铁岭煤中重金属元素的赋存形态及其在热解过程中的挥发行为研究

采用密度分离、脱灰处理和逐级化学提取等间接方法,考察了铁岭煤中Pb, Cr, Co, Ni, V五个重金属元素的宏观结合形态,并在Φ25mm小型石英流化床反应装置上考察了上述五个重金属元素在热解过程中的挥发行为。研究发现,铁岭煤中Pb, Cr, Co, Ni, V均主要与非黄铁矿类矿物质相伴生, 且高达40%～60%赋存在硅酸盐类矿物质中。Pb的碳酸盐结合态和有机束缚的离子可交换态600℃前即可分解转化,而其硫化物和硫酸盐结合态在较高的热解温度下才能分解挥发；Co、Ni的硫化物和硫酸盐结合态在高温下可部分转换为有机结合的离子可交换态；而Cr、V的硫化物和硫酸盐结合态在高温下部分转化生成了新的热稳定相。在500℃～900℃范围内,Pb属半挥发性元素,Cr, Co, Ni, V属难挥发性元素。微量元素的挥发性极大地受其伴生环境、共存活泼元素等的影响,硅铝酸盐类矿物质对重金属元素的挥发有一定的抑制作用。     

贵州普安矿区晚二叠世煤中微量元素的质量分数和赋存状态

运用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、X射线荧光光谱（XRF）、冷原子吸收光谱（CV-AAS）、原子荧光光谱（AFS）、离子选择性电极法（ISF）、带能谱仪的扫描电镜（SEM EDX）和逐级化学提取技术（SCET）对贵州普安矿区晚二叠世煤中微量元素的质量分数、赋存状态和成因机理进行了研究。结果表明，贵州普安矿区2号主采煤层的矿物组成主要为低温热液流体成因的黄铁矿和陆源碎屑成因的黏土矿物；与贵州煤、中国大部分煤和美国煤相比，该煤中As (36.9×10－6)、Cd (10.2×10－6)、 Cr (167.3×10－6)、Cu (365.4×10－6)、Hg (2.82×10－6)、Mo (92.6×10－6)、Ni (82.6×10－6)、Pb (184.6×10－6)、Se(6.23×10－6)、Zn (242.3×10－6)和U (54.6×10－6)显著富集。而另外4个主采煤层（1号、8号、11号和17号煤层）中微量元素的质量分数与贵州煤、中国大部分煤和美国煤中的相当。普安矿区2号煤层中的As、Cd、Hg、Mo、Ni、Pb和Zn等元素主要赋存在黄铁矿中，而Cr、Cu和U主要存在于高岭石中，表明低温热液流体和陆源碎屑对煤中微量元素的富集起了决定作用。     

伊敏褐煤中微量元素的地球化学特征及其无机-有机亲和性分析

采用脱矿物质、提取腐殖酸等方法结合ICP-MS对伊敏15_上、16_下煤中的32种微量元素的含量及其赋存特征进行了分析。与地壳克拉克值及中国侏罗-白垩纪煤和世界褐煤中微量元素含量相比,伊敏褐煤中微量元素没有明显富集。脱矿物质处理后,Ni明显富集,As略比原煤高,其他微量元素都低于原煤。原煤提取腐殖酸和脱矿物煤提取腐殖酸中Ni、Mo、Cd、Sn、W明显富集,这表明Ni、Mo、Cd、Sn、W和腐殖酸形成了稳定的有机态化合物。原煤提取腐殖酸残煤和脱矿物煤提取腐殖酸残煤中V、Ni、As富集,表明V、Ni、As与煤的大分子结构形成了稳定的有机态化合物。根据微量元素和灰分的相关性系数,把微量元素分为以下几类:无机富集元素Cr、U;亲无机元素Cu、Cd、In、Sn、Ga、Y、Zr、Hf、Bi、Th;偏无机元素Be、Sc、Rb、Sr、Nb、Cs、Ta、Pb;偏有机元素V、As、Tl、Ba、Se;亲有机元素Li、Co、W;有机富集元素Ni、Zn、Mo、Sb。     

油页岩中微量元素赋存形态的研究

通过浮沉实验及脱灰实验对抚顺、龙口、茂名3种油页岩样中部分微量元素进行了赋存形态的研究。结果表明,浮沉实验所得微量元素的赋存状态结果与脱灰实验基本一致,抚顺、龙口、茂名3种油页岩中大部分微量元素以无机态赋存,但也有所区别,抚顺、龙口、茂名油页岩中的元素V、Mn、Zn、Sr、Mo、Ta以及抚顺油页岩中的Cr、Te,龙口油页岩中的Cd、Sn,茂名油页岩中的Cd、Sn、Pb,主要赋存于无机矿物中;茂名油页岩中的Cr、Te,抚顺油页岩中的Cd,龙口油页岩中的Pb有相对较多的比例富集于有机质部分;龙口、茂名油页岩中的元素Co,抚顺油页岩中的Co、Sn、Pb,更多地富集于黏土矿中,但也有少部分富集于有机质中。     

酸洗污泥与煤共燃烧过程中重金属的迁移分布研究

采用高温管式炉系统进行酸洗污泥与煤共燃烧实验。对共燃烧后As、Cr、Ni、Cd、Cu、Mn、Pb、Zn、Sb、Se重金属元素在烟气、飞灰及炉渣中的分配率进行分析。结果表明,Cd、Se、Zn是易挥发重金属,主要分布在烟气和飞灰中。Cd在烟气中的最大分配率为61%;Se在烟气中的分配率为38.58%~94.612%;Zn在低、高温段分别主要分布在烟气和飞灰中。As、Cu、Pb、Sb是半挥发重金属,Pb在炉渣中的分配率较稳定,分配率为42.67%~64.76%,在烟气和飞灰中的分配率波动较大,其分配率分别是14.176%~45.79%和9.78%~32.55%;Sb在烟气中的最大分配率为37.64%;温度升高反而会抑制As、Cu挥发,这与高温下As、Cu易与矿物质反应生成络合物有关。Ni、Cr、Mn属于难挥发重金属,绝大部分残留在炉渣中,且分配率对温度变化不敏感。赋存于炉渣中的Cr、Ni分别超过95%和97%;随着温度升高,Mn在炉渣中的分配率由71.46%增加到96.89%。     

煤中有害元素的洗选洁净潜势

基于8个洗煤厂实采煤样的测试分析以及2个煤样的模拟洗选实验，对煤炭洗选过程中灰分、硫分及20种有害微量元素的脱除率进行了研究，并系统地探讨了这些有害元素的洁净潜势。结果表明：物理洗选不但能降低煤中的灰分与硫分，还能不同程度地脱除煤中有害微量元素；预测在物理洗选过程中，多数煤中灰分以及有害微量元素As、Co、Cu、Cr、Hg与Mn的脱除率大于50％，硫分的脱除率大于30％，其它有害微量元素Ba、Be、Cd、Cl、Mo、Ni、P、Pb、Sb、Se、Th、U、V与Zn的脱除率相对较低或表现出一个宽的变化范围。     

云当归与土壤中微量元素的测定及其相关性分析

采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法对云当归以及土壤中11种微量元素进行了分析.结果显示,土壤中微量元素的含量依次为Zn＞Cu＞Pb＞Fe＞Mg＞Mn＞Ni＞Cr＞ Cd＞ As＞ Hg;云当归中Mg、Fe、Mn、Zn中含量较高,而As、Cd、Cu、Pb、Hg等元素中含量相对较低,均低于药典标准.土壤中As与Cr、Pb与Zn存在极显著正相关(r=0.785,0.808);Mn与Cr存在极显著负相关(r=-0.733),As与Cu存在显著负相关(r=-0.631).云当归中Fe与Ni极显著正相关(r=0.731),Cd与Cu极显著负相关(r＝-0.714);Zn与Hg显著相关(r=0.655),Ni与As、Fe与Pb、Fe与Cd显著负相关(r=-0.658,-0.637,-0.673).云当归与土壤中的As存在显著相关(r=0.707).     

煤中矿物质及其燃烧后的变化分析

以淮北煤田6煤层煤为样品，采用中子活化法、化学方法、X射线衍射及扫描电镜等方法对煤及其灰样品中的矿物质、微量元素进行了分析，在此基础上，研究了样品中主要矿物的种类及其形成时的影响因素，分析了它们在燃烧前后的主要变化。通过分析可知，样品中主要含有高岭石、石英、方解石和黄铁矿以及多种微量元素；在燃烧过程中，微量元素的含量以及矿物的种类发生了变化，并形成高温稳定的矿物种类。     

流化床热解过程中煤中氟的挥发性研究

采用大同、平朔、霍林河、义马四种煤研究了热解过程中煤中氟的挥发行为。研究表明，随热解温度的升高，氟的挥发率有增加趋势。但其行为不仅取决于元素氟及其化合物本身的挥发性，同时还受其赋存形态、共存矿物离子等原生条件和热解条件的影响。氟磷灰石类矿物质并非四种煤中氟的主要赋存形态。除大同煤外，难挥发性氟的含量均高于65％，难挥发性氟至少部分是以CaF2或CaF2基的多元络合物形式存在的。     

原子吸收光谱和原子荧光光谱法测定藤茶中微量元素含量

采用微波消解-火焰原子吸收光谱和原子荧光光谱法对藤茶中Fe、Na、Zn、Pb、Cr、Co、Ca、Mg、Cd、As等16种微量元素进行了分析测定。该测定方法的回收率在96%～101%之间,相对标准偏差(RSD)小于5%。结果表明,藤茶中富含Ca、Mg、Fe、Mn、K、Na、Cr、Zn等对人体有益的微量元素,同时还含有微量的有害元素Cd、Pb、Sb,没有发现As和Hg。     

开滦煤洗选过程中稀土元素的迁移和分配特征

以河北开滦矿区晚古生代煤及其洗选产品为研究对象，运用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和逐级化学提取的方法，对稀土元素的质量分数及其在洗选过程中的迁移和分配特征进行了研究。结果表明，开滦矿区煤中稀土元素没有明显富集；稀土元素在入洗原煤及其洗选产品中，以煤泥中质量分数最高，尾煤次之，在尾煤和煤泥中均相对富集；稀土元素在精煤中的质量分数最低；同原煤相比，中煤的稀土元素质量分数没有明显变化。原煤及其洗选的4种产品中的稀土元素分配模式基本相同，主要差别是质量分数的不同。稀土元素在洗选过程中的分配行为和赋存状态主要受控于黏土矿物，其次是有机质。     

原煤低温氧化预脱硫的实验研究

采用三种高硫煤，在固定床反应器中考察了原煤在空气、空气水蒸气和空气氮气气氛下低温氧化预脱硫过程的影响因素，包括煤种（总硫含量、形态硫分布和挥发分含量）和化学反应条件（温度、停留时间）。脱硫前后的样品中硫及硫形态、热值、工业分析和元素分析依据国际进行测定。实验结果表明硫及碳质的氧化在开始阶段以不同的速率析出，随后反应中差别减小；黄铁矿硫可得到高的脱除率；水蒸气适当比例的加入可以增加黄铁矿的脱除，同时降低碳的转化和热量的损失；而氮气的加入在降低碳和热量的损失外，降低了硫的脱除。     

晋城煤中汞的热稳定性与赋存形态的研究

利用程序升温热解反应器─元素汞在线检测系统联用装置,研究了晋城煤中汞的热稳定性以及与热稳定性相关的晋城煤中汞的赋存形态。研究表明,煤中大部分汞与煤中无机矿物质伴/共生,少部分与煤中有机质伴/共生。其中,在200℃~300℃和900℃~1200℃释放的汞与煤中无机矿物质伴/共生,在300℃~600℃释放的汞部分与无机矿物质伴/共生,部分与煤中有机质伴/共生。     

煤中砷赋存状态与其脱洗率的关系

煤中砷是环境危害敏感有害微量元素之一,美国在1990年通过的清洁空气法修正案,对包含砷在内的11种微量元素表示关切。Swaine也把煤中砷列为对人类明显有害的元素之一。由于燃煤,砷曾经引起过诸多环境问题,在这些问题中尤以捷克和我国因燃用高砷煤所引发的环境问题最为突出。在捷克某使用高砷煤的发电厂下行风向的蜜蜂大量死亡,而我国则在贵州西南出现了大批的砷中毒患。     

煤中无机矿物组分的溶出性及其对水煤浆流变特性的影响

用等离子体原子发射光谱考察了１４种不同变质程度煤中的无机矿物质在煤浆分散体系中的溶出性，并就其对浆体流变特性的影响进行了讨论。结果发现；煤中无机矿物质的溶出性视煤种和煤中矿物质含量的不同而有很大差异，而且，除个别煤熔出相当数量的铝离子外，其余煤在浆体分散体系中溶出的无机矿物离子均主要以钙出子为主，其次为镁，铁离子。     

马家塔矿煤层中有害痕量元素的质量分数特性

应用仪器中子活化（INAA）、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP AES）和原子吸收光谱（AAS）对神华集团马家塔露天矿2-2#煤层中Hg、As、Se、Pb、Be、Cr、Cd、Ni、Th、U、Mn、Mo、Co、Sb和Br共15种有害痕量元素的质量分数进行测定。结果表明，绝大部分痕量元素的质量分数都明显低于中国煤中元素质量分数的平均值，只有Hg和Mn的质量分数偏高，其中Hg的质量分数异常高；通过分析痕量元素在煤层垂向剖面上的质量分数变化特性，揭示出痕量元素在煤层中分布的非均一性,分析了影响痕量元素分布与富集的因素；通过痕量元素之间以及与黄铁矿硫、Fe、Al、Ca、P的聚类分析，研究了痕量元素之间以及与煤中不同矿物组分之间的亲和特性。     

煤中氯在亚临界水条件下的变迁

运用半连续反应装置对山西吴家坪煤和四川华蓥山煤中氯在亚临界水条件下的脱除规律及形态变化进行了研究。考察了反应温度和压力对氯脱除率的影响；同时还运用化学提取法对原煤及残渣中氯的形态进行了研究。研究结果表明,随着反应温度的升高，煤中氯的脱除率也增加，在410℃、15MPa、60min、水流量为580mL/h时，吴家坪煤中氯的脱除率为84.6%，华蓥山煤中氯的脱除率为72.4%。吴家坪煤中氯在15MPa时的脱除率最大。华蓥山煤中氯主要以有机氯的形态存在，而吴家坪煤中氯有8%为离子可交换态的无机氯，其余为有机结合的氯；在亚临界水萃取煤的过程中，离子交换态结合的有机氯比共价键结合的有机氯更容易挥发,有机氯要首先转化为无机氯然后再逸出。     

热处理及与KOH共炭化对深度脱除煤中无机矿物质的促进作用

研究了煤经热处理（炭化）以及煤与ＫＯＨ共炭化对酸洗脱灰的影响。结果表明，煤经炭化再用盐酸洗涤，可以在缓和的条件下大幅度提高酸洗脱灰率；煤与ＫＯＨ共炭化后再酸洗，不仅对煤中的粘土、黄铁矿等无机矿物质有很好的效果，还特别适于脱除在一般情况下都难以除去的石英矿物。