煤种砷、氟、汞、铅、镉在灰化过程中的逸散规律

韩慧颖

鸡西市质量技术监督检验检测中心

煤种砷、氟、汞、铅、镉在灰化过程中的逸散规律

韩慧颖

鸡西市质量技术监督检验检测中心

随着我国社会经济的不断发展，各项现代化信息技术蓬勃发展。现阶段，煤中砷、氟、汞、铅、镉在灰化过程中的逸散规律问题逐渐得到人们的广泛关注。本文以15个煤样品为研究对象,然后对样品在815℃下进行灰化,并借助ICP-AES法对煤灰中成分进行测定,最后借助X射线衍射对灰化后的样品和原煤中矿物质成分进行了研究。研究结果显示,影响煤中矿物质种类有多种因素,灰化过程中矿物质的含量和种类会发生相应的改变,与此同时，部分矿物在高温作用下发生一定的变化,进而形成相对较稳定的新矿物。

砷；氟；汞；铅；镉；灰化过程；散逸规律

众所周知，煤中的矿物质是煤的重要组成部分,首先，其分布、赋存状态和含量是制约煤燃烧过程中煤的活性和煤质的关键因素,对选煤和煤加工利用等方面扮演着重要角色,其次，煤中相应的矿物质还能够作为分析煤沉积环境的辅助手段。一般的，煤的高温灰化过程相对复杂。煤在燃烧过程中,组成矿物质的各种元素会在复杂的物理化学作用下,分别在燃烧气体、飞灰、底灰和炉渣中重新分配和转化,煤中矿物质的分布、赋存状态和含量等多种因素决定了分配的过程,通过分析灰化前后煤中矿物质的变化特征,可以为保证锅炉系统安全经济运行和解决锅炉结渣提供参考。本文借助对煤灰中矿物质和原煤的X射线衍射测试相关研究,进而获得加热对矿物物相变化的影响和煤中矿物质分布特征。

一、实验部分

实验样品共15个样品,将其用刻槽取样法采于掘进工作面,现场用塑料袋密封,样品在实验室研磨过80目筛(0.200 mm)。

所采样品经过相关部门元素分析,取部分样品根据国家标准测定灰分方法所规定的步骤,按要求在815℃下制成灰样品。X射线衍射法是鉴定煤灰中矿物质物和原煤有效和常用的方法,参照X射线衍射对煤灰中矿物质和原煤的衍射量和吸收不同,结合煤灰成分和衍射图谱特征峰的研究结果,依据标准矿物成分分析法可以计算煤灰样品和原煤中不同矿物在矿物质中的含量。

二、结果及分析

1、煤灰的化学成分

众所周知，煤灰的化学成分主要为二氧化硅和三氧化二铝,二者的含量不低于80%,其次为氧化钙和三氧化二铁。其中，三氧化二铁在煤灰中含量范围为2.9%～6.7%,与此同时，在煤灰中氧化钙含量变化范围较大,一般的，约为1%～17.6%。氧化二钾、氧化镁和二氧化钛在煤灰中含量相对较少,大多在1%～3%之内。其余的像氧化锰、氧化二钠和五氧化二磷的含量均在1%以下。

2、灰化前后样品的矿物成分

原煤样品的主要矿物成分为部分针铁矿、方解石、高岭石、石英、伊利石、绿泥石、白云石和蒙脱石,815℃后煤灰样品中主要矿物成分为部分赤铁矿、伊利石、石英、绿泥石、方解石、白云石和斜长石。由此可知，原煤在灰化前后,各种矿物相在矿物质中的含量发生了极大的变化,并伴有赤铁矿和斜长石等新的矿物相生成。

2.1 粘土矿物

粘土矿物是煤灰和原煤中最主要的矿物质,常见的粘土矿物有绿泥石、伊利石、蒙脱石和高岭石。

众所周知，高岭石是煤中最主要的矿物。通常情况下,高岭石来源于远离海相沉积的陆源矿物,与此同时，检测其含量基本都占无机组分的30%以上,少量样品中含量达50%以上。高岭石在较低的温度下容易发生脱水反应,转变成偏高岭石。研究结果显示,原煤中高岭石峰值明显,含量较高。

伊利石是含钾的粘土矿物,也是煤中主要的粘土矿物之一,煤中的伊利石不仅是陆源的,还在一定程度上是煤盆地内的自生矿物。

绿泥石在自然界中分布广泛,是含有锰、铁和镁的一族粘土矿物通称,为2∶1型的层状硅酸盐矿物,其基本结构是:在四面体片组成的2∶1结构单元层之间,夹有另一个层间八面体片,八面体片中的阳离子具有极大的普适类质同像置换,因此，形成众多的矿物种。

蒙脱石一般在煤样中不常见,其含量占无机组分的变化范围为9.9%到22.2%。通常情况下，因为在煤的灰化过程中,随着温度的升高会逐渐失去所含水分,即脱水，以至于蒙脱石以及伊利石容易发生不规则混层。

2.2 石英

石英在煤中也比较常见并且分布广泛,但含量一般不超过30%。二氧化硅是组成石英的主要成分,二氧化硅的平均含量为51.95%。对对应的15个煤灰样品和15个煤样品的X射线衍射研究发现,原煤样品中石英相对含量为5.8%～21.8%,所对应的煤灰样品中石英的相对含量为8.6%～16.8%。尽管二氧化硅在原煤中含量较高,但因为原煤中有机质含量相对较高,因此，对X射线衍射图谱造成约束,相应的，在灰化后的煤灰样品中衍射强度的较低,其主要是由于三氧化二铝、氧化钙等成分在灰化过程中发生反应。

2.3 碳酸盐矿物

白云石与方解石是煤中常见的碳酸盐矿物,一般的二者常常同时出现。通常情况下,碳酸盐类矿物在海陆交互相沉积环境、近海相沉积环境和海相中含量较多。与此同时，碳酸盐的含量分别占无机组分的3.67%和2.56%。根据灰化后煤灰样品的X射线衍射测试结果得知,虽然碳酸盐中方解石的含量明显下降,但其特征峰还是普遍存在得。经研究分析，方解石的含量下降的原因主要是因为灰化后5 h灰化以及815℃的条件下,碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳。

2.4 硫化物和硫酸盐矿物

黄铁矿是煤中主要的硫化物,黄铁矿通常是还原条件下的一种沉积环境,所以，其主要存在于海相和海陆交互相煤中。众所周知，硫的平均含量仅为0.56%,与此同时，不能在X射线检测图谱中看到黄铁矿特征峰。一般的，除了黄铁矿外,煤中可能还存在其它少量的硫酸盐矿物和硫化物,像石膏,虽然在煤中含量很少,但常常在海相和海陆交互相煤中出现,其通常处于富含方解石的煤样中。

三、结语

总之，煤中砷、氟、汞、铅、镉在灰化过程中的逸散规律已经逐渐得到了人们的广泛关注，而且已经取得了一定的成绩。但我们应该清楚的认识到，我国对于煤中砷、氟、汞、铅、镉在灰化过程中的逸散规律的研究还处于起步阶段，其发展仍然任重道远。通过本文的分析研究，旨在直观的探讨所有有关于煤中砷、氟、汞、铅、镉在灰化过程中的逸散规律的问题。各方面开通绿色通道，全力为煤中砷、氟、汞、铅、镉在灰化过程中的逸散规律研究与发展服务。

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