選煤廠中汞的分布規(guī)律研究

選煤廠中汞的分布規(guī)律研究

0煤炭選煤過程中汞的分布煤炭是中國的主要能源。煤炭工業(yè)的發(fā)展，既推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時也產(chǎn)生了一系列的環(huán)境問題。如煤炭的燃燒成為大氣中汞污染的重要來源之一，大氣汞通過干濕沉降返回到表生生態(tài)環(huán)境中，加強了汞在水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中的富集強度和速度，對人類的生存構(gòu)成了潛在威脅，受到國際社會的廣泛重視。減小煤炭利用給人類帶來負(fù)面影響的一個經(jīng)濟(jì)有效的方法,就是在煤燃燒前,通過洗選脫除其中的有害的汞元素或降低其含量。由于對煤中汞的賦存狀態(tài)的認(rèn)識不一致以及對選煤過程中痕量元素的遷移變化規(guī)律基本沒有研究，因此還沒有找到一種有效的燃前脫汞的技術(shù)。2005年中國煤炭工業(yè)原煤入洗率達(dá)到40%，根據(jù)煤炭工業(yè)規(guī)劃，到2010年原煤入洗率要達(dá)到50%，而發(fā)達(dá)國家的原煤入洗率一般在90%以上。因此提高原煤入洗率，深入研究汞在選煤過程中的行為，不僅可以有效降低煤中的灰、硫含量，還可以有效地降低煤中汞含量。本文研究了河北邯鄲選煤廠及河南平山田莊選煤廠原煤不同粒度、密度中汞的分布規(guī)律，以及汞含量與灰分關(guān)系。為在選煤過程中脫汞，提供了理論基礎(chǔ)。1試驗材料和方法選取河南田莊、河北邯鄲、內(nèi)蒙古（公烏素、平溝、老石旦）選煤廠原煤測試汞含量，并對邯鄲選煤廠原煤（篩分為50～13mm、13～3mm、3～0.5mm）和田莊選煤廠原煤（篩分為50～20mm、20～3mm、3～0.5mm），分別做浮沉試驗，測試各個密度級中汞的含量。本試驗的灰分由各選煤廠測定，各密度級中的汞含量用AMA-254測汞儀測定。AMA-254高級測汞儀是專門用來測定汞的原子吸收分光光度計，它可直接測定固體和液體樣品中的汞量，而不需要對樣品進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，檢測限為0.01ngHg。2結(jié)果與討論2.1相同地區(qū)煤中汞的測量結(jié)果國內(nèi)外大量學(xué)者進(jìn)行了煤中汞含量的測試見表1。與地殼豐度值、世界平均值和美國煤中汞含量相比，我國煤中汞平均值略高于地殼豐度值0.089μg/g，高于世界平均值0.012μg/g，與美國煤中汞的平均值0.18μg/g相接近。本次測試煤樣及許多研究者測試的相同地區(qū)煤中的汞含量數(shù)據(jù)見表2。從兩個表中可以看出本次測試數(shù)據(jù)兩個選煤廠的汞含量都大于地殼豐度和世界煤，小于美國煤。并且測量值也在表2所示的河北、河南、內(nèi)蒙古地區(qū)汞含量的范圍之內(nèi)，與文獻(xiàn)資料的報道相符，所以本次所測數(shù)據(jù)是可信的。根據(jù)MT/T963-2005《煤中汞含量分級》標(biāo)準(zhǔn),田莊選煤廠屬于特低汞煤，邯鄲和內(nèi)蒙古的三個選煤廠原煤都屬于低汞煤。2.2高密度級的汞含量通過不同粒度級原煤的浮沉實驗，研究了汞含量隨粒度、密度變化的關(guān)系。圖1為兩個選煤廠各粒級原煤中汞含量隨密度級變化的關(guān)系，煤中汞含量隨密度級增大而增大，并且大體呈指數(shù)函數(shù)逐漸增加。各粒度級原煤浮沉實驗中<1.6密度級的汞含量變化幅度小，而>1.6密度級特別是>1.8密度級汞含量變化幅度大。由圖2可知邯鄲選煤廠原煤的汞含量大于田莊選煤廠，兩個選煤廠在低密度級時，汞含量相當(dāng)；但是在高密度級時，邯鄲選煤廠汞含量增加的幅度大的多。圖3、4為兩個選煤廠汞含量與粒度、密度的關(guān)系?？梢娮罡叩墓看蠖喑尸F(xiàn)在密度級最高的產(chǎn)物中，只有邯鄲選煤廠平均粒度為31.5mm的原煤中，最高的汞含量出現(xiàn)在密度級次高的產(chǎn)物中；并且隨著粒度減小，高密度級產(chǎn)物中汞含量增大；邯鄲選煤廠同一粒度級原煤中，高密度級中的汞含量與低密度級中汞含量相差比較大。田莊選煤廠汞含量比邯鄲低的多，為特低汞煤，不同密度級中汞含量差距較小。2.3煤中與有機(jī)質(zhì)的汞目前大多數(shù)國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為：煤中汞的存在形態(tài)可分為無機(jī)汞、有機(jī)汞，其中無機(jī)汞由于其較強的親硫特性而主要分布在黃鐵礦中，特別是后生成因的黃鐵礦中，并且在黃鐵礦中分布不均勻；另外煤中硫化物或硒化物礦物（如閃鋅礦）里也可能含汞；有的研究者還提出粘土礦物含汞，熱液成因的方解石含汞等見解；煤中是否存在與有機(jī)質(zhì)結(jié)合的汞更是討論最多的問題。汞在煤中的賦存狀態(tài)決定了其在煤炭洗選過程的遷移行為，通過物理洗選，與脈石共生的汞能被有效的脫除，而與有機(jī)質(zhì)結(jié)合的或被有機(jī)質(zhì)包裹的汞就不易脫除，甚至可能被富集到精煤中。按公式（1）計算了不同粒度、密度級中汞含量占50～0.5mm原煤汞總量的百分比，結(jié)果如圖5、圖6。因為煤炭比黃鐵礦、巖石、粘土以及其它雜質(zhì)要輕，密度在1.25-1.8之間。所以密度越低，灰分越低，雜質(zhì)越少，隨著密度增大，礦物質(zhì)含量增加。從圖中可以看出，兩個選煤廠中>1.8密度級的汞分布率最大，邯鄲選煤廠達(dá)到63%，田莊選煤廠達(dá)到49%，可見兩個選煤廠中汞主要賦存在脈石中，通過排矸可以有效減少煤炭中的汞含量。式中，ηij為第i個粒度級j個密度級物料中汞的分布率，%；γij為第i個粒度級j個密度級物料的產(chǎn)率，%；cij為第i個粒度級j個密度級物料中汞的含量（μg/g）;n為表示粒度級個數(shù)；m為表示浮沉級個數(shù)。2.4煤中汞的賦存狀態(tài)煤中的灰分一般表明了煤中礦物質(zhì)的含量，通過研究灰分與汞含量間的關(guān)系，可以分析煤中汞的賦存狀態(tài)。表3列出了兩個選煤廠50～0.5mm粒度級原煤灰分與汞含量線性回歸的方程和系數(shù)，可見它們線性相關(guān)系數(shù)大于0.9，顯著相關(guān)。即汞含量隨著灰分的增大而增大，與上面的分析結(jié)果一致。3煤炭中汞含量(1）邯鄲、田莊和內(nèi)蒙古（公烏素、平溝、老石旦）選煤廠原煤中的汞含量都比較低。(2）邯鄲、田莊選煤廠原煤中密度級>1.8的產(chǎn)物中一般汞含量最高，兩個選煤廠中汞主要與礦物質(zhì)共生，通過排矸可以分別有效減少煤炭中的汞含量60%和50%左右。(3）汞含量與灰分有顯著線性相關(guān)性，進(jìn)一步說明煤