山西省境內(nèi)商品煤中毒害微量元素含量狀況研究

鄭智峰

摘? 要：本文通過對山西省境內(nèi)抽取的商品煤產(chǎn)品中的硫、汞、磷、氯、砷等有害微量元素含量、地區(qū)分布狀況、相關(guān)性及經(jīng)過洗選加工后含量變化情況進(jìn)行了宏觀研究分析，初步得出以下結(jié)論：山西省境內(nèi)商品煤中硫含量平均值為0.09%，汞元素含量為0.16μg/g，磷元素含量平均值為0.03%，氯元素含量平均值為0.05%，砷元素含量平均值為6（μg/g），結(jié)果表明山西省境內(nèi)的商品燃煤具有低硫、低汞、低磷、低氯、低砷的特點(diǎn)，硫元素、汞元素、氯元素、砷元素間的相關(guān)性系數(shù)r均小于0.3，表明各元素間不存在高度相關(guān)性，通過洗選加工后可看出全硫含量降幅約45%，汞元素含量降幅約55%，磷元素含量降幅約18%，氯元素含量降幅約3.7%，砷元素含量降幅約61%，數(shù)據(jù)表明經(jīng)過洗選加工后煤中毒害元素含量均顯著降低。

關(guān)鍵詞：山西省? 商品煤? 有害微量元素? 含量? 洗選

中圖分類號(hào)：P618.11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（a）-0101-03

Abstract： In this paper， the content， regional distribution， correlation and content changes of harmful trace elements such as sulfur， mercury， phosphorus， chlorine and arsenic in commercial coal products extracted in Shanxi Province were studied and analyzed. The following conclusions are drawn preliminarily： the average sulfur content of commercial coal is 0.09% ，the content of mercury is 0.16μg/g ， the average phosphorus content is 0.03%， the average chlorine content 0.05%， and the average arsenic content is` 6 （μg/g） in Shanxi Province. The results show that the commercial coal burning in Shanxi Province has the characteristics of low sulfur， low mercury， low phosphorus， low chlorine and low arsenic. The correlation coefficient r among sulfur， mercury， chlorine and arsenic is all less than 0.3， which indicates that there is no high correlation between the elements. The total sulfur content decreased by 45%， mercury content by 55%， phosphorus content by 18%， chlorine content by 3.7%， and arsenic content by 61% after washing and processing. The data show that the content of toxic elements in coal after washing and processing decreases significantly.

Key Words： Shanxi Province; Commodity coal; Harmful trace elements; Content; Washing and processing

煤在燃燒利用過程中會(huì)使其含有的部分元素釋放到周圍環(huán)境，而其中某些元素為有毒有害元素，如硫、汞、砷、磷、氯等元素會(huì)對人體及周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的危害。煤中硫元素按其存在形態(tài)可分為有機(jī)硫和無機(jī)硫兩種，干基全硫是商品重要質(zhì)量指標(biāo)之一，煤作為燃料燃燒生成SO2，不但腐蝕鍋爐等設(shè)備，還會(huì)形成酸雨危害動(dòng)植物生長和人體健康;汞是人類無需的有害元素，同時(shí)汞蒸汽有毒，汞在厭氧甲烷合成細(xì)菌作用下可以轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的甲基汞，且容易生物積累，因此要嚴(yán)格控制高汞煤的使用[1];煤中的磷主要是無機(jī)磷，煤燃燒時(shí)，煤中含磷化合物在高溫下?lián)]發(fā)，在鍋爐表面上冷凝下來，形成一些難以消除的沉積物，嚴(yán)重影響鍋爐熱效率;煤中的氯多以氯化鈉和氯化鉀形態(tài)存在， 極少以有機(jī)化合物形態(tài)存在，但含氯量高于0.3% 的煤用于煉焦時(shí)會(huì)嚴(yán)重腐蝕炭化壁的耐火磚而縮短焦?fàn)t壽命;煤中砷燃燒生成的三氧化二砷具有的劇毒性為人們所共知， 所以煤中砷對人體及環(huán)境的危害久已[2]。

盡管煤中有害微量元素含量極少，現(xiàn)代化的除塵設(shè)備也大大降低了排放的飛灰，但是由于煤炭使用量巨大，每年通過燃煤向大氣環(huán)境中排放的有害微量微量元素總量也相當(dāng)驚人，本文旨在通過對山西省境內(nèi)采集的商品煤樣品中硫、汞、砷、磷、氯等元素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析了解：

（1）山西省境內(nèi)各地區(qū)生產(chǎn)銷售的商品煤中有害微量元素賦存狀態(tài);

（2）通過洗選加工后商品煤中毒害元素含量變化情況。

1? 實(shí)驗(yàn)部分

本文所研究的樣品均嚴(yán)格按照GB/T475-2008《商品煤樣人工采取方法》和GB/T19494.2-2004《煤炭機(jī)械化采樣》采取，根據(jù)實(shí)際情況按移動(dòng)煤流抽樣方法或靜止煤抽樣方法采集，同時(shí)按照GB/T474-2008《煤樣的制備方法》進(jìn)行制樣，得到約1600個(gè)原煤樣品及800個(gè)精煤樣品。檢測及評(píng)價(jià)方法按照GB/T31356-2014《商品煤質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制技術(shù)指南》實(shí)施[3]。

實(shí)驗(yàn)樣品檢測項(xiàng)目主要為灰分、全硫、汞、砷、磷、氯。其中灰分按GB/T212-2008《煤的工業(yè)分析方法》測定;全硫按GB/T214-2007《煤中全硫的測定方法》測定;汞元素按GB/T16659-2008《煤中汞的測定方法》測定;砷元素按GB/T3058-2008《煤中砷的測定方法》測定;磷元素按GB/T216-2003《煤中磷的測定方法》測定;氯元素按GB/T3558-2014《煤中氯的測定方法》測定。

2? 檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

2.1 對山西各地區(qū)采集樣品中有害元素含量的初步統(tǒng)計(jì)分析

通過對山西省各地區(qū)煤炭中毒害元素含量的算術(shù)平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對煤中毒害元素含量進(jìn)行分級(jí)判定。

根據(jù)GB /T 15224.2-2010準(zhǔn)《煤炭質(zhì)量分級(jí)第2 部分：硫分》分級(jí)：長治地區(qū)、晉城地區(qū)采集的商品商品煤樣品為特低硫煤，其他地區(qū)采集的樣品均為低硫煤;根據(jù)GB/T20475.4-2012《煤中有害元素含量分級(jí) 第4部分：汞》分級(jí)：山西省范圍內(nèi)商品煤樣品均為特低汞煤;根據(jù)GB/T20475.1-2012《煤中有害元素含量分級(jí)第1部分磷》分級(jí)：大同地區(qū)、長治地區(qū)、晉城地區(qū)、朔州地區(qū)、陽泉地區(qū)采集的商品煤樣品為低磷煤，太原地區(qū)、晉中地區(qū)、臨汾地區(qū)采集的商品煤樣品為中磷煤;根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20475.2-2012《煤中有害元素含量分級(jí)2部分：氯》分級(jí)：太原地區(qū)、呂梁地區(qū)、晉中地區(qū)、臨汾地區(qū)所采集的商品煤樣品為低氯煤，大同地區(qū)、長治地區(qū)、晉城地區(qū)、朔州地區(qū)、陽泉地區(qū)、忻州地區(qū)采集的商品煤樣品為特低氯煤;根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20475.2-2012《煤中有害元素含量分級(jí)第3部分：砷》分級(jí)：山西省各地區(qū)采集的商品煤樣品均為低砷煤。

2.2 毒害元素含量相關(guān)性分析

本研究利用SPSS分析軟件對樣品中毒害元素之間相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用樣本的相關(guān)系數(shù)r來推斷總體相關(guān)系數(shù)，當(dāng)時(shí)，視為高度相關(guān);當(dāng)時(shí)，視為中度相關(guān);當(dāng)時(shí)，視為低度相關(guān);當(dāng)時(shí)，視為變量之間相關(guān)度極弱，可視為不相關(guān)[4]。汞元素與砷元素之間的樣本相關(guān)系數(shù)r為0.302，表現(xiàn)為低度正相關(guān)，其他所有元素的樣本相關(guān)系數(shù)r均小于0.3，即各個(gè)元素之間表現(xiàn)為不相關(guān)。

2.3 經(jīng)過洗選加工后毒害元素含量變化

要降低煤中毒害元素的污染，首先要從源頭加以控制，禁止開采使用高毒害元素的煤炭資源，以消除煤中有害元素對環(huán)境帶來的危害[5];同時(shí)由于大多數(shù)微量元素具有明顯的礦物親和性，所以利用煤炭洗選技術(shù)可一定程度上降低煤中毒害元素含量，以減輕對環(huán)境的污染[6]。

從表1可以看出，原煤經(jīng)過洗選加工后，5種毒害元素含量的算術(shù)平均值均有所降低，通過洗選可看出全硫含量降幅約45%，汞元素含量降幅約55%，磷元素含量降幅約18%，氯元素含量降幅約3.7%，砷元素含量降幅約61%，數(shù)據(jù)表明經(jīng)過洗選加工后商品煤中毒害元素在很大程度上被脫除，因而鼓勵(lì)煤礦企業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高洗選產(chǎn)品綜合利用水平，可以最大限度降低毒害元素排放量[7]。同時(shí)可看出商品煤中汞元素和砷元素的降幅比較明顯，說明山西省境內(nèi)大多數(shù)煤中的汞元素和砷元素可能以無機(jī)態(tài)的形式共存。

3? 結(jié)語

從化驗(yàn)結(jié)果及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，山西省地區(qū)生產(chǎn)銷售的商品煤具有低硫、低汞、低磷、低氯、低砷的特點(diǎn)，同時(shí)通過對5種微量元素之間的線性相關(guān)性可發(fā)現(xiàn)，各微量元素之間無高度相關(guān)性，僅汞元素與砷元素之間存在低度正相關(guān)。山西省各地區(qū)生產(chǎn)銷售的商品煤經(jīng)過洗選加工后毒害元素含量的濃度均有所降低，毒害元素在很大程度上被脫除，通過洗選加工可以最大限度降低毒害元素排放量。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬晶晶，羅光前，李顯，等.煤中汞的賦存形態(tài)及其測定方法[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2017，45（1）：123-127.

[2] 秦可敏.大同礦區(qū)煤中有害微量元素的賦存特征及其環(huán)境效應(yīng)[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2019.

[3] GB/T31356-2014，商品煤質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制技術(shù)指南[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[4] 潘金禾，馬超凡，劉曉凱等.貴州某地煤中砷的賦存狀態(tài)研究[J].煤炭技術(shù)，2019，38（7）：80-83.

[5] 張振軒.煤中有害元素檢測標(biāo)準(zhǔn)方法論述[J].冶金 與材料，2019，39（3）：182-183.

[6] 張森.煤中微量有價(jià)元素賦存狀態(tài)及遷移規(guī)律研究[D].太原：山西大學(xué)，2019.

[7] 劉漢斌，李 淼，郭彥霞，等.山西煤中有害微量元素分布特征與富集規(guī)律[J].潔凈煤技術(shù)，2017，23（5）：20-23.