選煤廠中汞的分布規(guī)律研究

0煤炭選煤過(guò)程中汞的分布煤炭是中國(guó)的主要能源。煤炭工業(yè)的發(fā)展，既推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也產(chǎn)生了一系列的環(huán)境問(wèn)題。如煤炭的燃燒成為大氣中汞污染的重要來(lái)源之一，大氣汞通過(guò)干濕沉降返回到表生生態(tài)環(huán)境中，加強(qiáng)了汞在水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中的富集強(qiáng)度和速度，對(duì)人類(lèi)的生存構(gòu)成了潛在威脅，受到國(guó)際社會(huì)的廣泛重視。減小煤炭利用給人類(lèi)帶來(lái)負(fù)面影響的一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的方法,就是在煤燃燒前,通過(guò)洗選脫除其中的有害的汞元素或降低其含量。由于對(duì)煤中汞的賦存狀態(tài)的認(rèn)識(shí)不一致以及對(duì)選煤過(guò)程中痕量元素的遷移變化規(guī)律基本沒(méi)有研究，因此還沒(méi)有找到一種有效的燃前脫汞的技術(shù)。2005年中國(guó)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(guó)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(guò)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(guò)程中脫汞，提供了理論基礎(chǔ)。1試驗(yàn)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(cè)試汞含量，并對(duì)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(yàn)，測(cè)試各個(gè)密度級(jí)中汞的含量。本試驗(yàn)的灰分由各選煤廠測(cè)定，各密度級(jí)中的汞含量用AMA-254測(cè)汞儀測(cè)定。AMA-254高級(jí)測(cè)汞儀是專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)定汞的原子吸收分光光度計(jì)，它可直接測(cè)定固體和液體樣品中的汞量，而不需要對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，檢測(cè)限為0.01ngHg。2結(jié)果與討論2.1相同地區(qū)煤中汞的測(cè)量結(jié)果國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者進(jìn)行了煤中汞含量的測(cè)試見(jiàn)表1。與地殼豐度值、世界平均值和美國(guó)煤中汞含量相比，我國(guó)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(guó)煤中汞的平均值0.18μg/g相接近。本次測(cè)試煤樣及許多研究者測(cè)試的相同地區(qū)煤中的汞含量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從兩個(gè)表中可以看出本次測(cè)試數(shù)據(jù)兩個(gè)選煤廠的汞含量都大于地殼豐度和世界煤，小于美國(guó)煤。并且測(cè)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(bào)道相符，所以本次所測(cè)數(shù)據(jù)是可信的。根據(jù)MT/T963-2005《煤中汞含量分級(jí)》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(gè)選煤廠原煤都屬于低汞煤。2.2高密度級(jí)的汞含量通過(guò)不同粒度級(jí)原煤的浮沉實(shí)驗(yàn)，研究了汞含量隨粒度、密度變化的關(guān)系。圖1為兩個(gè)選煤廠各粒級(jí)原煤中汞含量隨密度級(jí)變化的關(guān)系，煤中汞含量隨密度級(jí)增大而增大，并且大體呈指數(shù)函數(shù)逐漸增加。各粒度級(jí)原煤浮沉實(shí)驗(yàn)中<1.6密度級(jí)的汞含量變化幅度小，而>1.6密度級(jí)特別是>1.8密度級(jí)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(gè)選煤廠在低密度級(jí)時(shí)，汞含量相當(dāng)；但是在高密度級(jí)時(shí)，邯鄲選煤廠汞含量增加的幅度大的多。圖3、4為兩個(gè)選煤廠汞含量與粒度、密度的關(guān)系。可見(jiàn)最高的汞含量大多呈現(xiàn)在密度級(jí)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(jí)次高的產(chǎn)物中；并且隨著粒度減小，高密度級(jí)產(chǎn)物中汞含量增大；邯鄲選煤廠同一粒度級(jí)原煤中，高密度級(jí)中的汞含量與低密度級(jí)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(jí)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(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為：煤中汞的存在形態(tài)可分為無(wú)機(jī)汞、有機(jī)汞，其中無(wú)機(jī)汞由于其較強(qiáng)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(jiàn)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(wèn)題。汞在煤中的賦存狀態(tài)決定了其在煤炭洗選過(guò)程的遷移行為，通過(guò)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(jì)算了不同粒度、密度級(jí)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?yàn)槊禾勘赛S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(gè)選煤廠中>1.8密度級(jí)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(jiàn)兩個(gè)選煤廠中汞主要賦存在脈石中，通過(guò)排矸可以有效減少煤炭中的汞含量。式中，ηij為第i個(gè)粒度級(jí)j個(gè)密度級(jí)物料中汞的分布率，%；γij為第i個(gè)粒度級(jí)j個(gè)密度級(jí)物料的產(chǎn)率，%；cij為第i個(gè)粒度級(jí)j個(gè)密度級(jí)物料中汞的含量（μg/g）;n為表示粒度級(jí)個(gè)數(shù)；m為表示浮沉級(jí)個(gè)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(guò)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(gè)選煤廠50～0.5mm粒度級(jí)原煤灰分與汞含量線(xiàn)性回歸的方程和系數(shù)，可見(jiàn)它們線(xiàn)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(jí)>1.8的產(chǎn)物中一般汞含量最高，兩個(gè)選煤廠中汞主要與礦物質(zhì)共生，通過(guò)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(xiàn)性相關(guān)性，進(jìn)一步說(shuō)明煤