煤炭中汞含量 毕业论文.docx

毕业论文题 目：淮南煤田煤中Hg含量以及分布研究 学生姓名： 刘士伟 学生学号： 069070724 系 别： 生命科学系 专 业： 生物科学 届 别： 2010 指导教师： 刘天骄 目录摘要（1）Abstract（1）1 绪论（2）1.1 选题背景（2）1.2 国内外研究现状（3）1.2.1 煤中汞含量的研究（3）1.2.2 煤中汞的赋存状态的研究（3）1.2.3 燃煤引起的汞的环境污染研究（4）1.3 研究内容和思路（5）1.3.1 研究内容（5）1.3.2 完成的研究工作量（5）2 淮南煤田概况（5）2.1 位置、交通与自然地理（5）2.2 区域地质概况（7）2.2.1 煤层（7）3 淮南煤中汞的分布（8）3.1 汞含量的测试（8）3.1.1 样品采集及处理（8）3.1.2 测试方法（9）3.1.3 测试结果（10）3.2 结果分析（10）4 结论（12）参考文献（13）致谢（14）- 15 -淮南师范学院2010届本科毕业论文淮南煤田煤中Hg含量以及分布研究学生：刘士伟指导教师：刘天骄淮南师范学院 生命科学系摘 要: 本实验系统采集了淮南7个煤矿不同煤层中的27个煤样，采用美国Leco公司的“AMA254汞分析仪”测定所采集到的煤样中汞的含量。测试结果为：淮南煤田煤中汞的含量范围为0.17830.3721（ug/g），处于中国煤中汞的含量范围之内(0.010.5 ug/g)；其算数平均值为0.2791（ug/g），高于华北石炭二叠系算数平均值 ( 0.17 ug/g)和中国煤中汞的算数平均值( 0.10 ug/g)。结果表明淮南煤中的汞含量处于国内外多数煤中汞的一般含量范围之内，没有出现汞的异常富集现象。不同成煤期煤层中汞的含量有较大差别，由大到小依次为：上石盒子组、下石盒子组、山西组。关键词: 淮南煤田；煤；汞；分布特征Distribution characteristics of mercury in coal from Huainan coalfieldStudent：Liu shi weiInstructor：Liu tian jiao Department of life sciences, Huainan Normal UniversityAbstract: This experimental system has seven coal mine in different seam 27 u.s. coal-like, Leco Corporation "AMA mercury analysis instrument" to which the determination of the acquisition of mercury from coal-like content. Analysis results show: Huainan coal mercury content in the range of 0.1783 0.3721 (ug/g), in China's coal mercury content in scope (0.01 0.5 ug/g); its arithmetic mean 0.2791 (ug/g), Above the North Carboniferous-Permian arithmetic average (0.17 ug/g) and China coal arithmetic averages in mercury (0.10 ug/g).Results indicate that Huainan coal in the mercury content in most of the coal and abroad in mercury falls within the scope of the General content, no mercury exception enrichment Different coal seams in the period of mercury have greater differences, ascending order: on shihezi, shihezi, Shanxi group. Key word: Huainan coalfield;Coal;Mercury;Distribution characteristics1 绪 论1.1选题背景汞是低熔点、低沸点、对人体有害的元素。大量汞通过干湿沉降污染水体,而生物甲基化反应后形成剧毒的甲基汞(MeHg)1-2 ,在鱼类和其他生物体内富集后又会进入人体,对人类造成极大的危害。一些研究3-4认为，近几十年来全球大气中汞浓度的增加，主要是煤的消费大量增长所造成的，汞目前已经成为煤中潜在毒害微量元素中最受关注的元素之一。尽管汞在煤中的浓度很低，但是由于全球煤炭的消耗量巨大，因此燃煤释放的汞是大气中汞的最重要来源5。由于人为的排放，全球大气中的汞沉积已经高于工业革命前的3倍6-9。煤的大量燃烧,全世界每年从燃煤中逸出的汞总量达到3000t 以上10。中国的煤炭产量占世界的37% ，是世界第一产煤大国，我国是以煤炭为主要一次能源的国家，能源结构中燃煤的比例高达75%。我国的汞污染特点与我国的能源结构密切相关，汞污染已从20世纪70年代的点源污染转变为今天的面源污燃煤释放的汞已经成为我国汞污染的主要来源11 。据不完全统计，仅贵州一个省每年由燃煤所排放的汞量达600t12。从已有的有关燃煤所引起的环境汞污染研究结果13-14可以看出，为能够准确掌握燃煤向大气中释放的总汞量，必须通过研究弄清煤中汞的分布特性以及赋存状态，这样才能够选择合理的处理方法，在燃煤前、燃煤过程中或是燃烧后将汞有效地脱除，减轻燃煤排放的汞对环境的污染。淮南作为能源城市，具有丰富的煤炭资源，在开发利用过程中不可避免的对环境造成了污染，因此对淮南煤田中汞含量及分布状况的研究，对减少环境中的汞污染具有重要意义。1.2国内外研究现状1.2.1煤中汞含量的研究国外对煤中汞的研究较早，1934年Stock和Cucuel首次从德国的煤和煤烟中检测出汞的含量分别为0.022 mgkg和28 mgkg15。中国对煤中汞的研究起步相对较晚，真正重视煤中汞的研究始于上个世纪80年代中期，特别上个世纪90年代，一些学者对中国煤中汞的含量进行过统计分析，并取得了一定的认识。任德贻等近期统计了中国1 413个煤样品中汞的含量，计算出中国煤中汞的平均值为0.195 mgkg，和美国煤中汞的均值(0.17 mgkg)接近16。张军营等对中国990个煤样品的统计结果表明，煤中汞的平均值为0.158mgkg，高于世界煤中汞的平均值(0.1 mgkg)，但低于美国煤中汞的平均值0.17 mgkg17。唐修义等对中国1458个煤样品中汞的资料的统计结果认为，大多数煤中汞的含量为0.01 0.5 mgkg，平均值为0.10 mgkg，这一结果与世界煤中汞的平均值相同18。1.2.2煤中汞的赋存状态的研究由于煤中汞的含量甚微,一般情况下煤中Hg的含量小于500 ngg19又易挥发，故对其赋存状态的研究比较困难。煤中汞的赋存状态决定汞在表生环境和加工利用过程中可能的运移和转化，是评价煤中汞的环境效应的基础。大多数的汞存在于辰砂、方铅矿和闪锌矿，尤其是黄铁矿在内的硫化物中。煤中Hg具有多种赋存状态，它的主要赋存状态为水溶态、离子交换态、有机结合态、碳酸盐结合态、硅酸盐结合态和硫化物结合态20，而且在不同的煤中变化大。冯新斌等21 采用逐级化学提取方法分析煤中汞的赋存状态发现，水溶态、离子交换态、碳酸盐及有机结合态的含量都很低，煤中83%的汞赋存与被硝酸浸取的物相中，主要是黄铁矿，即大部分的Hg以硫化物结合态赋存。所以黄铁矿是煤中最普遍的Hg的载体 ，黄铁矿中的Hg大部分以固溶态形式存在，尤其是对于后生成的黄铁矿。尽管众多的研究显示煤中的汞主要以固溶态赋存于煤中的黄铁矿中，煤中其他硫化物或硒化物中也可能含汞18。但大量事实说明汞与有机质存在着很大的关联。Yudovich and Ketris(2005)认为煤中汞主要以粘土结合态、有机结合态和硫化物结合态等其他形式赋存。我国是产煤和用煤大国，由于煤种多、成煤时代长以及成煤环境差异大， 煤中汞的赋存状态非常复杂。广泛深入的研究煤中汞的赋存状态，对正确控制和评价煤利用过程中汞的释放和环境效应具有重要意义。1.2.3燃煤引起的汞的环境污染研究对于生物来说，汞是一种剧毒元素。汞的毒害作用主要表现在阻碍人和动物的正常代谢机能，特别是甲基汞，通过生物体表、呼吸道或经口腔通过肠道吸收，在大脑感觉区、运动区蓄积，造成对神经系统的损害22。汞还参与生物圈循环的化学转化，导致全球严重污染。汞具有挥发性，在煤中主要以固溶物分布于黄铁矿中，也可能有部分微细的独立汞矿物分布于黄铁矿和有机组分中23-24。煤的燃烧将汞排人大气，再沉降到地面，这是煤中汞进入环境的主要渠道。煤中汞在燃烧过程中，达150时开始挥发，大部分的汞随烟气进入大气。汞在煤飞灰中也有富集，粒径小于0.125nm的飞灰可以富集90以上的汞。进入大气的汞通过干沉积和湿沉降转移进入水体、土壤等环境要素中，而由炉灰(渣)、冲灰水排放进入环境中的汞，其中的零价汞比重大，不易溶于水，在排放处沉淀下来。二价汞离子在迁移过程中，在微生物作用下可被甲基化，生成甲基汞和二甲基汞。它们可富集于藻类、鱼类和其它水生物中，而二甲基汞可挥发进入大气，大气中的二甲基汞易在酸性条件和紫外线作用下分解转化为游离价汞，随降雨沉降下来24，对环境造成严重污染。考虑到今后中国对煤炭资源长期依赖性，对燃煤过程中汞的排放量的限制将是发展洁净煤技术和环境保护的重要内容之一。1.3 研究内容和思路1.3.1研究内容1通过收集大量的研究资料，了解国内外煤中汞含量概况。2. 对淮南部分煤矿进行采样并测定煤中汞元素的含量。 3. 对淮南煤田中汞含量以及分布特征进行分析。1.3.2完成的研究工作量表1 研究工作量一览表项目内容或目的数量备注样品采集采用刻槽采样法进行样品采集27淮南矿区各主要矿井样品处理样品混均、磨碎、筛分27淮南矿业集团煤质中心化验室汞元素分析测定样品中汞元素的含量27安徽理工大学地球与环境学院环境监测实验室2 淮南煤田概况2.1位置、交通与自然地理淮南煤田位于北纬27°40'分界线以北安徽省淮北平原南部、淮河中游两岸。其地理位置为东经115°50'117°45'，北纬32°25'33°10'。东起郯庐断裂，西至阜阳、北抵明龙山、上窑一带，南止舜耕山、八公山。跨凤台、颖上、利辛、阜阳、淮南等县市。以淮河为界，淮河以北为潘谢矿区、淮河以南为淮南矿区。淮南煤田位于江淮丘陵与淮海平原的交界面、地貌类型兼有平原和丘陵的特点，总地势为西高东低，南高北低。淮河及其支流由西(北)向东(南)流迳矿区，沿河两岸为低洼河谷平原。淮河以北为黄淮海平原的一部分，海拨大都在2126m之间，有大平小不平的地貌特点。淮河以南为江淮丘陵的北缘，海拔25241m，地貌为丘、岗相间。本区交通方便，铁路有淮南和阜淮线。等经过境内,公路运输四通八达，淮河四季可通航，详见图1。图1 淮南煤矿井田分布图淮南矿区煤炭储量丰富，地理位置优越，现已探明煤炭储量300多亿吨，其中以-1200米为界，探明储量为175亿吨，是以1/3焦煤为主的多煤种优质煤和动力煤，具有低硫、高挥发分、高发热量、高灰熔点等优点。在大地构造上，淮南矿区隶属于华北陆台之南缘，淮南一豫西凹陷带之东翼。在地质构造上属淮南复向斜的组成部分(见图2)。图2 淮南煤田地质构造图2.2 区域地质概况2.2.1煤层 淮南煤田位于安徽省中北部，以淮南市为主体，东部伸入滁县地区，西部延展到阜阳附近，平面呈北西西向长椭圆状，长约100km，宽度2030km，面积2500km。淮南煤田为石炭二叠纪煤系，包括：晚石炭世本溪组、太原组，早二叠世山西组及下石盒子组和晚二叠世上石盒子组。主要含煤地层为二叠纪上石盒子组、下石盒子组和山西组，石炭纪地层基本不含可采煤层。淮南煤田为一轴向北西西的复向斜构造，主要由上古生界组成，下古生界位于煤田南、北两侧，煤田普遍被第四系覆盖。煤田南、北边缘有低角度走向逆断层发育，造成下古生界几度逆覆于上古生界之上。在复向斜中，有一组北东向的正断层发育，将上古生界切割成阶梯状块段。石炭二叠纪煤系广泛赋存于复向斜中，并往往形成次一级褶皱。燕山期岩浆活动多以小型细晶岩、煌斑岩岩脉、岩床侵入煤系，对煤层局部有影响。煤系地层的沉积环境为多旋回的近海型三角洲相，煤层多，层间距小，总厚度为960m左右。石炭系含煤110层，大部分不可采且不稳定，仅局部地区中下部煤层稍厚(在临界可采厚度左右)。二叠系的山西组、下石盒子组和上石盒子组为本煤田主要含煤地层，共含煤36层，总厚度为41.68m，含煤系数为4.34%，有稳定可采煤层、较稳定可采煤层等共18层，可采煤层厚度为31.53m。其中：稳定煤层三层，分别是8、11-2、13-1煤层，全区可采；较稳定煤层七层，分别是1、3，4-1、4-2、5-1、6-1、7-1煤层，局部不可采；不稳定煤层八层，分别是6-2、7-2、10、11-1、14、15、16-1、16-2煤层，局部可采；其它均为极不稳定煤层。上石炭太原组厚约115125m，平均120m，含煤710层，合计厚度为4.75m，含煤系数3.98，均为极不稳定的薄煤层，不可采。3 淮南煤中汞的分布3.1 汞的测试3.1.1 样品采集及处理本次研究工作在淮南矿区的李一矿、谢一矿、新庄孜矿、李咀孜矿、潘一矿、谢桥矿和顾桥矿井下对目前正在开采的煤层进行了样品的采集，共采集原煤样27个。采样方法为井下剖面自上而下刻槽取样，每个样品代表整个煤层。将样品干燥、粉碎、研磨，过200目筛后，密封于小玻璃瓶中避光保存。3.1.2 测试方法图3 AMA254汞分析仪本次工作对煤样里的汞元素进行分析，所用仪器为美国LECO公司的AMA254汞分析仪。该测汞仪可在5分钟内直接自动测定固体中的汞含量，所需样品含量100mg，探测器采用硅树脂紫外二极管，检测范围为5ppb-5ppm，检测精度为2.5ppb或者5RSD，不需任何样品前处理过程（酸消解等）。它完全消除了样品前处理带来的处理时间长、样品处理不完全以及处理过程中产生的样品挥发等问题，实现了干净、准确、快捷的分析过程。3.1.3 测试结果淮南煤田不同矿井采集的27件原煤煤样汞含量测定结果如表2 所示。测试结果显示,各煤矿煤中汞含量的算术平均值最大为0.3721（ug/g） ,最小为0.1783（ug/g） ,汞含量的算术平均值为0.2791（ug/g）。表2 淮南不同矿井煤样品中汞含量的算术平均值（ug/g）产地样品数汞含量范围各矿井煤中汞含量平均值淮南煤田煤中汞含量平均值李一矿40.05860.40270.19290.2791谢一矿60.03940.55250.2994新庄孜矿40.29620.51630.3721李咀孜矿50.17260.49330.2687潘一矿30.14640.2160.1783顾桥矿20.30460.43910.3719谢桥矿30.21940.30010.28593.2 结果分析1.平面分布特征：将研究区煤中的汞在含量水平、含量分布范围、含量的平均值上和华北地区、华南地区及全国煤进行比较（表3）可以发现，淮南矿区煤中汞的含量有以下分布特点：（1）、淮南煤中汞的含量范围与华北和全国相比较，绝大多数值在其范围之内，但有高含量值的出现，研究区煤层煤中汞元素的含量变化范围较大，有的超过一个数量级；（2）、由于各井田煤层受到的具体地质因素影响不同，煤中的汞元素在不同井田中的分布会有较大的差异。本文所研究的汞元素在研究区不同井田的平均含量见表2。可以看出，汞元素在不同井田中的含量有一定变化，总的看来新庄孜矿、谢一矿、顾桥矿、和谢桥矿的煤中汞的含量较高，而李一矿、潘一矿和李咀孜矿煤中汞的含量较低。表3 华北、华南及中国煤中汞的丰度18（ug/g）地区样品数范围算数平均值淮南270.17830.37210.2791华北2470.010.50.17华南2280.010.70.17全国14580.010.50.102.垂向分布特征：在不同成煤地质年代中，淮南煤中汞的含量是有区别的（表4）。根据不同成煤时代煤中汞的算数平均值可看出有以下变化趋势：上石盒子中的>下石盒子中的>山西组中的。表4 淮南不同煤层煤样品中汞含量的算术平均值（ug/g）煤层样品数汞含量范围算术平均值山西组120.03940.17260.1225310.1556下石盒子组420.07370.20590.2225620.29620.4027730.05860.3341830.23640.3417910.20891010.0654上石盒子组1150.17260.55250.35401350.21600.49331520.26270.4032图5 淮南不同煤层煤样品中汞含量的算术平均值箱式图（ug/g）4 结论（1）淮南煤中汞含量处于我国煤中汞的地球化学背景值范围之内,但平均值略大于全国煤中汞含量平均值。我国煤中汞的地球化学背景值范围是0. 10. 5ug/g,全国煤中汞含量算术平均值是0. 10ug/g。根据本文27件样品测试结果,只有2件样品汞含量测值大于0. 5ug/g ，谢一矿和新庄孜矿11煤层样品中汞含量分别为0.5525ug/g、0.5163ug/g。现有大部分样品的测量值表明,淮南煤中汞含量处于我国煤中汞的地球化学背景值范围之内(汞含量低于0. 5 ug/g) 。但27 件样品汞含量的算术平均值为0.2791ug/g，这个汞含量的平均值高于华北石炭二叠系算数平均值 ( 0.17 ug/g)和中国煤中汞的算数平均值( 0.10 ug/g)。（2）在不同成煤地质年代中，煤中汞的含量不同，其中上石盒子中煤中的汞含量最高，平均值为0.3540ug/g，下石盒子组次之，山西组最低。参考文献：1Gilmour C，Henry E A，Mitchell RSulfate Stimulation of Mercury Methylation in FreshWater SedimentsJEnvironmental ScienceTechnology，1992，5(11)：2281-2287.2Ullrieh 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