煤中氟的遷徙演化行為及含硫大分子結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、煤炭是我國主要能源資源，大量煤炭的消耗對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，煤中氟和硫的排放已對人類健康造成了巨大的危害，日益受到人們的重視。本文以貴州省高氟、高硫、高灰煤為重點研究對象，系統(tǒng)的研究了貴州煤中氟的含量、賦存形態(tài)、燃燒過程中氟化物的釋放特征、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、貴州煤的洗選特性以及貴州煤中氟的可脫除性。通過貴州煤的X射線光電子能譜、紅外光譜、核磁共振譜獲取貴州煤中含硫大分子結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了貴州煤的含硫大分子模型，應(yīng)用分子力學(xué)、分子動力學(xué)對模型

2、進行了優(yōu)化計算，得到了較好表征煤的含硫大分子模型。
　　 搭建了高溫燃燒水解臺架，采用高溫燃燒水解－離子色譜法對煤中的氟進行測定。探討了測量過程中的影響因素，對該方法的測量精度進行了評價，并與離子選擇電極法進行了比較，對所測定的貴州煤樣中的氟含量進行了分析。結(jié)果表明高溫燃燒水解－離子色譜法測定煤中氟的含量具有快速、靈敏、方便、準(zhǔn)確、無干擾等優(yōu)點，結(jié)果準(zhǔn)確，實用性強，為測量煤及其他復(fù)雜礦物質(zhì)中氟含量的一種有效方法；離子色譜法與離子

3、選擇電極法相比，穩(wěn)定性好、所受干擾小、更加方便快捷；貴州煤中氟的平均含量為715.20 mg/kg，遠高于我國煤平均氟含量和世界平均值。貴州煤大部分為高氟煤，在直接燃用的情況下，勢必對環(huán)境及人類本身造成極大的危害。
　　 分析了貴州煤中氟與煤化程度、硫、氯、堿金屬元素的關(guān)聯(lián)性、煤中氟與磷及其他痕量元素的關(guān)系，進行了低溫灰化實驗，從煤中氟與相關(guān)礦物的親和特性等角度研究了貴州煤中氟的賦存形態(tài)。結(jié)果表明貴州煤中的氟含量與煤化程度無關(guān)；

4、貴州煤中攜氟礦物的種類及含量決定了煤中氟的含量；貴州煤中氟的含量與有機硫的含量正相關(guān)，說明成煤環(huán)境和后期成巖作用也是決定煤中氟含量及其賦存形態(tài)的主要原因；貴州煤中磷的含量隨氟含量的增加而增加，表明氟磷灰石類礦物質(zhì)可能是貴州煤中氟的主要賦存形式之一；煤中氟含量與堿金屬總量具有很好的相關(guān)性，表明煤樣中存在堿金屬氟化物，而且其存在的量所占比例可能相當(dāng)高；貴州煤樣的低溫灰化試驗也表明，貴州煤中的氟的賦存形態(tài)主要是無機態(tài)。
　　 運用熱重

5、分析儀、便攜式紅外氣體分析儀對貴州煤的燃燒反應(yīng)特性及燃燒過程中氟的釋放規(guī)律進行了研究，計算了貴州煤樣的反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)，并對貴州煤中氟的釋放過程進行了分析；建立了煤燃燒過程中氟釋放的反應(yīng)動力學(xué)模型，通過煤中氟釋放的等溫試驗，計算了貴州煤中氟釋放的反應(yīng)活化能。氧氣氣氛下低溫段的活化能均顯著低于高溫段的活化能；煤燃燒時氟的釋放共分三個區(qū)段，150～200℃是水分中游離氟和吸附氟的析出區(qū)段，在600～950℃區(qū)段，含氟礦物參與煤的燃燒反應(yīng)使氟大

6、量釋放，1100℃以后，煤中含氟礦物在高溫條件下發(fā)生熱解。煤燃燒過程中氟釋放過程可用一級反應(yīng)動力學(xué)模型來描述，反應(yīng)活化能E和頻率因子A依賴于煤中氟的賦存形態(tài)和氟化物的熱穩(wěn)定性；研究結(jié)果對于分析、理解不同方式下氟化物析出特性，正確進行氟化物污染評價及采取合理、有效措施進行氟化物污染控制等都有相當(dāng)重要的指導(dǎo)意義。
　　 對貴州煤中氟的可脫除性進行了探討，進行了洗選實驗，系統(tǒng)闡明了貴州煤中氟在洗選過程中的遷移規(guī)律及親和特性，揭示了貴州

7、11個煤樣的可選性和煤中氟的可脫除性規(guī)律。結(jié)果顯示只有當(dāng)貴州煤中氟和灰分的含量都不是很高時才能夠通過洗選有效脫除煤中的氟。
　　 最后對貴州煤樣分別進行了XPS，F(xiàn)TIR，NMR分析測試，得到相關(guān)圖譜，并通過對圖譜的分峰擬合定量分析了煤結(jié)構(gòu)中的各種含硫官能團、含氧官能團和脂肪族芳香族結(jié)構(gòu)的相對含量，求出了構(gòu)造貴州煤ZY-TG含硫大分子結(jié)構(gòu)模型的的各個有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)；基于Shinn化學(xué)結(jié)構(gòu)模型的特點和思想，結(jié)合分析計算所得的相關(guān)結(jié)構(gòu)