大同煤中有害元素分布及脫除潛力研究

大同煤中有害元素分布及脫除潛力研究

0煤層地質(zhì)特征大同煤田是中國(guó)主要的煤炭產(chǎn)區(qū)之一。有很多關(guān)于大同煤礦、巖和煤質(zhì)特征的報(bào)告。在這項(xiàng)工作中，我們初步分析了大同煤礦中元素的分布，并通過(guò)浮動(dòng)試驗(yàn)研究了元素的賦值狀態(tài)及其可脫除性。樣品來(lái)自大同礦區(qū)的4個(gè)煤礦。礦區(qū)內(nèi)的地質(zhì)特征、樣品中的煤炭和質(zhì)量特征可以在文獻(xiàn)中找到。1煤中微量元素含量本次工作中測(cè)試了10-11#煤中36種微量元素的分布,并與以往資料中有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,見(jiàn)第93頁(yè)表1.其中,As,Ge,Se和Hg等元素用原子熒光光譜法(AFS)分析,Ag用原子吸收光譜法(AAS)分析,F和Cl分別用GB/T4633—1997《煤中氟的測(cè)定方法》及GB/T3558—1996《煤中氯的測(cè)定方法》分析,其余元素用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP—MS)分析.從表1可見(jiàn),大同礦區(qū)10-11#煤中微量元素含量總體上偏低.具體地講,與全國(guó)煤中微量元素平均含量相比,大同10-11#煤中僅Ag,Sb,Cl,Ge和As等元素含量較高,但由于Cl,As和Sb是對(duì)環(huán)境危害程度較大的元素,大同煤的這一煤質(zhì)特征必須引起重視.同時(shí),大同煤中Hg,B和Cr含量約為全國(guó)煤中平均水平的1.2倍～2.0倍;Ni和Be等元素含量與全國(guó)平均水平接近,其余各種元素含量均低于全國(guó)煤中平均水平.與世界煤中平均水平相比,大同煤中Hg和Cr等元素含量較高.其中,Cr含量約為世界煤中平均水平的2倍,而Hg含量為世界煤中平均水平的25倍,但是,世界煤中Hg平均含量的數(shù)據(jù)看來(lái)是值得懷疑的,從目前所見(jiàn)的各種較新的文獻(xiàn)資料來(lái)看,這一數(shù)據(jù)可能是偏低的.另外,大同煤中As,Mn,Rb,Sb,Ag,Co和Ge等元素含量略高于世界煤中平均水平,約為世界煤中平均水平的1.2倍～2倍;Ni,Ti和Th等元素含量與世界煤中平均水平接近;Sr,Cu,Y,V,Sc,Be,Ga,Ba和Cl等元素含量較低,約為世界煤中平均水平的0.5倍～0.9倍;而Ta,Zn,Mo,Pb,Sb,Se,B,Cd和F等元素含量不到世界煤中平均水平的一半.總的來(lái)看,無(wú)論與全國(guó)或世界范圍煤中微量元素分布相比,大同煤中微量元素含量總體是比較低的,相對(duì)而言,大同煤中As,Hg,Cr和Sb等對(duì)環(huán)境影響較大的元素含量偏高,通過(guò)煤炭洗選降低這些元素的含量是必要的.2煤中微量元素的特征微量元素在煤中的含量(C)與其在煤中各組分中的含量(Ci)之間具有加和性.本次工作中通過(guò)浮沉試驗(yàn),運(yùn)用Solari方法,求解了不同煤巖組分中微量元素含量分布,研究了大同煤中不同微量元素的賦存特征.2.1煤巖中微量元素的含量浮沉試驗(yàn)按GB/T478—1987《煤炭浮沉試驗(yàn)方法》進(jìn)行,將煤樣破碎至3mm以下,并篩出小于0.5mm的細(xì)粒,對(duì)3mm～0.5mm煤樣進(jìn)行浮沉試驗(yàn),對(duì)各密度級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行了灰分、硫分測(cè)定及顯微煤巖組分定量統(tǒng)計(jì),測(cè)試了其中14種微量元素的含量.2.2同煤中微量元素的地球化學(xué)特征惰質(zhì)組含量高是大同侏羅紀(jì)煤最主要的煤巖特征之一,對(duì)大同煤的煤質(zhì)及加工利用都有非常大的影響.本次工作中,運(yùn)用煤巖組分定量統(tǒng)計(jì)方法測(cè)定了原煤及浮沉試驗(yàn)各產(chǎn)物中各種有機(jī)組分和常見(jiàn)礦物的含量,并歸結(jié)為:∑(V+E),∑I,∑礦物等3種組分,這3種組分由體積百分比變換為重量百分比時(shí)的系數(shù)分別為1.33,1.39和2.6.其中,∑(V+E)指鏡質(zhì)組和穩(wěn)定組的總含量,∑I指惰質(zhì)組含量.根據(jù)浮沉試驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)多元線(xiàn)性回歸分析求解了鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組及礦物中各種微量元素的含量分布(見(jiàn)第94頁(yè)表2).并參照有關(guān)文獻(xiàn)中介紹的方法,計(jì)算了大同煤中各種微量元素的有機(jī)親和性(Ao).計(jì)算結(jié)果表明,大同10-11#煤中,As,Ba,Cr,Li,Mn和Se等明顯富集于礦物中,d在有機(jī)組分中的含量很低,As,Ba,Cr,Mn等少數(shù)元素在有機(jī)組分中含量計(jì)算甚至出現(xiàn)了負(fù)值.Ni,Pb和Hg也主要分布于礦物中,但鏡質(zhì)組中含較多的Ni.而B(niǎo),Be,Cd,Co和Sb等元素在有機(jī)組分中含量相對(duì)較高.多元回歸分析結(jié)果總體較顯著(見(jiàn)表3),大部分元素的復(fù)相關(guān)系數(shù)大于臨界值(R0.05(4,3)=0.950),用F檢驗(yàn)法,大部分元素含量的計(jì)算結(jié)果顯著(F0.05(3,2)=19.2).從上面的計(jì)算結(jié)果以及浮沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以直觀(guān)地看出,大部分微量元素在鏡質(zhì)組中的含量明顯高于在絲質(zhì)組中的含量.李太任等曾發(fā)現(xiàn)大同煤中As,Ba,Co,Cr,Fe,Sb,Sr,U和Zn等元素在富含鏡質(zhì)組的光亮煤分層中比在富含絲質(zhì)組的暗淡煤分層含量高,而稀土元素和Th則在暗淡煤分層中含量高.本文的計(jì)算結(jié)果與這一發(fā)現(xiàn)基本相符.As及各種金屬元素如Ba,Co,Cr,Cd和Ni等易富集于還原性較強(qiáng)的淺覆水滯流沼澤環(huán)境中,富含鏡質(zhì)組的光亮煤分層正是這種泥炭沼澤的產(chǎn)物.各種微量元素在不同組分中的分布特征是由其地球化學(xué)性質(zhì)決定的.As,Co,Cr和Ni等元素都是親硫性較高的元素,而在還原性較強(qiáng)的沼澤環(huán)境中,與黃鐵礦的形成機(jī)理相似,這些微量元素很可能是以微細(xì)粒硫化物形式或類(lèi)質(zhì)同象取代黃鐵礦中硫而分布于凝膠化組分中,目前尚無(wú)有力的證據(jù)可表明它們參與到煤有機(jī)分子結(jié)構(gòu)中.總之,微量元素在還原性較強(qiáng)的環(huán)境中形成的煤分層中比在氧化性強(qiáng)的環(huán)境中形成的煤分層中富集程度高.3素cr—大同10-11#煤中微量元素的可脫除性研究根據(jù)浮沉試驗(yàn)結(jié)果,計(jì)算了各種微量元素在選煤過(guò)程中的脫除率(見(jiàn)表3).其中,微量元素的脫除率按下式計(jì)算:λ=(C?CrR)/Cλ=(C-CrR)/C式中:λ——某種微量元素的理論脫除率(%);C——原煤中該元素的含量(μg/g);Cr——精煤中該元素含量(μg/g);R——理論精煤回收率(%).從表3可以看出,在87%左右精煤回收率下,在同10-11#煤中各種微量元素的理論脫除性有較大差異.預(yù)測(cè)在選煤過(guò)程中,煤中As,Ba,Cd,Cr,Hg,Li,Mn和Se等元素可以達(dá)到較高的脫除率,而B(niǎo)和Be等元素則難以脫除.Co,Ni,Pb和Sb等元素的脫除率不高,與這幾種元素的有機(jī)親和性較高有關(guān).As,Cr和Hg等對(duì)環(huán)境危害較大且含量較高的元素,由于主要分布于礦物質(zhì)中(見(jiàn)表2),可以得到較高的脫除率.第95頁(yè)圖1表明,微量元素的理論脫除率與其有機(jī)親和性之間存在良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系,這正是微量元素賦存狀態(tài)對(duì)其可選性有明顯影響的體現(xiàn).4煤中微量元素的組成及含量(1)與世界和中國(guó)煤中平均水平相比,大同煤中有害微量元素含量總體上非常低,但一些對(duì)環(huán)境影響較大的元素,如As,Hg,Cr和Sb等含量較高,其它一些元素如Be,Cd,Co,Mn,Ni,Pb和Se等含量較低.(2)大同煤中大部分微量元素如As,Ba,Cr,Hg,Li,Mn,Pb和Se等主要分布于礦物質(zhì)中,而B(niǎo),Be,Cd,Co,Ni和Sb等元素在有