煤中微量有害元素的挥发性

利用3 种热解反应装置(密闭模拟下落床、流动气氛模拟下落床和固定床)研究了 6种煤中 As、Pb、Cr、Cd 和 Mn等微量有害元素的挥发性随温度(300～1000℃)的变化规律,同时考察了热解装置的影响.结果表明,这 5 种元素的挥发性均随热解温度的升高而升高;6 种煤中 As、Pb、Cd均表现出与Cr 和 Mn相比具有较强的挥发性,但它们的挥发温度不同,其中 As 的挥发主要发生在 300～700℃,Cd 主要在 500℃以上挥发,Pb 主要在 800℃以上挥发.热解过程中,微量元素在半焦孔道内扩散时产生的反应是影响元素析出的重要因素之一.     

高温热解对污泥炭特性及其重金属形态变化的影响

温度是影响污泥热解产物性质的主要因素之一。研究了热解温度(550,700,850℃)对污泥炭性质、结构和重金属含量及其形态变化的影响。结果表明:污泥炭产率(55. 83%)和H/C(0. 05)在热解温度为850℃时达到最小值。而当热解温度为700℃时,其pH值、比表面积及污泥炭中各重金属总量与残渣态百分比(F4)均为最大值,同时其所含各重金属中生物有效态(F1+F2)的质量分数也均为最低值,即污泥中各重金属潜在的生态风险水平处于最低水平。而当温度升至850℃时,污泥中各重金属相对稳定态质量分数(F3+F4)有所减小,这可能是由于高温条件下金属易随热解气挥发所导致。故700℃是提升污泥炭质量和钝化污泥中重金属、降低其生态风险的最佳温度。     

新化矿区煤矸石中微量元素赋存形态及浸出特征

利用BCR连续提取法和浸泡实验,对贵州省新化煤矿区不同风化程度的煤矸石中微量元素As、Cd、V、Zn、Co、Cr、Cu、Ni、Pb的赋存形态及浸出浓度进行研究。赋存形态研究结果表明:在煤矸石中As和Cd元素主要以酸溶态、可还原态和可氧化态形式赋存,而其他微量元素V、Zn、Co、Cr、Cu、Ni、Pb主要以残渣态形式赋存;除了V元素的赋存形态含量百分比不受煤矸石风化程度影响外,其它微量元素的赋存形态的含量百分比均会受到煤矸石风化程度的影响。煤矸石的浸出实验表明:浸泡时间是影响煤矸石中微量元素释放的一个重要因素;在浸泡过程中,大部分微量元素在浸泡前期的浸出浓度受煤矸石风化程度的影响,Zn和Cu元素则是在整个浸泡过程的浸出浓度均受到煤矸石风化程度的影响;不同粒径大小的煤矸石在浸泡过程中,除微量元素As和Co的浸出浓度不受煤矸石粒径大小的影响,其他微量元素在浸泡前期和中期的浸出浓度均与煤矸石的粒径大小呈反比。     

含砷废渣高温烧结过程砷的矿物相结构变化与环境释放行为

研究了含砷废渣高温烧结过程引起的砷挥发和砷发生的矿物相结构变化,并分析了烧结体的砷浸出释放行为.在10MPa下加压成型制样,进空气流量为2 000 mL·min-1,烧结温度1 000～1 350℃,烧结时间60 min.结果表明,烧结温度对砷挥发的影响很小,As的固定率保持在90%以上,但对砷浸出毒性的影响明显.烧结温度低于1 000℃时,FeAsS被氧化生成钙砷、铝砷和铁砷,以Ca3（AsO4）2矿物相为主,导致砷的浸出释放水平提高;烧结温度达到1 200℃,Ca3（AsO4）2被玻璃熔融态所包围,并被转换为硅钙砷酸盐化学键接,导致砷的浸出水平显著降低.从烧结体的环境安全性考虑,最佳烧结温度为1 200℃.     

温度对生活垃圾可燃组分连续热解的影响

采用外热式移动床热解反应系统进行生活垃圾(MSW)可燃组分的连续热解,研究了热解温度对热解产物的影响规律.结果表明,实验系统运行可靠,质量平衡误差为10.28%~12.15%.温度越高,热解反应越充分,93.49%的挥发分在500℃之前析出,600℃时仅2.03%的挥发分未析出,热解过程基本反应完全.热解温度由400℃升高到600℃时,产物组成中,固体产物由58.26%减少为28.48%,液体产物由26.08%增加到32.30%,气体产物由15.65%增加到39.22%;热解气成分呈现出不同的变化趋势,在标准状态下,热值由5.5×104kJ/m3 减少到3.4×104kJ/m3,密度由1.83kg/m3 减少到1.35kg/m3;固体产物的能量由76.75%降低至26.57%,挥发相产物的能量由23.25%升高至73.43%.     

城市固态生活垃圾的工业分析与热解特性

对常见生活垃圾进行工业分析与热解特性的试验研究表明 :虽然我国 MSW具有高水分、高灰分、低热值特点 ,但只要能注重其干燥过程 ,不投辅助燃料即可维持燃烧。MSW中的有机化合物组份很复杂 ,并且都有较明显的挥发分析出温度区 ;而纸、布或含纤维质较多的废弃物在其相对较宽的温度区的挥发分析出较均匀。温度、物料尺寸及停留时间对热解特性有重要影响 ,实验得到停留时间、热解温度、气化率三者间的最佳关系遵循 (1 )式。     

CaO对含砷废渣烧结过程砷的形态及释放特性的影响

为揭示CaO对含As废渣烧结陶粒过程中As挥发和结构形态变化的影响规律,对添加CaO前、后含As废渣在不同温度下烧结体中的As残留量、形貌、结构形态和环境释放行为的变化进行了研究. 结果表明:①在400~1 000 ℃,CaO对As的挥发有很强的抑制作用,As的固化率均大于85%;当温度>1 000 ℃时,CaO对As的挥发抑制作用减弱. ②在400~1 000 ℃,CaO对烧结体As的浸出释放抑制作用显著;当温度>1 000 ℃时,CaO对As的浸出释放抑制作用随温度升高显著降低. ③在1 000 ℃时,CaO与As化合生成了稳定的砷酸钙,残留于烧结体中,大幅降低了As的挥发和浸出释放特性,As的固化率最高可达95.14%;As的浸出浓度(以ρ计)也达到最小值,其中水平振荡法、硫酸硝酸法和TCLP法处理后的浸出值分别为1.33、130和0.85 μg/L;温度升至1 300 ℃时,砷酸钙消失,As以溶解度高的As₂O₃形式存在,导致As的浸出浓度增大.      

螯合电镀污泥的基本理化特性及燃烧特性

在研究某园区螯合电镀污泥基本理化特性的基础上,针对其含有一定量的有机物及高金属含量的特点,利用红外-热联用技术(TGFTIR)对污泥在空气气氛下的燃烧特性和燃烧过程释放的气体组成进行了研究.结果表明,污泥中的有机物在空气中的燃烧经过4个阶段,其中,有机物的热解、燃烧发生在230~431.01℃范围的第2和第3阶段;燃烧过程会释放CO2、水蒸气和微量NH3、SO2,燃烧温度和控氧量决定释放气体的组成;另外,燃烧过程存在重金属的挥发,可采用有机高分子重金属捕集剂的碱性水溶液喷淋烟气,捕集挥发出的金属,净化焚烧过程释放的酸性气体.考虑到污泥中有机质的充分燃烧、金属铬、铁和铝等金属氢氧化物的分解及部分金属的挥发,污泥焚烧温度应控制在450~500℃左右.研究结果可为此类污泥焚烧热处理提供理论和技术支持.     

废弃贴面纸材料不同热解阶段有害组分转化特性

废弃三聚氰胺-酚醛浸渍贴面纸（MPF）以碳基材料为主,用量大,其中,三聚氰胺、酚醛等有害组分处理不当会对环境造成污染.热解是MPF快速无害化处理的有效方法之一,明确MPF中各组分的热解转化行为是其利用的关键.本研究以热重实验为基础,结合高斯分峰拟合及动力学分析,确定MPF在热解过程中的反应阶段及其相应的温度节点,并在固定床上进行台架实验收集固、液、气相产物.结果表明,MPF中3种主要组分的热分解过程相互独立,其中,210～293℃的热解对应三聚氰胺和酚醛分解的线性叠加,在220℃和280℃的生物油以胺类和酸类为主,温度主要影响挥发分分解速率;纸张中的纤维素在293℃后分解,因此,550℃热解产生的生物油组成以胺类（28.92%）和酮类（30.33%）为主,而含氧官能团中所包含的氧不足以提供碳的完全氧化,气体中CO含量明显增加（20%）;固体产物随着温度升高金属颗粒富集增多,影响生物炭的均匀性.总体而言,低温热解（280℃）生物油组成简单且生物炭中金属分布更加均匀,产物相对中高温热解（550℃以上）对MPF的处置具有更大的后处理优势.     

十溴联苯醚的热解及其影响因素研究

在200~300℃的温度范围内研究了十溴联苯醚(BDE-209)的热降解及其影响因素.结果表明,温度、时间以及硝酸铜、三氯化铁、氯化铝和氯化锌等处理线路板过程中产生的金属盐对BDE-209热降解有不同的影响.升高温度或延长热解时间均能促进BDE-209的热解,且温度对BDE-209降解的影响程度大于时间对其降解的影响;硝酸铜、三氯化铁和氯化铝对BDE-209的热解均起促进作用,促进作用的顺序为:硝酸铜 >三氯化铁 >氯化铝;氯化锌对BDE-209的热解有抑制作用;随着温度的升高,氯化铝和氯化锌对BDE-209热降解的影响减弱.该研究结果可为深入探究电子垃圾热处理过程中BDE-209的释放及降解提供科学依据.     

层燃炉燃煤中9种微量元素的迁移

建立了层燃锅炉底灰,飞灰中Ｂｅ,Ｃｏ,Ｃｒ,Ｃｕ,Ｍｎ,Ｎｉ,Ｐｂ,Ｖ,Ｚｒ含量与煤中这９种元素含量关系的经验公式,估算了煤中微量元素在底灰,飞灰和排放大 的烟气中的总量分配。研究了飞灰中元素含量和总量的粒度分布,探讨了煤炭燃烧过程中元素的集散规律。     

Occurrence and volatility of several trace elements in pulverized coal boiler

The contents of eight trace elements(Mn, Cr, Pb, As, Se, Zn, Cd, Hg) in raw coal, bottom ash and fly ash were measured in a 220 t/h pulverized coal boiler. Factors affecting distribution of trace elements were investigated, including fly ash diameter, furnace temperature, oxygen content and trace elements‘ characters. One coefficient of Meij was also improved to more directly show element enrichment in combustion products. These elements may be classified into three groups according to their distribution: Group 1. Hg, which is very volatile. Group 2: Pb, Zn, Cd, which are partially volatile. Group 3: Mn, which is hardly volatile. Se may be located between groups 1 and 2. Cr has properties of both group ! and 3. In addition, the smaller diameter of fly ash, the more relative enrichment of trace elements (except Mn). The fly ash showed different adsorption mechanisms of trace elements and the volatilization of trace elements rises with furnace temperature. Relative enrichments of trace elements(except Mn and Cr) in fly ash are larger than that in bottom ash. Low oxygen content can not always improve the volatilization of trace elements. Pb is easier to form chloride than Cd during coal combustion. Trace elements should be classified in accordance with factors.     

煤中微量元素的环境效应

以华北某电厂燃煤为例,探讨了煤中微量元素的环境效应评价方法。通过电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等方法测定了电厂循环流化床炉原煤、飞灰、底灰中F,Pb,Hg,等11种微量元素的含量,通过淋滤实验测得了原煤及底灰中Pb、Hg、Cr等7种微量元素的淋出率,并测定了煤堆附近土壤中Cd、Hg、Cr等6种微量元素的含量,计算出了煤中微量元素对大气、水和土壤环境的污染因子。结果表明,燃煤中元素F、Hg、Se、Cl挥发性较强,燃煤中微量元素对大气环境的综合污染因子达3.5,属重污染。元素Hg、As的淋出率较高,原煤和底灰中微量元素对水环境的综合污染因子分别为0.71和0.88,污染程度属微污染。土壤对Cd、Hg、Pb等元素的富集程度很高,煤中微量元素对土壤环境的综合污染因子为0.98,属微污染。     

淮南煤田石炭-二叠系煤中有害元素分布与富集赋存特征

为调查分析淮南煤田石炭—二叠系有害元素的分布与富集赋存特征,采用ICP-MS对张集矿、潘三矿和顾桥矿共159件样品的煤中微量元素含量进行了测试分析,分析了11种有害元素的含量分布特征、富集特征,利用聚类图谱探讨了有害元素的富集赋存特征。研究结果表明:除As外,绝大多数元素的平均含量均低于地壳丰度,除Ba和As外,绝大多数元素的平均含量均高于中国煤、美国煤和世界;采用地壳丰度作为对比值所得到的富集系数严重偏离了煤中有害元素的分布特征,与中国煤、美国煤和世界煤相对比较,Cd高度富集,Cr、Cu、Ni、Pb、Sn、Ti为轻度富集至富集;不同煤层有害元素的富集程度存在较大的差异,Cd、Cr、Pb、Ni、Sn易出现富集,Cd为典型富集的有害元素,在8煤、7煤、6煤、5煤和4中出现高度富集;不同矿井主采煤层中有害元素富集程度存在差异,明显高度富集的有害元素为Cd、Ti;原煤灰分中的酸性组分超过灰成分的80%,灰成分指数平均碱酸比为9. 64%,煤中有害元素主要为陆源碎屑来源,部分存在自生矿物; As、Ni赋存富集于黄铁矿中,Ba、Mn可能赋存富集于碳酸盐矿物中,Cr可能吸附富集于粘土矿物中、Pb、Sn、Ti可能与硫酸盐矿物有关,Zn、Cu可能赋存在闪锌矿中,Cd可能赋存富集于黄铁矿和吸附富集于粘土矿物中,其富集程度与沉积环境和煤层稳定程度有关。     

煤热解过程中无机有害元素的变迁规律

在自行设计的加压密闭快速热解反应器中研究了神华和义马煤中Na、K、Pb和Mn等无机有害元素在氮气条件下随温度（300℃-700℃)的变化规律,进一步考察了热解气氛（氮气、氢气和二氧化碳）、压力对神华煤中这4种元素逸出规律的影响。结果表明：Na、K、Pb和Mn等元素在半焦中的残留量随温度的升高而减少,减少量随煤种而异,如在700℃时,神华煤中Na、K、Pb和Mn的析出率分别是义马煤的3、4．2、1．4和2．4倍;低压快速加氢热解有利于这4种元素的逸出。Pb是挥发性最强的元素,与热力学计算结果一致。     

荷梗生物炭理化性质及其对水中Cd的吸附机制

为探究HBC（荷梗生物炭）的基本理化性质及其对水中Cd2+的吸附机制,以荷梗为原料,在300~700℃热解温度下制得HBC,通过灰分分析、元素分析、SEM（扫描电镜）分析及FTIR（傅里叶红外光谱）分析初步探明HBC的基本理化性质并确定其最优热解温度,同时利用经典的吸附动力学模型和等温吸附模型对HBC吸附水中Cd2+的内在机制进行分析.结果表明:HBC的最优热解温度为400℃,灰分物质显著影响了HBC的pH,进而对其吸附性能产生影响.SEM分析结果显示,HBC具有发达的多孔结构,其中400℃下制备的HBC（记为HBC-400）多孔结构最优.元素分析结果显示,HBC中φ（C）逐渐升高而H/C[φ（H）/φ（C））]、O/C[φ（O）/φ（C）]下降,表明随热解温度升高HBC逐渐失水且炭化程度逐渐增强.FTIR分析表明,HBC表面存在大量羟基、羧基和羰基等含氧官能团,随热解温度升高,HBC芳构化程度增强而表面官能团丰度降低.试验条件下,HBC对Cd2+的平衡吸附量已达39.239 mg/g,吸附平衡时间为600 min.通过对吸附动力学及等温吸附模型拟合结果分析可知,水中Cd2+在HBC上的吸附是发生在多相异构表面的多分子层混合吸附.综合考虑HBC的理化性质及模型拟合结果可以推测Cd2+在HBC上的吸附可分为3个过程:① Cd2+在浓度梯度力作用下由溶液迅速扩散到HBC表面.② Cd2+与HBC表面官能团发生络合、离子交换反应,与金属氧化物、碳酸盐等发生共沉淀反应.③ Cd2+扩散到HBC的多孔结构中,与苯环上普遍存在的π电子结构发生阳离子-π作用.研究显示,HBC具有碱性、发达的多孔结构、丰富的表面官能团和高稳定性等优良性质,HBC对水中Cd2+的吸附是在其多孔介质表面进行的化学主导吸附过程,因此,可为生物炭类环境功能材料的研制提供选材依据.      

固硫剂对煤燃烧过程中硒挥发性的抑制作用

为了解煤中硒在燃烧过程中的动态、煤中可交换阳离子含量对煤中硒挥发性的影响,以及固硫剂对煤中硒挥发性的抑制作用,将煤样进行了逐级化学提取实验、燃烧实验、硒抑制实验、X射线衍射分析以及原子荧光光谱分析.实验结果表明,煤在815℃下燃烧,煤中97%以上的硒挥发.在中低温度下煤中可交换阳离子含量影响硒的挥发性.模拟固定床燃烧试验,815℃下CaO对煤中硒挥发性的抑制率范围在¨.6%～50.7%,平均为36.0%.小型循环流化床燃烧试验,加入CaO后硒在不同粒级流化床灰中配置明显发生变化,细粒飞灰中硒含量明显降低,＜0.0308mm飞灰中硒含量从241 mg·kg^-1降到10 mg·kg^-1.烟道灰中硒含量降到1/4以下,烟道喷淋水中硒含量降低了2个数量级.循环流化床燃烧,CaO对硒挥发性的抑制作用更加明显.固硫剂不仅可以固硫,而且对硒的挥发性也有一定的抑制作用.     

煤及其燃烧产物中有害痕量元素的淋滤特性研究

通过对我国西北部上湾与石嘴山电厂原煤、底灰和飞灰中As、Pb、Cd、Mop、Mo、Co和U等有害痕量元素在不同条件下的淋滤实验,采用原子荧光光谱（AFS）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定了痕量元素在2套（6个）样品、3种淋滤介质、4个不同时间段获取的淋滤液中的浓度,对比不同元素间淋出率、60h的最大淋出率和淋滤强度的差异性,分析痕量元素在不同条件下的淋滤特性;通过对比元素在原煤和燃煤产物中的含量、60h的最大淋出率以及淋滤液中元素的浓度,参考相关地下水的环境质量标准对痕量元素的环境效应进行了综合评价：As与Se的淋滤性较差,淋滤液中的最大浓度较低,对环境造成危害的可能性很小;Pb与Cd在淋滤液中的最大浓度较高,可能对环境造成危害.Mo与Co的淋出性好,淋出率高,同时淋滤液中的最大浓度是三类地下水环境质量标准的5～10倍,对环境造成危害的可能性最大.     

粉煤灰在热处理过程中汞的逸出规律

文章研究了粉煤灰在热处理过程中汞的逸出规律,通过改变焙烧温度、焙烧时间和通气流量等条件,利用安大略水法,对逸出的零价汞(Hg0)和二价汞(Hg2+)以及总汞的含量进行了测定。结果表明:在加热温度达到400℃时,飞灰中的可挥发汞已基本完全释放,逸出量大约为0.2μg/g。当加热温度升高到600~1 000℃之间时,零价汞含量明显降低,而二价汞含量明显升高,可以观察到较为明显的零价汞氧化为二价汞的现象。汞的逸出量与氧化程度主要与加热温度有关,而加热时间与通气量的影响相对较小。在1 000℃,加热时间30 min,通气量0.5 L/min的条件下,可挥发汞将完全逸出并有部分零价汞被氧化。结合上述研究结果,在对粉煤灰进行加热处理时,需要对其中汞的二次释放现象加以重视并采取相应的控制措施。     

不同产地水稻秸秆制备生物炭结构特征及其理化性质

以江苏丹阳、黑龙江哈尔滨产地水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法,在不同温度(300,500,700℃)下制备生物炭,利用SEM电镜扫描、元素分析、比表面积测定、傅里叶红外光谱(FTIR)、XRD衍射等分析手段对两产地生物炭结构特征进行全面表征和比较分析。结果表明:1)裂解温度升高,丹阳生物炭和哈尔滨生物炭各项理化性质表现出大体一致的变化趋势。2)裂解温度升高,两产地生物炭均呈现产率下降,pH增大,C含量升高,比表面积和总孔容增大,芳香化程度增加的趋势;丹阳生物炭中C含量低于哈尔滨生物炭;700℃丹阳生物炭孔隙结构发育程度最高。在300,500℃的制备温度下,丹阳生物炭的芳香族C-C、芳香族C—H含量明显高于哈尔滨生物炭,500,700℃的制备温度下丹阳生物炭的SiO_2、KCl含量高于哈尔滨生物炭。