烟煤和无烟煤中碘的赋存形态及其环境效应分析

采用逐级化学提取和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)研究烟煤和无烟煤中碘的赋存形态。结果表明,烟煤和无烟煤中各种形态的碘含量由高到低依次都是有机态、铁锰氧化物结合态、水溶态、残留态、离子交换态和碳酸盐结合态。烟煤和无烟煤中有机结合态碘平均含量分别为47.4%±3.28%和43.3%±2.42%,Fe-Mn氧化物结合态碘分别为36.8%±3.70%和34.6%±4.77%,水溶态和离子交换态碘平均含量之和分别为10.3%±3.00%和14.3%±3.37%,碘的平均潜在淋失率分别10.9%和16.0%,平均潜在可淋失浓度分别为0.9μg/g和1.2μg/g。这说明无烟煤中生物有效态碘含量高于烟煤,在表生条件下烟煤和无烟煤中淋出的碘都能导致地表水中碘的浓度升高;无烟煤中碘的有利环境效应大于烟煤,而不良环境效应小于烟煤。     

高硫石油焦燃烧过程中不同赋存形态钒的变迁行为研究

采用逐级化学提取结合ICP-OES方法,研究了高硫石油焦燃烧过程中重金属元素钒的赋存形态和迁移转化行为,并结合热力学分析方法,探讨了其化学反应机理。石油焦中钒的赋存形态主要为有机质结合态和稳定态。随着燃烧温度的升高,有机质结合态的钒发生快速分解直至消失,且与Ca、Na、Fe和K等矿物质反应,转化为水溶态和部分离子可交换态、碳酸盐结合态、氧化物结合态钒。稳定态钒主要是与其他矿物质形成非晶态结构物质存在于石油焦中,在高温燃烧过程中,会部分熔融转化并释放出少量的钒。石油焦中钒的挥发性随着燃烧温度和燃尽率的升高逐渐增大,且呈现阶段性挥发的特点。温度高于1100℃,有机质结合态的钒快速分解,且部分转化为具有挥发性的VO2等化合物,致使钒的挥发率急剧增大。     

成都经济生态区大气降尘中镉赋存形态的研究

采用Tessier连续提取法对成都经济生态区不同区域的24个大气降尘样中镉的赋存形态进行了研究。研究结果表明,大气降尘中的镉主要以残留态形态存在;各形态镉在总镉中所占百分比含量由大到小排列顺序依次是:残留态,碳酸盐结合态,交换态,铁锰结合态,有机结合态;交换态镉、碳酸盐结合态镉这两种具有较高生物有效性的形态镉在总镉中所占的平均百分比含量分别是6.420%和8.917%;铁锰氧化物结合态、有机结合态、残留态镉这三种形态镉生物有效性很低,分别在总镉中所占的平均百分比含量分别是3.419%、2.365%和78.907%。通过分析可得出,汽油和煤的燃烧以及工厂排放镉能加大城市大气降尘的镉污染。     

惰性气氛下准东煤Na/Ca释放特性的研究

基于准东煤中Na/Ca的赋存形态，采用管式加热炉研究了准东煤中Na/Ca在惰性气氛下的释放特性和形态转变。结果表明，水溶态Na_w在加热温度t ≤ 600℃时先转变成不可溶态Na_re，随着温度升高，不可溶态Na_re又重新转变成水溶态Na_w，当加热温度t > 800℃时，Na大量释放。酸溶态Ca_ac在加热温度t ≤ 700℃时先分解生成CaO并且与其他矿物组分反应转变成不可溶态Ca_re，随着温度升高，不可溶态Ca_re逐渐转变成酸溶态Ca_ac和水溶态Ca_w。相同温度条件下，Ca的释放率低于Na的释放率，少量酸溶态有机Ca随挥发分释放而以气相形式释放。     

煤中碘的淋滤行为研究

用不同pH值溶液对煤进行动态淋滤实验,用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定不同pH值淋滤液在不同时间段获取的淋出液中碘的浓度,以及煤和淋滤后残留煤的高温热水解溶液中碘的含量。结果表明,淋滤液pH值、淋滤时间、煤中碘的赋存形态及在煤中的赋存部位对碘的淋出有重要影响。淋滤液的酸性越强,煤中碘的淋出越多,pH值为2.0和pH值为4.0溶液对煤中碘的淋出率(η)分别为7.22%和6.20%;但pH值为2.0溶液的淋出液中碘的量小于pH值为4.0溶液的淋出液中碘的量,其百分率(w_x)分别为1.920 0%和5.420 0%。pH 2.0淋滤液,在前30 h内淋出液中碘的平均浓度为10.9 μg/L;而pH值为4.0淋滤液,在前110 h内淋出液中碘的平均浓度为10.6 μg/L;pH值为6.0和pH值为7.5溶液能淋出煤中碘很少。在酸性溶液作用下,首先被淋出的碘是存在煤颗粒表面少量的水溶态和离子交换态碘及大部分碳酸盐态和铁锰氧化物结合态碘,然后煤基质内部的部分水溶态和离子交换态碘及少量的碳酸盐结合态及铁锰氧化物结合态碘等才被淋出。     

稻草固定床热解过程中不同赋存状态钾的迁移转化行为

选取稻草、水洗稻草及添加质量分数为5%KCl的微晶纤维素颗粒作为热解原料,进行固定床快速和慢速热解,研究稻草热解过程中全钾和四种赋存状态钾的析出规律以及四种赋存状态钾之间的相互迁移转化。结果表明,稻草热解过程中钾的析出率随温度变化分为两个区间,热解温度低于700℃时钾的析出率受温度影响较小;热解温度高于700℃时四种赋存状态钾相继达到释放点从而导致钾析出率急剧增加;热解过程中钾的析出主要是由水溶态和残渣态钾的减少造成;同时水溶态钾和有机态钾能够发生相互迁移转化;残渣态的碳骨架钾在热解时断裂,一部分转化成水溶态钾,一部分仍以残渣态钾存在。     

可溶性有机质对污染土壤中铊迁移行为的影响

目的 为了查明可溶性有机质（DOM）对土壤中污染元素铊赋存形态的影响,方法 采用形态分级提取方法,将土壤中的铊重金属分成酸可交换态、铁锰氧化物结合态、有机质结合态和残留态4组分,并采用Elan 6100型ICP-MS质谱仪测定各组分中铊的质量浓度.结果 DOM可降低酸可交换态的Tl,增加铁锰氧化物结合态和有机质结合态Tl的百分含量,但对残留态Tl的百分含量没有明显影响.因此,DOM可降低铊在土壤中的活动性,从而改变了铊在土壤中的迁移行为.结论 可溶性有机质（DOM）自身的络合（螯合）能力及其吸附特性是改变重金属铊形态分布的主要因素.     

煤中钠在燃料初期行为的研究

煤中钠是影响增压流化床（PFBC）和整体煤气化（IGCC）发展的一个重要因素。本文对煤中钠分别在800℃和900℃以及富氧和贫氧两种气氛下燃烧初期的释放规律进行了研究。结果表明,煤中钠在燃烧初期变化不大,钠的释放将主要发生在煤燃烧的后期。不同形态钠在燃烧初期的变化规律不同。随燃烧时间的增加水溶钠线性减小,盐酸溶钠线性增加。醋酸铵溶钠在燃烧初期总体表现为增加,不可溶钠则总体减少。研究显示,不同形态钠在燃烧初期存在转化,并主要表现咪水溶钠向盐酸溶钠的转化。温度和气氛对钠释放的影响主要取决于煤种。     

中草药及其生长土壤中6种重金属元素含量相关性初探

采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定了中草药中重金属元素(铁、锰、铜、锌、镉、铅)的含量,并对中草药的生长环境土壤中重金属元素的化学形态及其分布进行了研究。文中提出了中草药样品用硝酸-过氧化氢-水(5+2+1)混合溶液消解,并叙述了土壤样品中元素的各种形态(水溶态、可溶态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物态、有机质结合态)的提取方法和试液。结果表明:所测中草药中重金属元素含量明显低于土壤中元素的含量;土壤中铁、锌、铜主要以有机质结合态存在,锰以铁锰氧化物态为主。几种药材中均含有较高量的铁、锰、锌,土壤中也含有较高量的有效态铁、锰、锌,说明中草药与土壤中重金属之间存在有生物迁移作用。     

土壤样品中砷的形态分析方法研究

对生态地球化学土壤样品,在Tessier修正顺序提取方法(即七步法)的基础上对提取方法、提取时间、提取溶液的处理方法进行优化选择,用超声法提取水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、腐殖酸结合态、铁锰氧化物结合态、强有机质结合态和残渣态七种形态的砷元素,用原子荧光光谱法测定各个形态砷的含量。优化后的方法测得As元素各形态的检出限均小于1.0μg/g,相对标准偏差(RSD)小于10%,准确度高,质量参数均满足生态地球化学土壤样品评价形态分析的需要。     

参比DTA法研究煤粉催化燃烧特性

利用综合热重分析仪研究了煤粉催化燃烧特性的新方法,即参比DTA法。利用参比DTA法测出加入K₂CO₃、Fe₂O₃、CaCO₃ 和CeO₂ 后无烟煤的燃点分别为319℃、410℃、400℃和405℃,同时在参比DTA曲线上直接看出催化剂降低了煤粉的燃点。利用参比DTA法直接计算出煤粉燃烧释放热量的变化。研究发现,K₂CO₃、Fe₂O₃、CaCO₃和CeO₂使无烟煤燃烧过程中释放的热量分别增加了340.2J/g、352.8J/g、348.6J/g和264.6J/g。以上结果与常规DTA实验结果一致,参比DTA法更加直接地说明了煤粉催化燃烧特性。     

O2/CO2气氛下污泥/煤混燃中半挥发性重金属的释放特性

在固定床焚烧实验装置上,采用正交实验法研究了焚烧温度(t_c)、污泥掺混比(X_s)、O_2体积分数(φ_(O2))、初始含水率(φ_(H2O))、焚烧时间(τ)和含氯量(φ_(Cl))六个因素对O_2/CO_2气氛下污泥/煤混燃中半挥发性重金属(Zn、Pb、Cd、Cu、Ni和Cr)释放特性的影响。结果表明,六种因素对重金属释放率影响程度排序为t_cX_sφ_(H2O)φ_(O2)≈τφ_(Cl)。相同焚烧工况下,Zn释放率最大,Pb和Cd次之,Cu、Ni和Cr较小。提高温度会促进重金属释放,且高温(1000-1100℃)对重金属释放的影响显著强于低温(700-900℃)。随着温度由700℃升高至1100℃,Zn和Pb释放率分别由36.1%和12.2%上升至70.9%和63.5%,Cd在900℃下达到40.0%的最大释放率,而Cu、Ni和Cr释放率大都维持在20.0%以下,温度对重金属释放率影响程度排序为PbZnCdCuCrNi。重金属释放率随着污泥掺混比增加逐渐下降,却随着初始含水率增加呈现波浪式变化趋势,且在30%O_2体积分数下重金属释放率取得最小值。焚烧时间和含氯量对Pb释放的影响程度显著强于其他五种重金属。O_2/CO_2气氛下污泥/煤混燃的最佳工况为:焚烧温度为900-1000℃、污泥掺混比为25%左右、O_2体积分数为30%、初始含水率小于10%,并尽可能的缩短焚烧时间。     

低阶煤半焦利用热重在O2/CO2、O2/N2和O2/Ar气氛下燃烧特性研究

利用热重研究了两种中国西北典型低阶煤半焦的燃烧特性。探究了不同气氛（O₂/CO₂、O₂/N₂和O₂/Ar）和不同氧气浓度对其燃烧特性的影响。实验结果表明,无论是反应气氛还是氧气浓度都会对低阶煤半焦的燃烧产生影响。相比于N₂和Ar,CO₂明显有利于燃烧反应进行：当反应气氛由O₂/CO₂变为O₂/Ar时,两种不同低阶煤半焦的燃尽温度分别升高了63.7和68.8℃;而当反应气氛由O₂/CO₂变为O₂/N₂时,两种不同低阶煤半焦的燃尽温度分别升高了135.9和129.6℃。在研究范围内,氧气浓度的提高也能明显提高半焦的燃烧性能。与此同时,半焦燃烧特性的动力学分析表明,随着氧气浓度提高,两种半焦燃烧反应的表观活化能E和指前因子A均呈增大趋势。通过对E和A两者关系的分析结果表明,半焦富氧燃烧的活化能和指前因子存在动力学补偿效应。     

增压O_2/CO_2气氛下煤燃烧特性实验研究

增压O2/CO2燃烧是一种可高效分离回收CO2的新兴燃烧技术,其燃烧机理与常压空气、常压O2/CO2燃烧存在较大差异。在加压热重分析仪上研究了增压条件下总压、氧浓度、气氛及粒径等反应参数对美国烟煤和淮北无烟煤燃烧特性的影响,确定了煤的着火温度,并对其进行燃烧动力学分析。结果表明,增压O2/CO2气氛下,随着压力或氧浓度的增加,DTG曲线向低温区移动,煤样整体燃烧速率加快。压力提升、氧浓度增加及煤粉细化均可改善O2/CO2气氛下煤样的着火特性。常压O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应;增压O2/CO2气氛下,低温区属于0.5级反应,而高温区属于1.5级反应。     

贫煤O_2/CO_2气氛下燃烧时内在矿物质对SO_2和NO_x排放特性的影响

利用管式炉反应器在550-1 000℃对长治贫煤和脱矿物质煤分别在空气和O_2/CO_2气氛进行了燃烧实验。利用XRF、XRD等分析手段,对煤样的基本性能进行了分析表征,并采用热分析仪(TG-DTG)以及傅里叶红外气体分析仪(AntarisIGS)对贫煤燃烧过程中的燃烧特性和SO_2和NO_x释放规律进行了研究。结果表明,与原煤相比,脱矿物质煤的着火温度和燃烬温度有所降低;O_2/CO_2气氛下,原煤和脱矿物质煤的着火温度和燃烬温度都升高,说明当O_2浓度为20%时,空气气氛比O_2/CO_2气氛更易于着火和燃烬。此外,与长治原煤相比,脱矿物质煤在相同条件下燃烧时SO_2的释放量明显提高,而NO_x的释放量却有所降低。O_2/CO_2气氛下原煤燃烧时SO_2浓度比空气气氛下的要高,而脱矿物质煤燃烧时释放的SO_2浓度明显比空气气氛下的低;O_2/CO_2气氛下原煤和脱矿物质煤燃烧时释放的NOx浓度比空气气氛下燃烧时释放的NO_x浓度要低。     

热重法研究K2CO3与Fe2O3对煤粉燃烧反应性的影响

利用综合热重分析仪分别研究了K₂CO₃、Fe₂O₃对褐煤、烟煤、无烟煤、石墨等不同燃料的催化燃烧反应性的影响。结果表明,催化剂种类、添加量、粒径和燃料的变质程度对催化燃烧具有一定的影响;向无烟煤中加入K₂CO₃、Fe₂O₃两种催化剂,无烟煤的燃点由458℃分别降为319℃、405℃,燃烧速率由11.94%/min分别提高到26.40%/min、17.66%/min。K₂CO₃、Fe₂O₃对褐煤和烟煤的燃点没有明显的降低作用,但是对无烟煤和石墨燃点有明显的降低作用,且随着煤变质程度的增加,燃点降低幅度增大。由于引起燃点和燃速变化的原因不同,所以加入催化剂后造成燃点和燃速的变化也不同。     

生物质混煤燃烧过程中钾的迁移转化规律

通过将稻秆和褐煤混燃，研究了燃烧温度以及生物质掺混比例对于混燃过程中K的释放、灰样中K的赋存形式以及矿物质变化的影响。研究表明，燃烧温度对于混合燃料中K的释放影响显著。在600-750℃时，随着温度升高，水溶性K和醋酸铵溶性K大量释放到气相，使得K的释放速率较快；而当温度在750-850℃时，水溶性K和醋酸铵溶性K开始大量地转化为其他形式的K而被固定在灰样中，使得K的释放速率变得缓慢；当温度高于850℃时，随着温度升高，盐酸溶性K的分解导致K释放速率重新增大。通过XRD分析发现，灰样中水溶性K主要以KCl的形式存在，K₂SO₄的生成同时受到原料中K的含量和S/Cl比值两个因素的共同影响，原料中K的含量越高，且S/Cl比值越大，越会促进K₂SO₄的生成。同时也发现生物质和煤混燃时存在协同作用，煤中Al、Si等元素会和生物质中的K反应生成碱性硅铝酸盐，从而导致更多K留在灰烬中。     

O2/CO2气氛下稻秆添加磷酸二氢铵对固钾及灰熔融特性的研究

研究了21%O₂/79%CO₂气氛下,磷酸二氢铵对稻秆不同温度下的固钾能力及对灰熔融性的影响。利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)等检测手段,对稻秆燃烧灰中K元素含量、产物物相以及微观形貌进行分析。固定床燃烧固钾实验表明,添加NH₄H₂PO₄能够有效提高稻秆固钾率,900℃下稻秆自身固钾率为14.65%,添加NH₄H₂PO₄后固钾率为68.79%,可以有效抑制生物质燃烧过程中碱金属以气态形式析出,并缓解了灰结渣现象。700℃燃烧条件下NH₄H₂PO₄和钾反应的主要产物为KPO₃;900℃下反应的主要产物为高熔点物质K₂CaP₂O₇,从微观形貌可以看出NH₄H₂PO₄能够抑制灰颗粒的烧结,添加NH₄H₂PO₄能有效提升稻秆灰熔点。     

氧气对胜利褐煤水蒸气气化半焦结构及反应性的影响

为了研究氧气对半焦的结构变化和反应性的影响,采用不锈钢模拟气流床反应器,在8种不同气氛,800和900 ℃条件下,进行了胜利褐煤水蒸气气化实验。利用拉曼光谱和热重分析仪分别表征了半焦的结构和本征反应性。结果表明,在800和900 ℃条件下,添加的氧气对半焦结构变化的影响方式不同;半焦结构的变化是影响碱金属和碱土金属(AAEM)挥发的主要因素。在不同温度下,添加的氧气对Na挥发的影响和对结构的作用类似,H₂O/O₂混合气氛促使气化所得半焦的反应性进一步降低。半焦的反应活性指数与拉曼光谱谱带比值 I (G_R+V_L+V_R)/I_D具有很好的相关性。