煤中汞遷移規(guī)律和賦存情況的試驗研究

郭玉紅

（山東省煤田地質(zhì)局第五勘探隊，山東 泰安 271000）

近年來汞污染越來越引起社會的重視，如何在用煤過程中脫除汞、固化轉(zhuǎn)換汞的研究也越來越多，只有掌握和弄清煤中汞的分布特性以及賦存狀態(tài)，才有可能設(shè)計和選擇合理的處理方法，在燃煤前、過程中或是燃燒后將汞有效地脫除，最大程度減輕燃煤排放的汞對環(huán)境的污染。由于不同煤種、不同成煤時代以及成煤環(huán)境的差異，煤中汞的賦存狀態(tài)非常復(fù)雜，從目前的一些研究成果看，均不具有普遍性。有的國內(nèi)研究者認為煤中汞主要賦存在黃鐵礦中，即大部分的汞以硫化物結(jié)合態(tài)賦存在煤中；國外有學(xué)者認為煤中汞主要以粘土結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)和硫化物結(jié)合態(tài)等其他形式賦存。本文主要以本單位采集的全國各個重點產(chǎn)煤地區(qū)的不同含量的煤為分析對象，力求通過試驗分析研究煤中汞的一些賦存共性與特性。

1 試驗設(shè)計及過程

在充分考慮了煤的使用加工過程中的各種因素后，決定選擇溫度和粒度這兩個煤炭加工都必須經(jīng)過的變化因素作為設(shè)計目標(biāo)，設(shè)計了兩個試驗方案。

1.1 方案一：溫度遷移試驗

目的：汞元素隨著外部溫度變化的流向規(guī)律研究

1.1.1 試驗步驟

先從煤樣中選出已知汞含量大于0.2 ug/g 的樣品25 個，分別從室溫開始升溫，按設(shè)定的條件逐級進行。根據(jù)煤加熱分解的一般規(guī)律，設(shè)置了5 個試驗溫度條件。

試驗條件1：將選好的樣品先做分析基水分測定（或者烘干），然后用測定后的煤樣測汞含量。

試驗條件2：將選好的樣品放在通風(fēng)良好的馬弗爐中，逐步升溫到210 ℃，停留30 min，待冷卻后測定汞含量。

試驗條件3：將選好的樣品先放置在已升溫至400 ℃、通風(fēng)良好的馬弗爐中，停留10 min 后快速取出，待冷卻后測定汞含量。

試驗條件4：將選好的樣品先放置在已升溫至500 ℃、通風(fēng)良好的馬弗爐中，停留30 min 后快速取出，待冷卻后測定汞含量。

試驗條件5：將選好的樣品灰化后測定汞含量。

試驗方案可檢測獲得5 種狀態(tài)（試驗條件）下煤（灰）中汞的含量，通過分析流失率，可以確定汞在煤不同溫度下的析出情況。試驗數(shù)據(jù)見表1。

1.1.2 數(shù)據(jù)處理

表1 汞含量高于0.2 ug/g 的樣品、試驗結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)處理

1.2 方案二：煤中汞粒度分布規(guī)律研究試驗

目的：分析煤在自然力破壞情況下，汞在各個粒度級的分布規(guī)律。

1.2.1 樣品選擇

樣品來源如表2 所示

表2 樣品來源

1.2.2 試驗步驟

（1）按照《煤樣的制備方法》（GB 474-2008），將塊煤在自然力作用下破碎篩分，直至全部通過13 mm 的篩孔，逐級篩分為試驗所需要的粒度等級，然后制備成小于0.2 mm 的分析樣品，以備使用。

（2） 按 照《 煤 中汞 的 測 定 方 法》（GB/T16659-2008）測量各分析樣品中汞的含量。

1.2.3 試驗數(shù)據(jù)

樣品汞元素分析數(shù)據(jù)見表3、表4。

表3 粗粒度級樣品汞元素分析數(shù)據(jù)

表4 細粒度級樣品汞元素分析數(shù)據(jù)

2 試驗結(jié)果分析

（1）從方案1 中，溫度的5 個條件測試的三個表格和圖像中可以看出，100 ℃以下汞完全沒有流失，隨著溫度的升高汞逐步流失，200 ℃一般流失很少，但個別有達到50%（說明其汞鹽賦存于結(jié)晶水或裂隙中），到500 ℃汞已基本流失，在灰渣中毫無殘留。所以非常確定，煤中汞的析出溫度為100～500 ℃。

這說明煤中汞的遷移受溫度的影響非常大，隨著溫度的升高，由于結(jié)晶水和類似硫化物鹽類的分解而流失，汞極易被排放到周圍的空氣中。

（2）在方案2 中，四種不同煤樣的不同粒度的汞含量走勢不一，大粒度的高低相差較大，共同的特點是小粒度中汞的分布一般比較平均。

雖然看似沒有規(guī)律，但結(jié)合煤種各自的特點，可以得出結(jié)論：汞在煤中各粒度的含量高低與該粒度的孔隙率有關(guān)。如樣品1 為氣肥煤，中等變質(zhì)程度，其汞含量隨著粒度的減?。ū砻娣e的增大）而增大；又如3 號樣品為1/3 焦煤，也為中等變質(zhì)程度，但其13～6 mm 和6～3 mm 粒級孔隙較為發(fā)育，汞含量明顯高于較小粒級（3～0.5 mm，＜ 0.5 mm）。

河南理工大學(xué)的劉高峰等人[1]對氣肥煤和焦煤所做的試驗證實，在進汞試驗中，剛開始壓力小時，汞先充滿孔徑大的超大孔，隨著壓力的升高，依次充滿孔徑相對較小的孔，直至飽和；而在退汞試驗中，汞先從微小孔中退出，隨著壓力的降低，依次退出。因此，在自然狀態(tài)下，各粒度的汞含量高低與該粒度的孔隙或裂隙發(fā)育程度正相關(guān)。

綜合以上兩個試驗，得出如下綜合結(jié)論：汞在煤中的賦存狀態(tài)是按孔隙的大小分布的，并極易隨著溫度的升高而釋出。

3 結(jié)語

“煤中汞的析出溫度為100～500 ℃”意味著在工業(yè)利用中，可以在這個溫度區(qū)間考慮回收或進行汞的吸收。對含汞量高的殘渣和吸收劑，也可以考慮通過集中加熱回收。

“汞在煤中各粒度的含量高低與該粒度的孔隙率有關(guān)”這個特性可以為篩選加工和浮選過程中增加脫汞的工藝設(shè)計提供依據(jù)，孔隙率高的可考慮使用介質(zhì)浸出等加工方法提前去除煤中汞。

目前煤的應(yīng)用非常廣泛，加工條件也千差萬別，如果能提前綜合考慮，采取“組合拳”去除煤中的各種污染有害物質(zhì)，是最環(huán)保、最經(jīng)濟的方法。