燃煤飞灰砷污染控制

张敬帅

【摘 要】燃烧后飞灰等进入大气，污染环境。煤飞灰中砷的存在形式与煤样有所不同，砷化物经过燃烧、氧化等条件后，主要以砷酸盐、砷的氧化物的形式存在。通过对含砷飞灰的捕集，可以减少砷排放，防治污染。许多研究发现，飞灰中砷在强酸或强碱条件下更容易浸出，在pH值3-8的范围内，砷的浸出效果欠佳。加强对飞灰中砷的浸出及固定化处理，对保护生态、人类健康具有重要意义。

【关键词】煤飞灰；砷；浸出；固化

【Abstract】Coal fly ash can get into air after coal combustion.It has several differences for occurrences of arsenic between coal and coal fly ash. Coal fly ash mainly exists with arsenate and arsenic oxide.Some researchers discover that the arsenic leaching increases with strong acidic and alkaline conditions，the results of leaching arsenic is poor at the range of pH from 3 to 8.Its significant for protecting ecology and human health to enhance arsenic leaching，capturing and immobilization.

【Key words】Coal fly ash；Arsenic；Leaching；Immobilization

0 引言

燃煤排放的砷是大气中砷的主要来源之一，煤中约有三分之一的砷会直接挥发排入大气中，此外，砷还具有富集于细小颗粒的特征，可以长距离传输造成大范围污染[1]。燃煤飞灰在加工利用或填埋过程中易导致飞灰中砷的浸出，从而污染土壤、地表水和地下水，给环境和人类健康带来极大的危害[2]。在我国，2000年约有2450t砷排放到大气中，如果不采取相应的控制措施，2020年排放到大气中的砷有可能达到5137t[3]。

1 燃煤飞灰砷污染控制研究进展

1.1 飞灰中砷的存在形态

飞灰中的砷含量随煤炭燃烧温度的增高而迅速增大，主要以砷化物或砷酸盐形式存在于燃烧飞灰中，在烟气排放时加强防尘处理，可减少砷的逸出，保护环境[4]。煤飞灰与煤中各状态砷的测定略有不同[5]，基于飞灰的组成特性，将飞灰分为水可浸出态、可交换态、碳酸盐-表面氧化物结合态、铁锰结合态和残渣态。所用浸出剂包括NH4Ac和王水，通过化学逐级浸出法可以测得各状态砷的含量。

1.2 飞灰中砷的浸出行为

在自然环境下，酸性雨水的浸润作用会使飞灰中重金属离子释放出来[6]。刘慧永等[7]利用硝酸、乙酸及其混合酸作淋溶液，控制pH值为4.47，探讨某电厂飞灰在淋溶液中的淋出行为。研究发现，短时间内硝酸对砷元素的淋出量最大，长时间（20-40h）后，乙酸对飞灰中砷的淋出效果优于硝酸。Su等[8]选择烟煤飞灰做砷浸出实验研究，结果表明：砷的浸出量在pH小于3时，随着浆液pH值增大而减小；而在pH大于8时，随浆液pH值的增大而增大。在碱性条件下，飞灰中含有的氧化态砷（As2O3、As2O5）可以与碱作用生成AsO33-或AsO43-，使砷从固相解离[9]。

1.3 燃烧中砷固化处理

焦发存等[2]考察了氧化钙对飞灰中砷浸出特性的影响。实验表明钙硫比越大对提高砷富集率越明顯，在燃烧炉内氧化钙与煤中硫的反应速率高于砷化合物与氧化钙的反应速率，导致在较低的钙硫比条件下优先生成的硫酸钙堵塞氧化钙颗粒通道，抑制砷化合物与氧化钙反应的发生。钙硫比增大时，可以使过多的氧化钙与砷发生反应，加强固化处理。

氧化钙加入到飞灰浆液中，使溶液的pH值逐渐增大，当pH值大于11时，溶液中的砷离子主要是AsO42-，钙离子与之反应，生成砷酸钙沉淀。但砷酸钙稳定性较差，砷酸钙在富含CO2的水中发生不谐溶，使砷重新溶出[10]。而在高pH值条件下，铁盐在生成砷酸铁化合物即臭葱石的同时还会产生大量氢氧化铁胶体，砷酸盐通常在氢氧化铁的表面形成内层配合物而被强烈吸附形成共沉淀，从而达到稳定化处理的目的[11]。

2 结语

目前，飞灰的处理面临许多环境问题，长期暴露在自然条件下，飞灰中富存的砷等重金属离子会释放出来，污染环境。在强酸性或碱性条件中浸出飞灰中的砷元素，减少未来的污染隐患。因此，研究飞灰中砷的浸出和固化处理具有重要的意义。

【参考文献】

[1]郭欣，郑楚光，陈丹.300MW煤粉锅炉砷排放特征的实验研究[J].环境科学， 2006，27（4）：631-634.

[2]焦发存，周博涵，闰玉乐，等.氧化钙对流化床燃煤飞灰中砷的淋滤特性影响[J]. 燃料化学学报，2014，42（5）：534-538.

[3]张永生，刘美蓉.中国燃煤砷排放的评述与估算[J].环境污染与防治，2005，4（2）：1-3.

[4]杨慧.原煤中砷、汞的燃烧迁移规律研究及高砷燃煤固砷剂的初探[D].成都： 成都理工大学，2011.

[5]郭欣，郑楚光，贾小红.煤飞灰中砷的形态特征[J].燃烧科学与技术，2004，10（4）： 299-302.

[6]Lecuyer，I.，Bicocchi，S.，Ausset，P.，et al.Physico-chemical characterization and leaching of desulphurization coal fly ash[J].Waster management & Research，1996， 14：15-28.

[7]刘慧永，徐旭常，姚强，等.重庆电厂炉前煤及飞灰中As元素在有机酸作用下的淋滤行为[J].重庆环境科学，2000，22（4）：29-32.

[8]Su，T.，Wang，J.Modeling batch leaching behavior of arsenic and selenium from bituminous coal fly ashes[J].Chemosphere，2011，85（8）：1368-1374.

[9]Guo，X.Y.，Yu，Y.I.，Shi，J.，et al.Leaching behavior of metals from high-arsenic dust by NaOH-Na2S alkaline leaching[J].Transaction of Nonferrous Metals Society of China，2016，26：575-580.

[10]朱义年，张学洪，解庆林，等.砷酸盐的溶解度及其稳定性随pH值的变化[J]. 环境化学，2003，22（5）：478-484.

[11]廖斌，衷水平.砷钙渣稳定化技术研究[J].矿产保护与利用，2013（3）：51-54.

[责任编辑：田吉捷]