Том 335, № 9 (2024)

Актуальность. Несмотря на использование технологии щелочного вскрытия для переработки монацитового концентрата в промышленности, такой метод имеет ряд ограничений, таких как низкая эффективность вскрытия концентрата, необходимость применения большого избытка щелочи и длительное время протекания процесса.

Цель. Усовершенствование существующей технологии для преодоления указанных ограничений.

Методы. Сплавления с NaOH под давлением и сплавления с NaOH в сочетании с измельчением на шаровой мельнице, а также сплавление с NaOH с помощью ультразвука высокой интенсивности. Проводятся исследования по изучению влияния ультразвуковых колебаний высокой интенсивности на увеличение скорости выщелачивания/сплавления при проведении выщелачивания медных, ванадиевых, никелевых, бокситовых и урановых руд. Настоящая статья посвящена изучению влияния ультразвука высокой интенсивности на эффективность вскрытия монацитового концентрата растворами NaOH. Экспериментальные данные получены методами масспектрометрического, рентгеноструктурного и ICP-OES анализа.

Результаты и выводы. Определены оптимальные условия выщелачивания партий проб массой от 100 г до 1 кг. Проведены исследования по разделению радиоактивных элементов и примесей в растворе хлоридов редкоземельных элементов, получению очищенного от радиоактивных компонентов и примесей раствора хлоридов редкоземельных элементов. Показано, что при ультразвуковом воздействии устраняются недостатки традиционной технологии сплавления с NaOH, что может быть использовано при проведении глубокой переработки вьетнамского монацитового концентрата. Приведены условия получения хлоридов РЗЭ из предварительно вскрытого монацитового концентрата.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения особенностей аэрогенного воздействия Норильского промышленного комплекса на природную среду.

Цель: изучение особенностей аэрогенного воздействия Норильского промышленного комплекса в южной-юго-западной зоне на удалении 40–60 км с использованием лишайников Cladonia rungeferinа и Cetraria sp.

Объекты: почва, лишайники Cladonia rungeferinа и Cetraria sp.

Методы. Проведен отбор образцов почв и лишайников в 40–60 км к югу-юго-западу от Норильского промышленного района. Отбор образцов проводился по схеме двух профилей протяженностью 14 и 20 км. Анализ образцов проводился с помощью комплекса методов, состоящего из рентгено-флуоресцентного («S4 Pioneer» Bruker AXS), атомно-абсорбционного методов (КВАНТ-2А, Юлия-5К) и масс спектрометрии с индукционно-связанной плазмой (ELEMENT-2) в лаборатории ГИН РАН, г. Москва. Определялась концентрация Ti, V, Ni, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, As, Se, Rb, Cd, Sb, Ba, La, Ce, Hg, Pb, Th, U.

Результаты. Получены данные о концентрации 21-го элемента в почвах и лишайниках. Рассчитано и показано распределение элементов в почве и лишайниках относительно концентрации в верхней части континентальной коры. Рассчитан коэффициент обогащения EF (enrichment factor) для Mn, Ni, Cu, Hg, Pb, оценено распределение этого коэффициента для обоих профилей. Показано, что техногенная составляющая аэрогенного воздействия для Mn, Ni, Cu, Pb к югу-юго-западу от Норильского промышленного комплекса на расстоянии 40–60 км практически отсутствует. Повышенные значения коэффициента обогащения EF (enrichment factor) в лишайниках для Hg объясняются сочетанием двух факторов – постоянного присутствия ртути в значительных концентрациях в экосистемах и тундровых пожаров, прошедших в этой зоне в 2019–2020 гг., что и привело в конечном итоге к повторному осаждению Hg на выгоревших территориях.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью обеспечения безопасных условий труда в рабочих зонах подземных рудников. В условиях отгрузки руды горными машинами в камерах большого сечения в области за навалом руды возможно образование застойных зон с низкими скоростями воздуха. Ввиду нестационарности процессов накопления и переноса газовых примесей в тупиковой выработке существует вероятность образования локальных скоплений газа в таких застойных зонах, а также их резкого выноса в последующем, что приведет к загрязнению воздушного потока, который попадает на рабочее места машиниста.

Цель: определение закономерностей выноса газа из тупиковой очистной выработки большого сечения при наличии в ней навала руды.

Объект: очистная тупиковая горная выработка большого сечения сложной геометрии.

Методы: трехмерное численное моделирование нестационарного турбулентного течения газовоздушной смеси в программном комплексе Ansys CFX, визуализация и анализ данных моделирования в программном комплексе Wolfram Mathematica.

Результаты. Представлены результаты математического моделирования проветривания тупиковых очистных камер большого сечения сложной геометрии с учетом изменяющегося объема навала руды при отгрузке погрузочно-доставочными машинами с двигателем внутреннего сгорания. Показано, что в зависимости от высоты навала руды формируется либо единый вихрь, проветривающий пространство камеры, либо застойная зона за навалом руды, которая характеризуется относительно малой интенсивностью переноса массы. Получены зависимости изменения средней концентрации выхлопных газов на выходе из камерного пространства от времени нахождения техники в очистном пространстве. Определен коэффициент эффективности проветривания и зависимость поправочного объемного коэффициента от геометрических параметров очистного пространства. Получена аналитическая модель выноса газов из очистного пространства тупиковой камеры в условиях изменяющегося объема навала руды. Зависимость позволяет определять концентрацию газа на рабочем месте машиниста погрузочно-доставочной машины в любой момент времени, и, как следствие, определять безопасное для машиниста время работы машины по уборке горной массы.

Актуальность. Территориальное планирование городов обусловливает уменьшение или предупреждение возможных или существующих потерь населения, объектов хозяйства и окружающей природной среды от техноприродных опасностей разного генезиса. Эффективность планирования регламентов градостроительного развития зависит от степени обоснованности идентификации и прогнозов возникновения и эволюции опасных природных и техногенных процессов во времени и пространстве. Это в свою очередь определяется достоверностью наших представлений о закономерностях их формирования и регионального распространения.

Цель: идентифицировать геологические опасности и предложить основные инженерно-геологические ограничения при градостроительном планировании на примере г. Гомеля.

Объекты: природно-техногенная система города Гомеля.

Методы: системный подход при анализе закономерностей формирования опасных природных и техноприродных процессов на территории города; численное моделирование геофильтрационных и геомиграционных процессов на базе геофильтрационной модели «GOMEL».

Результаты. Установлены наиболее характерные опасные природные и техноприродные процессы на примере г. Гомеля. Выделены приоритетные для введения планировочных ограничений - тектоническая обстановка; техногенное подтопление. Отдельно рассмотрены грунтовые условия, как один из факторов влияния на осадки естественных и искусственных оснований под действием нагрузок от гражданских и промышленных зданий и сооружений. Выявлено наличие дизъюнктивных, а также пликативных в виде флексур, разновозрастных и разномасштабных дислокаций, формирующих блоковую структуру верхней части земной коры города. Показано, что с точки зрения устойчивости инженерных сооружений опасность представляют абсолютные значения скоростей длиннопериодических однонаправленных смещений блоков при длительной эксплуатации сооружений, расположенных в межблоковых активных зонах. В то же время короткопериодические разнонаправленные движения в активных геодинамических зонах сочленения блоков обусловливают изменение наклона и изгиба оснований сооружений. Приведены инженерно-геологические особенности наиболее распространенных поверхностных отложений: терригенной сероцветной формации палеогена; ледниковой, перигляциальной и внеледниковой формаций антропогена и их фациально-генетических комплексов. Определены потенциальные природные и техноприродные опасности, связанные с отмеченными отложениями. Показаны причины и механизмы формирования техногенного подтопления города, а также природа снижения показателей деформационных свойств моренной супеси при техногенном увеличении влажности. Сделан вывод о том, что при установлении регламентов землепользования для города, как правило, не могут приниматься общие меры, как для всей его территории, так и для определенных стадий строительной деятельности. Приведены соответствующие ограничения пользования недрами.

Актуальность. В результате строительства и эксплуатации зданий и сооружений в пределах Абаканской агломерации происходит активизация существующих и образование новых инженерно-геологических процессов, сопровождаемых аварийными разрушениями сооружений. Для минимизации экономических и социально-экологических ущербов необходима своевременная разработка научно обоснованных градостроительных и архитектурно-планировочных решений, в которых бы учитывались результаты проектных проработок инженерной защиты территории от опасных проявлений инженерно-геологических процессов. Обобщение имеющихся результатов изысканий с целью типизации инженерно-геологических условий городской территории позволит оптимизировать строительное освоение городских территорий, разработать надежные схемы инженерной защиты от проявлений опасных инженерно-геологических процессов.

Целью работы является установление природных и антропогенных факторов, обусловливающих активность опасных геологических процессов территории Абаканской агломерации.

Методы. Сбор, систематизация и анализ имеющихся территориальных геологических, гидрологических, гидрогеологических, экологических сведений, результатов инженерных изысканий.

Результаты и выводы. На качественно новом уровне составлен комплект карт по факторам, обусловливающим развитие опасных геологических процессов. Проведен ГИС-анализ морфометрических показателей рельефа территории агломерации: построены карты крутизны и экспозиции склонов. Анализ собранных данных позволил установить региональные особенности компонентов геологической среды и предложить схему зонирования территории для ее строительного освоения и инженерной защиты. При зонировании выделено четыре таксона: территории благоприятные для строительства, не требующие значительных работ по инженерной подготовке; территории условно благоприятные для строительства, требующие предварительной инженерной подготовки; территории условно неблагоприятные для строительства, требующие значительных затрат на инженерную подготовку; территории неблагоприятные для строительства. Границы таксонов проведены на основе анализа геоморфологических особенностей территории. Проведенное исследование выполнено для территории агломерации впервые.

Актуальность. При выполнении рабочих процессов технологическое оборудование излучает вибрацию, которая является следствием повышенных динамических нагрузок в конструктивных элементах и сопряжениях систем в целом и их элементов. При этом может существенно ускоряться развитие усталостных разрушений. Поэтому решение задач, связанных со снижением уровня вибрации, всегда актуально. Одно из направлений исследований направлено на разработку и применение систем вибрационной защиты. Различают пассивные вибрационные защитные системы и активные, с возможностью управления параметрами вибрации. Каждый из видов защитных систем имеет линейный закон изменения жесткости, что не позволяет эффективно демпфировать низкочастотные колебания. Таким образом, информационный обзор демонстрирует перспективность работ по созданию систем вибрационной защиты, постоянно улучшая их параметры в аспекте: минимизации габаритных размеров и количества деталей; повышения надежности, особенно в резонансном режиме; обеспечения возможности работы на режимах с малой жесткостью. Последний фактор обуславливает хорошее гашение вибрации, излучаемой источником.

Цель: исследование возможности разработки виброзащитной системы с квазинулевой жесткостью с возможностью эффективного демпфирования низкочастотных колебаний.

Методы: информационно-аналитический обзор в сфере научного исследования, поиск конструктивных решений, проведение предварительных проектных расчетов и 3D-моделирование, описание разрабатываемого устройства и его принципов работы.

Результаты. Приведены результаты разработки системы защиты от вибрации, имеющей квазинулевую жесткость. Приведен фрагмент информационного обзора существующих виброзащитных систем. Сделан вывод о недостатках, характерных для всех систем: относительно больших размерах, большом числе элементов, недостаточном рабочем частотном диапазоне. Авторами предложено конструктивное решение для создания системы гашения колебаний с нелинейным законом изменения жесткости, которое позволит устранить приведенные недостатки и обеспечить возможность эффективного гашения низкочастотных колебаний. Создана методика расчета конструктивных параметров системы виброгашения. Приведен пример расчета. Данная система отличается от существующих виброзащитных устройств малой жесткостью и небольшими габаритами, широким рабочим частотным диапазоном гашения колебаний. Обоснована эффективность работы системы с нелинейной квазинулевой жесткостью.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения форм миграции химических элементов в подземных водах затопленных медноколчеданных рудников для правильного понимания и прогнозирования процессов их переноса и распределения в гидрогеохимических полях. Подземные и поверхностные воды являются сложной смесью веществ, в которой в зависимости от рН, Eh и t °С формируются фазовые переходы с последующим растворением или осаждением минералов. Для решения этих задач используется численное гидрогеомиграционное моделирование, в том числе физико-химическое, которое позволяет сделать выводы о масштабах загрязнения и местах локализации таких участков для последующих разработок мероприятий по улучшению состояния гидросферы.

Цель: определение форм миграции химических элементов в подземных водах и расчет индексов насыщения воды по отношению к минералам.

Объекты: подземные воды на территории закрытого Левихинского медноколчеданного рудника.

Методы: лабораторные исследования подземных вод выполнялись с использованием методов пламенно-эмиссионной спектрометрии, пламенно атомно-абсорбционной, фотометрическим методом с реактивом Несслера, титриметрическим, меркуметрическим и потенциометрическим методами; масс-спектрометрией с ионизацией в индуктивно связанной плазме и гравиметрическим методом. Для физико-химического моделирования использовался программный продукт Visual MINTEQ 3.1.

Результат. По результатам обработки химических анализов и физико-химического моделирования все опробованные скважины поделены на группы. Первая группа – скважины № 1, 2, 3 и 6, расположенные в пределах бывшего горного отвода (возле ш. «Левиха XIV», техногенного водоема, ш. «Левиха II» и станции нейтрализации). Вторая группа представлена водой в скважинах № 4 возле ствола ш. «Центральная» и № 5 возле отвала «Южный». Третья группа – скважина № 7, расположенная возле устья р. Левихи. Индексы насыщения и формы миграции компонентов в водной среде позволяют выявить масштаб загрязнения и места локализации таких участков. Установлено, что при действующей системе сбора и очистки не происходит масштабного загрязнения подземных вод на Левихинском руднике. Оно локализуется в районе шахтного ствола «Центральный» (скважина № 4) и отвала «Южный» (скважина № 5).

Актуальность исследования обусловлена деградацией многолетнемерзлых пород под влиянием глобального потепления. Это обуславливает необходимость прогнозной оценки устойчивости мерзлоты для минимизации нарушений инженерных сооружений в криолитозоне.

Цель: оценка устойчивости мерзлых торфяников в южной части зоны островного распространения мерзлоты.

Объекты: почвы плоскобугристых и крупнобугристых торфяников, которые сохраняют мерзлоту на южной границе островной криолитозоны.

Методы: замеры температуры торфа и минерального грунта в наблюдательных геокриологических скважинах на глубинах от 0 до 10 м с применением системы автоматического мониторинга «САМ-Н»; определение температуры поверхности по данным тепловых каналов спутниковых снимков MODIS за 2000–2022 гг.; анализ метеопоказателей и определение трендов температурного режима воздуха для прогнозной оценки устойчивости многолетнемерзлых пород; вычисление индикаторных показателей состояния мерзлоты – суммы положительных и отрицательных температур, коэффициентов морозности воздуха и температурного индекса поверхности.

Результаты. Отмечены многочисленные признаки неустойчивого состояния мерзлоты: среднегодовая температура поверхностного слоя была положительная во всех обследованных скважинах (+0,8…+1,3 °С); на глубине нулевых теплооборотов (10 м) температура близка к точке таяния (преобладает диапазон –0,2…–0,3 °С), выявлено появление слоя грунта, который не замерзает в течение всего года («несливающаяся мерзлота»). Значения коэффициентов таяния и морозности воздуха соответствуют значениям в области с немерзлыми грунтами. Наблюдаются положительные тренды температуры воздуха, температуры поверхности Земли и высоты снежного покрова. За 2000–2022 гг. приземная температура воздуха в среднем увеличивалась на 0,76 °С/10 лет. Температура поверхности Земли в летний период возрастала в среднем на 0,42 °С/10 лет. При сохранении тенденции к росту температур приземного слоя воздуха мерзлые торфяники в южной части зоны криолитозоны полностью растают через 50–70 лет.

Актуальность. Определяется необходимостью разработки технологии утилизации твердых и жидких производственных отходов с получением органо-неорганического удобрения. Рост промышленного производства сопровождается увеличением отходов. В современном обществе уделяется значительное внимание проблеме переработки техногенных отходов с получением востребованных продуктов. Фосфогипс является основным побочным продуктом производства удобрений и фосфорной кислоты, это многотоннажный отход, его складирование приводит к выводу из обращения обширных территорий. Жидкие отходы свинокомплексов также необходимо перерабатывать в органические удобрения.

Цель. Изучение процесса термообработки фосфогипса в присутствии восстановителя для получения подщелачивающего реагента. Это позволит в дальнейшем организовать процесс переработки жидких и твердых сельскохозяйственных и промышленных отходов и производить отечественные органоминеральные удобрения.

Методы. Термообработка фосфогипса в присутствии восстановителя с последующим приготовлением водной суспензии для получения агента, снижающего кислотность животноводческих стоков. Полученные в ходе исследования образцы термообработанного фосфогипса были охарактеризованы с помощью рентгенофазового анализа, электронной микроскопии. На их основе были получены суспензии с различным значением рН.

Результаты и выводы. Проведено изучение процесса термообработки крупнотоннажного неорганического отхода химической промышленности – фосфогипса. Установлено, что суспензия термообработанного в присутствии восстановителя фосфогипса имеет повышенные значения водородного показателя, что может быть использовано для получения подщелачивающего реагента для обработки сельскохозяйственных отходов. Выявлены оптимальные технологические режимы получения реагента, имеющего максимальное значение рН суспензии: количество введенного восстановителя – 0,16 моль/моль CaSO₄, температура термообработки 1000 °С.

Актуальность. При эксплуатации погружного оборудования для добычи нефти в агрессивных средах и переводе скважин в режим циклической эксплуатации наблюдается уменьшение срока службы погружной установки для добычи нефти. В первом случае это связано с образованием солеотложений и засорением рабочих органов электронасоса механическими примесями. Во втором случае – с увеличением количества пусков погружного электродвигателя. Решение сложившихся трудностей возможно путем внедрения замкнутых систем управления погружными электродвигателями на основе наблюдателей переменных состояния, что обуславливает актуальность исследования.

Цель: разработка наблюдателя с оперативным мониторингом угловой скорости ротора и момента сопротивления на валу погружного асинхронного двигателя при несогласованности начальных условий в различных режимах работы и его апробирование с помощью средств моделирования.

Методы. Наблюдатель построен на основании известных моделей электродвигателей в неподвижной системе координат α, β, теории БИХ-фильтров для получения прогноза оценок угловой скорости ротора и момента на валу и их корректировки в режиме реального времени.

Результаты. Предложена оригинальная структура наблюдателя с оперативным мониторингом угловой скорости ротора и момента сопротивления на валу погружного асинхронного двигателя.

Выводы. Продемонстрирована работоспособность наблюдателя при несогласованности начальных условий и данных модели электродвигателя в различных режимах работы. Во всех режимах получены устойчивые оценки скорости и момента сопротивления на валу электродвигателя. При этом погрешность оценивания угловой скорости при условии изменения нагрузки на валу и пуске в нагруженном состоянии составляет не более 1,2 %, что допустимо в системах управления погружными электродвигателями. Выявлено, что разработанный наблюдатель при условии изменения активных сопротивлений статора и ротора в диапазонах от –25 до +25 % от номинального значения получает оценки угловой скорости с интегральной погрешностью не более 5 %, кроме пуска двигателя при уменьшении значения активного сопротивления ротора на 25 % от номинального значения – 5,53 %, что допустимо в инженерной практике.