燃煤过程中有害微量元素赋存状态及其演化机制研究

The emission of hazardous trace elements from coal combustion in Chinese power plants has caused great impact on regional environment. It is the hot issue in research of coal geochemistry. During coal combustion, occurrence mode and evolution mechanism of hazardous trace elements, such as arsenic, selenium and chromium is unclear. The feed coal collected from Huainan typical coal-fired power plant will be chosen as the research object. Based on the theories of coal chemistry, geochemistry and coal geology, and high-precision instrumental techniques, this project aims to investigate valence state, chemical speciation and minerals of hazardous trace elements during coal combustion under different temperature and atmosphere. The evolution mechanism of hazardous trace elements occurrence will be illuminated during coal combustion. This study is of great significance to aid our current understanding on geochemical theory of trace elements in coal, and would provide theoretical support for adjusting the combustion mode to reduce emissions of hazardous trace elements.

燃煤释放的有害微量元素污染是当前全球突出的环境问题，也是煤地球化学领域研究的热点问题。已有研究表明，燃煤过程中产生的大量有害微量元素，尤其是具有代表性的砷、硒、铬等的赋存状态及其演化机制尚不明确。本项目以我国六大煤电基地之一-淮南的典型电厂原煤为研究对象，通过实验模拟煤燃烧，研究不同温度和气氛作用下砷、硒、铬的价态、化学结合态、精细化学结构和矿物组成，基于煤化学、地球化学、煤地质学等交叉学科理论，解析燃煤过程中砷、硒、铬赋存状态的演化规律，揭示不同燃烧条件下砷、硒、铬赋存状态的演化机制。本项目的实施将丰富煤中微量元素地球化学理论，为燃煤电厂调整燃烧方式以减少有害微量元素的排放控制提供理论支撑。

燃煤释放的有害微量元素污染是当前全球突出的环境问题，也是煤地球化学领域研究的热点问题。项目以典型电厂原煤为研究对象，通过实验模拟煤燃烧，研究燃烧产物中有害微量元素（砷、硒、铬）的含量、价态、化学结合态、精细化学结构和矿物组成，基于煤化学、地球化学、煤地质学等交叉学科理论，采用高精度物相鉴定、微量元素测试和统计分析等手段，解析了燃煤过程中砷、硒、铬的释放行为及赋存特征。研究结果表明：（1）随着燃烧温度和停留时间的增加，有害微量元素砷、硒、铬的释放率逐渐增加，且硒释放率较高，砷次之，铬释放率较低；（2）煤中有害微量元素砷、硒、铬的主要化学结合态是残渣态和铁锰氧化态，在燃煤过程中砷、硒、铬的5种化学结合态明显减少，发生了固态向气态的转化；（3）燃煤过程中碱金属和碱土金属，如Ca、Mg、Fe等，与有害微量元素砷、硒、铬发生化学反应产生络合物，影响煤燃烧过程中砷、硒、铬的价态变化；（4）燃煤过程主要有四个蚀变阶段，煤中矿物相的转化行为主要依赖于燃烧温度；温度超过600℃时，矿物衍射峰的强度开始产生一系列变化；温度达到1200℃时，矿物相趋于简单。燃煤过程中有机物的挥发和无机矿物的分解，直接影响砷、硒、铬的释放行为及赋存特征；（5）电厂燃煤过程中的有害微量元素的迁移转化会对地球表生环境产生影响。研究成果将丰富煤中微量元素地球化学理论，为燃煤电厂调整燃烧方式以减少有害微量元素的排放控制提供理论支撑。