原煤中砷、汞的燃燒遷移規(guī)律研究及高砷燃煤固砷劑的初探.pdf

1、煤是大自然賦予人類的寶貴財富,也是人類生產(chǎn)活動中的主要能源。由于煤的生成環(huán)境不同,煤中含有大量的共存元素,其中許多是有毒有害的,在人類使用煤的過程中逸出,危害人們的身體健康,對自然環(huán)境造成極大的威脅。為了保護(hù)環(huán)境,保障生產(chǎn)安全,必須對原煤中各種有毒有害物質(zhì)進(jìn)行限值。本文主要以原煤中砷、汞為研究對象,通過對高砷、汞煤的燃燒試驗,研究高砷、汞煤在高溫燃燒過程中砷、汞的遷移規(guī)律和分布特征,為進(jìn)一步確定原煤中砷、汞的限值提供科學(xué)依據(jù)。
　

2、　 本文以東北某地大型待開采煤礦的鉆井煤為研究樣品,采用高溫管式爐進(jìn)行了原煤樣品的燃燒試驗,證實(shí)砷、汞在高溫下的揮發(fā)是原煤中砷、汞污染的主要來源,但砷、汞的揮發(fā)溫度差別較大。實(shí)驗證明,原煤中汞在較低溫度下即開始揮發(fā),在300—600℃時單質(zhì)汞基本揮發(fā)逸盡；砷的揮發(fā)溫度相對較高,在1100℃高溫下才出現(xiàn)砷的大量逸出。通過對燃燒試驗產(chǎn)生的殘渣、飛灰和吸收液的分析,在600—1000℃時,原煤中砷主要存在于燃燒殘渣中(約80％左右),其余的

3、砷存在于燃燒飛灰中(約20％),被燃燒逸出的砷很少(<1％)；但燃燒溫度大于1000℃時,上述分布發(fā)生突變,殘渣中砷隨燃燒溫度的升高而迅速降低,飛灰中的砷隨燃燒溫度的增高而迅速增大,在1100℃達(dá)到最大值,接近100％,吸收液中砷的含量變化不大。這一結(jié)果證明,原煤燃燒時砷主要以砷化物或砷酸鹽形式存在于燃燒飛灰中,采用原煤作燃料的企業(yè)必須加強(qiáng)防塵處理,避免原煤中砷隨飛灰逸出,造成環(huán)境污染。汞是易揮發(fā)性元素,在較低的燃燒溫度下即以氣態(tài)汞的形

4、式產(chǎn)生揮發(fā),在燃燒溫度300—600℃,汞有40％左右以氣態(tài)汞形式逸出,約60％的汞以汞化物形式進(jìn)入飛灰,殘渣中幾乎無汞及其化合物存在,但隨著燃燒溫度的增大,這種分布特征出現(xiàn)變化,部分汞化物產(chǎn)生高溫化學(xué)反應(yīng),一部分形成易揮發(fā)性汞進(jìn)入大氣,另一部分則形成難熔化合物進(jìn)入殘渣,出現(xiàn)飛灰中汞的分布率逐漸減小,而殘渣和吸收液中汞的分布率逐漸增大的現(xiàn)象。煤矸石是煤礦的圍巖,也具有原煤的一些相關(guān)性質(zhì)。作者采用自行設(shè)計的煤矸石自燃試驗裝置,獲得了煤矸石

5、自燃時砷、汞的遷移規(guī)律。在自燃條件下,砷的揮發(fā)率并不高,不同類型的煤矸石中砷約有60％-85％存在于燃燒底灰中,而煤矸石中90％左右的汞揮發(fā)逸出,污染環(huán)境。通過上述燃燒遷移規(guī)律的實(shí)驗數(shù)據(jù)推證,高砷煤的限值應(yīng)確定在90μg/g以下:高汞煤的限值應(yīng)控制在0.20μg/g以下為宜。
　　 為了抑制高砷煤對環(huán)境的危害,作者利用高溫化學(xué)反應(yīng)原理,設(shè)計研究了系列高溫固砷劑。碳酸氫鈉在1050℃和1100℃時有一定的固砷作用,但總體固砷效率很

6、低,最高固砷率僅為26.98％。市售固硫劑TL-4具有固硫、固砷的雙重作用,對原煤固砷有良好效果,最高固砷率可達(dá)81.7％。單一的碳酸鈣或氧化鈣在高溫下與砷化物作用,生成難分解的砷酸鈣,加入少量這些物質(zhì),其固砷率分別可達(dá)73.0％、47.4％。在原煤中添加3％的市售水泥也能起到固砷效果,在1050℃時固砷率大約為80％。天然白云巖的主要成分是氧化鈣和氧化鎂,在高溫下(1050℃)也能起到良好的固砷效果,最高固砷率接近80％。通過上述實(shí)驗