Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical modeling of gas flow in coal pores for methane drainage

Taheri A., Sereshki F., Ardejani F. D., Mirzaghorbanali A.

Journal of Sustainable Mining

|

2016

|

Vol. 15, iss. 3

95--99

EN

The sudden explosion of methane during underground coal mining is a major dilemma. To mitigate its occurrence and reduce the extent of methane diffusion, gas drainage operations are carried out before mining. This paper investigates methane gas flow in a coal block in order to calculate the pressure of gas and its molecule velocity for methane gas drainage operation. A coal piece surrounded by cleats was used for geometrical modeling and numerical simulation. Movements of fluid and gas molecules in a porous mediumwere successfully simulated. The numerical solution is based on COMSOL Multiphysics software. The validity of the numerical simulation was assessed using an analytical model with satisfactory results.

2

Acid mine drainage treatment by perlite nanomineral, batch and continuous systems

Shabani K. S., Ardejani F. D., Badii K., Olya M. E.

Archives of Mining Sciences

|

2014

|

Vol. 59, no. 1

107--122

EN

In this paper the adsorption activity of perlite nanoparticles for removal of Cu2+, Fe2+ and Mn2+ ions at Iran Sarcheshmeh copper acid mine drainage was discussed. Thus, raw perlite that provided from internal resource was modified and prepared via particles size reduction to nano scale and characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Fourier transforms infrared and BET specific surface area analysis. The results of acid mine drainage show that pH of acid mine drainage is 5.1 and Cu2+, Fe2+ and Mn2+ ions are 10.5, 4.1 and 8.3 ppm, respectively. Firstly in the batch system the influence of adsorbent dose and temperature parameters were considered and then isothermal and kinetic models were investigated. According to the results the Langmuir isotherm and pseudo-second order kinetic model showed better correlation with the experimental data than other isotherm and kinetic models. Obtained thermodynamic parameters such as ΔG°, ΔH° and ΔS° show that the Cu2+, Fe2+ and Mn2+ ions adsorption from acid mine drainage is spontaneous and endothermic. Finally, perlite nanoparticles adsorbent was packed inside a glass column and used for the removal of heavy metals in 1, 3, 5 ml/min acid mine drainage flow rates, the breakthrough curves show that the column was saturated at 180, 240 and 315 min for different flow rates, respectively. According to the obtained results, this abundant, locally available and cheap silicate mineral showed a great efficiency for the removal of heavy metal pollutants from acid mine drainage and can be utilized for much volume of acid mine drainage or industrial scale.

PL

W pracy omówiono zdolności adsorpcyjne nano-cząsteczek perlitu wykorzystywanych o usuwania jonów Cu2+, Fe2+ i Mn2+ z kwaśnych wód kopalniach w kopalni miedzi w Sarcheshmeh w Iranie. Surowy perlit pozyskiwany ze źródeł własnych został zmodyfikowany i odpowiednio spreparowany poprzez zre-dukowanie cząsteczek do rozmiarów rzędu nano- cząsteczek. Perlit poddany został następnie badaniom z wykorzystaniem dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego, rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej, skaningowej mikroskopii elektronowej, transmisyjnej mikroskopii elektronowej, spektroskopii w podczerwieni z transformatą Fouriera. Przeprowadzono także badania powierzchni właściwej w oparciu o równanie BET. Wyniki badań kwaśnych wód kopalnianych wykazują ich kwasowość na poziomie 5.1, a zawartość jonów Cu2+, Fe2+ i Mn2 wynosi odpowiednio 10.5, 4.1, 8.3 ppm. W pierwszym etapie analizowano system działania okresowego, zbadano wpływ następujących parametrów: ilości czynnika absorbującego i temperatury. Następnie przebadano modele izotermiczne i kinetyczne. Na podstawie uzyskanych wyników wykazano, że izoterma Langmuira oraz model pseudo-kinetycznego drugiego rzędu wykazują lepszą zgodność z danymi eksperymentalnymi niż pozostałe modele izotermiczne i kinetyczne. Uzyskane parametry termodynamiczne: ΔG°, ΔH° i ΔS° wskazują, że adsorpcja jonów Cu2+, Fe2+ i Mn2 z kwaśnych wód kopalnianych przebiega spontanicznie i jest procesem endotermicznym. W końcowym etapie badania nanocząsteczki perlitu- adsorbentu zostały umieszczone wewnątrz szklanej kolumny i wykorzystane do usuwania jonów metali ciężkich z kwaśnych wód kopalnianych podawanych z prędkością przepływu 1, 3, 5 ml/min. Krzywe przebicia wskazują, że kolumna została nasycona odpowiednio po 180, 240 i 315 dla odpowiednich prędkości przepływu. Uzyskane wyniki wskazują, że ten występujący lokalnie w dużych ilościach, tani i łatwo dostępny minerał krzemianowy wykazuje wysoką skuteczność w usuwaniu z kwaśnych wód kopalniach zanieczyszczeń w postaci metali ciężkich, dlatego też może być z powodzeniem wykorzystany do oczyszczania znacznych ilości wód a także na skalę przemysłową.

3

Finite volume discretisation for solving acid mine drainage problems

Singh R., Ardejani F. D.

Archives of Mining Sciences

|

2004

|

Vol. 49, nr 4

531-556

EN

Many environmental problems associated with the mining industry involve the understanding and analysis of fluid or gas flow. Typical examples include groundwater flow, transport of contaminants, and teat transfer. The long-term pyrite oxidation and transportation of the oxidation products are noted to be the most important problems that can be modeled in order to predict the transport of the contaminants through groundwater flow systems, to interpret the geochemistry and achieve a better understanding of the processes involved. Computational Fluid Dynamics (CFD) makes it possible to model the processes in which fluid flow, mass transport, heat transfer and chemical processes such as pyrite oxidation are involved. This paper attempts to describe mathematically the numerical finite volume discretisation of the groundwater flow, pyrite oxidation, atmospheric oxygen transport and the solute transport governing equations, These eąuations have been numerically solved using a CFD package called PHOENICS. For all non-standard calculations for this package, the necessary modifications have been carried out by ap-plying FORTRAN 99 coding in a user accessible subroutine.

PL

Wiele zagadnień ochrony środowiska w górnictwie wymaga zrozumienia i analizy procesów przepływu gazów lub cieczy. Typowe zagadnienia to przepływy wód głębinowych, transport zanieczyszczeń, wymiana ciepła, wybuchy, rozwój pożarów, przenoszenie pyłów. Prace eksperymentalne i modele numeryczne są w stanie dostarczyć nam informacji niezbędnych dla rozwiązania konkretnego problemu. Długotrwałe utleniania pirytów i przenoszenie produktów utleniania uważane są za jeden z najważniejszych problemów, a modelowanie tego zjawiska pozwoli nam na przewidywanie ruchu zanieczyszczeń poprzez system wód głębinowych. Można także dokonać analizy geochemicznej zjawiska i lepiej zrozumieć wszystkie zachodzące procesy. Wykorzystanie metody Numerycznej Mechaniki Płynów (ang. CFD) w symulacji przepływów znacznie się rozpowszechniło wśród inżynierów i naukowców wielu specjalności w ciągu ostatnich dwóch lat i stało się niemalże dyscypliną badawczą. Ponieważ szybkie komputery o dużej mocy obliczeniowej oraz zaawansowane metody obliczeń są już szeroko dostępne, podejście CFD przyjęło się jako relatywnie tanie narzędzie do projektowania i predykcji. Metody numeryczne mogą też być wykorzystywane w CFD do symulacji przepływów cieczy oraz zagadnień związanych z przenoszeniem ciepła i masy, jeżeli zagadnienie sformułowane jest w postaci równań różniczkowych cząstkowych. Ogólnie rzecz biorąc, analiza przepływów w oparciu o kody CFD obejmuje trzy podstawowe etapy: faza opracowania wstępnego, obejmująca wprowadzenie zagadnienia — danych o przepływie do pakietu CFD; faza symulacji obejmująca rozwiązanie opisujących równań dla nieznanej zmiennej przepływu; faza opracowania po zakończeniu symulacji, obejmująca określenie geometrii domeny, siatki, wykresów wektorowych, wykresów powierzchniowych, wykresów x-y, i wykresów cieniowanych, animację i dynamiczne wyświetlanie wyników. Utleniania pirytów związane z działalnością górniczą powoduje powstawanie kwaśnych wód o wysokiej zawartości żelaza, siarczanów i o niskim pH. Zanieczyszczenia takie obecne na obszarach górniczych stanowią zagrożenie dla zbiorników wód głębinowych a także powierzchniowych i mogą poważnie zakłócić funkcjonowanie ekosystemów wodnych. Jeżeli celem naszym jest zachowanie stanu środowiska naturalnego, należy dokonać skutecznej i ekonomicznej predykcji powstawania tych zanieczyszczeń. W pracy tej dokonano próby opisu matematycznego dyskretyzacji metodą objętości skończonych przepływów wód głębinowych, utleniania pirytów, przenoszenia tlenu atmosferycznego. Dokonano próby rozwiązania równań transportu. Równania te rozwiązano numerycznie przy użyciu pakietu CFD o nazwie PHOENICS. Dla potrzeb wszystkich obliczeń niestandardowych do wykonania w oparciu o ten pakiet, dokonano niezbędnych modyfikacji poprzez zastosowanie kodu FORTRAN 99 w podprogramie dostępnym dla użytkownika. Podstawowe zasady metody objętości skończonych są łatwe do zrozumienia, metoda ta znakomicie się sprawdza przy rzadkich, nierównomiernych oczkach. Jedną z zalet metody objętości skończonych w porównaniu do innych metod numerycznych jest możliwość zajmowania się warunkami brzegowymi i szczegółowymi wyrażeniami źródłowymi.