煤及煤矸石中砷的释放 煤及煤矸石中砷的释放

煤及煤矸石中砷的释放

  • 期刊名字:化工环保
  • 文件大小:242kb
  • 论文作者:刘志斌,苏华美
  • 作者单位:辽宁工程技术大学环境科学与工程学院
  • 更新时间:2020-09-18
  • 下载次数:
论文简介

比工环保2014年第34卷第2期ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY煤及煤矸石中砷的释放刘志斌,苏华美(辽宁工程技术大学环境科学与工程学院,辽宁阜新123000)[摘要]研究了煤及煤矸石中砷的释放特征。采用XRD技术对煤样中的主要矿物成分进行了分析。表征结果显示,煤样中的主要矿物组成为碳酸盐矿物、硅酸盐矿物,以及一定量的SiO2、TiO2、 硫化物矿物和硫酸盐矿物。实验结果表明:煤中砷的赋存形态主要以残渣态和硫化物结合态为主;在煤燃烧过程中,当燃烧温度为1 000 C时,1号矿 井的煤样燃烧后灰渣中的砷含量为1.385 lg,砷的释放率为40.10%,2号矿井的煤样燃烧后灰渣中的砷含量为1.531 ug/g,砷的释放率为56.04%;在煤矸石的淋溶过程中,在淋溶液体积为100 mL的条件下,当淋溶液pH为5时淋出液中的p(砷)为19.27 ug/L, 当淋溶液pH为7时淋出液中的p(砷)为7.78 ug/L。[关键词]煤;煤矸石;释放;砷;淋溶实验;燃烧实验[中图分类号] X502[文献标志码] A[文章编号] 1006 - 1878(2014)02 -0101 - 04Release of Arsenic from Coal and Coal GangueLiu Zhibin, Su Huamei(College of Envronmental Science and Engineering,Liaoning Technical University, Fuxin Liaoning 123000, China)Abstract: The release characteristics of arsenic in coal and coal gangue were studied. The mineralcomposition of the coal sample was analyzed by XRD. The results show that carbonate, silicate and someSiO2,TiO2, sulphide, sulfate are the main composition of the coal sample. The experimental results showthat: The occurrence modes of arsenic in coal are mainly residual state and sulfide state; In coal combustionprocess, when the combustion temperature is I 000 C,the arsenic content of the coal ash after combustionof coal sample from No.1 coal mine is 1.385 ugg,the release rate of arsenic is 40.10%,while that fromNo.2 coal mine is 1.531 μgg, the release rate of arsenic is 56.04%; In coal gangue leaching process,when the volume of the leaching liquor with pH 5 and pH 7 is 100 mL,the concentrations of arsenic in theleaching liquor are 19.27 ug/L and 7.78 ug/L respectively.Key words: coal; coal gangue; release; arsenic; leaching experiment; combustion experiment砷是一种蓄积性元素,可通过呼吸系统和消水和浅层地下水,对其造成污染51。因此,研究砷化系统进入人体,经血流分布于全身各个部位,元素从煤及煤矸石中的释放方式、释放机理及释放从而引起慢性中毒,严重危害人类健康1。由王特征对环境中砷的污染防治具有重要的理论意义与明仕等[2]、姜英等[D] 和陈萍等[4)研究发表的有关现实意义。煤中砷含量的统计分析可知,我国煤中砷的平均含本工作通过煤燃烧实验和煤矸石淋溶实验对量约为0~10 μg/g,其中华南、华北和东北聚煤区煤及煤矸石中砷的释放特征进行了研究。煤中砷的平均含量较高。砷元素从煤中释放的途径不同,其影响的对象和程度也不同。在煤燃烧过程[收稿日期] 2013-09-12; [修订日期] 2013- 12-06。中,砷元素随飞灰和微颗粒物进入大气,首先对大[作者简介]刘志斌(1954-) ,男,河北省清苑县人,硕士,教授, 主要研究方中国煤化工露天开采、边气环境造成影响;飞灰等的沉降、粉煤灰和煤矸石坡工程等。电话2163.com。 联系的堆放则会对地表水及土壤造成影响。煤矸石在风人:苏华美,电话JYHCNMH Gt5 co化和降雨的作用下,会使重金属转移至土壤、地表[基金项目] 国家自然科学基金(煤炭联合基金)项目(117466)。0化工环保●102●ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY2014年第34卷化,且风化主要发生在颗粒物表面,故砷的淋溶强1实验部分度不用很高”],淋溶速率控制在20滴/min。该矿区1.1 材料和仪器降雨pH约为5.0- _5.68),故选择pH=5的HCI溶液模在陕西省神木县境内的两个自然矿井的采煤工拟雨水,并以pH=7的蒸馏水进行对比实验,考察作面上进行取样。在1号矿井分别取不同煤层的煤淋溶液pH对煤矸石中砷的淋溶释放的影响。样M1,M2, M3; 2号矿井分别取不同煤层的煤样1.3 分析方法M6,M7, M8。1号矿井煤中砷的平均含量为2.387采用XRD技术对煤样中的主要矿物成分进行μg/g, 2号矿 井煤中砷的平均含量为3.353 ug/g。分析;采用逐级化学提取法分析煤样中砷的赋存煤矸石试样取自矿区排矸场新排放的未风化形态[9]。按照GB / T 3058- -2008 《煤中砷的测定的煤矸石,砷的平均含量为16.142 μg/g。方法》C[10测定煤中砷的含量;按照GB7485- -1987D8Advance型X射线術射仪:德国Bruker《水质总砷的测定二乙基二硫代氨基甲酸银分光公司。光度法>》1测定淋出液中砷的含量。1.2实验方法按照式(1)计算煤燃烧实验中砷的释放率1.2.1煤燃烧实验(F, %)。分别将取自1号矿井的煤样M1, M2,M3按F=(1-w/w.)x 100%(1照m(M1) : m(M2) : m(M3)=1: 1: 1混合,将式中: w为灰渣中砷的含量,μg/g; wm 为初始煤样取自2号矿井的煤样M6,M7, M8按照m (M6) :中砷的含量, ug/g。m(M7) : m(M8)=1 : 1 : 1混合。取混合煤样各1g,放人马弗炉中,于- -定温度下加热燃烧1~2 h,,2结果与讨论取出灰渣进行分析。2.1煤中砷的矿物组成1.2.2煤矸石淋溶实验煤样的XRD谱图见图1。由图1可见:煤样中淋溶柱为高25 cm、内径5 cm的有机玻璃管。的主要矿物组成为碳酸盐矿物、硅酸盐矿物,以及淋溶柱底部铺- -层厚1 cm的细沙、- -层厚1 cm的粗一定量的SiO2、TiO2、 硫化物矿物和硫酸盐矿物;砂,粗砂上加入100 g厚约5 cm的煤矸石,再在煤除上述结合态矿物外,煤中还存在- -些无机态的微矸石_上铺- -层厚1 cm的粗砂。该矿区排研场未发生量元素,如K,C, Mg,Fe, Cu, Au等。 由图1还煤矸石自燃现象[6),因此选择在常温下进行淋溶实可见,取自1号矿井的煤样M1,M2,M3中的碳酸验。根据当地年均降雨量约为415 mm,确定淋溶盐矿物含量较高,而取自2号矿井的煤样M6,M7,总量为900mL。由于砷的释放来源于硫化物的风M8中的硫化物矿物含量较高。|MMM3CaCO,AL(H),(SiL...CaCOaCO,015202532520(°)20/(°)20()| M6|CuFeS,M8Tisip,HSiO: SnO; TiO,|CaCO, .Al(OH)2中国煤化工rio,|18202224262830323420(0)MYHCNMHG 60 70图1煤样的XRD谱图.第2期刘志斌等.煤及煤矸石中砷的释放●103●2.2煤中砷的赋存形态 :中,煤中砷主要以残渣态和硫化物结合态为主,说煤中砷的赋存形态见表1。由表1可见:煤中明煤中砷元素主要赋存于煤的无机组分中。砷是亲砷赋存形态的分布规律为:残渣态>硫化物结合态>硫元素,煤中砷的含量与煤的硫分具有相关性,煤有机物结合态>水溶态和可交换态;在4种赋存形态的硫分越高,煤中砷的含量越高[2。表l煤中砷的赋存形态煤样水溶态和可交换态硫化物结合态有机物结合态残渣态含量/(ug*g")含量/(g.g")含量/(ug.g')含量/(g.g') .M10.0630.7070.5520.887M20.1240.7480.5790.963 .M30.0620.6940.5321.025M60.9610.5271.611M71.7801.004M80.9470.5011.3372.3煤中砷 的释放特征淋溶液pH为5时淋出液中的p (砷)为19.27 ugL,当燃烧温度对砷释放率的影响见图2。由图2可淋溶液pH为7时淋出液中的p (砷)为7.78 μg/L。由见:随燃烧温度的升高,砷的释放率逐渐增大;当此可见,在酸性条件下,煤矸石试样中砷的淋出量燃烧温度低于650 C时,1号矿井和2号矿井煤样砷高于在中性条件下砷的淋出量。这是因为:随淋溶的释放率基本相同;当燃烧温 度高于650 C时,2液pH的降低,煤矸石中可交换砷的数量增多,从号矿井砷的释放率明显高于1号矿井。由XRD表征而导致煤矸石中较多砷的淋出。因此,酸雨会增加结果可知,1号 矿井中煤样的碳酸钙含量高于2号矿煤矸石中砷对地下水的污染风险。井,而煤中的钙对砷的释放具有抑制作用,在氧化钙存在的条件下,砷的挥发性明显降低,同时易产生砷酸钙沉淀[3]。当燃烧温度为1 000 C时,1号矿井中煤样燃烧后灰渣中的砷含量为1.385 μg/g,砷的释放率为40.10%; 2号矿井中煤样燃烧后灰渣中的砷含量为1.531 μg/g,砷的释放率为56.04%。要10st50100 200 300 400 500 600 700 800 90淋溶量/mL图3淋溶液pH对淋 出液中p(砷)的影响整30-淋溶液pH:●5;■73结论450500550600650700750 800 850 900 950 1000a)煤样中的主要矿物组成为碳酸盐矿物、硅燃烧温度/C酸盐矿物,以及- -定量的SiO2、TiO2、 硫化物矿物图2燃烧温度对砷释放率的影响和硫酸盐矿物。混合煤样:●1号矿井; ■2号矿井b)煤中砷的赋存形态主要以残渣态和硫化物2.4煤矸石 中砷的淋溶释放结合态为主,说明煤中砷元素主要赋存于煤的无机淋溶液pH对淋出液中p (砷)的影响见图3。由组分中。图3可见:在淋溶液体积-一定的条件下,淋溶液pHc)在煤中国煤化工的升高,煤中为5时淋出液中的p (砷)高于淋溶液pH为7时淋出液砷的释放率逐YHCNMHG000C时,1中的p (砷);在淋溶液体积为100 mL的条件下,当号矿井的煤样燃烧后灰渣中的砷含量为1.385 ug/g,化工环保●104●ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY2014年第34卷砷的释放率为40.10%; 2号矿井的煤样燃烧后灰渣刊,2006, 53(2): 58-61.中的砷含量为1.531 ug/g,砷的释放率为56.04%。[7]孙晓虎, 易其臻,刘汉湖,等. 煤矸石中重金属的淋d)在煤矸石的淋溶过程中,淋溶液的酸性越滤特征研究[J].江苏环境科技, 2007, 20(5): 20-强,煤矸石中砷的淋出量越大。在淋溶液体积为25.100mL的条件下,当淋溶液pH为5时淋出液中[8]王琦, 张文静,胡琳,等.陕西省酸雨时空分布特征的p (砷)为19.27 μg/L,当淋溶液pH为7时淋出液研究[C]/第28届中国气象学会年会论文集.厦门:中国气象学会,2011.中的p (砷)为7.78 ug/L。[9]郭欣. 煤燃烧过程中汞、砷、硒的排放与控制研究参考文献[D].武汉:华中科技大学能源与动力工程学院,2005.[1] 李功振,许爱芹.京杭大运河(徐州段)砷的形态的分[10]煤炭科学研究总 院煤炭分析实验室,河北煤田地质步特征研究[J].环境科学与技术, 2008, 31(1):研究所. GB/T 3058- -2008煤中砷的测定方法[S].69-71.北京:中国标准出版社, 2008.[2] 王明仕,郑宝山,胡军,等.我国煤中砷的含量及分 [11] 中国环境监测总站. GB7485- -1987水质总砷的测定布[J].煤炭学报,2005, 30(3): 344 - 348.二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法[S].北京:中[3] 姜英,傅丛,白向飞,等,中国煤中砷的分布特征国标准出版社,1987.[J].煤炭科学技术,2008, 36(2): 101- 104.[12]刘晶, 郑楚光,张军营,等. 煤中易挥发痕量元素[4]陈萍, 旷红伟,唐修义.煤中砷的分布和赋存规律研赋存形态的分析方法及实验研究[J].燃料科学与技究[J].煤炭学报, 2002, 27(3): 259 - 263.术,2003, 9(4): 295 - 299.5] 刘萍,晏飞.煤矸石对环境的危害及其综合治理[J]. [13] 张军营,任德贻,钟秦,等. CaO对煤中砷挥发性的中国矿业,2008,17(8): 49- 51.抑制作用[J].燃料化学学报,2000, 28(3): 198 -[6]吴本君, 曾家湖,赵连泽,等.神东煤田大柳塔矿200.区煤矸石特征及利用前景[J].中国非金属矿工业导(编辑王馨)信息与动态.气体泄漏的实时捕集成像技术赛克样画面视域中检测出长波长(7.5~14.5 um)红Chemical Engineering, 2013, 120(11): 10外光谱。该相机可检测出泄漏气体与背景间的很小美国Rebellion Photonics公司开发的气体云成温差。为了识别气体,该相机可检测泄漏气体的与像新技术可监测设备的气体泄漏,还可在大范围内已知数据库光谱相匹配的红外吸收光谱。对工厂释放的气体云的化学物质进行实时的成像、该相机安装在-一个可移动的基座上,可通过识别及定量检测。该技术的目的是改进目前的覆盖程序使其连续而系统地移动扫过广大区域,即采用范围及排放具象化能力皆有限的基于报警及定点检单一相机有效监控全部厂区,并为操作人员提供气测的系统。体排放的红外可视信息。该系统可在各种气候条件Rebellion Photonics公司的气体云成像相机来下远距离检测出多种化合物。源于美国Rice大学的研究,可从数字影像中即时捕操作人员不需要监视相机信号,因为该系统集一系列气体化合物的红外光谱信息。该工艺被已编程设定为- - 且发生泄漏将向特定人员自动报告称为“快照”高光谱成像(HSI)技术。该公司还为光学图像。“快照”HIS技术开发了光学硬件以及同步处理影该技术的首座装置已在美国俄亥俄州的一座像的算法,以代替先前需要很长时间的HSI程序。炼油厂安装i 中国煤化工购方式向工厂为了运行HSI, Rebellion Photonics公司开发了提供该项技TYHCNMH G全自动气体云成像相机,可从化工厂各种气体的马(以上由叶晶菁供稿)

论文截图
版权:如无特殊注明,文章转载自网络,侵权请联系cnmhg168#163.com删除!文件均为网友上传,仅供研究和学习使用,务必24小时内删除。