煤中痕量元素與礦物關聯(lián)性及其排放特性的研究.pdf

1、煤炭利用引起的污染物排放已造成人類生存環(huán)境嚴重污染。礦物質及痕量元素是煤炭利用過程中污染物排放的主要來源，礦物種類及痕量元素賦存形態(tài)對煤炭利用過程中顆粒物及有毒害重金屬排放關系密切。掌握煤中礦物組合特性及痕量元素分布規(guī)律，建立煤中痕量元素與礦物定量關系，準確評估礦物及痕量元素賦存形態(tài)對煤炭高溫利用過程中重金屬排放的影響，對預測煤炭利用過程中重金屬排放和建立痕量元素排放模型具有重要的指導作用，對實現(xiàn)污染物減排意義重大。
　　為了獲取

2、煤中礦物組合特性及痕量元素分布規(guī)律，定量揭示煤中礦物組合特性及痕量元素與礦物親和關系，本文從煤中礦物與痕量元素入手，以煤地質學、礦物學及微量元素地球化學為理論依據(jù)，提出了一種基于煤低溫灰化聯(lián)合三溴甲烷分密度浮沉的煤中礦物分離新方法。并借助X射線衍射礦物定量分析、場發(fā)射掃描電鏡及能譜分析、高分辨等離子電感耦合質譜儀等手段，對煤中礦物組合特性、單顆粒礦物顯微形貌、痕量元素分布等特性進行了系統(tǒng)表征，獲取了煤中礦物組合特性及其與痕量元素親和關系

3、。而后交叉融匯礦物學和燃燒學的理論與方法，分析了煤中痕量元素賦存形態(tài)對其在高溫利用過程中釋放特性的影響，考察了高砷煤中不同形態(tài)砷的釋放特性，闡述了煤中不同賦存形態(tài)砷的揮發(fā)行為，建立了黃鐵礦結合態(tài)砷在高溫下釋放模型，探討了煤燃燒及氣化顆粒物生成機理，描述了砷在顆粒物中的富集行為。
　　通過對8種不同變質程度中國煤的分選實驗研究，獲取了幾種典型煙煤、無煙煤、和褐煤的礦物組合特性。煤中主要無機組分為石英和高嶺石，不同煤田煤種中礦物相組成

4、有差別。煤中輕灰（<2.89g/cm3）所占比例大，重灰（>2.89g/cm3）含量極少。煤中輕灰和低溫灰礦物相組分基本相同，重灰組分與相應輕灰和低溫灰相差甚遠。煤中常見的重礦物包括黃鐵礦、綠泥石、鐵白云石、和菱鐵礦；個別煤樣中可識別的偶見重礦物包括鋯石、閃鋅礦、勃母石、和重晶石。煤中黃鐵礦形態(tài)豐富，可辨識的微觀形貌包括片狀、塊狀、苺球狀、球形、細屑顆粒、圓柱狀、晶體、五角十二面體、規(guī)則的六面體、十四面體、立方體、十二面體、規(guī)則的八面體

5、以及絮狀聚合黃鐵礦。
　　對煤中主要礦物中痕量元素的分布特性歸納結果表明，在高嶺石中富集的元素有Li、Rb、Be、Cs、Ga、Sr、U、Zr。在方解石中富集的元素有Th、Hf。與黃鐵礦親和的元素有Cu、Zn、Cd、Pb、Sb、Tl、Mo、Sn、As、Ni?？赡茉诹忤F礦中富集的元素有Ba、Cr、Sr、和Eu，其中Ba還存在于重晶石和硬石膏中。與綠泥石或鐵白云石親和的痕量元素包括 Co、In、Bi。Gd可能存在于重晶石中。U、V可能與

6、針綠礬有較強的親和關系。
　　對典型煤樣痕量元素與礦物親和關系及高溫利用過程中痕量元素釋放特性的研究表明，煤中與黃鐵礦親和痕量元素（Pb、Cu、Zn）在高溫下易揮發(fā)，煤中與硅鋁酸鹽等粘土礦物親和的痕量元素（Li、V、Ga、Rb、Zr）在高溫條件不揮發(fā)殘留在底灰中。對富集黃鐵礦和砷的重灰樣品深入研究表明，砷在煤中與黃鐵礦密切親和，F(xiàn)E/SEM-EDX對重灰中礦物顆粒逐粒分析獲得了煤中砷與黃鐵礦伴生的直接證據(jù)。黃鐵礦結合態(tài)和有機結合態(tài)

7、砷在高溫下易揮發(fā)，砷酸鹽或粘土礦物結合的砷高溫下與硅鋁酸鹽一起歷經(jīng)熔融過程殘留在煤焦/灰中。黃鐵礦在高溫還原性氣氛或惰性氣氛下演化過程主要包括黃鐵礦—磁黃鐵礦—硫鐵礦—鐵。黃鐵礦結合態(tài)砷的揮發(fā)行為主要包括三個過程：砷在熔融黃鐵礦上的傳輸，脫離黃鐵礦熔融體在氣液界面間的揮發(fā)，以及在煤焦孔隙間的擴散。
　　應用滴管爐對煤燃燒/氣化過程含砷顆粒物的研究表明，燃煤顆粒物排放呈三模態(tài)分布，三模態(tài)分布不受溫度影響，但溫升促進了超細模態(tài)顆粒物的