不同煤级的微量元素酸脱除率初探

通过对山西8号煤层5个不同煤级的微量元素富集程度和元素酸脱除率的统计对比,发现,受岩浆热力烘烤作用影响的煤的变质程度对煤中微量元素的富集个数、富集程度和赋存形态影响甚大。总的趋势是,煤变质程度愈大,富集元素的数量趋于减少,富集程度趋于减弱,但赋存形态却趋于复杂;可能出现的岩浆期后富硫化物热液还使得西山部分矿区富集的亲铜元素比例明显增大;与此同时,还以元素周期律和数学遍历算法为指导,用MATLAB软件编制的程序定量求出了5个不同煤种元素脱除率变化态势和其第1电离能变化态势的相似程度,发现,随着煤变质程度的增加,元素脱除率和第1电离能的相似程度也趋于减小。凡是用数学方法筛除的元素大都是一些异常富集的微量元素和赋存形态并非单一矿物结合态的元素,而未被筛除的元素,则多以矿物结合态为主。     

河南义马煤加氢热解的热重法研究

采用热重方法研究了义马煤在氮气中的热解和加氢热解的反应性。结果显示:义马煤有较好的热解反应活性,热解温度较低,是加氢解聚利用的较适宜煤种;义马煤加氢热解的失重率为55.20%,比氮气条件下增加了11.75%,显示加氢对提高煤热解转化率有明显的作用,提高的转化率主要源于煤的活泼热分解阶段;催化加氢能使整体的反应温度有较大程度的提前。     

加压热解半焦特性及有害元素演化行为研究

通过固定床加压热解模拟实验,考察了不同煤焦特性及有害元素演化行为;借助FactSage热力学计算对有害元素在热转化过程中的形态进行了分析。结果表明,加压显著提高煤焦比表面积和总孔容积,为反应物扩散提供有利条件。较高的反应温度导致矿物质熔融或表面烧结,阻塞煤焦孔隙,不利于内部产物扩散。加压热解过程中,70%以上的Hg、As和Se挥发进入气相中,表现出高挥发性;F、Cd和Pb的挥发率随温度升高显著增大。热力学计算结果显示,当温度高于800℃时,主要生成HF(g)、Hg(g)、AsH_3(g)、H_2Se(g)、Cd(g)、PbS(g)和Pb(g)等有害元素化合物。     

低阶煤中镉的赋存对其在热解中释放的影响

为了探明重金属镉元素在低阶煤热解过程中的释放机制,在铝甑反应器中考察了不同热解终温下(400~800 ℃)新疆淖毛湖煤和宝日褐煤热解过程中镉的迁移转化行为。提出了“原煤热解行为-镉在煤中的赋存形式-重金属镉的释放行为-FactSage模拟”这一技术路线,首先在TGA反应器中考察了2种低阶煤的热解特性,其次利用逐级化学提取法和电子扫描电镜研究了重金属镉在煤中的赋存形式,然后在铝甑反应器中研究重金属镉在煤热解过程中的释放行为,最后结合FactSage热力学模拟计算,分层次系统地揭示重金属镉元素在热解过程中的释放机制。结果表明,镉在煤中的赋存形式决定了其在煤热解中的挥发性:2种低阶煤中有机结合态的镉元素比例均较高,导致低温时镉元素即可随着有机质的热分解而逸出;宝日褐煤中铁锰结合态镉元素较多,且大多分布于煤颗粒表面,受热容易分解从而导致其挥发;高温时宝日褐煤由于其SiO2含量较高,高温下熔融硅酸盐可与气态的镉元素发生反应,使镉元素的挥发率降低,而淖毛湖煤由于其含有的碱金属和碱土金属较多,可与矿物形成低温共熔物而导致镉元素释放率持续增加。另外,FactSage化学热力学模拟的结果与实验现象相符。计算表明镉是一种易挥发的元素,低温时煤中的镉元素几乎全部以气态单质镉的形式挥发,镉不与煤中Si,Al,Cl,Fe和碱金属等元素反应,但是这些矿物对镉元素进行吸附或包裹会影响镉元素在热解中的释放。     

煤的元素分析与工业分析关系的逐层分析与模型构建

以123个煤样的元素分析和工业分析数据为研究对象,采用多元线性回归方法逐层分析了煤元素分析与工业分析的关系,进而构建了相应的数学模型,并检验了模型的适应性。研究结果表明,煤热解后,碳元素主要存在于固定碳中,挥发分中虽含有碳元素,但其含量远小于固定碳中的碳元素;在热解过程中,煤中的氧元素主要以CO和CO_2的形态选出而集中于挥发分中,固定碳中虽含有氧元素,但其含量远小于挥发分中的氧元素;热解后煤中的碳元素、氢元素和氧元素协同存在于挥发分和固定碳中,且由于这3种含量不同而导致协同效果产生差异;灰分与煤中的碳元素、氢元素和氧元素的关系实际反映的是煤中可燃物与可燃物中碳、氢和氧的关系,基于煤元素分析与工业分析关系逐层分析所提出的预测模型均具有较好的适应性。     

烟煤温和热解时煤挥发性对汞脱除率影响

选用主要用于发电的两种高挥发分和一种低挥发分烟煤（分别为Lower Freeport #6A、Pittsburgh #8及Lower Kittanning煤，以下分别称1号、2号及3号煤）进行试验，来确定其在温和热解过程中汞的脱除率。试验在管式炉内进行，煤样经筛分和分析化验后，在氮气氛下，于275-600℃的不同处理温度和停留时间下进行温和热解试验。对产生的半焦进行汞含量分析，并和原料煤的汞含量进行比较，来确定汞的脱除率。试验表明，在本研究条件下，所用3种煤的汞脱除率高达80%；开始，汞脱除率为热解温度和停留时间的函数；在温度升高到某值前，高挥发分烟煤汞的脱除率随温度升而近似为常数；当温度再升高，脱除率则随温度的升高而近似为常数；当温度再升高，脱除率则随温度的升高而下降。而对低挥发分烟煤，随热解温度升高，汞胶除率并未发生变化，并在整个试验温度范围内遵循阿累尼乌斯方程。对试验结果按均匀反应进行模拟，并在均匀反应中对于一定的热解温度，在最大碳转化率（Xmax）下得到不同的最大脱除率。数据分析表明，低挥发分的3号煤样在500℃下热解，最大脱除率达75%，相应的反应速率常数为1.56min^-1；1号煤样在500℃下热解，最大脱除率达74%，相应的反应速率常数为0.42min^-1；2号煤样在400℃下热解，最大脱除率可达80%，相应的反应速率常数为0.44min^-1。     

炼焦煤尾煤热解特性及动力学研究

基于炼焦煤尾煤和原煤的热解实验对比,研究热解终温、升温速率和高矿物质含量对炼焦煤尾煤热解特性的影响,并求解炼焦煤尾煤热解的动力学参数。结果表明：热解终温和升温速率对炼焦煤尾煤的热解过程有重要的影响,高温有利于尾煤中高分子有机物裂解和挥发分析出,但高矿物质含量使尾煤热解在850 ℃后终温作用不明显;炼焦煤尾煤中矿物质含量对其热解具有抑制作用,使尾煤热解过程向高温段推移;炼焦煤尾煤的热解过程可以用3个二级反应描述,通过动力学参数拟合计算结果得出炼焦煤尾煤热解反应活化能为54.7~131.1 kJ/mol。     

不同煤化程度煤的热解及氮的释放行为

采用热重-红外-质谱联用技术（TG-IR-MS）,对4种不同煤化程度的煤进行热解实验,实时记录了煤在30~1 100 ℃,以10 ℃/min升温速率、氦气气氛下热解过程中的质量变化和生成气体成分。研究结果表明：随着热解温度的升高,煤中逐渐释放出氮化物,如HCN,NH3等。不同煤化程度的煤具有不同的N释放行为。气煤、焦煤、1/3焦煤等主要以NH3与HCN两种形式释放,无烟煤热解时主要是以NH3形式释放。煤热解释放的HCN和NH3来源于不同的氮。 HCN可能主要来源于煤分子边缘的五元环吡咯氮和六元环吡啶氮,而NH3主要来源于煤分子内部的季氮。NH3的释放经历了2个阶段:低温（550 ℃）阶段为煤中挥发分的初级热解产物;高温（750~850 ℃）阶段为煤中挥发分的二次热解产物。     

煤中有害元素的迁移研究进展

我国对煤中微量元素迁移的研究起步较晚,但取得了序列有价值的信息.首先对煤炭洗选、燃烧、热解、气化等加工过程中微量元素迁移的国内外研究现状进行了综述,再次从地球化学角度,描述了煤中微量元素的含量分布,总结了不同过程中微量元素的形态、分布及迁移特性,阐明了微量元素转变机理,探讨了煤转化过程中有害微量元素迁移的若干研究方向.对煤中潜在有害微量元素在煤炭洗选、燃烧、热解、气化过程中的迁移规律与环境效应进展进行了深入的研究.     

煤热解过程中氯的脱除研究

氯是煤中对环境有严重危害的微量有害元素之一。研究煤中氯的释放特性对于煤中氯的脱除和控制具有重要意义。文中测定了煤中氯在不同的煤热解温度下的脱除率，探讨了氯在热解过程中的析出规律。结果表明，煤中氯随温度的析出均符合S型函数关系；不同煤种，氯的析出温度区间不同；当热解温度为1000℃时，煤中氯基本脱除。     

煤中某些伴生金属元素的综合利用指标探讨

随着煤炭综合开发利用的增加,急需确定煤中大部分伴生元素综合回收利用的品位和边界品位,以便在煤炭勘探阶段采取综合评价措施,降低勘探成本。参照《矿产工业要求参考手册》中各类元素的工业品位和边界品位,世界煤中微量元素平均含量,以及根据国家各项技术经济政策和市场要求,综合考虑给出原煤中部分伴生微量元素综合回收利用指标,建议锂、铀、钍和稀土的综合回收利用指标分别应该为120,40,150和300 mg/kg。     

前孙家-洼孙家断裂南段岩石微量元素和稀土元素特征

通过对前孙家矿区和金华山矿区岩石微量元素与稀土元素地球化学的研究,认为两矿区重稀土元素与成矿关系密切,绢英岩化蚀变晚于钾化蚀变,与金元素相关的亲硫元素是蚀变活化过程中带入的元素。研究成果对追溯本区域成矿物质来源及进一步找矿具有指导意义。     

河北平原区泥岩的稀土元素地球化学特征

为了查明河北平原区二叠纪泥岩中稀土元素的特征、来源及其地质意义,应用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对河北平原区32个泥岩样品的稀土及微量元素进行测试,全面分析了稀土元素、地球化学参数、空间分布规律及分布模式。研究表明:河北平原区泥岩稀土元素相对富集,太原组泥岩中的稀土元素明显低于山西组;稀土元素与Be,Sc,Ti,V,Co,Zn,Nb,Th,Hf,Ta等亲石元素相关性好,反映了研究区泥岩稀土元素主要来自于陆源碎屑;沉积速率、稀土元素及微量元素比值(∑REE,(La/Yb)_N,La/Sm等)在太原组-山西组分界层面上存在较明显的突变现象,是太原组沉积后华北板块构造抬升的直接反映。     

渝东北地区页岩的稀土元素地球化学特征

为了查明渝东北城口—巫溪地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩中稀土元素的特征、来源及其地质意义,应用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对渝东北城口明中地区11件页岩样品的稀土元素及微量元素进行测试,结合前人所测巫溪田坝地区12件稀土、微量元素测试分析结果,全面分析了稀土元素、地球化学参数、空间分布规律及分布模式。研究表明:渝东北城口—巫溪地区页岩稀土元素相对亏损,五峰组页岩中的稀土元素略低于龙马溪组;稀土元素总量∑REE与Sc,Ti,Cr,Zn,Zr,Nb,Th,Hf,Ta等大离子亲石元素元素呈明显正相关,反映了研究区页岩中稀土元素的来源主要为陆源碎屑;在五峰组页岩早期沉积速率、稀土元素及微量元素比值的突变界面,可能是都匀运动(加里东运动第2幕)的影响范围延伸至该地区所出现的沉积响应。     

Study of trace elements in coal and mining wastes and its significance in China

In the world energy about 26% of all was dedved from coal combustion. Nearly 80% of the electricity produced in China is generated from coal. Coal will play the most important role in the coming 50 years as the past century in China. However one consequentially of the mining and combustion of coal is the mobilization of trace elements, especially trace metals, which have environmental and human health significance. Information on concentrations and distributions of potentially toxic elements in coal, and information On the modes of occurrence of these elements and the relations of the minerals in coal can help to predict the behavior of the potentially toxic trace metals dudng cleaning, combustion, weathering, and leaching.     

COREX炼铁工艺用煤的热解特性及气体生成规律

采用热重质谱联用分析技术研究COREX炼铁工艺用煤的热解特性及热解气体产物的生成规律,并且结合COREX熔融气化炉炉内条件考察煤种、升温速率、CO气氛等因素对煤热解行为的影响。研究结果表明：兴隆庄煤和大同煤具有相似的热解特性及气体释放规律,其中煤阶较低的兴隆庄煤热解的质量变化速率大于大同煤。升温速率越大,煤热解的质量变化速率越大,然而对煤热解的最终质量分数影响不大;气体组分的释放速率随升温速率的增大而增大,并且最大释放速率所对应的温度向低温偏移;CO气氛使煤的热解最大质量变化速率降低,同时使二次裂解反应滞后。     

西山煤田马兰矿区8号煤及其夹矸的微量与稀土元素地球化学特征

运用X射线衍射分析(XRD)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)及常规化学分析方法对马兰8号煤顶板、煤样、夹矸及黄铁矿结核中的矿物组成、微量与稀土元素及常量元素等地球化学特征进行了分析。结果表明,与美国大部分煤、中国大部分煤及华北石炭二叠纪煤对比：煤样中富集Li、Zn、Ga、Sr、Hf、U、Zr、W、Sn和REEs等元素;顶板样品中富集V、Cr、Zn、Rb、Cs、Sr、Hf、U、Zr、W、Tl、Pb、Ni和REEs等元素;夹矸中富集Li、V、Cu、Ga、Sr、Ba、Hf、Th、U、Zr、Sn、W、Pb和REEs等元素;黄铁矿结核中富集Cr、Cu、As、Se、Cd、Sb、W、Tl和Pb等元素,其中有害微量元素V、Cr、Ni、Cu、Zn、As、Se、Ba、Th、Cd、Sn、Sb、Tl和Pb主要分布在黄铁矿结核、顶板及夹矸中。稀土元素分布模式表明,煤层稀土元素主要来源于陆源碎屑,同时受海水的影响,不同分层受海水影响程度不同。稀土元素含量与灰分产率的相关性分析,以及与Al和Si等造岩元素含量的聚类分析表明,马兰8号煤层稀土元素主要赋存于黏土矿物之中。     

低温热解对低阶煤表面疏水性的影响机制及半焦可浮性分析

低阶煤泥表面疏水性差,难以通过常规浮选实现高效分选提质。此外,低阶煤与氧气反应活性高,易发生自燃,但由于煤层或煤堆内部氧气含量低,其主要还是以受高温烘烤作用(类似于低温热解环境氛围)为主,而低温热解转化已逐渐成为低阶煤高效利用的途径之一。因此,探究低温热解对低阶煤表面疏水性的影响,并揭示热解固体产物半焦的可浮性变化规律,对低阶煤的高效合理利用具有指导意义。以不黏煤为研究对象,采用热重分析仪(TGA)描绘煤样热解过程中的失重特性;气相/液相色谱(GC/LC)检测热解过程中挥发性产物的组成;X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)表征热解前后煤样表面官能团和微观形貌的变化规律;诱导时间测定仪和单元浮选试验分析煤样热解前后疏水性和可浮性的变化情况。结果表明:煤样经低温热解后失重明显,大量挥发性组分(氢气、甲烷等气态产物,苯酚为主的液态产物)逸出,直接导致煤表面亲水性含氧官能团含量相对减少,疏水性官能团含量相对增加;热解半焦表面孔隙、裂痕显著增加,粗糙度增大;与原煤相比,热解半焦诱导时间显著缩短,浮选产率明显增高。低温热解增强了不黏煤表面的疏水性,提升了浮选回收率,从而促进了低阶煤"低温热解转化-半焦浮选提质"联合工艺的发展。     

内蒙古白音华煤田煤中微量元素分布特征

为研究煤中微量元素含量及分布特征,在白音华煤田开展了煤中微量元素测试分析。对白音华煤田4个矿区、3个层位所采集的50多件样品的微量元素进行测试分析,重点研究了各矿区煤炭中煤的显微组分特征、煤中F,Cl,As等有害微量元素分布特征、Sb,Ag,Ge,Be,Co等24种微量元素的富集程度分析,并对煤中锗的赋存状态及成煤环境进行了分析。结果表明：白音华煤田煤中As的含量较高,属超高砷煤;白音华煤田二矿煤中Co,Cr,Ge,Ca,Li,V,La,Ce,Nd,Th,U等微量元素富集明显,其中Ge,Ga含量均发现多处已达工业品味;白音华煤田煤中锗被有机质束缚,锗元素在还原性环境下易于富集;由白音煤田煤中硼的示踪物源及指示沉积环境可推定,成煤环境为淡水-半咸水沉积环境。