燃煤飞灰中汞的赋存状态及其在热处理过程中释放特征的研究

发布时间：2018-09-02 06:05

【摘要】：汞是一种遍布世界各地的自然元素，广泛存在于各行各业。因其具有易挥发性、作用持久性、长距离迁移性和生物富集性等污染特性，现已成为国际组织及各国政府最受关注的有毒金属元素大气污染物之一。对汞污染源的研究发现：煤炭燃烧是环境中汞的重要来源。由于我国正处于经济快速发展阶段，燃煤火力发电逐年增多，这使得我国的汞排放量也逐年增加，成为世界公认的汞排放量最大的国家。而汞通常会富集在燃煤飞灰中，当这些飞灰在循环利用过程中，特别是要经过热处理的，飞灰中的汞就会再次释放到环境中，因此，要控制或减少汞在燃煤飞灰热处理过程中的排放，必需弄清楚汞在燃煤飞灰热处理过程中赋存状态的变化和释放特征，为下一步控制汞的排放奠定理论基础。本研究采集广州珠江电厂的燃煤飞灰，并对其进行重选和磁选分离，得到2.05g/cm3、2.05 2.10g/cm3、2.10-2.15g/cm3和2.15g/cm3四个密度段飞灰样品以及非磁性飞灰样品。实验通过采用各种分析手段对各飞灰样品进行物化分析，并应用EPA连续浸取方法（EPA Method3200）提取飞灰中不同形态进行测定分析，结果表明：广州珠江电厂的燃煤飞灰总汞含量约为0.304μg/g，其中半活性汞含量（主要是Hg0）较多，占总汞的66.8-77.1%，其次是活性汞（主要是Hg2+），占18.5-28.1%，含量最少的无活性汞（主要是Hg2Cl2），只占3.2-5.5%，而且飞灰中的汞不赋存在磁性组分中。经过重选之后，密度段2.10g/cm3的燃煤飞灰样品中总汞含量最高，平均为0.330μg/g，这主要是因为飞灰该密度段的飞灰平均比表面积比其他密度段的要大，相关性统计分析结果也表明半活性汞与飞灰的比表面积存在正相关关系（相关系数R=0.915）。此外，半活性汞还与飞灰中CaO含量和MnO含量存在正相关关系（RCaO=0.929，RMnO=0.880），与燃煤飞灰的平均粒径和Al2O3的含量存在负相关关系（R粒径=-0.911，RAl2O3=-0.818）。磁选之后，非磁性组分中总汞含量约为0.331μg/g。尽管各个飞灰样品经过重选和磁选之后总汞的浓度发生了变化，但是活性汞、半活性汞和无活性汞的比例基本保持一致。随后开展的热处理实验结果表明，经过重选的飞灰样品，三种形态汞急剧释放的温度范围是300-400oC，当加热温度升到500oC时，四个密度段飞灰样品中总汞的释放量大于92%。经过重选分离的飞灰中成分的变化虽然对飞灰造成了一定影响，但总体上讲，飞灰中三种形态的汞释放曲线非常相似，并且在低温热处理过程中，三种形态的汞保持着相似比例向空气中释放出来。而去除了磁性物质之后，，飞灰中的汞向空气中释放得更彻底，处理温度400oC时总汞释放量大于98%。磁性物质的存在提高了汞固相向气相污染物的转化温度以及飞灰对汞捕集能力。此外，热处理过程中飞灰中汞的释放及转化机理可基于活性中心吸附机理和Mars-Maessen反应机理进行解释：热处理温度较低时，依靠物理吸附作用力的汞开始脱离飞灰表面，这一部分的汞占的比例较大，而当温度较高时，以化学吸附的作用力也被破坏，因而吸附于活性中心的次级活性中心层的汞也开始脱离飞灰，而此部分的汞含量较低。
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【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X773

【参考文献】