（化学工艺专业论文）煤焦化过程有害微量元素的迁移规律研究.pdf

武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 中国是一个煤炭生产和消费大国，以煤炭为主的能源消费格局在今后相当长的一段 时间不会改变。煤中含有多种有害微量元素，在煤利用过程中，它们随着煤的转化呈各 种物态转入产品或排入环境，对工业设备、人体健康和生态系统均造成很大危害。近年 来，出于对环境保护的关注，煤中微量元素的分布及其在煤炭开发、利用过程中的迁移 行为引起了国内外广大研究者的重视。 焦化是一种重要的煤转化方法，在焦化过程中，随着煤向气态、液态和固态产物的 转变，煤中的微量元素也发生了再分配，对焦化生产过程和焦化产品利用中的环境保护 产生了不可忽视的影响。 论文选择危害性较大、污染程度较高、国内外比较受关注的有害微量元素砷( a s ) 、 铅( p b ) 、汞( h g ) 和铬( c r ) 为实验对象，在实验室煤焦化模拟试验的基础上，通过对某焦化 厂所使用的煤样及生产出的焦炭、焦油和氨水中各元素的含量分析，研究了炼焦原料煤 及其焦化产物中的a s 、p b 、h g 和c r 的分布，并进行质量平衡计算，获得了炼焦过程中 这四种有害微量元素在固相( 焦炭) 、液相( 焦油和氨水) 以及气相产物中的分配及迁移规 律。 实验结果表明，在焦化过程中3 3 的砷，6 5 的铅，2 7 的汞和7 2 的铬残留 于焦炭；2 的a s ，4 的p b ，6 的h g 和4 的c r 迁移至焦油；1 2 的a s ，7 的 p b ，7 的h g 和4 的c r 转化到氨水中；5 3 的a s ，2 4 的p b ，6 0 的h g 和2 0 的c r 通过一系列的物理化学变化而进入煤气。 关键词：煤；有害微量元素；焦化；迁移规律 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t c h i n ai sal a r g ec o u n t r yo fc o a lp r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o n c o a lp l a y st h el e a d i n gr o l e i nt h ep r i m a r ye n e r g yc o n s u m p t i o n ，w h i c hw i l ln o tb ec h a n g e di nal o n gt i m e c o a lc o n t a i n sa l o to ft r a c ee l e m e n t s ，w h i c ha r ep o t e n t i a l l yh a z a r d o u sp o l l u t a n t s p a r t so ft r a c ee l e m e n t sa r e v a p o r i z a t e dd u r i n gc o a lc o n v e r s i o nt h e ne s c a p ef r o ma i rc o n t r o lp o l l u t i o nd e v i c e s o n c e t r a c e e l e m e n te n t e r i n ga t m o s p h e r e ，w h i c hb r i n g ss e v e r ee n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sa n dh u m a n h a r m f u l n e s s i nr e c e n ty e a r s ，m o r ea t e n t i o nh a sb e e np a i dt ot h ep a r t i t i o na n dc o m r o lo f h a z a r d o u st r a c ee l e m e n t sd u r i n gc o a lm i n i n ga n du t i l i z a t i o n c o a l c o k i n gi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tm e t h o d so fc o a lu t i l i z a t i o n h a z a r d o u st r a c e e l e m e n t sa l o n gw i t ht h ec o k i n gp r o d u c t sw i l lb er e d i s t r i b u t i o nd u r i n gt h ec o k i n gp r o c e s s ， w h i c he n g e n d e r i n gan o t i c e a b l ea f f e c t i o no ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n 。 t h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yf o c u s e do nt h et r a n s f o r m a t i o no fh a z a r d o u st r a c ee l e m e n t s ( a s ， p b ，h ga n dc od u r i n gt h ec o a l c o k i n g t h ec o n t e n ta n dd i s t r i b u t i o no fa s ，p b ，h ga n dc ri n t h ec o a l - c o k i n gp r o d u c t s ( p r o d u c e dc o k e ，t a ra n da m m o n i aa sw e l la sg a s ) w e r es t u d i e di na l a b o r a t o r ys c a l ec o k i n go v e n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ts h o w e dt h a t3 3 o fa s ，6 5 o fp b ， 2 7 o fh ga n d7 2 o fc rw e r er e m a i n e di nt h ec o k ed u r i n gt h ec o a l e o k i n gp r o c e s s ，a n dt h e f r a c t i o no fa s ，p b ，h ga n dc ri nt h et a rw e r e2 ，4 ，6 a n d4 r e s p e c t i v e l y ；a tt h es a m e t i m e ，12 a s ，7 p b ，7 h ga n d4 c rw e r et r a n s f o r m e di n t oa m m o n i a ；5 3 a s ，2 4 p b ， 6 0 h ga n d2 0 c ra r ed i v e r t e dt ot h ec o a lg a s k e y w o r d s ：c o a l ；h a z a r d o u st r a c ee l e m e n t s ；c o k i n g ；t r a n s f o r m a t i o n 武汉科技大学 研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研 究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的 工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：一鱼叠叠 日期：型曼生塑垄9 研究生学位论文版权使用授权书 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位 的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门( 按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录 工作的规定执行) 送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅， 同意学校将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。 论文作者签名：鱼昌当 指导教师签名：匕缍些鬯 日 期：翟丝塑笪旦 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 前言 煤炭是我国乃至世界上最主要的能源之一，进入2 1 世纪的7 年间，中国煤炭产量年 均增长l o 2 6 。2 0 0 7 年，煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别为7 6 和 6 9 。受资源条件和能源利用技术条件限制，我国以煤炭为主的能源消费格局在今后相 当长的一段时期内不会发生改变。 煤炭工业的发展，推动了其它行业的发展，同时也产生了一系列的环境问题。煤中 有害微量元素是煤炭开采出地表以后的主要污染物，煤炭的储备、运输、洗选、燃烧及 其它利用过程中，煤中的微量元素都发生了迁移变化，有的入渗进入土壤和含水层，降 低土壤功能，污染水质；有的以气体及粉、飘尘的形式释放到大气中，影响空气环境质 量，进而影响人们的身体健康和生态环境。 世界上许多产煤国家都已发生过微量元素引起的生物中毒和大气污染事件。如我国 贵州省的“煤烟污染型砷中毒地方病，四川省巫山县建坪乡发现的“煤烟型氟与砷联 合中毒等均与煤的利用过程有关。世界各国相继实施一系列计划，旨在解决有关基础 研究和技术开发等重大问题，如美国的“洁净煤技术( c c t ) ”计划，欧洲共同体的“关 键技术”计划，日本的“解决地球变暖技术 计划。在科学技术发展推动下，除各种直 接燃烧技术外，整体煤气化联合循环发电( i g c c ) 、煤炭多联产技术( p o l y - g e n e r a t i o n ) 等各 种煤气化后再燃烧的方式因其高效和低污染的优点将成为二十一世纪燃煤发电的重要形 式。而煤中有害微量元素直接影响到i g c c 等净化工艺的选择、设备的安全与寿命等方 面。 研究有害微量元素的迁移规律，将有助于指导污染元素的排放控制。近年来，国内 外学者加强了对煤及其利用产物中有害微量元素释放和转化的研究，以期从源头减少有 害微量元素的排放。目前，我们对于煤焦化过程中有害微量元素的迁移、转化规律研究 程度较低。焦化是一种重要的煤转化方法，我国不仅是世界上最大的焦炭生产国和消费 国，也是世界冶金焦炭的供应基地。在国际国内两大市场的推动下，焦炭产业一派繁荣。 据统计，2 0 0 7 年我国焦炭生产量约3 3 5 亿吨，约占世界焦炭总产量5 9 。在产能高速 增长的同时，焦化行业结构得到了迸一步优化。然而，在焦化行业逐步发展壮大的同时， 炼焦生产过程中有害微量元素给环境造成的污染却十分让人担忧。相对于燃烧过程中微 量元素的转化研究现状而言，对煤焦化各种产物中( 煤气、焦油、氨水和焦炭等) 微量元 素的分布认识还不足，难以对这些元素可能造成的环境污染和对后续加工利用工艺中设 备的腐蚀情况做出合理的评价。 因此，本文通过对某焦化厂生产试样进行分析，并结合焦化模拟实验，获得了砷( a s ) 、 铅( p b ) 、汞( h 蓟和铬( c o 在煤焦化过程中的迁移规律，为煤焦化过程的环境深度评价提供 依据，进一步完善焦化信息数据库，并且对中国煤炭资源特性的研究、炼焦节能减排新 技术的开发和环境保护均有一定的指导意义。 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 1 1 煤中元素分类及有害元素种类 第一章绪论 自里查德森( r i c h a r d s o n ) 于1 8 4 8 年发现煤中锌( z n ) 和镉( c d ) 以来，除了极稀少的钋 ( p o ) 、砹( a t ) 、钫( f r ) 、钢( a o 、镤( p a ) 外，其余的元素几乎在煤中都已被发现【1 1 。采用现 有分析技术手段，可以从煤及其解吸气体样品中检测到8 6 种元素，而地壳中可供统计的 元素也只有8 8 种。国内外某些学者根据元素在煤中的浓度或含量，对煤中元素进行了分 类【】。一般而言，煤中元素可分为常量元素( 0 1 ) 和微量元素任o 1 ) 两大范畴。常量 元素在煤中主要为碳( c ) 、氢( h ) 、氧( o ) 、氮( n ) 、硫( s ) 、硅( s i ) 、铝( a 1 ) 、铁( f o 、钙( c a ) 、 钾( k ) 、钠( n a ) 、镁( m g ) 等，其他大多数元素以微量级浓度存在于煤中，这是目前采用较 多的分类方法。程介克( 1 9 8 6 ) 根据元素在地壳中的丰度，提出元素的含量可分为常量元 素( 1 1 0 0 ) 、微量元素( o 。0 1 1 ) 、痕量元素( o 0 0 0 1 0 0 1 ) 和超痕量元素( s 硫酸盐 s 有机硫。d a l 【5 3 j 等认为低温热液流体是造成煤中汞局部 富集的主导因素，汞主要赋存在由低温热液形成的硫化物矿物中。 1 3 3 2 低硫煤中汞的赋存与富集 低硫煤是中国的主要煤炭资源，但很少有学者研究低硫煤中汞的赋存状态，这影响 正确评价燃煤过程中汞的排放量。但是在一些低硫煤中，同样含有较高浓度汞，特别是 一些受地质因素影响地区的低硫煤中，往往出现高浓度的汞的富集，如b r o w n f i e l d 6 0 对 美国华盛顿f r a n k l i n 煤田的7 ，8 ，9 以及1 0 煤中的汞进行研究时发现，尽管煤中硫含量 很低，如7 ，8 和9 煤中总硫平均含量为0 6 7 ，1 0 煤中总硫平均含量为0 9 ，但7 ， 8 和9 煤中汞的平均含量达到4 4i ，t g g ，1 0 煤中汞的平均含量更是罕见的高达7 5p 眺。 高硫煤中富集的汞多存在于黄铁矿中，在煤洗选过程中随着矸石等的分离会不同程度的 从煤中脱除，富集于低硫煤中的汞受地质因素的影响，存在方式可能更为复杂，较难洗 选。同时在煤的利用过程中，低硫煤中的汞由于很少受到关注而更容易释放到环境中， 从而对环境造成潜在的污染【6 。 煤中汞的赋存状态复杂多样，高硫煤，汞的含量与硫化物关系密切，主要赋存在黄 铁矿中；低硫煤中的汞与其他物质有多种结合方式，有机态结合的汞和硫化物结合态的 汞共同占支配方式。地质因素一方面导致汞在煤中不同程度的富集，另一方面影响汞在 煤中的赋状态，岩浆对煤层的侵入可能导致煤中的汞以硅酸盐结合态存在。 1 3 4 煤中铬的赋存状态及富集因素 1 3 4 1 煤中铬的赋存状态 研究表明，煤中的铬既可以呈有机态，也可呈矿物形式存在；早期研究认为煤中铬的 赋存状态全是无机态或全是有机态【6 2 】。 ( 1 ) 无机态铬：研究表明，煤中一些微量元素与粘土矿物有密切关系【6 3 】。许多学者认为， 煤中的铬主要以无机形式存在于粘土矿物中，许多学者认为，煤中的铬主要以无机形式存 在于粘土矿物中，有的学者【删用聚类分析、相关分析、浮沉试验、逐级化学提取试验等方 法研究后指出，煤中的铬主要赋存于粘土矿物( 如硅酸盐相、硅铝酸盐) 或与铬有关的细颗 粒矿物( 包括硫酸铬) 中。h u g g i n s 等【2 8 】用x 射线吸收精细结构谱证实了煤中铬主要存在于伊 利石中。另一些铬赋存于黄铁矿、含铁矿物、硫化物、铬铁矿、绿泥石和被水包围的铬的 水化物中；高铬煤中的铬还可以赋存于含铬铁矿、磁铁矿的尖晶石中【6 5 一叫；l i 等在煤中发 现了铬酸铅矿；b r o w n f i e l d 等【6 7 】在华盛顿州西北部古近纪和新近纪高铬煤的普通辉石、顽 辉石和透辉石中也发现了痕量的铬。 ( 2 ) 有机态铬：很多学者认为大多数金属都可以在泥炭和低煤级煤中以离子交换形式存 在于有机质中【6 8 1 。低煤级煤的逐级化学提取实验和浮沉试验川表明，低煤级煤中铬大部分 与煤中大分子、胡敏酸和富里酸或腐殖酸有关高挥发分烟煤中的铬也可与有机质缔合。 h u g g i n 8 6 5 】等用心s 研究煤中铬的赋存状态表明，许多高挥发分烟煤特别是洗选煤中，铬 以无定形结晶很差的氧化物和氢氧化物 c r o ( o h ) 形式存在于有机质中，并认为这种形式 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 的铬并非与煤的有机质中的碳紧密结合，而是以分散的小颗粒形式存在于有机质中，这种 形式的铬不能被酸提取。h u g g i n s 等认为，煤中这种形式的铬处于梭基结合的离子到脱梭化 过程形成的小颗粒氧化物或氢氧化物的不同阶段，在这一过程中，由于有机质中封闭的或 孤立的孔隙阻止了释放的无机组分的迁移，使它们能聚集成氧化物或氢氧化物颗粒，但 它们的结晶性很差，颗粒很小，通常仅一。综上可知，对煤中铬赋存状态的研究虽然取得 了一定的成果和认识，但仍有一些问题值得探讨。f i n k e l m a n 1 2 】认为，煤中铬的赋存状态还 不确定，对存在状态结论的可信度仅为2 。这主要是由于成煤环境和控煤因素的多样性、 铬的地球化学性质的多样性决定了赋存状态的复杂性，这个问题仍是今后煤环境地球化学 研究的重要内容之一。 l 342 煤中铬的富集因素 刘桂建等【6 8 】把影响煤中微量元素富集的因素分为同生和后生。同生因素包括：( 1 ) 物源 区和成煤盆地基底岩性特征：源区母岩性质影响泥炭沼泽与古土壤中微量元素的含量，也 影响成煤植物和泥炭沼泽介质中微量元素的含量。由于物源区母岩或基底岩石类型的不 同，元素的组成和丰度也有很大的差异。聚煤盆地物源区和基底的岩性基本上控制了煤中 铬的含量从超基性岩基性岩中性岩酸性岩基底岩，煤中铬的含量逐渐降低。 ( 2 ) 成煤沼泽环境：成煤沼泽中介质的酸碱度和氧化还原电位等条件对铬的富集有重要的影 响，因为铬在碱性环境下易富集。成煤沼泽若受海水的影响，煤中铬的含量就相对较高。 火山灰含有丰富的微量元素，也可能造成煤中铬的富集。( 3 ) 成煤植物：成煤植物的种类、 植物体中微量元素的含量和植物的生长环境或多或少影响着煤中的微量元素。铬是植物必 需的营养元素，植物从土壤中吸收一定量的铬以维持新陈代谢。不同植物或同一植物的不 同部位对铬的吸收能力也不同，在一定程度上也影响煤中铬的含量。( 4 ) 古水文特征和古气 候条件：流经物源区的地表水和地下水的流向、性质和能量状况直接影响其对岩石的侵蚀 及碎屑矿物的搬运古气候条件不仅影响物源区岩石的风化状况，也制约着成煤沼泽环境与 成煤植物的类型，从而影响煤中铬的富集。 后生因素包括：( 1 ) 煤化作用：f i n k e l m a n 等【1 2 】指出，不同煤化程度的煤由于分子结构 的不同，对铬的亲和能力也不同，泥炭、褐煤对铬有很强的吸附和还原能力，因而铬含量 较高受岩浆热变质的焦煤也可与铬形成羧基化合物。煤化过程随着由低级煤向高级煤的转 化会发生脱羧化作用，研究表明羧基含量及与其结合的金属离子在许多煤中与煤级呈反相 关关系。( 2 ) 岩浆热液的影响：煤化过程中岩浆及期后热液侵人煤层对煤中铬的含量影响很 大。一方面，岩浆期后富含重金属的热水溶液中的铬沿裂隙向围岩运移和扩散，并在适当 条件下沉淀，或被粘土矿物与煤有机质吸附；另一方面，岩浆的热量可引起煤的热变质作 用，改变了煤的分子结构，从而导致煤对铬的亲和能力与煤中铬含量的增高。一些研究表 明【6 9 7 0 1 ，受岩浆热液影响的煤中铬有富集的趋势。( 3 ) 低温热液流体和地下水的影响：它们 对煤中有害微量元素的聚集至关重要。已知某些元素富集带区的形成，都是在泥炭化阶段 聚集某元素的基础上，叠加了低温热液或地下水作用的贡献，这在西南地区表现尤为突出。 代世峰等1 7 1 】论述了贵州织金煤矿区晚二叠世煤由于低温热液流体效应造成了某些微量元 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 素含量的增高。低温热液和地下水富含的金属离子可能造成煤中铬含量的增高。( 4 ) 风化作 用：在大气、水、温度和生物活动等外界因素作用下，煤的矿物成分和化学组成会发生改 变，造成风化煤中微量元素的选择性增加或减少。g o o d a r z i 7 2 】认为铬在风化煤中含量增加。 从上面的论述可以看出，煤中微量元素的控制因素是多种多样的，具体到某一个煤层 中，煤中微量元素分布是多种因素多期综合作用的结果。不同微量元素，甚至同一种微量 元素都具有不同的成因类型。目前对煤中微量元素富集机制的认识多是推测性的，难以找 到直接的证据，要完全分析清楚煤中微量元素的来源是非常困难的。但有时某些微量元素 在煤中异常富集，则往往以某种因素为主导作用，这种作用可以通过煤田地质特征、煤质 异常等间接证据而得到证实。 分析煤中微量元素成因，对于探讨煤中微量元素的可脱除性，及其在煤加工转化利用 过程中的迁移转化规律是十分有意义的。必须看到，目前关于煤中微量元素成因的研究中， 大多是从某个或某些具体的煤层、煤田入手，这样做易于发现影响该煤层或该煤田中微量 元素富集的构造、物源等方面因素。由于缺乏全国范围内煤中，包括部分其它地质体中微 量元素分布的系统数据，目前尚未有人从元素地球化学循环的角度来探讨煤中微量元素的 成因。但可以肯定的是，母岩风化、搬运、沉积作用过程中，各种微量元素的地球化学行 为及相互间差异是影响煤中各种微量元素富集特征的最基本因素。 1 4 煤中有害微量元素的分析方法 由于煤中微量元素赋存形态的复杂性和多样性，现有的检测分析手段还很有限，定 量地确定各形态含量较为困难。张军营等【j 7 3 l 对煤中微量元素赋存形态的研究方法进行过 系统的综述。s w a i n e 等【8 】也详细综述了煤中微量元素的定性定量分析方法。事实上，仅 靠一种方法很难确定微量元素的赋存形态，一般需要通过几种方法的相互印证来获取相 关信息。到目前为止，煤中微量元素的研究方法大致可分为直接方法和间接方法两大类。 直接分析煤中微量元素赋存状态方法虽然多，但部分方法测试精度和应用范围比较局限， 部分精密仪器的不普及和操作的复杂性，造成在分析煤中微量元素赋存状态应用中的限 制。间接分析方法为分析煤中微量元素赋存状态提供了大量的信息。 1 4 1 直接方法 直接方法主要用于微量元素总量的测定。由于煤组成的复杂性和不均匀性以及微量 元素在煤中很低的含量，使其定量检测极为困难，需要靠许多先进的仪器分析方法。目 前，用于微量元素定量检测的分析仪器主要有两种：一种仪器在检测前，需要对样品进 行前处理( 如制成液体样品或熔融样品等) ，这类仪器包括：原子吸收光谱( a a s ) ，原子发 射光谱( a e s ) ，电感祸和等离子体原子发射光谱( i c p a e s ) ，电感耦合等离子体质谱 ( i c p m s ) ，质子诱导x 射线发射光谱( p i x e ) ，x 射线荧光光谱( x r f s ) 。另一种仪器可以 直接对样品进行检测，包括中子活化分析( i n a a ) ，火花源质谱( s s m s ) ，原子荧光光谱 ( a f s ) ，飞行时间二次离子质谱( t o f s i m s ) ，扫描电镜能谱或波谱分析( s e m e d x ， s e m w d x ) 等。 武汉科技大学硕士学位论文第1 1 页 直接分析研究方法包括显微分析法和光谱分析法。显微分析主要有：通过测量电子 轰击样品时产生的特征x 射线的波长及其强度来实现分析的电子微探针( e m p a ) ，扫描 电镜一能谱或波谱分析( s e m e d x ，s e m w d x ) ，离子探针质谱分析( i m m a ) 和- 次离子 质谱( s i m s ) ，激光诱导探针质谱分析( l a m m a ) ，同步辐射x 射线荧光探针( s r x f m ) ， 能谱探针多元素分析仪( e m m a ) 等。光谱分析法包括：共振光谱法，电子光谱法，x 射 线吸收精细结构谱( x a f s ) 等。 除此之外，还有其它先进的探测技术用于煤中微量元素赋存状态的研究，如质子探 针等。鉴于以上很多的仪器分析方法，不同的元素选用合适的分析方法很重要。 1 4 2 间接方法 间接方法主要用于微量元素赋存形态的测定，包括浮沉实验、逐级化学提取、单组 分分析、低温灰化x 射线衍射( u a m ) 和数理统计分析等【7 4 - 7 6 。 浮沉实验是确定煤中微量元素有栅无机亲和性的最有效的间接方法之一。用浮沉实 验分析煤中微量元素的赋存状态，关键是粒度和比重级的选择。虽然浮沉实验目前广泛 用于评价煤中微量元素的赋存状态，但使用时要具体样品具体分析，注意轻组分中含有 细分散矿物，甚至亚微米级矿物，对微量元素的有机亲和性有着十分明显的影响单组分 分析可以直接确定煤中各种有机、无机组分中微量元素的分布特征。单组分分析煤中微 量元素赋存状态是比较可信的。但是组分分离( 有机、无机) 是比较困难的，保证组分的 纯度是相当重要的。 逐级化学提取的方法已被国内外学者广泛应用。逐级化学提取法利用不同形态元素 在特定试剂中溶解性的差异，选择适当的化学试剂及条件将固体样品中的微量元素选择 性地提取到特定的溶液中，然后测定该溶液中微量元素的含量从而确定元素特定形态在 煤中的含量或分布。就目前水平而言，逐级化学提取法是定量研究煤中微量元素赋存形 态的有效方法，与煤中矿物质研究相结合将能提供煤中微量元素赋存形态的可靠信息。 低温灰化是一种将煤中矿物分离出来的常用方法。x 射线衍射用于鉴定矿物的种类。 因此，国内外许多学者用低温灰化x 射线衍射鉴定煤中矿物，了解煤中微量元素与矿物 关系。低温灰化x 射线衍射是分析煤中微细矿物有效方法之一，可以帮助了解微细矿物 对煤中微量元素的贡献。数理统计分析包括相关分析，聚类分析，因子分析和多元判别 分析。相关分析是根据相关系数来判定元素的赋存状态。最常用的是求煤中微量元素与 煤中灰分的相关性，也求煤中微量元素与煤中硫分、煤级、有机组分、固定碳及各种矿 物的相关性。聚类分析是采用模糊理论分析煤中微量元素赋存状态。它可以反映煤中微 量元素的组合特征，微量元素组合与煤中有机无机组分的亲和性。与相关分析、聚类分 析相比，因子分析在分析煤中微量元素分布及影响因素方面很有优势。 第1 2 页武汉科技大学硕士学位论文 1 5 煤利用过程中有害微量元素的变迁 1 5 1 煤开采、贮运过程中有害微量元素的迁移 当煤炭采出并堆放到地表后，由于所处的物理化学条件改变，煤中在还原环境下形 成的硫化物( 如黄铁矿) 遇到地表水或暴露于空气中后，开始发生氧化分解，产生大量酸 性废水，这种酸性废水具有很强的浸取能力，可以将煤中相当部分的有害元素带入地表 生态环境，造成严重的环境污染，在酸雨严重地区尤为突出。为了解这种情况下有害元 素的析出比例，冯新斌【7 7 】利用连续化学浸取实验方法分析了煤中l o 种有害微量元素的 化学活动性，实验结果表明：煤中h g 、a s 、s e 、c d 、c u 、p b 等元素具有极强的化学活 动性，z n 次之，t l 、c r 、n i 的化学活动性最差。研究还表明：煤中微量元素的化学活性 取决于其在煤中的赋存状态；存在于硫酸盐、碳酸盐、硫化物和部分有机相中的元素在 风化过程中很容易被带出，而存在于