煤中汞遷移規(guī)律和賦存情況的試驗研究

郭玉紅

（山東省煤田地質局第五勘探隊，山東 泰安 271000）

近年來汞污染越來越引起社會的重視，如何在用煤過程中脫除汞、固化轉換汞的研究也越來越多，只有掌握和弄清煤中汞的分布特性以及賦存狀態(tài)，才有可能設計和選擇合理的處理方法，在燃煤前、過程中或是燃燒后將汞有效地脫除，最大程度減輕燃煤排放的汞對環(huán)境的污染。由于不同煤種、不同成煤時代以及成煤環(huán)境的差異，煤中汞的賦存狀態(tài)非常復雜，從目前的一些研究成果看，均不具有普遍性。有的國內(nèi)研究者認為煤中汞主要賦存在黃鐵礦中，即大部分的汞以硫化物結合態(tài)賦存在煤中；國外有學者認為煤中汞主要以粘土結合態(tài)、有機結合態(tài)和硫化物結合態(tài)等其他形式賦存。本文主要以本單位采集的全國各個重點產(chǎn)煤地區(qū)的不同含量的煤為分析對象，力求通過試驗分析研究煤中汞的一些賦存共性與特性。

1 試驗設計及過程

在充分考慮了煤的使用加工過程中的各種因素后，決定選擇溫度和粒度這兩個煤炭加工都必須經(jīng)過的變化因素作為設計目標，設計了兩個試驗方案。

1.1 方案一：溫度遷移試驗

目的：汞元素隨著外部溫度變化的流向規(guī)律研究

1.1.1 試驗步驟

先從煤樣中選出已知汞含量大于0.2 ug/g 的樣品25 個，分別從室溫開始升溫，按設定的條件逐級進行。根據(jù)煤加熱分解的一般規(guī)律，設置了5 個試驗溫度條件。

試驗條件1：將選好的樣品先做分析基水分測定（或者烘干），然后用測定后的煤樣測汞含量。

試驗條件2：將選好的樣品放在通風良好的馬弗爐中，逐步升溫到210 ℃，停留30 min，待冷卻后測定汞含量。

試驗條件3：將選好的樣品先放置在已升溫至400 ℃、通風良好的馬弗爐中，停留10 min 后快速取出，待冷卻后測定汞含量。

試驗條件4：將選好的樣品先放置在已升溫至500 ℃、通風良好的馬弗爐中，停留30 min 后快速取出，待冷卻后測定汞含量。

試驗條件5：將選好的樣品灰化后測定汞含量。

試驗方案可檢測獲得5 種狀態(tài)（試驗條件）下煤（灰）中汞的含量，通過分析流失率，可以確定汞在煤不同溫度下的析出情況。試驗數(shù)據(jù)見表1。

1.1.2 數(shù)據(jù)處理

表1 汞含量高于0.2 ug/g 的樣品、試驗結果及相關數(shù)據(jù)處理

1.2 方案二：煤中汞粒度分布規(guī)律研究試驗

目的：分析煤在自然力破壞情況下，汞在各個粒度級的分布規(guī)律。

1.2.1 樣品選擇

樣品來源如表2 所示

表2 樣品來源

1.2.2 試驗步驟

（1）按照《煤樣的制備方法》（GB 474-2008），將塊煤在自然力作用下破碎篩分，直至全部通過13 mm 的篩孔，逐級篩分為試驗所需要的粒度等級，然后制備成小于0.2 mm 的分析樣品，以備使用。

（2） 按 照《 煤 中汞 的 測 定 方 法》（GB/T16659-2008）測量各分析樣品中汞的含量。

1.2.3 試驗數(shù)據(jù)

樣品汞元素分析數(shù)據(jù)見表3、表4。

表3 粗粒度級樣品汞元素分析數(shù)據(jù)

表4 細粒度級樣品汞元素分析數(shù)據(jù)

2 試驗結果分析

（1）從方案1 中，溫度的5 個條件測試的三個表格和圖像中可以看出，100 ℃以下汞完全沒有流失，隨著溫度的升高汞逐步流失，200 ℃一般流失很少，但個別有達到50%（說明其汞鹽賦存于結晶水或裂隙中），到500 ℃汞已基本流失，在灰渣中毫無殘留。所以非常確定，煤中汞的析出溫度為100～500 ℃。

這說明煤中汞的遷移受溫度的影響非常大，隨著溫度的升高，由于結晶水和類似硫化物鹽類的分解而流失，汞極易被排放到周圍的空氣中。

（2）在方案2 中，四種不同煤樣的不同粒度的汞含量走勢不一，大粒度的高低相差較大，共同的特點是小粒度中汞的分布一般比較平均。

雖然看似沒有規(guī)律，但結合煤種各自的特點，可以得出結論：汞在煤中各粒度的含量高低與該粒度的孔隙率有關。如樣品1 為氣肥煤，中等變質程度，其汞含量隨著粒度的減?。ū砻娣e的增大）而增大；又如3 號樣品為1/3 焦煤，也為中等變質程度，但其13～6 mm 和6～3 mm 粒級孔隙較為發(fā)育，汞含量明顯高于較小粒級（3～0.5 mm，＜ 0.5 mm）。

河南理工大學的劉高峰等人[1]對氣肥煤和焦煤所做的試驗證實，在進汞試驗中，剛開始壓力小時，汞先充滿孔徑大的超大孔，隨著壓力的升高，依次充滿孔徑相對較小的孔，直至飽和；而在退汞試驗中，汞先從微小孔中退出，隨著壓力的降低，依次退出。因此，在自然狀態(tài)下，各粒度的汞含量高低與該粒度的孔隙或裂隙發(fā)育程度正相關。

綜合以上兩個試驗，得出如下綜合結論：汞在煤中的賦存狀態(tài)是按孔隙的大小分布的，并極易隨著溫度的升高而釋出。

3 結語

“煤中汞的析出溫度為100～500 ℃”意味著在工業(yè)利用中，可以在這個溫度區(qū)間考慮回收或進行汞的吸收。對含汞量高的殘渣和吸收劑，也可以考慮通過集中加熱回收。

“汞在煤中各粒度的含量高低與該粒度的孔隙率有關”這個特性可以為篩選加工和浮選過程中增加脫汞的工藝設計提供依據(jù)，孔隙率高的可考慮使用介質浸出等加工方法提前去除煤中汞。

目前煤的應用非常廣泛，加工條件也千差萬別，如果能提前綜合考慮，采取“組合拳”去除煤中的各種污染有害物質，是最環(huán)保、最經(jīng)濟的方法。