《煤炭中重金屬富集運移轉化機理研究》是依託重慶大學，由李東偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：煤炭中重金屬富集運移轉化機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李東偉
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
保障環境安全，防治重金屬污染是社會關注的熱點話題。燃煤重金屬污染物是典型的環境毒性物質，具有不可降解性、污染持續時間長等特性。我國的主要能源為煤炭，隨著國民經濟的發展，對煤炭的需求增大，燃煤過程中重金屬污染物大量進入環境，出現了區域性重金屬污染中毒的現象。本項目以煤炭中的重金屬污染物為研究對象，對煤炭中的重金屬污染物的富集形態、燃煤過程中重金屬運移轉化規律進行基礎科學研究。具體內容包括：設計適用於煤燃燒重金屬污染物監測的燃燒試驗裝置；測定不同煤層原煤中重金屬賦存形態；研究燃煤過程中不同形態重金屬元素析出特性；研究燃煤過程中不同形態重金屬元素的運移規律及其及其影響因素；改進和完善燃煤重金屬元素的化學熱力學模型；通過實驗室試驗，建立燃煤過程中重金屬污染物的釋放的數學模型。本項目旨在揭示燃煤過程中重金屬元素的富集、運移和轉化規律，為有效控制燃煤重金屬污染和研製新型燃煤污染物。
結題摘要
煤炭在我國能源結構中都占據十分重要的地位，針對燃煤所釋放出的重金屬在環境中引發的危害，本項目系統地研究了煤中重金屬的基本特性、遷移轉化特徵及其控制措施，主要內容如下：①研究了原煤中重金屬的基本特性。全量分析結果顯示煤中重金屬元素的含量基本為微克級，大部分煤樣中的Zn、Cd、As等含量超過或臨近我國煤的平均值。逐級化學提取結果表明：Zn、Cd、As的有機物結合態占比不大，大多低於10%，最高不超過20%。其中Zn和Cd主要以可交換態、硫化物結合態和殘渣態的形式存在，As是以硫化物結合態為主。數理統計分析顯示：重金屬和灰分間存在依附關係，主要以無機態的形式存在。②研究了燃煤重金屬的遷移轉化特徵。靜態燃燒試驗結果表明：大部分的Zn、Cd、As已遷移揮發，揮發難易順序為As ＞Zn＞ Cd。由重金屬的形態分析可知：可交換態、硫化物結合態及有機物結合態的易揮發；X射線衍射分析表明：燃煤前後礦物質成分變化很大，煤灰中重金屬的礦物載體要比原煤的穩定。③通過雙因素方差試驗研究了碳酸鈣對燃煤重金屬的控制效果。結果顯示投加比取1%效果較好，燃燒溫度則傾向於1000℃和1100℃。Zn、Cd、As的最高固定率分別為：38.41%、45.82%、23.93%，揮發率都超過50%。碳酸鈣煅燒的產物氧化鈣是很好的吸附劑，能與砷反應生成穩定的砷酸鈣。④通過正交試驗研究了調製碳酸鈣對燃煤重金屬的控制效果。在原碳酸鈣的控制基礎上，調製碳酸鈣的對Zn、Cd、As的最高固定率分別為：72.77%、73.47%、58.44%，同時它們的揮發率依次為18.81%、15.40%、26.13%，說明固定效果較好。綜合考慮後的最優參數組合是：燃燒溫度為1000℃，金屬鹽種類為Al2(SO4)3，調製比為15。經調製後的碳酸鈣微觀物理結構變化較大，離子比取15時對孔隙的改善效果最好。金屬離子的加入改善了碳酸鈣的比表面積、孔徑和孔隙率，且其顆粒表面有γ-Al2O3生成，這對提高重金屬的固定效率是有積極作用的。熱差分析結果表明調製碳酸鈣的添加不會使煤灰的結渣特性加重。⑤燃煤煙氣中痕量元素汞的排放、控制與其形態密切相關。以化學動力學為基礎，提出一個涉及Hg、C、H、O、N、S、Cl 等7 種元素，涵蓋42種組分，172 個基元反應的較為全面的Hg 的均相氧化動力學模型，並將模型計算結果與經典實驗結果進行了對比驗證。
