选煤厂中汞的分布规律研究

选煤厂中汞的分布规律研究

0煤炭选煤过程中汞的分布煤炭是中国的主要能源。煤炭工业的发展，既推动了相关产业的发展，同时也产生了一系列的环境问题。如煤炭的燃烧成为大气中汞污染的重要来源之一，大气汞通过干湿沉降返回到表生生态环境中，加强了汞在水生生态系统食物链中的富集强度和速度，对人类的生存构成了潜在威胁，受到国际社会的广泛重视。减小煤炭利用给人类带来负面影响的一个经济有效的方法,就是在煤燃烧前,通过洗选脱除其中的有害的汞元素或降低其含量。由于对煤中汞的赋存状态的认识不一致以及对选煤过程中痕量元素的迁移变化规律基本没有研究，因此还没有找到一种有效的燃前脱汞的技术。2005年中国煤炭工业原煤入洗率达到40%，根据煤炭工业规划，到2010年原煤入洗率要达到50%，而发达国家的原煤入洗率一般在90%以上。因此提高原煤入洗率，深入研究汞在选煤过程中的行为，不仅可以有效降低煤中的灰、硫含量，还可以有效地降低煤中汞含量。本文研究了河北邯郸选煤厂及河南平山田庄选煤厂原煤不同粒度、密度中汞的分布规律，以及汞含量与灰分关系。为在选煤过程中脱汞，提供了理论基础。1试验材料和方法选取河南田庄、河北邯郸、内蒙古（公乌素、平沟、老石旦）选煤厂原煤测试汞含量，并对邯郸选煤厂原煤（筛分为50～13mm、13～3mm、3～0.5mm）和田庄选煤厂原煤（筛分为50～20mm、20～3mm、3～0.5mm），分别做浮沉试验，测试各个密度级中汞的含量。本试验的灰分由各选煤厂测定，各密度级中的汞含量用AMA-254测汞仪测定。AMA-254高级测汞仪是专门用来测定汞的原子吸收分光光度计，它可直接测定固体和液体样品中的汞量，而不需要对样品进行化学预处理，检测限为0.01ngHg。2结果与讨论2.1相同地区煤中汞的测量结果国内外大量学者进行了煤中汞含量的测试见表1。与地壳丰度值、世界平均值和美国煤中汞含量相比，我国煤中汞平均值略高于地壳丰度值0.089µg/g，高于世界平均值0.012µg/g，与美国煤中汞的平均值0.18µg/g相接近。本次测试煤样及许多研究者测试的相同地区煤中的汞含量数据见表2。从两个表中可以看出本次测试数据两个选煤厂的汞含量都大于地壳丰度和世界煤，小于美国煤。并且测量值也在表2所示的河北、河南、内蒙古地区汞含量的范围之内，与文献资料的报道相符，所以本次所测数据是可信的。根据MT/T963-2005《煤中汞含量分级》标准,田庄选煤厂属于特低汞煤，邯郸和内蒙古的三个选煤厂原煤都属于低汞煤。2.2高密度级的汞含量通过不同粒度级原煤的浮沉实验，研究了汞含量随粒度、密度变化的关系。图1为两个选煤厂各粒级原煤中汞含量随密度级变化的关系，煤中汞含量随密度级增大而增大，并且大体呈指数函数逐渐增加。各粒度级原煤浮沉实验中<1.6密度级的汞含量变化幅度小，而>1.6密度级特别是>1.8密度级汞含量变化幅度大。由图2可知邯郸选煤厂原煤的汞含量大于田庄选煤厂，两个选煤厂在低密度级时，汞含量相当；但是在高密度级时，邯郸选煤厂汞含量增加的幅度大的多。图3、4为两个选煤厂汞含量与粒度、密度的关系。可见最高的汞含量大多呈现在密度级最高的产物中，只有邯郸选煤厂平均粒度为31.5mm的原煤中，最高的汞含量出现在密度级次高的产物中；并且随着粒度减小，高密度级产物中汞含量增大；邯郸选煤厂同一粒度级原煤中，高密度级中的汞含量与低密度级中汞含量相差比较大。田庄选煤厂汞含量比邯郸低的多，为特低汞煤，不同密度级中汞含量差距较小。2.3煤中与有机质的汞目前大多数国内外学者认为：煤中汞的存在形态可分为无机汞、有机汞，其中无机汞由于其较强的亲硫特性而主要分布在黄铁矿中，特别是后生成因的黄铁矿中，并且在黄铁矿中分布不均匀；另外煤中硫化物或硒化物矿物（如闪锌矿）里也可能含汞；有的研究者还提出粘土矿物含汞，热液成因的方解石含汞等见解；煤中是否存在与有机质结合的汞更是讨论最多的问题。汞在煤中的赋存状态决定了其在煤炭洗选过程的迁移行为，通过物理洗选，与脉石共生的汞能被有效的脱除，而与有机质结合的或被有机质包裹的汞就不易脱除，甚至可能被富集到精煤中。按公式（1）计算了不同粒度、密度级中汞含量占50～0.5mm原煤汞总量的百分比，结果如图5、图6。因为煤炭比黄铁矿、岩石、粘土以及其它杂质要轻，密度在1.25-1.8之间。所以密度越低，灰分越低，杂质越少，随着密度增大，矿物质含量增加。从图中可以看出，两个选煤厂中>1.8密度级的汞分布率最大，邯郸选煤厂达到63%，田庄选煤厂达到49%，可见两个选煤厂中汞主要赋存在脉石中，通过排矸可以有效减少煤炭中的汞含量。式中，ηij为第i个粒度级j个密度级物料中汞的分布率，%；γij为第i个粒度级j个密度级物料的产率，%；cij为第i个粒度级j个密度级物料中汞的含量（µg/g）;n为表示粒度级个数；m为表示浮沉级个数。2.4煤中汞的赋存状态煤中的灰分一般表明了煤中矿物质的含量，通过研究灰分与汞含量间的关系，可以分析煤中汞的赋存状态。表3列出了两个选煤厂50～0.5mm粒度级原煤灰分与汞含量线性回归的方程和系数，可见它们线性相关系数大于0.9，显著相关。即汞含量随着灰分的增大而增大，与上面的分析结果一致。3煤炭中汞含量(1）邯郸、田庄和内蒙古（公乌素、平沟、老石旦）选煤厂原煤中的汞含量都比较低。(2）邯郸、田庄选煤厂原煤中密度级>1.8的产物中一般汞含量最高，两个选煤厂中汞主要与矿物质共生，通过排矸可以分别有效减少煤炭中的汞含量60%和50%左右。(3）汞含量与灰分有显著线性相关性，进一步说明煤