Kömür qanqı; kömür mədənciliği və yıkama əməliyyatlerinden sonra geride kalan, mineral maddəlerle birlikte qalıq kömür və kükürdlü komponentler daxilierebilən bərk tullantıtır. Açık alanda uzun müddət depolandığında yağmur suyu qanq yığınının üçünden gecerek mineralleri çözebilir, məsamə quruluşunı dəyiştirebilir və səthdeki kimqanunl grupları fırlanmaştürebilir. Bu tədqiqat, yağıntıı taklit eden dinamik ldaxililenmenin yüksek kükürdlü kömür qanqının düşük temperaturtaki oksidləşməunu və özliğinden yanma eğilimini nasıl etkilədiğini incelemiştir.

Shanxi ştatindeki bir kömür mədəninden alınan numuneler, təmiz suyla 3, 6, 12, 24, 48 və 96 gün boyunca ldaxililenmiştir. Ayrı bir təcrübə grubunda numuneler altı gün boyunca pH 7, pH 5 və pH 4 məhlullerine maruz bırakılmıştır. Məsamə yapısı aşağı temperaturda N₂ adsorbsiyası, səth kimyası FTIR, gaz oluşumu temperatur programlı oksidləşmə, kütle və ısı dəyişimleri TG-DSC, enerji bariyerleri ise Coats–Redfern kinetik təhliliyle dəyərlendirilmiştir.

Nəticəlar, ldaxililenmenin etkisinin düzgünsal olmadığını göstərmişdir. Məsamə ağı və özgül səth sahəsi əvvəl gelişmiş, təxminən 48 günde en yüksek səviyyəe ulaşmış, daha uzun ldaxililenmede ise büyük məsaməlerin çökmesi və ince çökeltilərle dolması səbəbiyle geriləmiştir. Özgül səth sahəsi 48 günde 9,323 m²/g dəyərine ulaşmıştır. Ham numunede 45,44 nm olan orta məsamə diametri, 96 gün sonunda 38,71 nm’ye düşmüştür.

Hidroksil, oksigen ehtiva edən və aromatik karbohidrogen grupları da 48 günde en yüksek səviyyəe çıkmıştır. Bu üç grubun FTIR tepe alanları ham numunenin sırasıyla 8,7, 10,2 və 7,6 katına ulaşmıştır. Alifatik hidrokarbon grupları ise daha erkən, 24 günde tepe yapmıştır.

Məsamə gelişimi və reaktif səth gruplarındaki artım, oksigenin qanq parçacıklarının üçüne taşınmasını və aşağı temperaturlu oksidləşmənu sürətlandırmıştır. 48 günlük numunede kəsikşme noktası sıcaklığı 168,4 °C’ye düşmüş, toplam istilik ayrılması 733,1 J/g’a yüksəlmiş və oksigen adsorbsiyau aşamasındaki görünən aktivasiya enerjisi 72,53 kJ/mol’e geriləmiştir. Bu enerji bariyeri ham qanq dəyərinin təxminən %64’üdür.

Zayıf turşuli pH 5 məhlulsi, hidroksil və karboksil gruplarını artırarak aşağı temperaturlu oksidləşmənu təmiz suya görə bir miqdar kuvvetlendirmiştir. Buna qarşılık pH 4 səviyyəsindeki güclü turşu, reaktif organik strukturların və səth gruplarının çözünmesine və ya parçalanmasına neden olmuş; toplam istilik ayrılmasını 608,0 J/g’a düşürerek ham numunenin 624,6 J/g dəyərinin altına indirmiştir.

Tədqiqat, yağmur və turşuli sızıntı suyunun kömür qanqı yığınlarında yanğın riskini yalnız nəmlik sağlayarak değil; məsaməleri, oksigen taşınımını, səth kimyasını və reaksiya kinetiğini birlikte dəyiştirerek etkiləyebiləceğini göstərir. Ancaq təcrübəler laboratuvar kolonlarında yürütülmüştür. Gerçek yığınlardaki temperatur gradyanları, mikrobiyal etkinlik, düzensiz yağıntı, hava akımı və nəmlik taşınımı birbaşa modellenmemiştir.

Kömür qanqı neden özliğinden yanabilir?

Kömür qanqı tamamen yanmaz mineral maddəden oluşmaz. İçinde qalıq kömür, sabit karbon, uçucu organik biləşikler və pirit kimi kükürdlü mineraller bulunabilir. Bu komponentler atmosferik oksigenle yavaş bdaxiliimde tepkimeye girerek ısı üretir.

Yığının ürettiği ısı çevreye yeterince sürətlı aktarılamazsa temperatur giderek yüksəlir. Düşük temperaturta başlayan oksidləşmə, kritik bir temperatur aşıldığında sürətlanabilir və görünür alov oluşmadan əvvəl uzun müddətn bir öz subyekt ısınma dövri meydana gələ bilər.

Tədqiqatda incələnən ham qanq numunesinin biləşimi bu tehlike baxımından diqqət çekicidir:

Yüksek kül nisbətı numunenin büyük bölməünün mineral maddəden oluştuğunu gösterse de %26,28 sabit karbon, %14,32 uçucu maddə və %6,529 kükürd; oksidləşmə və ısı istehsali üçün önəmlikli miqdarda reaktif komponent bulunduğuna işaret etmektedir.

Ldaxililenme ne anlama gelmektedir?

Ldaxililenme, suyun bir katı malzemenin üçünden gecerkən çözünür mineralleri, iyonları və kimqanunl ürünleri çözerek taşımasıdır. Açık alandaki qanq yığınlarında yağmur suyu üst səthden girer, parçacıklar arasındakı boşluklardan ilərler və yığının altından sızıntı suyu olaraq çıkar.

Bu müddətç qanqın yapısında birbirine zıt dəyişiklikler oluşturabilir:

• Karbonat və gil minerallərinin çözünmesi yeni boşluklar və çatlaklar oluşturabilir.
• Kapalı məsaməlerin birbirine bağlanması oksigen gecişini kolaylaştırabilir.
• Organik strukturların üzərini örten mineral tabaka uzaklaşarak reaktif karbon səthlerini açığa çıkarabilir.
• Su və oksigen, hidroksil, karbonil və karboksil kimi aktif grupların oluşumunu artırabilir.
• Çok uzun müddətli və ya güclü turşuli ldaxililenme, reaktif strukturların çözünmesine və büyük məsaməlerin çökmesine neden ola bilər.

Bu səbəbdən yağmurun qanqı yalnız ıslattığını və ya her koşulda soğuttuğunu varsaymak kifayətli deyil. Su çekildikten və numune yenidən havayla temas ettikten sonra dəyişmiş məsamə quruluşu daha güclü oksigen taşınımına yol açabilir.

Araşdırmanın əsas sualsu nədir?

Araşdırmacılar üç əlaqəyı eyni tədqiqat üçünde izahya çalışmıştır:

1. Ldaxililenme müddətsi və məhlul pH’ı məsamə quruluşunı nasıl dəyiştirir?
2. Bu dəyişim, qanq səthindeki reaktif funksional qrupları nasıl fırlanmaştürür?
3. Məsamə və səth kimyasındaki çevrilmə oksigen istehlakine, gaz oluşumuna, istilik ayrılmasına və özliğinden yanma kinetiğine nasıl yansır?

Önceki tədqiqatlar çoğunlukla numunelerin belirli müddət boyunca suya tamamen batırıldığı statik daldırma təcrübəlerine dayanmıştır. Ancaq gerçek yağıntıta su davamlı birikmek yerine malzemenin üçünden hareket eder. Tədqiqatın dinamik damlatmalı sprompti, bu akışı laboratuvar ölçeğinde temsil etmeyi amaçlamıştır.

Numuneler nasıl hazırlanmıştır?

Gang numuneleri Çinin Shanxi ştatindeki Xinzhou bölgesinde bulunan bir kömür mədəninden alınmıştır. Numuneler oksigenle erkən tepkimeyi sərhədlandırmak məqsədilə inert atmosfer altında kırılmış, öğütülmüş və kuru olaraq elenmiştir.

Dört parçacık grubu hazırlanmıştır:

Her tane ölçüu ayrı olaraq sınıflandırılmış, hava gecirmez kaplara konmuş və təcrübəlere qədər kapalı bdaxiliimde saklanmıştır.

Dinamik ldaxili təcrübəi nasıl kurulmuştur?

Təcrübə düzeneği özel yapım damlatma cihazı, akış ayarlayıcı, ldaxili boruları, hunilər, destek plakası və atık maye toplama tankından oluşmuştur. Şeffaf akril kolonların daxili çapı 53 mm, xarici çapı 55 mm və yüksekliği 15 cm’dir.

Her kolonun tabanına təxminən 2 cm kvars qumu yerleştirilmiştir. Bunun üzərine en küçükten en büyüğe düzgün dört parçacık sınıfının her birinden 25 g konmuştur. Böylece bir kolonda toplam təxminən 100 g qanq istifadə edilmişdir.

Xinzhou bölgesinin illık ortalama yağıntıı əsas alınarak toplam illık ldaxili hacmi 999 mL olaraq kabul edilmiştir. Her uygulamada kolona 83 mL məhlul, 1 mL/dak sürətla məlumatlmiş və əməliyyat 24 saatte bir tekrarlanmıştır.

Təcrübə grupları nelerdir?

Ldaxili əməliyyati tamamlanan numuneler əvvəl 48 saat boyunca tepsilərde havayla kurutulmuş, ardından 40 °C’de 48 saat vakuum altında kurutulmuştur. Böylece daha sonraki oksidləşmə təcrübəlerinde serbest suyun birbaşa etkisi azaldılmış və ldaxililenmenin oluşturduğu kalıcı struktur dəyişiklikler incələnmişdir.

Məsamə yapısı nasıl ölçülmüştür?

Her numuneden təxminən 0,8 g alınarak Autosorb-iQ fiziksel adsorbsiya cihazında təhlil edilmiştir. Numuneler ölçməden əvvəl 80 °C’de 12 saat vakuum altında gazdan arındırılmıştır.

• Adsorplanan gaz: Azot
• Ölçüm sıcaklığı: 77 K
• Bağıl təzyiq aralığı: P/P₀ = 0,001–0,995
• Adsorbsiya noktası: 30
• Desorpsiyon noktası: 30
• Özgül səth sahəsi: BET modeli
• Toplam məsamə həcmi: BJH modeli
• Məsamə ölçüu dağılımı: DFT modeli

Adsorbsiya eğriləri ne göstərir?

Bütün numunelerin azot adsorbsiyası-desorbsiya eğriləri IUPAC sınıflandırmasına görə Tip IV(a) bdaxiliimindedir. Bu şəkil, yapının ağırlıklı olaraq mezoməsaməlerden oluştuğunu və mikroməsamə katkısının da bulunabiləceğini göstərir.

P/P₀ dəyəri 0–0,4 aralığındayken azot molekülleri küçük məsaməlere dolmuş və adsorplanan miqdar düzgünsal olmayan bdaxiliimde artmıştır. Yaklaşık 0,4 dəyərinden sonra adsorbsiya ilə desorbsiya kolları ayrılmıştır.

Eğrilərde görülen H2(a) tipi histerezis halkası “mürəkkəb şüşəsi” bdaxiliimindeki məsaməlere işaret etmektedir. Bu məsaməlerde daxili boşluk geniş, xariciarıya açılan boyun ise daha dardır. P/P₀ dəyəri 0,9’u aştığında kAPIlər yoğunlaşma səbəbiyle adsorplanan azot miqdarı sürətla yüksəlmiştir.

Məsamə ağı zamanla nasıl dəyişmiştir?

Ldaxililenme müddətsi arttıkça özgül səth sahəsi və toplam məsamə həcmi əvvəl yüksəlmiş, 48 günde en yüksek səviyyəe ulaşmış və daha sonra azalmıştır. Özgül səth sahəsinın en yüksek dəyəri 9,323 m²/g olaraq ölçülmüştür.

Ortalama məsamə çapı ise genel olaraq küçülmüştür:

• Ham qanq: 45,44 nm
• 96 günlük numune: 38,71 nm

Şəkil 4’te sarı sütunlar toplam məsamə həcmini, turuncu sütunlar özgül səth sahəsinı, mavi çizgi ise orta məsamə diametrinı göstərir. 24–48 günlük nümunəlerde sütunların yüksəlmesi və mavi çizginin düşmesi, büyük boşluklardan çok sayıda daha küçük mikro və mezoməsamə oluştuğunu dəstəkləyir.

İlk və orta dövr: məsamə açılması

12–48 gün arasında çözünebilir karbonatlar və qələviı gil mineralləri uzaklaşmış, çatlaklar genişlemiş və kapalı boşluklar birbirine bağlanmıştır. Yeni mikro və mezoməsaməlerin oluşması, oksigenin temas edebiləceği səth sahəsinı artırmıştır.

Geç dövr: məsamə daralması və dolma

48–96 gün arasında uzun müddətli su gecişi qələviı büyük məsaməlerin çökmesine neden olmuş, taşınan ince parçacıklar da boşlukları kısmen doldurmuştur. Bu səbəbdən səth sahəsi və toplam həcm düşmüş, orta məsamə diametri daha da küçülmüştür.

Bununla belə 96 günlük numunenin özgül səth sahəsi hâlâ ham qanqdan yüksektir. Buna görə gec dövrdeki geriləme yapının tamamen başlanğıc durumuna döndüğü mənasına gəlmir.

Asitlik məsaməleri nasıl etkiləmiştir?

Asitli məhluller karbonat kimi minerallerin çözünmesini sürətlandırmış, özgül səth sahəsinı və toplam məsamə həcmini artırirqen ortalama məsamə ölçüunu azaltmıştır. Tədqiqat, xüsusiyyətle zəif turşuli koşulların çok sayıda küçük məsamə oluşturduğunu dəyərlendirmektedir.

Ancaq yalnız məsamə sayısının artması özliğinden yanma riskini belirlememektedir. pH eyni zamanda səthdeki organik funksional qrupları dəyiştirmiş və pH 5 ilə pH 4 arasında fərqlı kimqanunl nəticələr oluşturmuştur.

FTIR təhlili nasıl gerçekleştirilmiştir?

Numunelerin səth kimyası VERTEX 80V FTIR spektrometresiyle incələnmişdir. Gang və KBr, 1:180 kütle nisbətında karıştırılmış və 20 MPa təzyiq altında 10 dəqiqə tutularak tablet halına getirilmiştir.

• Dalğa sayısı aralığı: 400–4.000 cm⁻¹
• Spektral çözünürlük: 4 cm⁻¹
• Tarama sayısı: 32
• Tepe ayrıştırma proqram təminatıı: PeakFit

Dört spektral bölge ayrı olaraq dəyərlendirilmiştir:

Funksional qruplar zamanla nasıl dəyişmiştir?

Dört ana funksional qrup da əvvəl artmış, daha sonra azalmıştır. Bununla belə tepe zamanları eyni deyil:

İlk 48 günde su və oksigenin ortak etkisi səth oksidləşməunu artırmıştır. Alkoqol və fenol strukturları üzərindən hidroksil grupları oluşmuş; bunların bir bölməü ester, eter, aldehit və karboksil kimi oksigenli yapılara fırlanmaşmüştür.

Aynı dövrde oksigen aromatik iskeletlere saldırarak qələviı C–C bağlarını kırmış və daha reaktif parçalar oluşturmuştur. Su filminin oluşturduğu şişme, alifatik zəncirlerle aromatik çekirdekler arasındakı sterik engeli azaltmış və uzun alifatik zəncirlerin parçalanmasını kolaylaştırmıştır.

48–96 gün arasında ikinci dərəcəli oksidləşmə büyük ölçüde tamamlanmış, çözünebilən oksidləşmə ürünleri akışla uzaklaştırılmış və aromatik strukturların parçalanması devam etmiştir. Bu səbəbdən funksional qrup miqdarları düşmüş, ancaq 96 günlük nümunəlerde bilə ham qanq seviyesinin üzərinde kalmıştır.

Funksional qruplar neden yanğın riskini etkilər?

Hidroksil, karbonil və karboksil kimi oksigenli gruplar, düşük temperaturlarda oksigeni kimqanunl olaraq bağlayabiləcek aktiv mərkəzlerdir. Oksijenin bu bölgelere yapışması qərarsız peroksid ara ürünleri və sərbəst radikaller oluşturabilir.

Bu ara ürünlerin parçalanması yeni radikaller və ısı meydana getirerek zəncirleme oksidləşmə reaksiyalarını destekler. Məsaməlerin oksigeni daxilieri taşıması fiziksel yolu, funksional qrupların oksigenle tepkimeye girmesi ise kimqanunl yolu oluşturur.

Tədqiqat, oksigen ehtiva edən gruplarla aromatik strukturların birlikte çoğalmasını “cütlük aktiv mərkəz” oluşumu olaraq şərh edir. Bu iki merkez, oksigenin hem tutulmasını hem de karbon iskeletiyle tepkimeye girmesini sürətlandırabilir.

pH 5 və pH 4 neden fərqlı nəticə vermiştir?

Zayıf turşuli pH 5

pH 5 koşulunda hidroksil, alifatik karbohidrogen və oksigen ehtiva edən funksional qrupların miqdarı artmış; aromatik karbohidrogen nisbətı azalmıştır. Araşdırmacılar bunu alkoqol, fenol və karboksil oluşumunun sürətlanması və aromatik strukturların oksidativ hidroksilasyonuyla açıqlamıştır.

Bu səth kimyası, düşük temperaturta oksigen yapışmasını və ısı istehsalini təmiz suyla ldaxililenen numuneye görə bir miqdar artırmıştır.

Güçlü turşuli pH 4

pH 4 koşulunda bütün ana funksional qrupların toplam daxilieriği ham qanq səviyyəsinin altına düşmüştür. Güçlü turşu, aromatik iskeletlerin və yan zəncirlerin daha iləri parçalanmasına, çözünür ürünlerin numuneden uzaklaşmasına və aktiv mərkəzlerin kaybına yol açmıştır.

Nəticə olaraq pH 4 yeni məsaməler oluşturabilmesine rağmen oksidləşmə üçün gerekli kimqanunl merkezleri azaltmış və xüsusiyyətle yüksek temperaturtaki toplam yanma zorakılıqini baskılamıştır.

Sıcaklık programlı oksidləşmə təcrübəi nasıl aparılmışdır?

Her təcrübəde 50 g numune, ZRD-III programlanabilir tüp fırına yerleştirilmiştir. Numune 40 °C’den 230 °C’ye qədər 0,8 °C/dak sürətla ısıtılmıştır. Çıkış gazı her 10 °C artımta nümunəlenmiş və GC-4000A qaz xromatoqrafıyla təhlil edilmiştir.

Başlıca izlenen göstəricilər şunlardır:

• Çıkıştaki O₂ miqdarı: Oksijen istehlakini göstərir.
• CO əmələ gəlməsi: Düşük temperatur oksidləşməunun karakteristik ürünlerinden biridir.
• C₂H₄ oluşumu: Organik yan zəncirlerin parçalanması və oksidləşməun ilərlemesi hüquqkında bilik məlumatr.

Oksijen istehlaki nasıl dəyişmiştir?

0–48 günlük ldaxililenme sırasında genişleyen mezoməsaməler və artan fiziksel adsorbsiya alanları, 120 °C’nin altındaki bölgede O₂ azalmaünün ham numuneye görə təxminən %2–3 daha erkən başlamasına neden olmuştur.

Bu nəticə, oksigenin daha düşük temperaturta qanq tarafından tüketilmeye başlandığını göstərir. Məsamə ağı oksigen taşınımını kolaylaştırirqen artan aktif gruplar kimqanunl adsorbsiyau sürətlandırmıştır.

96 günlük nümunəte funksional qrup kaybı səbəbiyle oksigen istehlaki zəiflamış və çıkıştaki O₂ miqdarı yenidən yüksəlmiştir. Buna baxmayaraq dəyərler tamamen ham numune səviyyəsine dönmemiştir; korunmuş mezoməsamə şəbəkəsi kimqanunl etkinlik kaybını kısmen telafi etmiştir.

CO və C₂H₄ nəticələrı ne göstərir?

48 günlük ldaxililenmeden sonra:

• En yüksek CO konsentrasiyai ham qanqın 1,39 katına çıkmıştır.
• CO tepe sıcaklığı 15 °C daha düşük bir sıcaklığa kaymıştır.
• C₂H₄ ilk görülme sıcaklığı 110 °C’den 90 °C’ye düşmüştür.
• C₂H₄ tepe konsentrasiyai təxminən %18 artmıştır.

Bu dört dəyişim oksidləşməun daha erkən başladığını və düşük temperaturta daha güclü irəlilədiyini dəstəkləyir.

96 günlük numunede C₂H₄ başlanğıc sıcaklığı 105 °C’ye yüksəlmiş və CO miqdarı azalmıştır. Ancaq C₂H₄ tepe dəyəri ham qanqın üzərinde kalmıştır.

Asitli koşullarda gaz oluşumu nasıl dəyişmiştir?

pH 5 koşulunda düşük temperaturtaki O₂ istehlaki artmış və CO istehsali yüksəlmiştir. C₂H₄ 90 °C’de görülmeye başlamış, tepe konsentrasiyai pH 7 grubundan %12 daha yüksek olmuştur.

180 °C’nin üzərinde ise reaktif grupların daha erkən tüketilmesi səbəbiyle O₂ və CO eğrilərinin dəyişim sürətı yavaşlamıştır. Bu səbəbdən pH 5’in etkisi sıcaklığa bağlıdır: aşağı temperaturlu oksidləşmənu artırirqen yüksek temperaturta reaktif mənbəların daha erkən tükenmesine neden ola bilər.

pH 4 grubunda CO miqdarı bütün temperatur aralığında pH 7 grubunun altında kalmıştır. C₂H₄ ilk kez 110 °C’de görülmüş və konsentrasiyai nötr ldaxililenmiş numuneden düşük olmuştur. Bu nəticə güclü asidin reaktif yan zəncirleri və funksional qrupları azalttığını dəstəkləyir.

70 °C’de oksigen istehlak sürətı nasıl hesablanmışdır?

Məqaləde 70 °C’deki oksigen istehlak sürətı şu asılılıqyla hesablanmışdır:

\[ R_{O_2,70}=\frac{Q_{in}\,\varphi_{in}}{22400\,S\,L}\ln\left(\frac{\varphi_{in}}{\varphi_{out}}\right) \]

Burada:

• R_O₂,70: 70 °C’de oksigen istehlak sürətıdır.
• Q_in: Giriş hava debisidir və 96 mL/dak olaraq ayarlanmıştır.
• φ_in: Giriş havasındaki oksigen həcm nisbətıdır.
• φ_out: Çıkış gazındaki oksigen həcm nisbətıdır.
• S: Numune kabının kəsikt alanıdır.
• L: Gang tabakasının yüksekliğidir.
• 22400: Gaz hacmi ilə mol miqdarı arasındakı çevrilməde istifadə olunan əmsaldır.

Çıkıştaki oksigen nisbətı azaldıkça loqarifmik terim büyümekte və hesaplanan istehlak sürətı yüksəlmektedir.

Kesişme noktası sıcaklığı neyi göstərir?

Kesişme noktası sıcaklığı, numunenin ürettiği ısıyla çevreye kaybettiği ısı arasındakı dengeyi temsil eden bütünleşik bir özliğinden ısınma göstəricisidir. Daha düşük temperatur, numunenin daha erkən ısı biriktirebildiğine və özliğinden yanmaya daha yatkın olduğuna işaret etmektedir.

Özette 168 °C olaraq yuvarlanan dəyər, nəticə bölməünde 168,4 °C olaraq məlumatlmiştir.

Öz-özünə yanma indeksi I nasıl yorumlanmıştır?

Tədqiqatda bütün numunelerin I indeksinin 600–1.200 arasında olduğu və ölçülə bilən özliğinden yanma eğilimi taşıdığı qeyd edilmişdir. Bu tədqiqatın kullandığı sınıflandırmada daha düşük I dəyəri daha yüksək risk anlamına gelmektedir.

• 48 günlük numune: I = 801,6; en düşük dəyər və en yüksək risk
• 96 günlük numune: I = 924,1; risk azalmış ancaq ham numuneden yüksek kalmıştır
• pH 4 numunesi: I = 975,7; ham qanq dəyərine yaklaşmıştır
• pH 5 numunesi: pH 7 kontrolünden təxminən %7 daha düşük I dəyəri

Metod notu: PDF’de bu indeksin açıq hesap tənliyi, əmsalları və sınıflandırma eşikleri məlumatlmemiştir. Bu səbəbdən I dəyərlerinin müstəqil olaraq yenidən hesaplanması mövcud metinle mümkün deyil.

TG-DTG təhlili nasıl aparılmışdır?

Yaklaşık 10 mg numune Al₂O₃ krozeye yerleştirilmiş və hava atmosferinde 20 °C’den 800 °C’ye qədər 10 °C/dak sürətla ısıtılmıştır. Hava debisi 100 mL/dak olaraq ayarlanmıştır.

TG eğrisi numunenin kütlesindeki dəyişimi, DTG eğrisi ise birim zamanda gerçekleşen kütlə itkisi sürətını göstərir.

Altı karakteristik temperatur neyi ifade etmektedir?

Bu temperaturlara görə müddətç beş aşamada dəyərlendirilmiştir:

1. T₁–T₂: Nem buharlaşması
2. T₂–T₃: Oksijen adsorbsiyau və kütle artımı
3. T₃–T₄: Termal ayrışma
4. T₄–T₆: Yanma
5. T₆ sonrası: Tükenme

TG-DTG nəticələrında neden 24 gün öne çıkmaktadır?

T₁, T₂, T₅ və T₆ temperaturları ldaxililenme müddətsiyle əvvəl azalmış, daha sonra yüksəlmiş və en düşük səviyyəlerini 24 günlük numunede göstərmişdir. Bu meyarler baxımından 24 günlük numune oksidləşmə mənbəlı tutuşma müddətcine en sürətlı giren nümunətir.

Maksimum kütlə itkisi sürətı da əvvəl yüksəlmiş, sonra düşmüştür. Ldaxili tətbiq edilmiş bütün numunelerin azami kütlə itkisi sürətı ham qanqdan yüksektir. Bu durum sabit karbonun yanma mərhələsinda daha sürətlı oksitlendiğini göstərir.

0–48 gün arasında nəmlik buharlaşması aşaması kısalirqen oksigen adsorbsiyau və kütle artımı aşaması uzamıştır. Məsamə gelişimi adsorplanmış suyun və uçucu komponentlerin daha kolay çıkmasını sağlamış; aktif grupların çoğalması ise oksigenle tepkime müddətsini uzatmıştır.

24 və 48 günlük nəticələr birbiriyle çelişiyor mu?

Tam olaraq çelişmemektedir; fərqlı təcrübəler fərqlı müddətçleri ölçmektedir:

• TG-DTG karakteristik temperaturlarının bir bölməü 24 günlük nümunəte en düşük çıkmıştır. Bu nəticə, belirli yüksek temperatur reaksiya aşamalarının daha erkən gerçekleştiğini göstərir.
• Məsamə alanı, qələviı aktif funksional qruplar, düşük temperatur oksigen istehlaki, toplam istilik ayrılması və oksigen adsorbsiyau aktivasiya enerjisi 48 günlük nümunəte en riskli səviyyəe ulaşmıştır.

Dolayısıyla 24 gün, qələviı termal gecişlerin en erkən gerçekleştiği nokta; 48 gün ise aşağı temperaturlu oksidləşmə və toplam ısı istehsalinin birlikte en güclü olduğu nokta olaraq dəyərlendiriləbilir. Məqalənin genel sonucu en yüksek bütünleşik özliğinden yanma eğilimini 48 günlük numuneye vermektedir.

Asitli ldaxililenme TG-DTG aşamalarını nasıl dəyiştirmiştir?

Asitle ldaxililenen nümunəlerde ham qanqa görə T₂ və T₆ düşmüş; T₄ və T₅ ise yüksəlmiştir. Maksimum kütlə itkisi sürətı və toplam kütlə itkisi, təmiz suyla ldaxililenen nümunəlerden daha düşük kalmıştır.

Asitli ortam məsamə gelişimini və uçucu maddə çıkışını artırarak düşük temperatur aşamalarını öne çekmiş, ancaq sabit karbon və kükürdlü minerallerin bir bölməünü çözerek yüksek temperaturtaki yanma zorakılıqini azaltmıştır.

Bu cütlük yönlü etki pH 5 grubunda daha belirgin, pH 4 grubunda ise aktif komponent kaybı səbəbiyle daha baskılayıcıdır.

DSC eğriləri ne göstərir?

DSC, numunenin ısı alıp vermesini birbaşa izlemiştir. Bütün nümunəler benzer aşamalı eğri şəkilleri göstermiş; ancaq endotermik davranıştan ekzotermik davranışa geciş ldaxililenmiş nümunəlerde daha düşük temperaturlara kaymıştır.

350 °C’nin altında ldaxililenmiş numunelerin istilik axını ham qanqdan yüksektir. Bu nəticə, aşağı temperaturlu oksidləşmənun güclendiğini dəstəkləyir.

pH 5 örneği 350 °C’nin altında pH 7 örneğinden daha yüksek istilik axını göstərmişdir. Buna qarşılık 400 °C’nin üzərindeki ekzotermik tepeler turşuli nümunəlerde küçülmüş; pH 4 örneğinin tepesi ham qanqın altına inmiştir.

Toplam istilik ayrılması nasıl dəyişmiştir?

48 günlük örneğin toplam istilik ayrılması ham numuneden 108,5 J/g, yani təxminən %17,4 daha yüksektir. 96 günlük nümunəte dəyər 655,2 J/g’a düşmüş, ancaq ham numunenin 624,6 J/g dəyərinin üzərinde kalmıştır.

pH 5 numunesi, eyni müddət boyunca təmiz suyla ldaxililenen 6 günlük numunenin 675,8 J/g dəyərinden pivəz daha yüksek olan 683,7 J/g toplam ısı üretmiştir. pH 4 numunesinin 608,0 J/g dəyəri ise ham qanqın altındadır.

Oksidləşmə kinetiği nasıl hesablanmışdır?

Aktivasyon enerjisi və ön-üstel faktor Coats–Redfern eşitliğiyle hesablanmışdır:

\[ \ln\left[\frac{G(\alpha)}{T^2}\right]=\ln\left(\frac{AR}{\beta E}\right)-\frac{E}{RT} \]

Burada:

• G(α): Seçilən reaksiya meqanizması fonksiyonudur.
• α: Çevrilmə nisbətıdır.
• T: Mutlak temperaturtır, K.
• R: Evrensel gaz sabitidir, 8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹.
• A: Ön-üstel faktordür, dak⁻¹.
• β: Isıtma sürətıdır, K/dak.
• E: Görünür aktivasiya enerjisidir, kJ/mol.

Denklemin düzgünsal uyumunda eğim −E/R ilə əlaqəlidir. Daha düşük aktivasiya enerjisi, reaksiyaun başlaması üçün daha düşük enerji engeli və daha güclü düşük temperatur oksidləşmə eğilimi anlamına gelmektedir.

Reaksiyon meqanizması ldaxililenmeyle dəyişmiş midir?

Araşdırmacılar dokuz yaygın gaz-katı reaksiya meqanizması fonksiyonunu təcrübəerek her aşama üçün en uyğun uyumu seçmiştir.

Oksijen adsorbsiyaunun birinci dereceden 1,5 dereceye gecmesi, uzun ldaxililenmeyle reaksiyaun yalnız kimqanunl merkez sayısına değil, məsamə şəbəkəsi üçündeki oksigen taşınımına da daha güclü bdaxiliimde bağımlı hâle geldiğini göstərir.

Aktivasyon enerjisi nasıl dəyişmiştir?

Oksijen adsorbsiyau və kütle artımı aşamasında bütün ldaxililenmiş numunelerin aktivasiya enerjisi ham qanqdan düşüktür. En düşük dəyər 48 günlük numunede ölçülmüştür:

E = 72,53 kJ/mol

Bu dəyər ham qanqın enerji bariyerinin təxminən %64’üne qarşılık gelmektedir. Başka bir ifadeyle, 48 günlük ldaxililenmeden sonra aşağı temperaturlu oksidləşmənun başlaması üçün gereken görünür enerji engeli təxminən %36 azalmıştır.

Piroliz aşamasındaki aktivasiya enerjiləri 79,01–83,29 kJ/mol kimi dar bir aralıkta kalmıştır. Bu nəticə ldaxililenmenin piroliz aşamasını məhdud ölçüde etkilədiğini və bu aşamanın ağırlıklı olaraq temperatur tarafından kontrol edildiğini göstərir.

Yanma aşamasındaki aktivasiya enerjisi müddətyle əvvəl yüksəlmiş, 48 günde en yüksek səviyyəe ulaşmış və 96 günde geriləmiştir. Bu artım aşağı temperaturlu oksidləşmənun zəifladığı mənasına gəlmir. Tədqiqat, ldaxililenmeyle çoğalan oksigenli və aromatik strukturların yanma mərhələsina daha çox katılmasının yüksek temperaturtaki görünür enerji ihtiyacını dəyiştirdiğini dəyərlendirmektedir.

Təklif edilən bütünleşik meqanizma nədir?

1. Mineral çözünmesi və məsamə yenidən yapılanması

Su karbonatları və gil minerallərini çözerek boşluk və çatlaklar oluşturur. Önceden kapalı məsaməlerin bağlanması, oksigenin qanq parçacıklarının daha derin bölgelerine taşınmasını kolaylaştırır.

2. Reaktif organik səthlerin açığa çıkması

Mineral kaplamalar uzaklaştıkça daha əvvəl mineral tabakaların altında kalan organik karbon strukturları atmosferik oksigenle birbaşa temas eder.

3. Aktif funksional qrupların oluşması

Su-oksigen etkiləşimi alifatik yan zəncirlerdeki və kömür iskeletindeki zəif bağları kırar. −OH, C=O və −COOH kimi oksigen ehtiva edən gruplar çoğalır.

4. Kimqanunl oksigen adsorbsiyau

Aktif gruplar düşük temperaturta oksigeni tutarak qərarsız peroksidler və sərbəst radikaller oluşturur. Bu müddətç oksidləşmə zəncir reaksiyalarının enerji engelini düşürür.

5. Isı birikimi

Daha iyi oksigen taşınımı ilə daha sürətlı səth reaksiyau birlikte çalışarak oksigen istehlakini, CO və C₂H₄ oluşumunu və toplam istilik ayrılmasını artırır.

6. Aşırı ldaxililenmede geriləme

Ldaxililenme kritik müddətnin ötesine gectiğinde məsamə çökmesi, ince parçacıklarla dolma və reaktif organik ürünlerin kaybı başlar. Güçlü turşu de aktif karbon iskeletlerini və funksional qrupları azaltır. Böylece oksidləşmə etkinliği düşer; ancaq məsamə quruluşu başlanğıctan daha gelişmiş kaldığı üçün risk tamamen ortadan kalkmaz.

Erken xəbərdarlıq və saha idarəetməi baxımından ne ifade etmektedir?

Tədqiqat, yağıntıtan hemen sonraki yüksek nəmlik dövrinin təkbaşına dəyərlendirilmesinin kifayətli olmadığını göstərir. Su yığından süzüldükten və malzeme yenidən kuruduktan sonra daha açıq bir məsamə şəbəkəsi və daha reaktif səth kimyası kalabilir.

Laboratuvar nəticələrı xüsusiyyətle orta müddətli ldaxililenme sonrası dövrin izlenmesi gerektiğine işaret etmektedir. Ancaq 24 və ya 48 günlük eşikler birbaşa bütün saha yığınlarına uygulanamaz. Gerçek müddət; yağıntı miqdarı, tane ölçüu, yığın yüksekliği, hava gecirgenliği, temperatur, pirit miqdarı və quruma sürətıyla dəyişebilir.

Meqanizmaya dayalı bir erkən xəbərdarlıq yanaşmaında şu göstəricilər birlikte izlenebilir:

• Yığın daxilii temperatur və temperatur artım sürətı
• Çıkış havasındaki O₂ azalması
• CO və C₂H₄ kimi xarakterik qazların görünmesi
• Sızıntı suyunun pH dəyəri
• Yağıntıtan sonraki quruma müddətsi
• Yığın üçündeki hava akımı və gecirgenlik

Tədqiqat bu izleme spromptini sahada test etmemiştir; yalnız hangi fiziksel və kimqanunl dəyişkenlerin erkən xəbərdarlıqda əhəmiyyətli olabiləceğine ilişkin meqanistik məlumat sağlamaktadır.

Tədqiqatın güclü tərəfləri nelerdir?

• Statik suya daldırma yerine yağıntı akışını taklit eden dinamik damlatmalı kolon sprompti istifadə edilmişdir.
• 3–96 gün arasındakı geniş müddət aralığı, məsamə gelişimi ilə gec dövr geriləmesinin birlikte görülmesini sağlamıştır.
• pH 7, pH 5 və pH 4 müqayisəsı zəif və güclü asidin fərqlı etkilərini ayırmıştır.
• Məsamə yapısı, səth kimyası, xarakterik qazlar, termal davranış və kinetik enerji bariyerleri eyni təcrübə dizisi üçünde incələnmişdir.
• Ham numune və bütün əməliyyat grupları eyni kurutma prosedüründen gecirilmiştir.
• DSC ilə toplam istilik ayrılması ədədi olaraq hesablanmışdır.
• Oksijen adsorbsiyau, piroliz və yanma aşamaları üçün ayrı kinetik meqanizmalar dəyərlendirilmiştir.
• Məsamə gelişimi, aktif grup oluşumu və aktivasiya enerjisi arasındakı əlaqə bütünleşik bir meqanizmayla açıqlanmıştır.

Tədqiqatın məhdudlıkları nelerdir?

• Tədqiqat hüquqem dəyərlendirmesinden gecmemiş bir preprinttir.
• Təcrübəler gerçek qanq yığını yerine 15 cm yüksekliğindeki laboratuvar kolonlarında aparılmışdır.
• Gerçek yığınlardaki temperatur gradyanları, hava akımı, tez-tezışma, düzensiz tane dağılımı və nəmlik göçü birbaşa temsil edilmemiştir.
• Mikrobiyal etkinlik və fərqlı iyonlar ehtiva edən gerçek turşu mədən drenajı incelenmemiştir.
• Yalnızca tək bir mədən sahasından alınan yüksek kükürdlü qanq istifadə edilmişdir.
• Təcrübəsel tekrar saiları belirtilmemiştir.
• Grafiklerde hata çubukları, standart sapmalar və ya etimad aralıkları yoxdur.
• Gruplar arasında statistik əhəmiyyətlilık testi hesabatlanmamıştır.
• Məsaməlerle funksional qrupların neden-nəticə ilişkisini birbaşa gösteren yerinde mikroskobik görüntüleme aparılmamışdır.
• pH təcrübəleri yalnız altı günlük ldaxililenme üçün gerçekleştirilmiştir; pH ilə müddət arasındakı tam etkiləşim araştırılmamıştır.
• Öz-özünə yanma indeksi I üçün açıq hesap tənliyi məlumatlmemiştir.
• Ldaxili mayesındaki həll olmuş minerallar və elementler ayrıntılı bdaxiliimde hesabatlanmamıştır.
• Təcrübə 24 saatte bir tekrarlanan düzenli damlatmaya dayanır; gerçek yağıntıların müddət və zorakılıq dəyişkenliği temsil edilmemiştir.
• Nəticəlar saha ölçekli yangın başlangıcı və ya gerçek tutuşma müddətsiyle təsdiqlənməmişdir.

Tədqiqatın desteklediği nəticələr

• Dinamik ldaxililenme incələnən yüksek kükürdlü qanqın məsamə şəbəkəsinı belirgin bdaxiliimde dəyiştirmiştir.
• Özgül səth sahəsi və məsamə həcmi 48 güne qədər artmış, daha sonra geriləmiştir.
• Hidroksil, oksigenli və aromatik gruplar 48 günde en yüksek səviyyəe ulaşmıştır.
• Ldaxililenmiş bütün müddət grupları ham numuneden daha yüksek düşük temperatur oksidləşmə etkinliği göstərmişdir.
• 48 günlük numune en düşük kəsikşme noktası sıcaklığına, en yüksek toplam istilik ayrılmasına və en düşük oksigen adsorbsiyau aktivasiya enerjisine sahip olmuştur.
• Zayıf turşuli pH 5, aşağı temperaturlu oksidləşmənu nötr ldaxililenmeye görə bir miqdar kuvvetlendirmiştir.
• Güçlü turşuli pH 4, aktif funksional qrupları və toplam istilik ayrılmasını azaltmıştır.
• Çok uzun ldaxililenme riski azaltmış, ancaq numuneyi ham qanq səviyyəsine tamamen döndürmemiştir.

Tədqiqatın qanıtlamadığı nəticələr

• Bütün kömür qanqı türlerinin tam olaraq 48 gün sonra en yüksək riske ulaşacağı qanıtlanmamıştır.
• Her turşuli yağıntıın və ya sızıntı suyunun yanğın riskini artıracağı söylenəmlikez.
• pH 4 uygulamasının sahada etimadli və ya uygulanabilir bir yangın önleme metodi olduğu gösterilmemiştir.
• Laboratuvarda ölçülen 168,4 °C dəyəri gerçek bir qanq yığınının birbaşa alışma temperaturu olaraq kullanılamaz.
• Yağmurun her zaman qanq yığınını ısıttığı və ya her yağıntıtan sonra yangın meydana geleceği sonucuna ulaşılamaz.
• Tədqiqat ağır metal salımı, toksik gazların saha konsentrasiyai və ya insan məruz qalmaini kəmiyyət olaraq ölçmemiştir.
• Təklif edilən meqanizma fərqlı mədənlerden gelen düşük kükürdlü və ya iləri derecede ayrışmış qanqlarda təsdiqlənməmişdir.
• Məsamə gelişimi ilə funksional qrup oluşumu arasındakı moleküler yol birbaşa gözlenmemiştir.

Tədqiqatın Metodi və Nəticələrı

Teknik metod özeti

Ana tapıntıların texniki özeti

Tədqiqatın bütün ölçməleri birlikte dəyərlendirildiğinde en yüksek bütünleşik düşük temperatur oksidləşmə və özliğinden yanma eğilimi 48 günlük ldaxililenme koşulunda görülmüşdür. Bununla belə TG-DTG’de qələviı karakteristik temperaturların 24 günde en düşük olması, riskin tək bir göstəriciyle değil birden çox termal, kimqanunl və kinetik meyarle dəyərlendirilmesi gerektiğini göstərir.

Mənbə və Metod Notu

Tədqiqatın tam orijinal adı: Effect of Leaching on the Oxidative Spontaneous Combustion Characteristics of Coal Gangue

Yazarlar və PDF’deki sıraları: Yaqi Qin; Chengyue Li; Xuyao Qi; Jinhu Li; Haining Qi.

Eş birinci yazar və ya ortaq töhfə: PDF’de belirtilmemiştir.

Sorumlu yazar: Xuyao Qi.

Qurumsal əlaqəlar:

1. Key Laboratory of Gas and Fire Control for Coal Mines, School of Safety Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Çin.
2. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Prevention and Control, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Çin.
3. School of Safety Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Çin.
4. College of Safety Science and Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Çin.
5. College of Safety Science and Engineering, Xinjiang Institute of Engineering, Xinjiang, Çin.

Yazar-qurum eşleşmeleri: Yaqi Qin, Chengyue Li və Xuyao Qi: China University of Mining and Technology bünyesindeki ilk üç qurum; Jinhu Li: Anhui University of Science and Technology; Haining Qi: Xinjiang Institute of Engineering.

DOI: 10.2139/ssrn.6945186

Dergi: Hüquqemli bir dergi adı və ya kabul biliksi bu sürümde yer almamaktadır.

Yayın platformu: SSRN.

Özgün yayınevi: Hüquqemli dergi yayınevi biliksi düzgünlanamamıştır. Belge SSRN preprint kaydıdır.

Belge ilı: SSRN bibliyografik qeydlarında 2026 tarihli preprint olaraq görünmektedir; PDF’de qəti gönderim günü açıqça yazılmamıştır.

Mənbə türü: Dinamik ldaxili təcrübəleri, məsamə və səth kimyası karakterizasyonu, temperatur programlı oksidləşmə, termal təhlil və kinetik modelləşdirmə ehtiva edən laboratuvar ölçekli preprint araşdırma məqaləsi.

Hüquqemlik durumu: Bu tədqiqat hüquqem dəyərlendirmesinden gecmemiştir.

Resmî SSRN əlaqəsı:https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=6945186

DOI əlaqəsı:https://doi.org/10.2139/ssrn.6945186

Fon desteği: Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK20240104), Science & Technology Fundamental Resources Investigation Program (2025FY101700), National Key Research and Development Program of China (2024YFC3909302) və National Natural Science Foundation of China (52574297).

Çıkar çatışması: Yazarlar bilinen mali çıkar və ya şəxssel ilişki bulunmadığını beyan etmiştir.

Veri erişimi: Verilərin talep üzərine sağlanacağı qeyd edilmişdir.

Bu Türkçe məqalə, yüklenen 40 səhifəlık PDF’nin metni, denklemleri, təcrübə parametreleri, tabloları, adsorbsiya və FTIR grafikleri, gaz konsentrasiyai eğriləri, TG-DTG/DSC profilleri və kinetik nəticələrı incelenerek hazırlanmıştır. PDF xariciında yeni bir təcrübəsel tapıntı, saha yangını məlumatsi və ya səhiyyə etkisi sonucu eklenmemiştir. Dış düzgünlama yalnız DOI və SSRN mənbə kimliğinin kontrolü üçün istifadə edilmişdir.

Tədqiqatın əsas məhdudlıkları; təcrübəlerin laboratuvar ölçeğinde yürütülmesi, yalnız tək bir yüksek kükürdlü qanq kaynağının incelenmesi, təcrübə tekrarlarının və statistik qeyri-müəyyənliklerin hesabatlanmaması, pH-müddət etkiləşiminin tam faktoriyel bdaxiliimde araştırılmaması və nəticələrın gerçek qanq yığınlarında hələ düzgünlanmamış olmasıdır.

Preprint xəbərdarlıqsı: Bu tədqiqat hüquqem dəyərlendirmesinden gecmemiş bir preprinttir; tapıntıları müstəqil saha və laboratuvar düzgünlamalarına ihtiyaç duymaktadır.