Анализ современного состояния изученности причин самовозгорания сульфидных руд
DOI:
https://doi.org/10.7242/2658-705X/2026.1.4Ключевые слова:
сульфидные руды, эндогенные пожары, самонагрев, самовозгорание, глубокий рудникАннотация
В работе проведен анализ текущего состояния изученности процессов самовозгорания сульфидных руд. Приведены основные факторы разогрева сульфидных руд, среди которых ключевым является превышение тепловыделений от окислительных процессов над уровнем тепловых потерь в окружающую среду. Основным фактором, определяющим уровень тепловых потерь, является геометрический размер штабеля. Отмечено, что малоизученными факторами ускорения процессов окисления сульфидных руд являются температура, фракционный и минералогический состав сульфидных руд, а также наличие взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры. Представлен обзор мирового опыта экспериментальных исследований и методик по определению склонности сульфидных руд к самонагреву и возгоранию. Отмечается, что существующие методики и математические модели штабелей не позволяют достоверно определять условия самонагрева и самовозгорания сульфидных руд. На основе этого определены дальнейшие направления исследований по установлению условий возникновения самонагрева и возгорания сульфидных руд в подземных выработках и в штабелях руды.
Библиографические ссылки
1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах»: утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 8 декабря 2020 г. № 507.
2. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по предупреждению экзогенной и эндогенной пожароопасности на объектах ведения горных работ угольной промышленности»: утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 27 ноября 2020 г. № 469.
3. Жолмагамбетов Н.Р., Медеубаев Н.А., Народхан Д., Рахимберлина А.А., Сыздыкбаева Д.С. Анализ причин самовозгорания сульфидных руд // Актуальные проблемы экологии и природопользования: сборник научных трудов XVIII Всероссийской научно-практической конференции, Москва, РУДН, 2017. – С. 168-173.
4. Ismayilov R. T., Kаrimov V. M., Zeynalova S. A. Study of spontaneous combustion of the main industrial types of sulphide ores of sulphide-polymetallic deposits of Azerbaijan // Journal of Geology, Geography and Geoecology. – 2023. – Vol. 32. – №. 1. – P. 59-66. DOI:10.15421/112307
5. Крупнов Л. В., Пахомов Р. А., Цымбулов Л. Б., Цемехман Л. Ш. Исследования кинетики окислительных процессов сульфидных концентратов различного гранулометрического состава // Современные технологии производства цветных металлов: материалы Международной научной конференции, посвященной 80-летию СС Набойченко, Екатеринбург, 24–25 марта 2022 г. – Екатеринбург, 2022. – Издательство Уральского Университета, 2022. – С. 236-247.
6. Брагина П. С. Самовозгорание угольных отвалов в Кемеровской области // Вестник Кузбас. гос. пед. акад. – 2013. – С. 57-64.
7. Портола В. А., Бобровникова А.А., Палеев Д.Ю., Еременко А.А., Шапошник Ю.Н. Исследование скорости сорбции кислорода самовозгорающимися сульфидными рудами // Безопасность труда в промышленности. – 2020. – №. 1. – С. 57-62.
8. Mal’tsev S. V., Chaikovskii I. I., Grishin E. L., & Isaevich A. G. Analysis of Oxidation of Sulfide Minerals in Copper–Nickel Deposits // Journal of Mining Science. – 2022. – Vol. 58. – №. 2. – P. 289-299. DOI:10.1134/S1062739122020120
9. Özdeniz A. H., Kelebek S. A study of self-heating characteristics of a pyrrhotite-rich sulphide ore stockpile // International Journal of Mining Science and Technology. – 2013. – Vol. 23. – №. 3. – С. 381-386. DOI:10.1016/j.ijmst.2013.05.022
10. Theiler, J., Beamish, B. Spontaneous combustion of sulfide ores and concentrates – assessing the hazard likelihood // AusIMM Bulletin. – 2022. – URL: https://www.ausimm.com/bulletin/bulletin-articles/spontaneous-combustion-of-sulfide-ores-and-concentrates--assessing-the-hazard-likelihood/ (дата обращения: 25.07.2025).
11. Голынская Ф. А. Исследование влияния генетической влаги на процесс самовозгорания углей // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2013. – № 9. – P. 183-187.
12. Payant R., Rosenblum F., Nesset J. E., & Finch J. A. The self-heating of sulfides: Galvanic effects // Minerals Engineering. – 2012. – Т. 26. – С. 57-63. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2011.10.019
13. Boon M. The mechanism of ‘direct’ and ‘indirect’ bacterial oxidation of sulphide minerals // Hydrometallurgy. – 2001. – № 62. – P.67-70.
14. Gleisner M., Herbert Jr R. B., Kockum P. C. F. Pyrite oxidation by Acidithiobacillus ferrooxidans at various concentrations of dissolved oxygen // Chemical geology. – 2006. – Vol. 225. – №. 1-2. – P. 16-29. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2005.07.020
15. Самовозгорание промышленных материалов / В.С. Веселовский, Н.Д. Алексеева, Л.П. Виноградова, Г.Л. Орлеанская, Е.А. Терпогосова — М.: Наука, 1964. — 248 с.
16. Liu, H., Pan, K., Xiang, C., Ye, D., Wang, H., & Gou, X. Mechanochemical effect of spontaneous combustion of sulfide ore // Fuel. – 2022. – Vol. 329. – P. 125391. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125391
17. Рыльникова М. В., Айнбиндер Г.И., Митишова Н.А., Гаджиева Л.А. Исследование закономерностей возгорания сульфидных руд и пород при комбинированной разработке месторождений // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. – 2020. – №. 2. – С. 341-356.
18. Портола В. А., Крупник Л. А., Шапошник Ю. Н., Шапошник С. Н. Изучение влияния различных факторов на выделение ядовитых газов при самовозгорании сульфидных руд // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. – 2020. – Т. 7. – №. 1. – С. 124-130.
19. Левин Л. Ю., Кормщиков Д. С., Гришин Е. Л. Исследование процессов изменения рудничной атмосферы для определения причин произошедшего группового несчастного случая на одном из рудников РФ // Горное эхо. – 2020. – №. 3. – С. 115-119.
20. Рафиенко В. А. О механизме выщелачивания сульфидов из шунгитовых пород // Горный информационно-аналитический бюллетень (Научно-технический журнал). – 2007. – №. 9. – С. 38-48.
21. 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.
22. Кико Д. С. Изменение серноколчеданных руд при техногенных процессах // Геология, геоэкология и ресурсный потенциал Урала и сопредельных территорий. – 2016. – №. 4. – С. 227-230.
23. Вигдергауз В. Е. Макаров Д. В., Маслобоев В. А., Белогуб Е. В., Шрадер Э. А., Бочарова И. В., Кузнецова И. Н., Саркисова Л. М., Меньшиков Ю. П. Исследование закономерностей окисления и изменения технологических свойств уральских медно-цинковых руд // Минералогия техногенеза. – 2011. – №. 12. – С. 138-160.
24. J in, H., Pan, W., Shen, X., & Cheng, S. Nonlinear Determination Method for Self‐Heating Initiative Temperature of Sulfide Ores // Complexity. – 2020. – №. 1. DOI:10.1155/2020/1709158
25. Rosenblum F., Nesset J., Spira P. Mineral Processing v Evaluation and control of self-heating in sulphide concentrates // Cim. Org. – 2001. – Vol. 94.
26. Ремезов А. В. Почему существуют эндогенные пожары? // Инновации в технологиях и образовании. – 2016. – С. 106-120.
27. Davis G. B., Ritchie A. I. M. A model of oxidation in pyritic mine wastes: part 1 equations and approximate solution // Applied mathematical modelling. – 1986. – Vol. 10. – №. 5. – P. 314-322. https://doi.org/10.1016/0307-904X(86)90090-9
28. Liu, H., Wang, Z., Zhong, J., & Xie, Z. Early detection of spontaneous combustion disaster of sulphide ore stockpiles // Technical Gazette/Tehnički Vjesnik. – 2015. – Vol. 22. – №. 6. DOI:10.17559/TV20150522125313
29. Греков С. П., Пашковский О. П. Минимальные пожаробезопасные размеры породных отвалов угольных шахт // Научный вестник НИИГД Респиратор. – 2019. – №. 1. – С. 86-93.
30. П ортола В. А., Жданов А. Н., Бобровникова А. А. Анализ условий, способствующих развитию процесса самовозгорания в штабелях угля // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2022. – №. 6-1. – С. 187-197.
31. Рыльникова М. В., Митишова Н. А. Методика исследований взрывоопасности убогосульфидных руд при подземной отработке колчеданных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2019. – №. 9. – С. 41-51.
32. Козырев С. А., Власова Е. А. Исследование химического взаимодействия аммиачной селитры с сульфидсодержащими минералами в составе гематит-магнетитовых кварцитов Оленегорского месторождения // Вестник Кольского научного центра РАН. – 2019. – №. 2. – С. 54-60.
33. Маслов И. Ю., Горинов С. А. Вопросы экспериментального обоснования безопасного применения аммиачно-селитренных ВВ в сульфидсодержащих горных породах // Взрывное дело. – 2020. – №. 126-83. – С. 68-84.
34. Савин П. И., Петров Е. А. Исследование химической стабильности промышленных ВВ в сульфидных рудах. // Южно-сибирский научный вестник. – 2023. – №. 5. – С. 192-198.
35. Ismayilov, R.T. (1975). Oxidizing activity of sulfide ores. Sat. «Safety, labor protection and mine rescue business», Vol. 10, P. 37-43
36. Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров на горнорудных предприятиях министерства цветной металлургии СССР. 1981г., 44 с.
37. McKibben M. A., Barnes H. L. Oxidation of pyrite in low temperature acidic solutions: Rate laws and surface textures // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1986. – Vol. 50. – №. 7. – P. 1509-1520. https://doi.org/10.1016/0016-7037(86)90325-X
38. Iliyas A., Hawboldt K., Khan F. Thermal stability investigation of sulfide minerals in DSC // Journal of hazardous materials. – 2010. – Vol. 178. – №. 1-3. – P. 814-822. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.01.149
39. Janzen M. P., Nicholson R. V., Scharer J. M. Pyrrhotite reaction kinetics: reaction rates for oxidation by oxygen, ferric iron, and for nonoxidative dissolution // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 2000. – Vol. 64. – №. 9. – P. 1511-1522. DOI:10.1016/S0016-7037(99)00421-4
40. Ngabe B., van der Spuy J. E., Finch J. A. Estimating activation energy from a sulfide self-heating test // Minerals Engineering. – 2011. – Vol. 24. – №. 15. – P. 1645-1650. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2011.08.019
41. Портола В. А., Торосян Е. С. Влияние антипирогенов на сорбционную активность разогретого угля // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2016. – №. 3 (115). – С. 15-21.
42. L i S. H., Parr S. W. The oxidation of pyrites as a factor in the spontaneous combustion of coal // Industrial & Engineering Chemistry. – 1926. – Vol. 18. – №. 12. – P. 1299-1304.
43. Pan, W., Wu, C., Li, Z. J., Wu, Z. W., & Yang, Y. P. Evaluation of spontaneous combustion tendency of sulfide ore heap based on nonlinear parameters // Journal of Central South University. – 2017. – Vol. 24. – №. 10. – P. 2431-2437.
44. ГОСТ 12.1.044-2018 «Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения»
45. Rosenblum F., Spira P., Konigsmann K. V. Evaluation of hazard from sulphide oxidation // Proceedings of the 141 h International Mineral Processing Congress, Paper IX-2. – 1982.
46. Rosenblum F., Spira P. Evaluation of hazard from self-heating of sulphide rock // CIM bulletin. – 1995. – Vol. 88.
47. Wang X. Rosenblum, F., Nesset, J. E., Finch, J. A., & Somot, S. Oxidation, weight gain and self-heating of sulphides. – 2009.
48. Dai Z. Development of an experimental methodology for sulphide self-heating studies and the selfheating tendency of Vale’s Voisey’s Bay Concentrator products // Minerals Engineering. – 2016. – Vol. 92. – P. 125-133. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.03.006
49. Ngabe B., Finch J. A. Self-heating: Estimation of the heat release coefficient QA for Ni-and Cuconcentrates and sulphide mixtures // Minerals Engineering. – 2014. – Vol. 64. – P. 126-130. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2014.05.027
50. Bustamante Rúa, M.O., Daza Aragon, A.J., Bustamante Baena, P., 2019. A study of fire propagation in coal seam with numerical simulation of heat transfer and chemical reaction rate in mining field // International Journal of Mining Science and Technology. – 2019. – Vol. 29. – №. 6. – P. 873-879. https://doi.org/ 10.1016/j.ijmst.2019.09.003.
51. Yang, S., Hu, X., Liu, W.V., Cai, J., Zhou, X. Spontaneous combustion influenced by surface methane drainage and its prediction by rescaled range analysis // International Journal of Mining Science and Technology. – 2018. – Vol. 28. – №. 2. – P. 215-221. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2017.12.004.
52. Yang, S., Zhou, B., Wang, C., 2021. Investigation on coal spontaneous combustion in the gob of Y type ventialtion caving face: A case study. Process Saf. Environ. 148, P. 590–603. https://doi.org/10.1016/j.psep.2020.11.024.
53. Zhou, A., An, J., Wang, K., Zhang, J., Liu, Y., Wang, J., Si, G., Wang, W., 2024. Modeling and parametric analysis of low-temperature oxidative self-heating in coal stockpiles driven by natural convection. Fuel 361, 130670. https://doi.org/10.1016/j. fuel.2023.130670
54. Sidborn, M., Casas, J., Martınez, J., & Moreno, L. Two-dimensional dynamic model of a copper sulphide ore bed //Hydrometallurgy. – 2003. – Т. 71. – №. 1-2. – С. 67-74. https://doi.org/10.1016/S0304-386X(03)00178-6
55. Levenspiel O. Chemical reaction engineering. – John wiley & sons, 1998.
56. Liu, W., Huang, Y., Yin, H., Yang, F., & Hong, Y. Multi-physics modelling and simulation on the spontaneous heating of sulfide ores // Process Safety and Environmental Protection. – 2025. – P. 107304. https://doi.org/10.1016/j.psep.2025.107304
57. Steinepreis M. Investigation of gas transport rates through a covered waste rock pile and synchrotron studies on the sulfide oxidation reaction: Doctoral dissertation – University of Waterloo, 2017.
