第5期
煤质技术
2019年9月
黄陵矿区煤中部分有害微量元素分布特征研究
(,陕西西安 7西安)1.国家煤炭质量监督检验中心(10054;
)2.陕西省能源质量监督检验所,陕西西安 710054
2222
,倪 峰1,,刘 雅1,,魏 宁1,赵 静1,
摘 要:结合黄陵矿区地质情况及其矿区煤的有害微量元素赋存形式,运用国标分析方法对黄陵矿
区一号矿、二号矿、红石岩矿、集贤矿、建庄矿、建新矿、金咀沟矿、沙场沟矿等12个矿的61个样品进行磷、砷、氯、汞的测定。依据样品中磷、砷、氯、汞含量的归一化结果,绘制黄陵矿区部分有害微量元素的空间分布图并与全国煤中均值进行比对,分析黄陵矿区有害微量元素含量特征。研究发现:黄陵矿区磷含量较全国明显偏高,可通过洗选降低磷元素对环境的影响;氯含量相对全国水平较低,砷、汞远低于全国大多数煤样的平均水平,即煤中氯、砷、汞对当地环境影响较小。关键词:黄陵矿区;有害微量元素;分布特征;赋存形式;归一化;空间分布图;磷;砷
)0中图分类号:TD82 文献标志码:A 文章编号:1007-7677(20195-0009-04
Distributioncharacteristicsdiscussiononsomeharmfultrace
elementsinHuanlinininreacoalggmga
12121212
,WEZHAOJinIFenIUYaINing,Ng,Lg
,
,
,
,
,a,,,thephoshorusrsenicchlorineandmercurthesatialdistributionmafsomeoftheharmfultraceelementswasdrawnpyppo
,andthecomarisonwiththeaveraevalueofChinawasdonetheharmfulelementscontentcharacteristicswereanalzed.Thepgy:,resultsshowthatthephoshoruscontentishiherobviouslomaredwiththeaveraevalueofChinatheprearationofcoalpgycpgp
;canreducetheeffectofphoshorusonenvironmentchlorineisrelativellow,arsenicandmercurremuchlowerthanChinesepyya,,,acoalaveraelevelthereforethechlorinersenicandmercuravesmallimactonlocalenvironment.gyhp
:H;h;d;o;tKeordsuanlinoalfieldarmfultraceelementsistributioncharacteristicsccurrenceform;renormalizationheggcyw;p;asatialdistributionmahoshorusrsenicppp
,N,H,J,J,HuanlinoalfieldsuchasNo.1coalmineo.2coalmineonshiancoalmineixiancoalmineianzhuanoalmineggcgygc
,,SJianxincoalmineJinuoucoalminehachanoucoalmineandsoonwereanalzed.Basedontherenormalizationresultsofjgggy
:C,a,AbstractombininiththegeoloicalconditionofHuanlinoalfieldndtheharmfultraceelementsoccurrenceformsgwgggc
,t,a,cusinationalstandardmethodhephoshorusrsenichlorineandmercurn61coalsamlesfrom12coalminesingnpyip
(,X1.NationalCoalQualituervisionandInsectionCenter(Xi'an)i'an 710054,China;ySpp2.ShanxiEneresourcesQualituervisionandInsectionInstitute,Xi'an 710054,China)gyRySpp0 引 言
煤炭作为主要能源被人们广泛地应用于发电、取暖及其他工业制造中,为人们的生活提供了诸多方便,但随着社会经济的发展,煤炭在开采、洗选、储藏、运输、燃烧过程中对环境造成的影响日益得到重视,治污减霾成了环境治理的重中之重。其中煤中有害微量元素是煤炭开发利用过程中的主要污染物,有的渗入土壤从而损害土壤功能、污染水质;有的以气体和粉尘的形式释放到大气中从而
]1-14
。污染空气、破坏生态环境[
害元素的含量及分布情况对煤炭开采、资源评价、环境保护及研究煤的地质成因具有重要的理论和现实意义。
1 黄陵矿区地质情况
黄陵矿区位于陕西省西北部,地处延安市南部,东靠洛川、西接彬长矿区和甘肃正宁、南邻宜
]15
。矿区内煤炭资君、北交富县,区内交通便利[
源丰富,资源总面积1000km2,现已探明地质储,其为陕西省四大煤田之一,目前矿区年原煤生t
产能力1500万t以上。
含煤地层主要是侏罗系延安组,其为一套陆相碎屑含煤岩系,含煤4层,自上而下编为0号、1号、2号、3号煤层;2号煤层为该矿区的主采煤层,一般厚2.0m,最厚处7.6m。
9
,,量2可采储量2新查清储量17.3亿t1.8亿t0亿
陕西省是我国煤炭生产、销售和使用的重要阵
地,而黄陵矿区煤炭储量丰富,为陕西省重点矿区。因此,研究黄陵矿区煤中磷、砷、氯、汞等有
基金项目:国家质量监督检验检疫总局科技计划资助项目
()2016QK105
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2 有害微量元素的赋存形式概述
煤中氯既存在有机态,又有无机态。无机态的氯主要包括含氯的矿物、煤孔隙水中的氯、离子吸
]16
。附态的氯、类质同象进入矿物晶格中的氯[
量、煤层及煤种等多方面因素采集(2~12)个样
/品不等,并按照G煤样的制备方BT474—2008《法》制备煤样,得到<0.2mm分析样品61个。
黄陵矿区各主要矿井分布如图1所示。
尽管磷与有机质有高度的亲和性,但煤中磷主
]17
。煤中磷虽包括有机和要存在于磷酸盐矿物中[
无机2种形态,而更多的存在形态为无机磷;无机磷大多含于氟磷灰石中,与方解石也有密切的共生
18]
。关系[
19]
,煤中砷主要为无机态、有机态结合的砷[
主要以砷的硫化物为主,并常与黄铁矿等矿物伴生。煤中砷的来源和富集主要以陆源母岩、成煤植物、沉积环境和构造裂隙—热液作用等为主的多种因素综合影响的结果。
20]
。有学者认为煤中汞与硫关系密切,主确测量[
]21-24
,其余则以碳酸盐和要以黄铁矿结合态存在[
由于煤中汞含量较低,所以其赋存状态很难精
3.2 测定方法
/采用G煤中磷的测定方法》BT216—2003《/采用G煤中砷的测定方法》中BT3058—2008《/煤中氯的测定方法》中艾士卡GBT3558—2014《
混合剂熔样-硫氰酸钾滴定法(方法B)对氯含量进行测定;采用A直接燃烧S6722—2011《分析法测量煤和煤燃烧残余物中总汞量的标准试验方法》对汞含量进行测定。
3.3 测试结果
根据上述方法对所采集的61个煤样进行检测分析,黄陵矿区煤中有害微量元素含量见表1。
/%CldClmin
-1)/(·gHggdμ
图1 黄陵矿区各主要矿井分布
中方法A(称取灰样法)进行煤中磷含量的测定;砷钼蓝分光光度法对煤中砷含量进行测定;采用
氧化物形式存在。
3 样品的采集与制备及测试结果
3.1 样品的采集与制备
/根据黄陵矿区的主要煤矿分布,按照GBT
煤层煤样采取方法》对黄陵矿区的黄482—2008《建新矿、金咀沟矿、沙场沟矿等12个矿井进行系统采样,共计采取样品61个。每个煤矿根据产煤
/%PdPmin
-1)/(·gAsgdμ
陵一号矿、二号矿、红石岩矿、集贤矿、建庄矿、
表1 黄陵矿区煤中有害微量元素含量
矿井
样本数/个96731224323
Pmax0.1480.0770.0360.0800.1230.1430.1480.1200.0540.0750.0990.131
AM0.0970.0740.0310.0740.1210.1200.1260.1140.0430.0750.0940.113
Asmax42545210097
Asmin002232213024
AM223443326066
Clmax0.1400.1270.1460.0690.0810.0740.0950.0590.0730.0400.0710.094
AM0.00.0870.1300.0600.0720.0720.0580.0540.0620.0310.0540.072
HgmaxHgminAM
黄陵一号矿黄陵二号矿建新矿建庄矿南川一号矿南川二号矿红石岩矿车村二号矿沙场沟煤矿瑞能煤业金咀沟煤矿集贤煤矿
0.0160.0670.0150.0580.1190.0980.1150.1070.0340.0750.0900.095
0.0510.0600.1130.0510.0630.0690.0300.0490.0450.0220.0380.049
0.0970.1450.1670.0980.0650.0830.0740.0490.1440.1190.1500.093
0.0200.0220.0490.0390.0600.0520.0210.0320.0620.0970.0800.036
0.0520.0450.0860.0630.0620.0650.0420.0400.1100.1080.1150.0
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3.4 结果分析
根据各矿井有害微量元素含量的检测结果,将Clggy、Hgy分别为各微量元素归一化的结果。并将
/%Pd0.0970.0740.0310.0740.1210.1200.1260.1140.0430.0750.0940.113
Pgy0.0900.0680.0290.0680.1120.1110.1160.1050.0400.0690.0870.104
表1中各含量归一化,详见表2,其中Psgy、Agy、
3.5 黄陵矿区煤中有害微量元素的空间分布
根据表2数据,绘制黄陵矿区有害微量元素含量空间分布图,如图3所示。
/%Cld0.00.0870.130.06
Clgy0.1060.1030.1550.0710.0860.0860.0690.00.0740.0370.00.086
含量归一化结果绘制成柱状图,如图2所示。
表2 黄陵矿区各矿煤样中有害微量元素含量
矿井黄陵一号矿黄陵二号矿建新矿建庄矿南川一号矿南川二号矿红石岩矿车村二号矿沙场沟煤矿瑞能煤业金咀沟煤矿集贤煤矿
/(·g-1)Asgdμ
223443326066
Asgy0.0490.0490.0730.0980.0980.0730.0730.0490.1460.0000.1460.146
-1)/(·gHggdμ
Hggy0.0610.0530.1010.0740.0730.0760.0490.0470.1290.1270.1350.075
0.0520.0450.0860.0630.0620.0650.0420.0400.1100.1080.1150.0
0.0720.0720.0580.0540.0620.0310.0540.072
]25-28
,根据G/关研究[BT20475.1—2006可知,
建新煤矿、沙场沟煤矿的煤中磷含量相对较低,属
于低磷煤,其余10个煤矿的磷含量均属于中高磷/煤。根据GBT20475.2—2006,黄陵矿区各矿的煤中氯含量均小于0.150%,属于特低氯煤和低氯/煤。根据GBT20475.3—2012,黄陵矿区各矿的
/,属于特低砷煤和低砷煤中砷含量均小于25μgg
图2 黄陵矿区有害微量元素归一化
/煤。根据GBT20475.4—2012,黄陵矿区各矿的/,属于特低汞煤和煤中汞含量均小于0.250μgg
低汞煤。
5 结 论
煤中微量元素的含量及分布主要与泥炭集聚以及有机质与盆地流体、沉积成岩作用、火山岩共沉积作用等相关,所以在不同地域煤层的微量有害元素含量也不同。根据比对中国煤中微量元素平均含量,可得出以下结论:
()黄陵矿区磷含量较全国明显偏高,但磷的1
,可通过洗选的方洗选脱除率较高(达50%以上)法降低磷元素对环境的影响。
图3 黄陵矿区煤中有害微量元素含量空间分布
4 黄陵矿区有害微量元素含量特征分析
结果及归一化分析,结合煤中微量元素基本特征相
通过表1、表2中煤样有害微量元素检测数据
()黄陵矿区氯含量相对全国水平较低,主要2
通过煤炭燃烧前处理、燃烧中处理及燃烧后烟气处理等脱除方式进行煤中氯的脱除,脱除率最高可达95%以上。一般认为,当煤中氯质量分数大于0.3%时在燃烧过程中会腐蚀设备,在设备中产生
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结垢和堵塞,但当氯含量小于0.15%时,则对金0.15%,所以影响较小。
()黄陵矿区砷、汞含量远低于全国大多数煤3样的平均水平,所以矿区砷、汞微量有害元素对环境的影响较小。
参考文献:
[] 刘桂建,杨萍月,王桂梁.煤中微量元素在土壤环1
属腐蚀几乎无影响。黄陵矿区中的氯含量整体低于
[] 赵峰华.煤中有害微量元素分布赋存机制及燃煤产16
1997:53-58.
出淋滤实验研究[D].北京:中国矿业大学,
[] F17inkelmanRB.Modesofoccurrenceofpotentially
andGoodarziF,EncironmentalAsectsofTracep,1demicPublishers995:24-50.
:KElementsinCoal[C].DordrechtluwerAca-
:Shazardouselementsincoal[A].InwaineDJ
[] 许 琪,韩德馨,金奎励,等.煤中41种元素含
]境中的迁移[J].地球学报,2000,21(4):2427.
423-
[] 白云宝科技致富向导.煤中微量元素在土壤环境中的迁移[,2013(12):137-138.
J].[3
] 赵宏秀,张丽娜,王鑫焱环境的危害[J].煤质技术.浅谈煤中微量元素铅对,[4
] 马晶晶.煤焦化过程有害微量20元11(素的3):迁移60规-律62研.究[[5
] 郝玄文D].武汉:武汉科技大学,,郑刘根,刘2008:1-59.微量元素地 梦,等球化学特.淮南煤田深部煤中有害征[]A组报,[6] 袁晓鹰2019,25(242-250.
J.高校地质学):2现代矿业.进口煤炭中有害微量元素的风险评估[,J].[7
] 孙保平.黄陇201煤2(田1):侏罗1纪28煤-中130微.
量有害元素的相关性及赋存状态[J][8] 3郑2.
.能源与节能,2017(10):31-元素在煤及 旺,刘桂建,郑刘根其灰中的分布.淮北煤中特征[J].12种有害微量
地球与环境,
[9
] 2白洪杰005,3,3(樊景1):森2,7-段32飘.
飘,等有害微量元素迁移控制措施.煤加工利用过程中[):10
1J]2013(744-146.
.煤炭与化工,
[] 刘飞燕,朱志敏,沈存及开发利用[J]. 冰资源.我国煤中微量元素的赋开发与市场,(11
] 王学松5):46,7-秦468.
2006,22
[究进展[J] 勇.能.我国煤中微量元素赋存状态的研源环境保护,2003,17(4)
:[12
] 5杨.
3-煤中 珍,王金喜,姚文博,等有害微量元素特征[.宁武煤田大恒矿区(8):91-94.
J].煤炭技术,2018
[13
] 彭志龙行性研究.煤中微量元素赋存状态分子结构模拟的可[[14
] 高 政.金源煤矿J].山西煤炭,3号煤中微量元素的地球化学特2012(11):39-40.
征[[15
] 李攀D]峰,.邯郸:河北工程大学,马杨洋,王福国,等.2黄01陵9:矿1区-7煤岩及煤项特征分析[J].中国煤田地质24#.煤层,26(12):24-27.
2014,
12
量与煤岩组分和煤化程度的相关规律[业大学学报,19,刘桂19建90,):[] 郑刘根,砷的含量分布、赋C1存HO9(状态U3、Ch富e4n8集li-n
5,7.
J.中国矿等及环境.中国煤中意义[地球学报,2):3J]006(455-366.
.
[20
] 杨爱勇,严智操,惠润堂,等量、分布与赋存状态研究[.中国煤中汞的含科学技术与工程,
):[21] F20hi1an5,zakreldom15(uasenRB32lem.M93entsio-de1J]nso00cf.
.oaolc:curerveenlsceooffpcootnefindtieanllcy
[J].FuelProcessTechnology
l,1994(39):21-e
[22] G24ho.
IndiasnhSB,coalsD[JasM]C,ChoshB,naloefClalhe.MmicearlTeurey
cihnnology
,1994(1.)I:n2d3ia7nJ-2o4u0r.-
[23] QA.TuerorlX,aceelFeemrennatnsdienx-TcoaluarnideltJL,heirbeLhoap
veiozr-Sduroilnereombustioninalarg
epowerstation[J].Fuelg
,[24] D19ie9h5(lSF74):.G3o3l1dh-a3b4er3.
MB.HatchJR.Modesof
conocoacrlutsfrrehwrneocstmeoertfnAhemelaWrbacarumrriyaorFando[Ji]e.ldthIntBeelrtrancakractioWeenaalrlreJioomrBenturnaasilsionnCoalGeology
,2004(59):193-208.f
[25] CmoaltitnRerincWaoradl.Aseanmalsysi[saJ]n.dsIntieg
rnnifaitciaonncaeolJfmourinnaloeralCoalGeology,2002,50(1-4):135-168.f
[26
] 白向飞,李文华,陈亚飞,等分布基本特征[J].煤质技术,.中国煤中微量元素2007(1
):[27
] 王文峰,秦 勇,宋党育.煤中有害元素的洗选洁1-4.净潜势[-299.
J].燃料化学学报,2003,23(4):295
[28] 王向荣情报开发与经济.煤中氯的赋存形态及控制方法[,2007(465-166.
J].科技
):1 作者简介:赵 静(),女,陕西西安人,高级工程师,从事能源产品检测技术管理工作1982-。
(收稿日期:2019-05-16
)
