Evaluation of Coal Spontaneous Combustion (CSC) Liability Based on Particle Size Distribution (PSD) and Specific Surface Area (SSA)
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि कण आकार वितरण और विशिष्ट सतह क्षेत्र कोयले के स्वतः दहन की संभावना के लिए मौलिक नियंत्रण कारक हैं, जिसमें महीन कण और उच्च सतह क्षेत्र ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाशीलता और दहन जोखिम को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाते हैं।
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कोयला एक ऐसा ईंधन है जिसने सदियों से मानव उद्योग को शक्ति प्रदान की है, लेकिन इसमें एक छिपा हुआ खतरा है जो बिना किसी चिंगारी के एक खदान को भट्टी में बदल सकता है। यह खतरा स्वतः दहन (स्पोंटेनियस कंबशन) है, जो कोयले के ढेर के भीतर गहराई में शुरू होने वाली एक धीमी, आत्म-रक्षित आग है। यह तब शुरू होता है जब हवा से ऑक्सीजन कोयले की सतह को छूती है और एक रासायनिक प्रतिक्रिया को सक्रिय करती है जो ऊष्मा (हीट) छोड़ती है। सामान्य परिस्थितियों में, यह ऊष्मा आसपास की हवा या चट्टान में निकल जाती है। हालांकि, यदि कोयले को इस तरह से ढेर किया जाता है कि ऊष्मा फंस जाए, या यदि प्रतिक्रिया तेज हो जाए, तो तापमान इतना बढ़ सकता है कि कोयला अपने आप प्रज्वलित हो जाए। यह घटना खनिकों के लिए एक निरंतर खतरा बनी रहती है, जिससे उपकरणों को नुकसान पहुँचता है, उत्पादन रुक जाता है और जहरीली गैसें निकलती हैं। दशकों से, इंजीनियरों और वैज्ञानिकों ने यह अनुमान लगाने की कोशिश की है कि कोयले के कौन से ढेर में आग लगने की सबसे अधिक संभावना है, जिसमें वे कोयले की रासायनिक संरचना या इसके आसपास के वातावरण में सुराग खोजते रहे हैं।
तुर्की के ज़ोंगुलडाक बुलेन्ट एसेवित विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या के एक अधिक भौतिक पहलू पर करीब से नज़र डाली है: कोयले के कणों का आकार स्वयं। कल्पना कीजिए कि कोयले की एक बड़ी चट्टी को छोटे और छोटे टुकड़ों में कुचला जा रहा है। जैसे-जैसे टुकड़े छोटे होते जाते हैं, हवा के संपर्क में आने वाला सतह क्षेत्र (सरफेस एरिया) नाटकीय रूप रूप से बढ़ जाता है, ठीक वैसे ही जैसे बर्फ का एक बड़ा टुकड़ा कुचली हुई बर्फ के एक कप की तुलना में धीरे पिघलता है। शोधकर्ताओं ने सोचा कि क्या संपर्क में आने वाले सतह क्षेत्र में यह वृद्धि, और ढेर में कणों के विशिष्ट आकार का मिश्रण, स्वतः दहन के लिए एक विश्वसनीय चेतावनी संकेत के रूप में काम कर सकता है। यह पता लगाने के लिए, उन्होंने तुर्की के विभिन्न स्थानों और अंतर्राष्ट्रीय स्रोतों से एकत्र किए गए 216 अलग-अलग कोयला नमूनों को शामिल करते हुए एक विशाल, व्यवस्थित जांच आयोजित की।
टीम ने इन 216 नमूनों को तैयार करने से शुरुआत की, उन्हें बारीक पाउडर में पीस दिया ताकि वे परीक्षण के लिए तैयार रहें। फिर उन्होंने प्रत्येक नमूने में कणों के आकार के सटीक वितरण को मापने के लिए एक परिष्कृत लेजर उपकरण का उपयोग किया। इस प्रक्रिया ने न केवल कणों के औसत आकार को प्रकट किया, बल्कि सूक्ष्म धूल जैसे कणों से लेकर बड़े टुकड़ों तक के पूरे स्पेक्ट्रम को भी दिखाया। इन मापों के साथ, उन्होंने प्रत्येक नमूने के लिए विशिष्ट सतह क्षेत्र (स्पेसिफिक सरफेस एरिया) की गणना की, जो एक ऐसा मान है जो उस कुल सतह को दर्शाता है जिस पर ऑक्सीजन प्रतिक्रिया कर सकती है। इन भौतिक विशेषताओं को मैप करने के बाद, शोधकर्ता अगले चरण की ओर बढ़े: यह परीक्षण करना कि प्रत्येक नमूना कितनी आसानी से गर्म होता है। उन्होंने नियंत्रित वातावरण में कोयले को रखा और तापमान को धीरे-धीरे बढ़ाया, सावधानीपूर्वक निगरानी की कि कोयला कैसे प्रतिक्रिया करता है। उन्होंने खतरे के विशिष्ट संकेतों की तलाश की, जैसे कि वह तापमान जिस पर कोयला अपने परिवेश की तुलना में तेजी से गर्म होने लगा, तापमान बढ़ने की दर, और एक गणना किया गया स्कोर जो यह दर्शाता है कि सामग्री कितनी ज्वलनशील है।
इस व्यापक अध्ययन के परिणाम एक स्पष्ट और सुसंगत तस्वीर पेश करते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि कोयले की भौतिक संरचना इसके आग के जोखिम का एक शक्तिशाली भविष्यवक्ता है। विशेष रूप से, जिन नमूनों में बहुत महीन कणों का अनुपात अधिक था, उनमें खतरनाक हीटिंग व्यवहार दिखने की संभावना बहुत अधिक थी। जब कोयले को छोटे टुकड़ों में पीसा गया, तो ऑक्सीजन के हमला करने के लिए उपलब्ध कुल सतह क्षेत्र बढ़ गया, जिससे ऊष्मा उत्पन्न करने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाएं तेज हो गईं। अध्ययन ने दिखाया कि जैसे-जैसे कणों का आकार कम हुआ, वह तापमान जिस पर कोयला अस्थिर हो गया, गिर गया और इसके गर्म होने की दर बढ़ गई। यह संबंध सभी 216 नमूनों में सत्य रहा, चाहे कोयला कहीं से भी आया हो या उसकी रासायनिक संरचना कुछ भी हो।
शायद सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष यह था कि कणों के केवल औसत आकार को देखना पूरी कहानी बताने के लिए पर्याप्त नहीं था। शोधकर्ताओं ने पाया कि आकारों का मिश्रण, और विशेष रूप से कणों के आयतन और उनकी सतह के बीच का संबंध, एक अधिक सटीक चेतावनी प्रणाली प्रदान करता है। उन्होंने पहचान की कि कुछ माप, जो इस बात का हिसाब रखते हैं कि सामग्री के मुख्य भाग के सापेक्ष कितनी सतह उजागर है, जोखिम के सबसे संवेदनशील संकेतक थे। ये माप, कुल सतह क्षेत्र के साथ मिलकर, सामग्री के स्वतः गर्म होने की प्रवृत्ति का पहले के तरीकों (जो एकल कारकों पर ध्यान केंद्रित करते थे) की तुलना में बहुत स्पष्ट दृश्य प्रदान करते हैं। डेटा ने सुझाव दिया कि कोयला जितना महीन होगा और उसका सतह क्षेत्र जितना अधिक होगा, स्वतः दहन की संभावना उतनी ही अधिक होगी।
यह कार्य खनन उद्योग के लिए एक व्यावहारिक नया उपकरण प्रदान करता है। यह समझकर कि कोयले के कणों का आकार वितरण और सतह क्षेत्र आग के जोखिम के मौलिक चालक हैं, खान संचालक कोयले के विभिन्न बैचों से उत्पन्न खतरे का बेहतर आकलन कर सकते हैं। केवल रासायनिक विश्लेषण या पर्यावरणीय निगरानी पर निर्भर रहने के बजाय, वे अब इन भौतिक मापों का उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए कर सकते हैं कि कौन सी सामग्रियां स्वतः गर्म होने के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील हैं। अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि उसने स्वतः दहन की समस्या को पूरी तरह से हल कर दिया है, बल्कि यह इसके पीछे के भौतिक यांत्रिकी को समझने के लिए एक मजबूत, साक्ष्य-आधारित ढांचा प्रदान करता है। कण के आकार और सतह क्षेत्र की मूर्त वास्तविकता पर ध्यान केंद्रित करके, शोधकर्ताओं ने आग को रोकने और खनन कार्यों को सुरक्षित रखने की दिशा में एक स्पष्ट मार्ग प्रदान किया है।
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