煤種砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規律

韓慧穎

雞西市質量技術監督檢驗檢測中心

煤種砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規律

韓慧穎

雞西市質量技術監督檢驗檢測中心

隨著我國社會經濟的不斷發展，各項現代化信息技術蓬勃發展。現階段，煤中砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規律問題逐漸得到人們的廣泛關注。本文以15個煤樣品為研究對象,然后對樣品在815℃下進行灰化,并借助ICP-AES法對煤灰中成分進行測定,最后借助X射線衍射對灰化后的樣品和原煤中礦物質成分進行了研究。研究結果顯示,影響煤中礦物質種類有多種因素,灰化過程中礦物質的含量和種類會發生相應的改變,與此同時，部分礦物在高溫作用下發生一定的變化,進而形成相對較穩定的新礦物。

砷；氟；汞；鉛；鎘；灰化過程；散逸規律

眾所周知，煤中的礦物質是煤的重要組成部分,首先，其分布、賦存狀態和含量是制約煤燃燒過程中煤的活性和煤質的關鍵因素,對選煤和煤加工利用等方面扮演著重要角色,其次，煤中相應的礦物質還能夠作為分析煤沉積環境的輔助手段。一般的，煤的高溫灰化過程相對復雜。煤在燃燒過程中,組成礦物質的各種元素會在復雜的物理化學作用下,分別在燃燒氣體、飛灰、底灰和爐渣中重新分配和轉化,煤中礦物質的分布、賦存狀態和含量等多種因素決定了分配的過程,通過分析灰化前后煤中礦物質的變化特征,可以為保證鍋爐系統安全經濟運行和解決鍋爐結渣提供參考。本文借助對煤灰中礦物質和原煤的X射線衍射測試相關研究,進而獲得加熱對礦物物相變化的影響和煤中礦物質分布特征。

一、實驗部分

實驗樣品共15個樣品,將其用刻槽取樣法采于掘進工作面,現場用塑料袋密封,樣品在實驗室研磨過80目篩(0.200 mm)。

所采樣品經過相關部門元素分析,取部分樣品根據國家標準測定灰分方法所規定的步驟,按要求在815℃下制成灰樣品。X射線衍射法是鑒定煤灰中礦物質物和原煤有效和常用的方法,參照X射線衍射對煤灰中礦物質和原煤的衍射量和吸收不同,結合煤灰成分和衍射圖譜特征峰的研究結果,依據標準礦物成分分析法可以計算煤灰樣品和原煤中不同礦物在礦物質中的含量。

二、結果及分析

1、煤灰的化學成分

眾所周知，煤灰的化學成分主要為二氧化硅和三氧化二鋁,二者的含量不低于80%,其次為氧化鈣和三氧化二鐵。其中，三氧化二鐵在煤灰中含量范圍為2.9%～6.7%,與此同時，在煤灰中氧化鈣含量變化范圍較大,一般的，約為1%～17.6%。氧化二鉀、氧化鎂和二氧化鈦在煤灰中含量相對較少,大多在1%～3%之內。其余的像氧化錳、氧化二鈉和五氧化二磷的含量均在1%以下。

2、灰化前后樣品的礦物成分

原煤樣品的主要礦物成分為部分針鐵礦、方解石、高嶺石、石英、伊利石、綠泥石、白云石和蒙脫石,815℃后煤灰樣品中主要礦物成分為部分赤鐵礦、伊利石、石英、綠泥石、方解石、白云石和斜長石。由此可知，原煤在灰化前后,各種礦物相在礦物質中的含量發生了極大的變化,并伴有赤鐵礦和斜長石等新的礦物相生成。

2.1 粘土礦物

粘土礦物是煤灰和原煤中最主要的礦物質,常見的粘土礦物有綠泥石、伊利石、蒙脫石和高嶺石。

眾所周知，高嶺石是煤中最主要的礦物。通常情況下,高嶺石來源于遠離海相沉積的陸源礦物,與此同時，檢測其含量基本都占無機組分的30%以上,少量樣品中含量達50%以上。高嶺石在較低的溫度下容易發生脫水反應,轉變成偏高嶺石。研究結果顯示,原煤中高嶺石峰值明顯,含量較高。

伊利石是含鉀的粘土礦物,也是煤中主要的粘土礦物之一,煤中的伊利石不僅是陸源的,還在一定程度上是煤盆地內的自生礦物。

綠泥石在自然界中分布廣泛,是含有錳、鐵和鎂的一族粘土礦物通稱,為2∶1型的層狀硅酸鹽礦物,其基本結構是:在四面體片組成的2∶1結構單元層之間,夾有另一個層間八面體片,八面體片中的陽離子具有極大的普適類質同像置換,因此，形成眾多的礦物種。

蒙脫石一般在煤樣中不常見,其含量占無機組分的變化范圍為9.9%到22.2%。通常情況下，因為在煤的灰化過程中,隨著溫度的升高會逐漸失去所含水分,即脫水，以至于蒙脫石以及伊利石容易發生不規則混層。

2.2 石英

石英在煤中也比較常見并且分布廣泛,但含量一般不超過30%。二氧化硅是組成石英的主要成分,二氧化硅的平均含量為51.95%。對對應的15個煤灰樣品和15個煤樣品的X射線衍射研究發現,原煤樣品中石英相對含量為5.8%～21.8%,所對應的煤灰樣品中石英的相對含量為8.6%～16.8%。盡管二氧化硅在原煤中含量較高,但因為原煤中有機質含量相對較高,因此，對X射線衍射圖譜造成約束,相應的，在灰化后的煤灰樣品中衍射強度的較低,其主要是由于三氧化二鋁、氧化鈣等成分在灰化過程中發生反應。

2.3 碳酸鹽礦物

白云石與方解石是煤中常見的碳酸鹽礦物,一般的二者常常同時出現。通常情況下,碳酸鹽類礦物在海陸交互相沉積環境、近海相沉積環境和海相中含量較多。與此同時，碳酸鹽的含量分別占無機組分的3.67%和2.56%。根據灰化后煤灰樣品的X射線衍射測試結果得知,雖然碳酸鹽中方解石的含量明顯下降,但其特征峰還是普遍存在得。經研究分析，方解石的含量下降的原因主要是因為灰化后5 h灰化以及815℃的條件下,碳酸鈣分解為氧化鈣和二氧化碳。

2.4 硫化物和硫酸鹽礦物

黃鐵礦是煤中主要的硫化物,黃鐵礦通常是還原條件下的一種沉積環境,所以，其主要存在于海相和海陸交互相煤中。眾所周知，硫的平均含量僅為0.56%,與此同時，不能在X射線檢測圖譜中看到黃鐵礦特征峰。一般的，除了黃鐵礦外,煤中可能還存在其它少量的硫酸鹽礦物和硫化物,像石膏,雖然在煤中含量很少,但常常在海相和海陸交互相煤中出現,其通常處于富含方解石的煤樣中。

三、結語

總之，煤中砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規律已經逐漸得到了人們的廣泛關注，而且已經取得了一定的成績。但我們應該清楚的認識到，我國對于煤中砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規律的研究還處于起步階段，其發展仍然任重道遠。通過本文的分析研究，旨在直觀的探討所有有關于煤中砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規律的問題。各方面開通綠色通道，全力為煤中砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規律研究與發展服務。

[1]李帆,邱建榮,鄭瑛,等.1999.煤燃燒過程礦物質行為研究[J].工程熱物理學報,20(2):258～260.

[2]李莉,齊金忠.1995.界河金礦綠泥石化及其地質意義[J].黃金地質,1(2):72～75.