新疆煤中砷的地球化学特征研究

The content and speciation of arsenic in coals controlled its mobility, transport,fate and environmental impact during exploitation of coals. A detailed knowledge of the content and speciation of arsenic in coals from southweat,east and north China helps us to develope the clean coal technology and protect ecological environment security. The arsenic contamination of coals attracted more attentions with the development of coal industry in Xinjiang, but the corresponding research for this region was rare.We choose the main coalfields in Xinjiang and sampled extensivly to research the content and speciation of arsenic in coals both in quantitative and qualitative methods, including the determination of arsenic concentration in coals after digest, low temperature ashing, sequential extraction, X-ray diffraction, X-ray fluorescence and XAS characterizations. The geochemical characteristics of arsenic in coals from Xinjiang will be obtained, like the arsenic content, the affinity and relativity with the other elements and the chemical bonding modes in atom scale. Simultaneously, the experimental data will be analyzed by statistics and geochemical model to explore the origin and enrichment mechanism of arsenic in coals from Xinjiang. The results of this study will be valuable in assessment of distribution and mobility of arsenic in coals from Xinjiang and control of arsenic contamination during the coals exploitation.

煤中砷的含量、赋存形态决定了砷在煤炭加工利用过程中释放和迁移活性、最终归趋以及对环境的危害性。我国西南、华东和华北地区煤中砷分布情况和赋存形态已有较为系统的认识和研究，为发展洁净煤技术和保障生态环境安全提供了重要理论指导。近年新疆煤炭工业快速发展，在煤炭加工利用过程中砷排放导致的环境污染问题日益突出，但是煤中砷的含量、赋存形态等基础研究极为缺乏。本项目以新疆煤田作为研究对象，在全疆范围内合理布置煤样采集点，通过砷浓度测定、低温灰化实验、连续提取实验，结合XRD衍射、XRF荧光和XAS同步辐射吸收等分析表征手段，对煤中砷的含量和赋存形态做定量和定性分析，获取煤中砷的分布状况、与其他元素相关性、微观化学结构等地球化学特征。并对实验数据进行统计分析和地球化学模型分析，探明新疆煤中砷的来源和富集机制。研究成果为评估新疆煤中砷的分布和迁移释放风险、开发煤炭加工利用过程中砷排放控制措施提供理论依据。

煤中砷的含量、赋存形态决定了砷在煤炭加工利用过程中释放和迁移活性、最终归趋以及对环境的危害性。本项目以新疆煤田中砷的赋存特征作为研究对象，做了如下工作：.（1）提出新疆煤中含有水溶态、吸附态等8种砷赋存形态，并利用砷酸钠模型化合物、载砷介孔分子筛等8种化合物，建立煤中单一砷赋存形态样品库。.（2）分别利用蒸馏水、磷酸二氢钠溶液、浓盐酸、浓氢氟酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液、N-甲基吡咯烷酮、沸腾浓硝酸等8种试剂作为8种砷赋存形态的专性提取剂，经测定其回收率达到专性提取剂的要求。.（3）在新疆9个主要赋煤带上，我们按照国家标准《煤层煤样采取方法》（GB/T 482-2008），在托里-和什托洛盖煤田、克拉玛依煤田、准东煤田等22个煤田中，各采集3份煤样，并根据国家标准《煤样的制备方法》（GB 474-2008）对所采煤样进行研磨、过筛、空气干燥后，得到原煤样品。.（4）根据国家标准《煤的工业分析方法》（GB/T 212-2008）测定煤样水分、灰分、挥发分和固定碳含量，采用国家标准《煤中砷的测定方法》（GB/T 3058-2008）测定煤中砷含量，采用国家标准《煤中全硫的测定方法》（GB/T 214-2007）测定煤中硫含量，利用微波消解方法测定煤样中铁含量和硅含量。.（5）进行煤样密度分级实验，取适量液体石蜡及四氯化碳，配制密度分别为1.3、1.35、1.4、1.45、1.5、1.55、1.6g/cm3的重液，经过震荡、离心、过滤、干燥后得到轻亮煤、重亮煤、轻镜煤、重镜煤、轻暗煤、重暗煤、轻丝炭、重丝炭8种宏观煤岩组分样品及其分布规律。.（6）进行煤样连续提取实验，取适量原煤及宏观煤岩组分样品，依次加入去离子水等8种专性提取剂，得到原煤中水溶态、吸附态、金属氧化物结合态、硅酸盐结合态、硫化物结合态、腐植酸结合态、有机小分子结合态和有机大分子结合态砷含量分布规律。.（7）使用实验室小型燃煤装置模拟工业燃煤过程，对不同灰化温度条件下得到的煤灰进行连续提取试验，得到煤灰中水溶态、吸附态、盐酸提取态、氢氟酸提取态、硝酸提取态、碱溶态砷及残渣消解态砷含量分布规律。. 因此，我们得到原煤中8种砷赋存形态分布规律及煤灰中7种砷赋存形态分布规律，并获取煤中砷的分布状况、与其他元素相关性、微观化学结构等特征，为新疆煤炭资源的可持续利用和科学开发提供理论依据。