140309501 | УДК: 622.41:552.53 | DOI: 10.17073/2500-0632-2024-07-283
Evaluation of variation of salt dust hygroscopic aerosol particle size as a function of relative air humidity
The expansion of mining in potash mines has faced the problem of fresh air shortage, which cannot be solved within the current paradigm of self-contained ventilation. Prospects are related to sequential and recirculation ventilation, as well as the concept of “ventilation on demand”, requiring a detailed description of the processes of “self-cleaning” of a mine air from dust. Crushing a rock mass results in the formation of many aerosol hygroscopic salt particles, which in humid air conditions aggregate and settle on a drift floor. Accurate mathematical models are necessary for predicting the dispersion of these particles and associated gases. The paper considers the regularities and mechanisms of the effect of relative air humidity on the size of salt dust particles, aerosol hygroscopic salt particles of halite (NaCl) and sylvin (KCl). The interactions at the contact “salt surface - humid air” are described and the current understanding of the hysteresis processes and the stages of deliquescence and efflorescence (recrystallization) of hygroscopic aerosol particles are considered. Due to the fundamental difficulties of using modern experimental electronic equipment in the conditions of underground mines, data on oceanic aerosols of the same chemical composition were involved in the analysis. A number of models of hygroscopic growth of oceanic aerosol particles were reviewed and then adapted to the conditions of a potash mine atmosphere that made it possible to obtain average values of the factor of a salt aerosol particle hygroscopic growth. The good convergence of the known scientific data on the changes of the hygroscopic growth factor depending on relative air humidity for both oceanic aerosol and salt dust aerosol characteristic of a mine air was shown. The obtained theoretical-empirical data characterizing the changes in the size of salt particles depending on relative humidity were tested in model studies with salt aerosol. Young’s model was proposed to interpret and predict the changes in the size distribution of salt aerosol particles. The heuristic value of the proposed approach was confirmed by the example of the Young’s model record in log-log coordinates. The results of the study can be applied to calculate the processes of dust conditions formation in rock-salt and potash mines.
