摘 要：對煤炭燃燒後其中的鉛、鉻等危害環境的重金屬元素的轉化、遷移方向進行了分析研究，爲電廠的環保工作提供了技術支援。
關鍵詞：鉛、鉻元素；化學提取；分佈規律
0 前言
煤炭中含有衆多的微量元素，由於消耗量巨大，微量元素透過燃燒途徑的遷移、轉化，已成爲其地球化學循環的重要分支之一。目前，我國煤炭消耗的大戶是火電廠。煤炭及燃燒後灰渣中微量元素含量對環境影響巨大，而有關煤中痕量重金屬在燃燒過程中的遷移轉化規律，特別是在燃燒產物中的分佈、形態分配以及環境穩定性的系統研究更少。
1 化學逐級提取法
本文采用的化學逐級提取法：將樣品研磨過100目篩，稱樣品1.0g（準確至0.0001g），放入聚乙烯離心管，同時做平行樣，進行逐級分離試驗。逐級提取的樣品經離心分離後取上清液測定，殘渣消化後測定，同時對樣品中各元素總量進行測定，以驗證形態分離數據的合理性。
2 燃煤過程中微量重金屬鉻、鉛的遷移轉化規律研究
灰渣中微量元素的含量高低與燃用煤種、燃燒方式、燃燒溫度、燃燒氣氛、煤粉細度、元素存在形態等均有緊密的關係，影響因素複雜。
本次研究以河南省某電廠爲實例，該廠總裝機容量6×200MW，主要燃用山西煤，全廠採用靜電除塵、灰渣分除、幹除溼排的除灰渣方式。
2.1 入爐原煤、煤粉中鉻、鉛元素形態分析
由於元素的化學性質及在煤中存在形式不同，導致它們在燃燒中的行爲也有所不同。以硫化物和有機物形式結合的元素以及在燃燒溫度下易揮發的元素，易於在細微顆粒表面富集，而在燃燒溫度下不易揮發的元素，易於留在較大顆粒中。只有深入瞭解煤中痕量元素的分佈形式及化學親和性，才能對煤燃燒產物中痕量元素的分佈做出正確判斷。
對採集的入爐原煤、煤粉用化學逐級提取法進行鉻、鉛的元素形態分析。結果顯示，煤中Cr 、Pb均主要以穩定的殘渣態存在。其中：
Cr主要以殘渣態（80~93%）、鐵錳氧化物結合態（5~12%）、有機結合態（2~6%）爲主，碳酸鹽結合態約0.2~1.2%。不同浸取狀態百分含量高低順序爲：殘渣態>鐵錳氧化物結合態>有機結合態>碳酸鹽結合態>>水溶態、可交換態。
Pb主要以殘渣態（60~69%）、碳酸鹽結合態（13~23%）、鐵錳氧化物結合態（15~20%）爲主，有機結合態約2~5%。不同浸取狀態百分含量高低順序爲：殘渣態>碳酸鹽結合態>鐵錳氧化物結合態>有機結合態>水溶態、可交換態。
2.2 燃煤過程中鉻、鉛在燃燒產物中的分佈規律
入爐原煤、煤粉、灰、渣樣中鉻、鉛含量分析結果表明：
（1）原煤中微量元素含量及分佈規律與成煤物質和成煤過程有密切關係，與文獻資料相比，電廠煤中Cr含量高於植物低於土壤，而Pb均高，說明Pb比Cr更易於富集在煤中。
（2）入爐煤粉與入爐原煤相比，Cr、Pb含量變化不大，Cr略有增加。電廠使用的鋼球屬低鉻合金鑄鐵鋼球，鉻含量爲1.83~1.89%，襯瓦鉻含量爲0.22~0.52%。
根據噸煤球耗121 g/t、煤本身的含鉻量10～13mg/kg以及衝灰用水中的'總鉻約0.006mg/L計算，由衝灰用水帶入生產系統中的鉻約佔生產系統的0.06～0.07%，由鋼球帶入生產系統中的鉻含量約佔生產系統的14.5～18.1%（由於噸煤球耗包含鍋爐大小修和清理滾筒時棄去不用的鋼球，實際的鋼球消耗量更低）。因此，電廠燃用煤是生產過程中鉻主要來源。
（3）幹灰、爐渣中Cr、Pb含量均較煤有明顯升高，說明煤炭燃燒後，Cr、Pb都在幹灰、爐渣中進一步富集，Cr更易於在爐渣中富集，Pb更易在幹灰中富集。
Cr、Pb屬親氧元素，Cr的熔點和沸點高於Pb（見表1）。熔點高，燃燒時不易揮發，排入大氣中少，而富集在灰渣中多；熔點低，燃燒時易揮發，當煙氣冷卻時，將發生凝聚和結核作用，導致其在細灰粒中有較高含量。結合前面元素形態分析的結果來看，原煤中Pb殘渣態含量低於Cr，而碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態高於Cr，也說明Pb比Cr更易於燃燒完全，富集在灰粒中。
比較灰、渣中的鉻和鉛含量與文獻值和國外公開發表的有關飛灰、底灰中元素含量，鉻和鉛屬於該範圍內的低值區；與全國土壤水平相比，鉻含量與其相接近，鉛含量高於土壤水平；與農用粉煤灰中污染物控制標準（GB8173-87）相比，遠低於標準。
2.3 不同粒度灰樣中鉻、鉛的分佈規律
在煤炭中微量元素向環境傳輸的過程中，微量元素在燃煤灰樣中的粒度分佈是一個重要環節。灰樣中微量元素的地球化學行爲、歸宿以及對外環境的效應都與粒度分佈有密切關係。 不同電場灰樣的粒度構成以及鉻、鉛元素在不同粒度範圍內的含量分佈：
（1）#1爐<0.050mm粒子含量約50~75%，#6爐<0.050mm粒子含量約80~88%， #6爐灰較#1爐灰樣粒度細。
（2）不同電場，鉛、鉻含量呈現一定的變化趨勢，表現在：#1爐二三電場>#1爐一二電場、#6爐三電場>#6爐二電場>#6爐一電場。 Pb、Cr都更易在細粒徑上富集，大部分存在於<0.038~0.125mm灰粒上，最高值均在<0.050mm的顆粒級分，前3級分粒子中元素質量百分含量之和基本均達90%以上，有的達100%。
（3）飛灰中元素含量及富集情況與鍋爐類型、燃燒方式有密切關係，充分燃燒，更有利於重金屬元素在燃燒產物中富集。#6爐灰渣中的鉛、鉻含量高於#1爐灰渣，與#6爐燃燒更完全也有關。
2.4 燃煤灰渣中鉻、鉛形態分佈的研究
環境顆粒物中不同化學形態的金屬具有不同的化學活性和生物可利用性，因此，環境顆粒物中金屬元素的形態分配研究受到人們關注。目前，對土壤、底泥等顆粒物中痕量金屬的形態分析研究較多，而從污染源角度出發，對煤燃燒排放顆粒物（灰渣）中痕量重金屬的形態分配研究甚少。
從前面的研究可看出，鉻易富集在灰渣中，鉛易富集在幹灰中，不同粒徑的顆粒具有不同的元素含量，它們均有在細粒子中富集的顯著傾向。爲研究它們在衝灰過程中以及環境中的釋放和遷移，我們用化學逐級提取法研究了不同電場灰粒中六價鉻、總鉻與總鉛的形態分佈，從而對其在環境中的行爲有一定的瞭解，爲開展污染預防治理提供理論依據。
(1)試驗結果。
試驗方法同表1，結果見表2。
(2)結果分析。
①無論是幹灰還是爐渣，Cr、Pb均主要以穩定的殘渣態存在，這部分元素在環境中表現出高的穩定性，隨着電廠衝灰過程，仍以顆粒物的形式向土壤或底泥遷移。
②水溶態、可交換態一般認爲是由於吸附-解吸作用的顆粒物表面的離子形態，是環境中具較高遷移性的形態。從以上分析可看出，經高溫燃燒後，幹灰、爐渣中的Cr雖不主要以吸附作用存在於顆粒物中，但其水溶態、可交換態含量均比原煤中含量增加，環境穩定性降低。Pb在幹灰、爐渣中的水溶態、可交換態含量基本爲0，環境穩定性高。
③幹灰中六價鉻、Cr的水溶態、可交換態含量高於爐渣，環境穩定性低於爐渣。
④#6爐幹灰樣中Cr6+、Cr的水溶態、可交換態含量比#1爐高，#6爐灰樣中Cr6+、Cr更易遷移到環境中。這與#6爐燃燒更完全有一定的關係，與實際衝灰過程的結果相符。
3 結論
當煤粉進入煤粉爐經高溫燃燒後，鉻、鉛以與原來不同的比例分配在爐渣和除塵器下幹灰中，它們在灰渣中進一步富集，由於元素本身及其化合物的物理化學特性差異，鉻易於富集在爐渣中，鉛則在幹灰中的含量更高；鉻、鉛更易於在細灰粒中進一步富集，大部分存在於<0.038~0.125mm灰粒上，其含量隨電場不同的變化趨勢均爲：三電場>二電場>一電場；充分燃燒，更有利於重金屬元素在燃燒產物中的富集。
幹灰和爐渣中的Cr、Pb均主要以穩定的殘渣態存在，這部分元素在環境中表現出高的穩定性，隨着電廠衝灰過程，仍以顆粒物的形式向土壤或底泥遷移；但幹灰中的六價鉻、Cr在水溶態、可交換態含量增加，環境穩定性降低，變得易在環境中遷移，而Pb的水溶態、可交換態含量基本爲0，環境穩定性高。
參考文獻
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