煤中汞迁移规律和赋存情况的试验研究

郭玉红

（山东省煤田地质局第五勘探队，山东 泰安 271000）

近年来汞污染越来越引起社会的重视，如何在用煤过程中脱除汞、固化转换汞的研究也越来越多，只有掌握和弄清煤中汞的分布特性以及赋存状态，才有可能设计和选择合理的处理方法，在燃煤前、过程中或是燃烧后将汞有效地脱除，最大程度减轻燃煤排放的汞对环境的污染。由于不同煤种、不同成煤时代以及成煤环境的差异，煤中汞的赋存状态非常复杂，从目前的一些研究成果看，均不具有普遍性。有的国内研究者认为煤中汞主要赋存在黄铁矿中，即大部分的汞以硫化物结合态赋存在煤中；国外有学者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。本文主要以本单位采集的全国各个重点产煤地区的不同含量的煤为分析对象，力求通过试验分析研究煤中汞的一些赋存共性与特性。

1 试验设计及过程

在充分考虑了煤的使用加工过程中的各种因素后，决定选择温度和粒度这两个煤炭加工都必须经过的变化因素作为设计目标，设计了两个试验方案。

1.1 方案一：温度迁移试验

目的：汞元素随着外部温度变化的流向规律研究

1.1.1 试验步骤

先从煤样中选出已知汞含量大于0.2 ug/g 的样品25 个，分别从室温开始升温，按设定的条件逐级进行。根据煤加热分解的一般规律，设置了5 个试验温度条件。

试验条件1：将选好的样品先做分析基水分测定（或者烘干），然后用测定后的煤样测汞含量。

试验条件2：将选好的样品放在通风良好的马弗炉中，逐步升温到210 ℃，停留30 min，待冷却后测定汞含量。

试验条件3：将选好的样品先放置在已升温至400 ℃、通风良好的马弗炉中，停留10 min 后快速取出，待冷却后测定汞含量。

试验条件4：将选好的样品先放置在已升温至500 ℃、通风良好的马弗炉中，停留30 min 后快速取出，待冷却后测定汞含量。

试验条件5：将选好的样品灰化后测定汞含量。

试验方案可检测获得5 种状态（试验条件）下煤（灰）中汞的含量，通过分析流失率，可以确定汞在煤不同温度下的析出情况。试验数据见表1。

1.1.2 数据处理

表1 汞含量高于0.2 ug/g 的样品、试验结果及相关数据处理

1.2 方案二：煤中汞粒度分布规律研究试验

目的：分析煤在自然力破坏情况下，汞在各个粒度级的分布规律。

1.2.1 样品选择

样品来源如表2 所示

表2 样品来源

1.2.2 试验步骤

（1）按照《煤样的制备方法》（GB 474-2008），将块煤在自然力作用下破碎筛分，直至全部通过13 mm 的筛孔，逐级筛分为试验所需要的粒度等级，然后制备成小于0.2 mm 的分析样品，以备使用。

（2） 按 照《 煤 中汞 的 测 定 方 法》（GB/T16659-2008）测量各分析样品中汞的含量。

1.2.3 试验数据

样品汞元素分析数据见表3、表4。

表3 粗粒度级样品汞元素分析数据

表4 细粒度级样品汞元素分析数据

2 试验结果分析

（1）从方案1 中，温度的5 个条件测试的三个表格和图像中可以看出，100 ℃以下汞完全没有流失，随着温度的升高汞逐步流失，200 ℃一般流失很少，但个别有达到50%（说明其汞盐赋存于结晶水或裂隙中），到500 ℃汞已基本流失，在灰渣中毫无残留。所以非常确定，煤中汞的析出温度为100～500 ℃。

这说明煤中汞的迁移受温度的影响非常大，随着温度的升高，由于结晶水和类似硫化物盐类的分解而流失，汞极易被排放到周围的空气中。

（2）在方案2 中，四种不同煤样的不同粒度的汞含量走势不一，大粒度的高低相差较大，共同的特点是小粒度中汞的分布一般比较平均。

虽然看似没有规律，但结合煤种各自的特点，可以得出结论：汞在煤中各粒度的含量高低与该粒度的孔隙率有关。如样品1 为气肥煤，中等变质程度，其汞含量随着粒度的减小（表面积的增大）而增大；又如3 号样品为1/3 焦煤，也为中等变质程度，但其13～6 mm 和6～3 mm 粒级孔隙较为发育，汞含量明显高于较小粒级（3～0.5 mm，＜ 0.5 mm）。

河南理工大学的刘高峰等人[1]对气肥煤和焦煤所做的试验证实，在进汞试验中，刚开始压力小时，汞先充满孔径大的超大孔，随着压力的升高，依次充满孔径相对较小的孔，直至饱和；而在退汞试验中，汞先从微小孔中退出，随着压力的降低，依次退出。因此，在自然状态下，各粒度的汞含量高低与该粒度的孔隙或裂隙发育程度正相关。

综合以上两个试验，得出如下综合结论：汞在煤中的赋存状态是按孔隙的大小分布的，并极易随着温度的升高而释出。

3 结语

“煤中汞的析出温度为100～500 ℃”意味着在工业利用中，可以在这个温度区间考虑回收或进行汞的吸收。对含汞量高的残渣和吸收剂，也可以考虑通过集中加热回收。

“汞在煤中各粒度的含量高低与该粒度的孔隙率有关”这个特性可以为筛选加工和浮选过程中增加脱汞的工艺设计提供依据，孔隙率高的可考虑使用介质浸出等加工方法提前去除煤中汞。

目前煤的应用非常广泛，加工条件也千差万别，如果能提前综合考虑，采取“组合拳”去除煤中的各种污染有害物质，是最环保、最经济的方法。