韓慧穎

雞西市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測中心

煤種砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規(guī)律

韓慧穎

雞西市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測中心

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各項(xiàng)現(xiàn)代化信息技術(shù)蓬勃發(fā)展。現(xiàn)階段，煤中砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規(guī)律問題逐漸得到人們的廣泛關(guān)注。本文以15個煤樣品為研究對象,然后對樣品在815℃下進(jìn)行灰化,并借助ICP-AES法對煤灰中成分進(jìn)行測定,最后借助X射線衍射對灰化后的樣品和原煤中礦物質(zhì)成分進(jìn)行了研究。研究結(jié)果顯示,影響煤中礦物質(zhì)種類有多種因素,灰化過程中礦物質(zhì)的含量和種類會發(fā)生相應(yīng)的改變,與此同時，部分礦物在高溫作用下發(fā)生一定的變化,進(jìn)而形成相對較穩(wěn)定的新礦物。

砷；氟；汞；鉛；鎘；灰化過程；散逸規(guī)律

眾所周知，煤中的礦物質(zhì)是煤的重要組成部分,首先，其分布、賦存狀態(tài)和含量是制約煤燃燒過程中煤的活性和煤質(zhì)的關(guān)鍵因素,對選煤和煤加工利用等方面扮演著重要角色,其次，煤中相應(yīng)的礦物質(zhì)還能夠作為分析煤沉積環(huán)境的輔助手段。一般的，煤的高溫灰化過程相對復(fù)雜。煤在燃燒過程中,組成礦物質(zhì)的各種元素會在復(fù)雜的物理化學(xué)作用下,分別在燃燒氣體、飛灰、底灰和爐渣中重新分配和轉(zhuǎn)化,煤中礦物質(zhì)的分布、賦存狀態(tài)和含量等多種因素決定了分配的過程,通過分析灰化前后煤中礦物質(zhì)的變化特征,可以為保證鍋爐系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和解決鍋爐結(jié)渣提供參考。本文借助對煤灰中礦物質(zhì)和原煤的X射線衍射測試相關(guān)研究,進(jìn)而獲得加熱對礦物物相變化的影響和煤中礦物質(zhì)分布特征。

一、實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)樣品共15個樣品,將其用刻槽取樣法采于掘進(jìn)工作面,現(xiàn)場用塑料袋密封,樣品在實(shí)驗(yàn)室研磨過80目篩(0.200 mm)。

所采樣品經(jīng)過相關(guān)部門元素分析,取部分樣品根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)測定灰分方法所規(guī)定的步驟,按要求在815℃下制成灰樣品。X射線衍射法是鑒定煤灰中礦物質(zhì)物和原煤有效和常用的方法,參照X射線衍射對煤灰中礦物質(zhì)和原煤的衍射量和吸收不同,結(jié)合煤灰成分和衍射圖譜特征峰的研究結(jié)果,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)礦物成分分析法可以計(jì)算煤灰樣品和原煤中不同礦物在礦物質(zhì)中的含量。

二、結(jié)果及分析

1、煤灰的化學(xué)成分

眾所周知，煤灰的化學(xué)成分主要為二氧化硅和三氧化二鋁,二者的含量不低于80%,其次為氧化鈣和三氧化二鐵。其中，三氧化二鐵在煤灰中含量范圍為2.9%～6.7%,與此同時，在煤灰中氧化鈣含量變化范圍較大,一般的，約為1%～17.6%。氧化二鉀、氧化鎂和二氧化鈦在煤灰中含量相對較少,大多在1%～3%之內(nèi)。其余的像氧化錳、氧化二鈉和五氧化二磷的含量均在1%以下。

2、灰化前后樣品的礦物成分

原煤樣品的主要礦物成分為部分針鐵礦、方解石、高嶺石、石英、伊利石、綠泥石、白云石和蒙脫石,815℃后煤灰樣品中主要礦物成分為部分赤鐵礦、伊利石、石英、綠泥石、方解石、白云石和斜長石。由此可知，原煤在灰化前后,各種礦物相在礦物質(zhì)中的含量發(fā)生了極大的變化,并伴有赤鐵礦和斜長石等新的礦物相生成。

2.1 粘土礦物

粘土礦物是煤灰和原煤中最主要的礦物質(zhì),常見的粘土礦物有綠泥石、伊利石、蒙脫石和高嶺石。

眾所周知，高嶺石是煤中最主要的礦物。通常情況下,高嶺石來源于遠(yuǎn)離海相沉積的陸源礦物,與此同時，檢測其含量基本都占無機(jī)組分的30%以上,少量樣品中含量達(dá)50%以上。高嶺石在較低的溫度下容易發(fā)生脫水反應(yīng),轉(zhuǎn)變成偏高嶺石。研究結(jié)果顯示,原煤中高嶺石峰值明顯,含量較高。

伊利石是含鉀的粘土礦物,也是煤中主要的粘土礦物之一,煤中的伊利石不僅是陸源的,還在一定程度上是煤盆地內(nèi)的自生礦物。

綠泥石在自然界中分布廣泛,是含有錳、鐵和鎂的一族粘土礦物通稱,為2∶1型的層狀硅酸鹽礦物,其基本結(jié)構(gòu)是:在四面體片組成的2∶1結(jié)構(gòu)單元層之間,夾有另一個層間八面體片,八面體片中的陽離子具有極大的普適類質(zhì)同像置換,因此，形成眾多的礦物種。

蒙脫石一般在煤樣中不常見,其含量占無機(jī)組分的變化范圍為9.9%到22.2%。通常情況下，因?yàn)樵诿旱幕一^程中,隨著溫度的升高會逐漸失去所含水分,即脫水，以至于蒙脫石以及伊利石容易發(fā)生不規(guī)則混層。

2.2 石英

石英在煤中也比較常見并且分布廣泛,但含量一般不超過30%。二氧化硅是組成石英的主要成分,二氧化硅的平均含量為51.95%。對對應(yīng)的15個煤灰樣品和15個煤樣品的X射線衍射研究發(fā)現(xiàn),原煤樣品中石英相對含量為5.8%～21.8%,所對應(yīng)的煤灰樣品中石英的相對含量為8.6%～16.8%。盡管二氧化硅在原煤中含量較高,但因?yàn)樵褐杏袡C(jī)質(zhì)含量相對較高,因此，對X射線衍射圖譜造成約束,相應(yīng)的，在灰化后的煤灰樣品中衍射強(qiáng)度的較低,其主要是由于三氧化二鋁、氧化鈣等成分在灰化過程中發(fā)生反應(yīng)。

2.3 碳酸鹽礦物

白云石與方解石是煤中常見的碳酸鹽礦物,一般的二者常常同時出現(xiàn)。通常情況下,碳酸鹽類礦物在海陸交互相沉積環(huán)境、近海相沉積環(huán)境和海相中含量較多。與此同時，碳酸鹽的含量分別占無機(jī)組分的3.67%和2.56%。根據(jù)灰化后煤灰樣品的X射線衍射測試結(jié)果得知,雖然碳酸鹽中方解石的含量明顯下降,但其特征峰還是普遍存在得。經(jīng)研究分析，方解石的含量下降的原因主要是因?yàn)榛一? h灰化以及815℃的條件下,碳酸鈣分解為氧化鈣和二氧化碳。

2.4 硫化物和硫酸鹽礦物

黃鐵礦是煤中主要的硫化物,黃鐵礦通常是還原條件下的一種沉積環(huán)境,所以，其主要存在于海相和海陸交互相煤中。眾所周知，硫的平均含量僅為0.56%,與此同時，不能在X射線檢測圖譜中看到黃鐵礦特征峰。一般的，除了黃鐵礦外,煤中可能還存在其它少量的硫酸鹽礦物和硫化物,像石膏,雖然在煤中含量很少,但常常在海相和海陸交互相煤中出現(xiàn),其通常處于富含方解石的煤樣中。

三、結(jié)語

總之，煤中砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規(guī)律已經(jīng)逐漸得到了人們的廣泛關(guān)注，而且已經(jīng)取得了一定的成績。但我們應(yīng)該清楚的認(rèn)識到，我國對于煤中砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規(guī)律的研究還處于起步階段，其發(fā)展仍然任重道遠(yuǎn)。通過本文的分析研究，旨在直觀的探討所有有關(guān)于煤中砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規(guī)律的問題。各方面開通綠色通道，全力為煤中砷、氟、汞、鉛、鎘在灰化過程中的逸散規(guī)律研究與發(fā)展服務(wù)。

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