民用燃煤烟尘特征及环境矿物材料固硫剂开发

通过对北京某地区居民炊事用型煤和散装烟煤煤岩和元素分析 ,表明烟煤和型煤含碳量分别为 70 %和 5 9% ,烟煤中可燃性高变质活性组分为 87% ,而型煤有较高的粘土成分 ,约达 2 0 %。对它们燃烧产生的烟尘进行物相分析、组分定量、粒度测试、显微形貌和微观结构等矿物学研究 ,表明型煤和烟煤的烟尘均含有较高碳质组分 ,分别占 2 5 %和 2 8% ;烟煤烟尘只有型煤烟尘含更高的烧蚀残渣 ,两者的粘土 (包括石英等矿物 )类组分均相当多 ,约占 5 0 % ;烟尘平均粒径都很小 ,型煤烟尘只有烟煤烟尘的 1/ 4左右 ,约为 6 5 μm ,而比表面积大 2倍多 ;烟煤烟尘呈碎屑状 ,型煤烟尘为粉末状 ;烟尘中均含有较多的均质体 ,并有铁质侵染现象 ;石英小颗粒在烟尘中大量存在。为促使燃煤充分燃烧 ,达到固硫、助燃和降尘的目的 ,本实验室开发研制了效果良好的民用燃煤环境矿物材料固硫添加剂 ,并对山东肥城高硫烟煤进行了型煤固硫实验 ,在 85 0℃ ,95 0℃和 10 5 0℃燃烧条件下固硫率高于目前国内同类水平 ,固硫率达 70 % 80 %。     

氧化物及复合添加剂对硫酸钙高温稳定性的影响

在硫酸钙高温分解行为的研究基础上,探讨了氧化物SiO_2、Fe_2O_3、ZnO和SiO_2_Fe_2O_3、CaCO_3-Al_2O_3复合添加剂对硫酸钙分解的影响。结果表明ZnO、SiO_2、SiO_2-Fe_2O_3均有利于固硫,这分别与反应过程中形成能起包覆作用的Ca_2SiO_4和耐热含硫物相Ca2Fe2S2O3有关;复合添加剂CaCO3_Al2O3固硫效果更佳,当CaCO3∶Al2O3∶CaSO4摩尔比为3∶3∶1时,固硫作用最理想,1400℃时CaSO4的分解率从87.5%降低到21.2%,这与形成大量高温耐热物相硫铝酸钙有关。     

新疆尉犁蛭石高温膨胀试验研究

通过原料物相组成、原料粒度及煅烧温度对新疆尉犁蛭石膨胀性能的影响研究。结果表明:新疆尉犁蛭石主要物相为蛭石、金云母、蛭石-云母混层矿物和方解石;蛭石与蛭石混层矿物含量越高蛭石膨胀倍越大,并主要受蛭石混层矿物含量的影响;在一定范围内蛭石膨胀倍随粒度增大而增大,当原料粒度超过2 mm时,其膨胀倍随粒度的增加而较小;蛭石膨胀倍随煅烧温度上升而迅速增加,但煅烧温度超过700℃时,其膨胀倍不再增加。     

新疆尉犁蛭石插层-微波膨胀法制备高膨胀率膨胀蛭石的实验研究

为提高新疆尉犁工业蛭石的热膨胀性能,对其进行了插层-微波法制备高膨胀率膨胀蛭石(HEV)的实验研究。利用X射线衍射、扫描电子显微镜分析了制备样品HEV的物相组成、结构和微观形貌特征。结果表明,草酸与双氧水的协同插层作用可大幅提高蛭石的膨胀率。在样品制备过程中双氧水浓度为主要影响因素,草酸添加量为次要因素。HEV的最佳制备工艺为草酸添加量为1.0 g、双氧水浓度为15%、双氧水体积为30 mL、插层时间为24 h、微波功率700 W的条件下加热10 min,其集合膨胀率可达43倍。     

蛭石的微波膨胀实验

蛭石是一种在工业、农业等众多领域广泛应用的非金属矿。蛭石在受热时,层间水分子受热汽化产生压力使结构迅速撑开,体积瞬间急剧膨胀,体积膨胀达到几倍甚至十几倍,从而获得膨胀蛭石。膨胀蛭石导热率降低、密度减小、体积增大,具有隔音、保温、防震、耐火的性质,可广泛应用于农业、电力、建筑、冶金、轻工、化工、冷藏、机械、船舶制造、运输包装及海洋捕捞等领域。热膨胀是目前制备膨胀蛭石最常用的方法,对蛭石热膨胀机理普遍认可的解释是:在急剧加热蛭石时,四周边缘部位先受热,边缘水首先散逸出去,四周边缘质点间距和晶层间距缩小而形成"封闭"状态,蛭石结构中间被加热后的水蒸气无法及时散逸出去而形成强大的层间蒸汽压力,撑开蛭石晶层,蛭石体积膨胀。由于微波和水分子之间存在着强烈的相互作用,因此微波作用可加热含水物质,且加热速度快。近年来采用微波加热方法来制备膨胀蛭石受到学者的关注,具有良好的应用前景,但研究相对薄弱。对新疆尉犁蛭石进行了微波膨胀实验,并与热膨胀进行对比。研究了影响蛭石微波膨胀的因素,对比讨论了两种方法的膨胀机理。研究结果表明:蛭石在微波条件下有较好的膨胀效果,微波频率和蛭石粒径是影响蛭石微波膨胀效果的关键因素。粒径大的蛭石膨胀效果优于小粒径蛭石。蛭石膨胀倍随着微波功率的增加和加热时间的延长而增大,且当加热时间为60 s时达到最大值;在不同微波功率下加热60 s时,蛭石和金属阳离子饱和蛭石的膨胀倍均随着功率的增加而增大,但金属阳离子饱和蛭石的膨胀倍均低于蛭石原样。蛭石层间离子对层间水的束缚力差异是导致不同金属阳离子饱和蛭石膨胀倍不同的主要因素。Na+对层间水的束缚力较弱,Na+饱和蛭石在低功率微波条件下膨胀倍明显增大,而Mg型和Ca型蛭石的层间离子分别结合有两层水分子且对水的束缚力很强,在高功率下才能有大的膨胀倍。     

内助剂型固硫剂在渭北高硫煤固硫中的应用

定义了内助剂型固硫剂,并在此基础上对两种内助剂型固硫剂的固硫效果进行了对比研究。结果表明,内助剂型固硫剂因助剂的助固硫作用得以充分发挥,因而固硫率明显高于同类对比固硫剂,尤其是 1200℃的高温固硫率仍可达到25.7%~35.5%,是同类对比固硫剂的5~6倍。      

新疆尉犁蛭石矿工业蛭石化学法膨胀的实验研究

在对采自新疆尉犁蛭石矿的工业蛭石样品进行化学成分和XRD分析研究基础上,选用工业级双氧水作为化学膨胀处理剂进行化学膨胀处理试验研究,结果表明:工业蛭石的化学膨胀特点和影响工业蛭石膨胀效果的主要因素是其晶层层间域中的过氧化氢分子在分解过程中所产生的氧气压力。对蛭石样品用不同浓度的双氧水作用相同的时间或用相同浓度的双氧水作用不同时间后发现:用浓度为25%的双氧水处理工业蛭石样品可以达到大于4倍的体积膨胀,膨胀后的工业蛭石样品的结构特征无明显变化,并能保持工业蛭石膨胀产物的韧性。     

层间水含量对蛭石有机改性影响的研究

本文以溴代十六烷基吡啶、磷酸三丁酯对膨胀蛭石和未膨胀蛭石进行了改性处理，并用IR、XRD方法研究了蛭石在不同层间水含量情况下，这两种有机分子分别进入蛭石层间的难易情况，结果表明：（1）层间水含量能够对有机分子进入蛭石层间产生影响，但对具有较强离子交换能力的有机分子进入层间的影响不大；（2）磷酸三丁酯分子易于与含层间水少的膨胀蛭石结合，说明层间水对磷酸三丁酯分子的作用遵循异极性排斥的原则。     

高表面活性矿物对Zn^2＋的吸附机理及其环境意义

本文利用高表面活性矿物蒙脱石、蛭石、沸石在一定的介质条件下对Zn^2 进行吸附实验研究。蒙脱石和蛭石对Zn^2 的等温吸附线呈双“S”型，而沸石对Zn^2 的等温吸附线则呈“Langmuir”型。三种矿物对Zn^2 的吸附容量大小顺序为：蒙脱石＞蛭石＞沸石。运用粉晶X射线衍射、红外光谱、差热及热重分析等技术对矿物及矿物吸附Zn^2 后的结构特征进行了研究。结果表明，蒙脱石吸附锌后其层间域中吸附锌大量水解形成新的物相，而蛭石与沸石吸附锌后水很解很少。这为利用高表面活性矿物控制和治理环境污染及其可循环利用提供了理论依据。     

煅烧条件对石棉尾矿酸浸出率的影响及机理研究

为提高石棉尾矿的酸浸出率,采用静态加热法对石棉尾矿样品进行了煅烧处理,研究了煅烧条件对石棉尾矿煅烧产物酸浸出率的影响及机理。采用热分析、XRD、红外光谱分析对原样及煅烧产物的结构、物相及分子振动吸收光谱的变化进行了分析和表征。揭示了煅烧温度、煅烧时间对石棉尾矿煅烧产物的结构、物相和酸浸出率的影响及机理。结果表明,在煅烧过程中,石棉尾矿中的纤蛇纹石先失去氢氧镁石层的外羟基,然后失去内羟基,同时伴随着镁橄榄石的结晶作用,至纤蛇纹石结构整体分解达到完全后,产物的酸浸出率才达到最高。获得最高酸浸出率的煅烧活化条件为煅烧温度680℃,煅烧时间40 min。     

苏鲁豫皖四省毗邻地区天然焦特征及燃烧特性

碳达峰碳中和背景下提高资源利用效率尤为重要,然而天然焦长久以来并未得到应有的重视。我国天然焦资源丰富,在苏鲁豫皖四省毗邻地区的煤矿开采中经常发现由于岩浆岩侵入,煤层受到烘烤而变质为天然焦的现象。广泛采集苏鲁豫皖四省毗邻地区天然焦样品,在描述天然焦宏观及显微特征的基础上,对天然焦开展工业分析、地球化学特征、自燃倾向性和焦尘爆炸性等方面的测试与分析,采用美国TA2100热分析仪测试典型样品的燃烧特性。结果表明:天然焦的宏观物理特性、显微组分特性与煤具有明显的差异性;总体上各项分析指标与无烟煤没有明显的界线,天然焦与同地的残留煤相比,其挥发分产率降低、C/H比大幅提高;天然焦变质程度达到或高于无烟煤阶段,不易自燃、焦尘无爆炸性。燃烧特性测试结果表明山东菏泽赵楼天然焦样品具有较强的反应活性,并根据天然焦的特性探讨了利用方向,认为其在制作型煤、合成氨、碳材料、生产水泥以及CO₂地质封存等方面具有利用价值或潜力。      

燃煤固体产物的矿物组成研究

利用X射线衍射、穆斯堡尔谱与扫描电子显微镜等方法研究中国典型燃煤煤种的燃烧产物的矿物学特征，揭示出不同化学成分以及不同类型产物中矿物组成的差异性。根据化学成分，可将燃煤固体产物分为硅铝质、铁质和钙质三组，硅铝质产物结晶相主要为莫来石和石英，而结渣中基本为莫来石；铁质产物中主要矿物包括α-Fe2O3、γ-Fe2O3与Fe3O4，其含量随锅炉燃烧湿度的变化而变化；钙质产物中矿物种类复杂，飞灰石检出石灰、石膏和石英，沾污中检出石膏、赤铁矿和石类，而结渣中还发现钙的硅酸盐矿物。上述矿物分布特征是由不同成分的硅酸盐熔体在不同热力学条件下的结晶行为所决定的。     

矿物和稀土在饲料工业中的应用

矿物质作为一种重要的饲料添加剂的作用日益为人们所重视。按其作用可划分为营养性添加剂（包括取自矿物中的钙、磷、镁、盐类物质等）以及非营养性添加剂（粘土类矿物、膨润土、海泡石、珍珠岩、蛭石及稀土元素等）。国内外信息表明,矿物饲料添加剂的开发与应用具有广阔的前景。     

石煤中钒元素在燃烧前后赋存状态变化的研究

石煤是一种可综合利用的矿产资源,提取石煤中钒、钼、镍等金属是其综合利用之一.石煤在发电燃烧过程中钒的物相发生显著变化,而钒物相的变化对钒的可浸出性产生较大的影响.笔者采用选择性连续提取方法对四川某地石煤原矿和石煤飞灰进行分析研究,发现石煤原矿中钒主要存在于硅铝酸盐相和有机质相中,部分存在于铁锰氧化物相及吸附态中,极少部分存在于碳酸盐相中.而石煤发电飞灰中钒主要存在于有机质相、硅铝酸盐相和铁锰氧化物相中,少量的钒以吸附态形式赋存.燃烧过程中石煤的各种含钒矿物发生离解,其中的钒得到释放并被氧化成高价态.高价钒一部分与Na、Cl等结合生成可溶性化合物,形成吸附态的钒;另一部分与Fe、Na、Ca等发生反应生成难溶性化合物,并以一定形式富集在飞灰的有机质相、硅铝酸盐相和铁锰氧化物相中.     

矿物法--环境污染治理的第四类方法

总结介绍了近10年开展环境矿物材料研究所取得的较为系统的研究成果。新提出环境矿物材料基本性能,包括矿物表面效应、孔道效应、结构效应、离子交换效应、结晶效应、溶解效应、水合效应、氧化还原效应、半导体效应、纳米效应及矿物生物交互效应等。展示环境矿物材料开发应用方面的崭新成就,包括利用天然铁的硫化物矿物强还原性,发明一步法还原Cr(Ⅵ)与沉淀Cr(Ⅲ)废水处理新工艺;利用天然锰的氧化物矿物强氧化性,发明处理高浓度与强污染的印染和酚类废水新方法;利用天然钛的氧化物矿物日光催化性,发明光催化降解卤代有机污染物新方法;利用天然蛭石高温脱水膨胀热效应,发明能大幅度提高型煤固硫率与除尘新方法;利用天然钙基蒙脱石低成本制备出同时防止水体与无机和有机污染物渗漏的自愈性强的填埋场衬层建造用新型防渗材料,发明生活垃圾尤其是危险废物填埋场衬层建造新工艺;发现凝灰岩与花岗岩中长石类矿物发育有良好的孔道结构,核素进入可发生固定化作用,成为有效阻滞核素迁移的天然屏障;利用天然纳米管状纤蛇纹石成功制备二氧化硅纳米管,接枝有机物可由亲水性变为疏水性;利用黄钾铁矾的胶体特征作为多金属矿山废石堆隔离防渗层,防止金属硫化物矿物氧化分解与矿山酸性废水污染等。着重指出今后环境矿物?     

唐山市曹妃甸地区大气降尘矿物学特征及环境意义——以华北理工大学校区为例

大气降尘矿物学特征研究具有重要的环境学意义。文章以华北理工大学校区采集样品为例,应用激光粒度分析仪、扫描电镜、X射线粉末衍射、电感耦合等离子体质谱等对河北省唐山市曹妃甸地区大气降尘矿物学特征进行了初步分析研究。结果表明,曹妃甸地区大气降尘粒径较粗,颗粒物包括块状、柱状、片状、球状及不规则粒状集合体,主要由石英、长石、石膏、云母、绿泥石、角闪石、白云石、方解石和赤铁矿等矿物组成;降尘样品中Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb等重金属元素含量均较高。研究分析表明,降尘样品中硅酸盐矿物主要源自地面扬尘,而石膏、方解石等碳酸盐矿物可能为环境中的次生矿物,样品中重金属污染主要来源于燃煤、工矿企业生产排放和少部分汽车尾气排放。     

桐梓大竹坝井田C3煤层理化特征及工艺性能

大竹坝井田全区可采煤层C3,宏观煤岩类型主要为半亮型粉煤,其次为半暗型、半亮型块煤。煤种为中灰中高硫特低磷高热值贫煤。煤层瓦斯含量较高,且具有突出危险性,煤尘具有爆炸性,煤的自燃趋向性等级为Ⅰ级,属“容易自燃”煤层。伴生矿产硫铁矿分散在含煤岩系之粘土岩中,富集程度差,现阶段开采利用较为困难;其它稀散有益元素均达不到现阶段工业利用要求。具有低强度、低还原率、极易磨、弱结渣、高热稳定性、高熔灰分、中等可选的工艺性能。     

煤矿酸性水中亚稳态矿物Schwertmannite的形成与转变

斯沃特曼矿是一种形成于煤矿酸性水环境中的铁的含水硫酸盐矿物,具有很高的比表面积和不稳定性,对煤矿酸性水中有害微量元素的吸附和迁移活性具有重要影响。运用扫描电镜(SEM/EDX)和粉末X射线衍射等手段,通过测定和对比,鉴别了中国的煤矿酸性矿排水渠中存在斯沃特曼矿物,在实验室中模拟酸性水环境对煤中非均质黄铁矿进行氧化反应试验,结果显示,反应产物中存在斯沃特曼矿物,并且认为随着反应时间的延长,斯沃特曼矿物逐渐向针铁矿转变。     

Environmental impact of mineral transformations undergone during coal combustion

The mineral transformations undergone by high sulfur coal ash were studied. An X-ray diffraction (XRD) experiment was carried out to reproduce experimentally the mineral transformations produced during coal combustion in coal-fired power stations. We have verified that the anhydrite is the main crystalline phase that contains sulfur in the solid combustion waste from 500°C until its decomposition at 1060±10°C. Thus, this calcium sulfate is the main crystalline phase involved in the sulfur retention in the combustion wastes at high temperatures. Therefore, a considerable proportion of the sulfur would not be emitted into the atmosphere at temperatures lower than 1060°C. Taking as a reference the annual coal consumption of the Teruel Mining District (6 million tons), the mean sulfur content and the anhydrite content at 900°C, it was shown that the SO₂ emissions could be reduced by approximately 13 percent (83,000 ton/yr) provided that the combustion temperature was 900°C.