砷在煤及燃煤产物中的迁移规律研究

选取内蒙古某矿区在采煤层2种煤样,研究矿区砷的污染迁移规律。采用砷钼蓝分光光度法测定煤样中砷质量比;对试样在不同温度下进行灼烧试验,并在不同pH值下对燃烧后产物(粉煤灰和灰渣)进行淋溶试验,同时对砷进行形态分析。结果表明:该矿区两煤样在450~1 000℃灼烧过程中,砷的释放率分别从39.52%和21.88%升高到73.77%和65.89%;随温度升高,砷的释放率有增大的趋势;粉煤灰与灰渣中砷质量比平均值分别为8.76 mg/kg和6.87mg/kg,且多以碳酸盐结合态存在;粉煤灰中砷赋存形态及其质量比由大到小为碳酸盐结合态、水溶态、残渣态、可交换态、有机结合态,灰渣中砷的赋存形态及其质量比由大到小为碳酸盐结合态、可交换态、残渣态、有机结合态、水溶态。淋溶试验表明pH值越小,粉煤灰中砷的淋出速度越快;淋溶量350 mL,pH=5与pH=7时粉煤灰中砷的淋出砷量分别占总淋出量的78.14%和76.65%,说明粉煤灰中砷更易析出。     

基于相关系数法的煤自燃危险性关联分析及预测

为缩短煤自燃倾向性的鉴定时间,首先利用工业分析仪及程序升温试验装置,测得各煤样煤质指标值及不同温度下煤自燃指标气体含量,并通过CO体积分数确定各煤样低温氧化临界温度点;然后再通过Arrhenius公式拟合得出温度与耗氧速率间的方程,并求解出各煤样临界温度前后不同阶段的表观活化能,通过Pearson相关系数法进行煤质指标值与煤样临界温度前后表观活化能之间的关联分析,并计算其相关系数;最后选取相关系数最大的煤质指标值,建立用于计算煤样表观活化能的多元线性回归模型,分析并预测煤自燃危险性。结果表明：煤质指标中不同成分与临界温度前后表观活化能间的相关系数有较大差异,其中挥发分与临界温度前后表观活化能的负相关系数最大,分别为-0.893和-0.977,燃料比与临界温度前后表观活化能的正相关系数最大,分别为0.956和0.968。所建立的多元线性回归模型,其拟合度可达0.912 5和0.933 0。     

煤氧化放热特征及影响因素的关联分析

为研究煤在低温氧化过程中的放热特征，确定影响煤氧化放热强度的主要因素，以4种不同煤化程度煤样为研究对象，采用封闭式煤氧化试验方法，结合键能平衡法计算煤在25～70℃、氧气体积分数0～21%范围内的氧化放热强度，获得煤氧化过程中氧氧气体积分数、温度和氧化放热强度三者间的关系表达式；运用灰色关联法分析挥发分、水分、含硫量、灰分、氧气体积分数和温度与煤氧化放热强度的关联度。结果表明，煤耗氧速度、CO释放速率和CO₂释放速率随温度升高呈指数增长趋势。通过比较挥发分、水分、含硫量、灰分、氧气体积分数和温度与煤氧化放热强度的关联度可知，影响不同煤化程度煤样氧化放热强度的主要因素是煤自身的挥发分质量分数，而外部因素中的温度对同一煤样氧化放热强度的影响要强于氧气体积分数。     

覆煤及粉煤灰回用土壤砷质量比与赋存形态研究

为了解覆煤及粉煤灰回用土壤砷含量及赋存形态分布特征,选取贵州省兴仁县某村农耕旱地土壤为研究对象,采用逐级化学提取法对土壤样品进行试验.结果表明:研究区土壤中砷质量比为15.71～169.55 mg/kg,波动范围较大;土壤砷质量比最高值为169.55mg/kg,远远高于土壤砷质量比自然背景值(15 mg/kg)、世界土壤砷平均质量比(6.0 mg/kg)及我国土壤砷平均质量比(9.2 mg/kg);对照样土壤砷质量比为15.71 mg/kg,也略高于土壤中砷质量比的自然背景值(15mg/kg).研究区土壤砷污染问题已较为严重,这除与该地区地层中砂岩及粉砂岩砷质量比较高所导致的土壤砷背景质量比偏高有关以外,最主要的原因是覆煤广泛存在及粉煤灰大面积回用农田所致.该研究区土壤中砷主要以残渣态存在(72.16％),其次为硫化物结合态(15.45％)、铁锰氧化物结合态(5.89％)、有机态砷(3.06％)、碳酸盐结合态(2.51％),水溶态和可交换态砷均较低(0.93％).研究区土壤总砷量较高,但迁移转化能力较弱,对环境及人体健康的危害程度尚有待讨论.     

水浸干燥作用对煤自燃特性及预测指标影响研究

为研究水浸干燥作用对煤自燃特性的影响,采用真空干燥法与自然风干法分别处理水浸过的煤样,通过程序升温试验测试原煤样与处理后的2种煤样在氧化过程中产生的CO体积分数和C_2H_4体积分数,根据CO体积分数增长速率突变点和C_2H_4产生温度分别计算3种煤样自燃特征温度,分析水浸干燥作用对据煤样自燃特征温度的影响;通过氧化放热公式计算3种煤样的耗氧速率和放热强度,分析水浸干燥作用对煤样氧化放热性能的影响;最后分析水浸干燥作用对格雷哈姆系数R_2、R_3和链烷比预测煤自燃特征温度准确性的影响。结果表明:水浸干燥作用改变煤的自燃特性,升高煤自燃特征温度,降低煤氧化放热性能,使格雷哈姆系数R_2、R_3预测煤自燃特征温度的准确性降低,但对链烷比预测煤自燃特征温度的准确性影响较小。     

煤中掺比伴生硫化物的自燃特性分析

为了深入探究矿井下伴生硫化物对煤自燃及着火燃烧特性的影响，向原煤中添加不同量的含硫物配制4种不同含硫量的煤样，通过TG实验、DSC测试和XRD分析，研究伴生硫化物对煤自燃及着火燃烧特性的影响规律；基于Coats-Redfern法计算煤中掺加不同伴生硫化物时煤燃烧阶段的活化能。研究结果表明:随着煤中掺比伴生硫化物的增多，煤的特征温度相应减小，而吸氧量、可燃和稳燃指数相应增大，原煤中混入伴生硫化物后更易自燃；随着煤中掺比伴生硫化物的增多，煤燃烧阶段的活化能降低，煤更易着火燃烧；伴生硫化物的主要成分为水绿矾、叶绿矾，这些物质在常温下遇水和氧气能够发生化学循环反应，反应放热促使了煤更易自燃；伴生硫化物在温度高于200℃以后整体表现为放热，在温度为565℃时达到放热峰值，这使得煤燃烧阶段的活化能降低，煤更易燃烧。     

超高压静电除尘用于我矿工人更衣室

我矿是以铅锌为主产品、硫化铁为付产品的矿山,矿石中含有铅、锌、硫、砷等对人体有害的物质。由于金属类粉尘的比电阻远小于皮毛类,而且矿山的工作环境潮湿,能否用超高压静电除尘的方法净化工人更衣     

基于量子化学分析表面活性剂对不同煤种润湿机理的影响*

为研究不同类型表面活性剂对煤润湿性的调控机理,首先将所选煤样的润湿性与煤样成分进行关联分析,然后采用透过高度法实验及量子化学计算相结合的方法研究表面活性剂对煤样润湿性的影响效果及机理。结果表明:煤的润湿性与煤中固有水分、灰分呈正相关关系,与煤中固定碳呈负相关关系;所选取的4种表面活性剂的加入会降低褐煤的亲水性,而对长焰煤、焦煤和无烟煤亲水性有提升作用,并且十二烷基硫酸钠对于这3种煤样亲水性的提升作用最为明显;表面活性剂分子、水分子及煤分子的表面静电势分布共同决定了表面活性剂对煤浸润性的影响。     

氧气浓度和升温速率对煤自燃特性影响

为探究氧气浓度与升温速率对煤自燃特性的影响，利用TG/DSC-FTIR联用热分析技术测试3种不同变质程度的煤样在不同氧体积分数和不同升温速率下的放热特性，分析3种煤样在氧化过程中特征温度、热效应及标志性气体产生量等参数的变化规律。结果表明：氧体积分数一定时，升温速率越小，放热峰值、特征温度和指标气体释放峰值越向低温区偏移。在相同升温速率下，随着氧气体积分数的减小，煤氧化放热峰值温度降低；煤自燃指标气体峰值对应的温度逐渐向高温区域移动。煤变质程度增高，煤自燃特征温度呈增大趋势；放热量的峰值降低，对应的峰值温度增大；指标气体释放峰值温度增大，自燃危险性呈降低趋势。     

寒冷地区不同煤样冻黏强度试验研究

寒冷地区煤炭运输设备上煤的冻黏严重影响煤炭运输的安全与效率,为分析各地不同煤样的冻黏强度特性及原因,选取各地5个存在冻黏现象煤矿的煤样,测试其在Q235和UHMWPE材料上的冻黏强度,并检测5种煤样的外在水质量分数、粒度和孔容分布,结果表明:在亲水性Q235材料上,内蒙古锡林浩特煤样冻黏强度最高(2.58 MPa),其次是辽宁铁法煤样(2.02 MPa)和黑龙江双鸭山煤样(1.36 MPa),北京大安山(0.773 MPa)和木城涧煤样(0.689 MPa)较低;不同煤样在疏水性UHMWPE材料上的冻黏强度分布在0.159~0.230 MPa。各煤样因煤质、采掘破碎工况、煤化程度等因素导致其粒度和孔容分布不同,使各自外在水质量分数不同,进而导致煤样在亲水性Q235材料上冻黏强度差别明显,外在水质量分数高的煤样冻黏强度相对较高;在UHMWPE材料上,各煤样的冻黏强度因材料的疏水性而对外在水质量分数差异不敏感,因而普遍很低且差别很小,可见采用UHMWPE基体材料对各地煤在运输设备上的冻黏具有一定防治作用。     

重庆园博园龙景湖水体中无机硫分布特征及有机质的影响

龙景湖是一个新建的人工深水湖,夏秋季节由于H2S等产生的黑臭问题严重阻碍了园区的发展。对龙景湖沉积物、孔隙水和上覆水的无机硫、有机质进行了研究。结果表明:上覆水和孔隙水中硫酸盐(SO2-4)质量浓度分别为10.20~76.87 mg/L、7.13~20.45 mg/L,总有机碳(TOC)质量浓度分别为89.00~164.08 mg/L、12.81~116.20 mg/L,上覆水中溶解性硫化物质量浓度为16.32~64.21 mg/L;沉积物中酸挥发性硫化物(AVS)质量比为100.90~311.83 mg/kg,铬还原硫化物(CRS)质量比为106.01~471.53 mg/kg,元素硫(ES)质量比为57.87~351.63 mg/kg。上覆水中SO2-4和S2-沿深度方向分别增加和减少,沉积物中3类还原态硫(AVS、CRS、ES)沿深度方向均先增加后减少,且质量比从大到小为CRS、AVS、ES。上覆水中TOC充足,SO2-4(X)与TOC(Y)的质量浓度成反比(Y=-0.637X+147.73),SO2-4是硫酸盐还原过程的控制因素;孔隙水中SO2-4与TOC的质量浓度成正比(Y=3.1385X+14.061),TOC含量和生物有效性为SO2-4还原过程的控制因素。研究表明,原龙景水库、凌云桥等位置SO2-4还原性最强,是湖水夏秋季节产生黑臭问题的潜在位置。     

数字图像技术结合小岛法在煤分形特征中的应用*

为探究煤的孔裂隙结构分形特征,以贵州富煤区4个煤层的煤样为研究对象,基于扫描电镜和低温液氮实验综合表征煤样的孔裂隙发育程度及连通性,应用Photoshop,Image-Pro-Plus图像处理技术对煤的SEM图像进行二值化处理及主要参数提取;结合小岛法计算煤样的孔裂隙分形维数值,并与扫描电镜、低温液氮实验分析结果进行对比。结果表明:经扫描电镜和低温液氮实验发现,4个煤层的孔裂隙连通性优先顺序依次为六盘水煤田3#煤层＞黔北煤田9#煤层＞黔北煤田8#煤层＞织纳煤田8#煤层;借助图像处理技术并结合小岛法对实验煤样的孔裂隙分形维数进行计算,各实验煤层分形维数由小到大依次为六盘水煤田3#煤层<黔北煤田9#煤层<黔北煤田8#煤层<织纳煤田8#煤层,该分形维数排序所反馈的煤样孔裂隙发育程度及连通性信息与前述2个实验结果相互印证,表明数字图像技术与小岛法分形相结合能真实、准确地反映煤的分形特征。     

煤中有机硫的赋存状态及燃烧过程中的迁移规律

<正>本文分析了煤中硫的可能赋存形态,特别是有机硫的结构类型;阐述了煤中的有机硫在燃烧过程中的化学反应机理,分析了在惰性气氛、还原性气氛和氧化气氛下的有机硫燃烧迁移规律。煤中硫特别是有机硫,由于其自身的结构及与煤的特殊结合方式,有机硫在燃烧过程的析出较为困难;还原性条件下的脱硫效果较氧化性气氛及惰性气氛要好。     

空气湿度对煤自燃特性影响的试验研究

为研究空气湿度对煤自燃特性的影响,运用程序升温试验台,在不同环境湿度条件下,对黄陵2号矿4#煤层煤样进行程序升温,分析不同温度下的气体成分,计算煤样在不同温度和湿度条件下的耗氧速率、CO和CO_2产生率,以及煤氧化的表观活化能。结果表明:与在干燥的空气中氧化相比,煤在加湿空气中的耗氧速率、CO和CO_2产生率升高,活化能降低,表明加湿有利于煤自燃;随空气湿度增加,煤体的耗氧速率、cO和CO_2产生率先升高后降低,活化能先降低后增加,表明存在一个最容易使煤氧化自燃的临界空气湿度;黄陵2号矿4#煤层煤样的临界相对湿度为25%左右。     

煤油共生矿区含油煤层自燃特性试验研究

为研究煤油共生矿区煤自燃特性,利用煤氧化动力学测定系统,测试原煤样与含油煤样。根据煤自燃倾向性判定标准、耗氧速率及煤氧复合反应理论,分析试验结果。以铜川下石节煤矿煤样和原油样品(煤岩渗出的油,文中称为原油)为例,向原煤样中添加一定量的原油制备含油煤样,通过试验获得原煤样与含油煤样低温阶段(30~240℃)的自燃特性参数。研究结果表明,2种煤样自燃倾向性等级均为自燃,但原煤样更接近于易自燃;相同温度条件下含油煤样的耗氧速率、CO与CO2的生成量均比原煤样小;在低温氧化阶段,造成上述结果的主要原因是,原油充填了煤样的部分空隙和孔隙,阻碍了煤氧复合反应。     

煤自燃灾害气体指标的阶段特征试验研究

为分析煤自燃早期气体指标变化特征规律,更好地解决煤矿现场灭火救灾决策问题,通过煤自燃程序升温试验,首先得到煤样气氛中O2,CO,CO2,CH4,C2H4和C2H6气体的体积分数随温度的变化规律。根据煤体温度,将煤自燃前期划分为5个阶段(潜伏、储热、蒸发、活跃和乏氧)。分析3种不同变质程度的煤样的气体指标在各阶段的变化特征。建立煤自燃气体指标与特征温度阶段区间的对应关系。结果表明:在自燃潜伏阶段,煤的变质程度越低,早期越易产生CO,越难产生CH4;在储热阶段,煤的变质程度越低,早期越易且越快产生C2H6;在蒸发阶段,煤内外在水分脱附,低变质煤的C2H4也随之产生;在活跃阶段,各种气体体积分数均有剧烈增高的趋势,较高变质煤的C2H4也随之产生;在乏氧阶段,O2体积分数低于15%,与O2体积分数相关指标(CO/ΔO2,CO/CO2等)趋势有所改变。     

煤质指标对煤尘云最低着火温度影响研究

为研究不同煤质煤尘的着火性能,首先,选取不同矿区9种煤样,分析其水分、挥发分、灰分、固定碳煤等工业成分;然后开展煤尘云最低着火温度试验;最后,对工业分析指标和煤尘云最低着火温度进行统计学和灰色关联分析。结果表明:煤样的最低着火温度介于405～515℃,着火温度值差异较大;煤的工业分析指标均与最低着火温度呈现出较强相关性:挥发分和固定碳含量与最低着火温度负相关,灰分和水分含量与最低着火温度呈正相关,即挥发分含量、固定碳含量越高,煤尘越易出现着火现象,灰分含量、水分含量越高,煤尘越不易着火;挥发分含量与最低着火温度关联度最大。     

干燥条件下高硫煤低温氧化特性研究

为进一步揭示不同环境条件下高硫煤的低温氧化特性,选取含硫量较低、自燃倾向性较高的褐煤,向其添加不同比例的FeS2,配制成含量分别为3%,5%,7%的混合高硫煤样,利用中国矿业大学自行研制的煤氧化模拟试验系统,测试分析干燥混合煤样在低温氧化过程中,交叉温度和指标气体CO产生量体积的变化。试验结果表明,在低温干燥的条件下,随着FeS2含量的增加,煤样的氧化特性受到抑制:交叉点温度升高;指标气体CO产生量在相同温度时体积降低。因此,在高硫煤层自燃火灾防治过程中,应尽量控制煤层周围环境的干燥度。     

含硫油品储罐自燃影响因素的试验研究

为深入拓展研究含硫油品储罐自燃的影响因素,选择硫腐蚀产物混合物粒径、油污、含水率和硫化亚铁与硫化铁的质量比4个因素进行单因素试验,测定氧化增重率;基于正交试验验证4个因素相互作用的影响程度,采用极差分析和方差分析方法处理试验数据。结果表明:硫腐蚀产物混合物粒径、油污、含水率和硫铁化合物质量比等4个因素是影响其自燃的重要因素,且单因素影响的重要程度依次为硫铁化合物质量比、油污、粒径、含水率;交互作用中较为重要的是硫铁化合物质量比和油污的交互作用以及水分和油污的交互作用,其余交互作用可忽略。     

水化煤饱和-风干过程的自燃特性实验研究

为了掌握水化煤饱和-风干过程中不同风干时间煤样的自燃特性,对水化煤样进行不同风干时间的实验煤样预处理,形成不同风干时间的水化煤样。通过煤样含水率测试、物理吸附实验和程序升温实验,对不同饱和-风干时间的水化煤样以及原煤样的吸氧量和CO,CO2,CH4,C2H4,C2H6,C3H8气体浓度随煤温的变化规律进行实验研究。研究结果表明:不同风干时间水化煤样随着煤温的逐渐升高,吸氧量呈先减小后增大趋势;不同风干时间的水化煤样的自燃标志性气体析出速率随煤温的升高均呈指数增大的变化趋势;在低温氧化阶段,水化煤样比原煤反应时间提前,且反应速率更快,这表明水化煤样比原煤样更加容易发生自燃,且风干时间为20 min的水化煤危险性更大。