合山超高有机硫煤中Fe-Mn-Hg-Zn-Ni-Cr-V的赋存状态及意义.pdf

返回 相似 举报
合山超高有机硫煤中Fe-Mn-Hg-Zn-Ni-Cr-V的赋存状态及意义.pdf_第1页
第1页 / 共4页
合山超高有机硫煤中Fe-Mn-Hg-Zn-Ni-Cr-V的赋存状态及意义.pdf_第2页
第2页 / 共4页
合山超高有机硫煤中Fe-Mn-Hg-Zn-Ni-Cr-V的赋存状态及意义.pdf_第3页
第3页 / 共4页
合山超高有机硫煤中Fe-Mn-Hg-Zn-Ni-Cr-V的赋存状态及意义.pdf_第4页
第4页 / 共4页
亲,该文档总共4页,全部预览完了,如果喜欢就下载吧!
资源描述:
第3 4 卷第1 期中国矿业大学学报 V 0 1 .3 4N o .1 2 0 0 5 年1 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g &T e c h n o l o g yJ a n .2 0 0 5 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 5 0 1 0 0 3 3 0 4 合山超高有机硫煤中 F e M n H g Z n N i C r V 的赋存状态及意义 赵峰华,彭苏萍,唐跃刚,任德贻 中国矿业大学资源与安全工程学院,煤炭资源教育部重点实验室,北京1 0 0 0 8 3 摘要采用逐级化学提取方法,研究了广西合山超高有机硫煤中H g ,N i ,Z n ,M n ,C r ,V 等有害元 素赋存状态.解结果表明超高有机硫煤中与无机质结合的N i ,C r ,V ,Z n ,H g ,M n 均大于9 0 %, 而有机结合状态硫小于1 0 %.酸在各种无机结合态中,硫化物结合态、铁锰氧化物结合态或铝硅 酸盐结合态为主要赋存状态;如,N i 和Z n 主要与硫化物和铝硅酸盐结合;H g 主要与硫化物结 合;C r 和M n 主要与硫化物和铁锰氧化物结合;V 主要与铝硅酸盐和铁锰氧化物结合;F e 主要与 硫化物和铁锰氧化物结合.因此,从煤的洁净利用角度看,超高有机硫煤中的这些有害元素有可 能通过洗选来脱除.特殊的局限碳酸盐台地成煤环境决定了合山超高有机硫煤中F e ,N i ,c r ,V , Z n ,H g ,M n 的上述赋存特征. 关键词高硫煤;有机硫;赋存状态;逐级化学提取;合山煤田 中图分类号P5 9 4文献标识码A O c c u r r e n c eo fF e M n H g - Z n - N i C r - Va n dI t s S i g n i f i c a n c ei nH i g hO r g a n o s u l f u rC o a lf r o mH e s h a nC o a l f i e l d Z H A OF e n g - h u a ,P E N GS u - p i n g ,T A N GY u e ~g a n g ,R E ND e y i S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ,C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ; K e yL a b o r a t o r yo fC o a lR e s o u r c e ,T h eM i n i s t r yo fE d u c a t i o n ,B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ,C h i n a A b s t r a c t T h eo c c u r r e n c eo fh a z a r d o u se l e m e n t ss u c ha sH g ,N i ,Z n ,M n ,C r ,a n dVi nH e s h a nh i g h o r g a n o s u l f u rc o a lf o r m e di ns e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n to fr e s t r i c t e dc a r b o n a t ep l a t f o r mw a ss t u d i e d u s i n gs e q u e n t i a lc h e m i c a le x t r a c t .M o r et h a n9 0 %o fN i ,C r ,V ,Z n ,H g ,a n dM ni nt h es t u d i e dc o a l s a m p l e se x i s ti ni n o r g a n i cs t a t e ,l e s st h a n10 %o ft h e s ee l e m e n t sa r ea s s o c i a t e dw i t ho r g a n i cp h a s e . A m o n gv a r i o u so c c u r r e n c e so ft h e s ee l e m e n t s .t h ed o m i n a n to c c u r r e n c em o d e sa r es u l f i d es t a t e ,i r o n m a n g a n e s eo x i d eo rs i l i c a t es t a t e .F o re x a m p l e s 。n i c k e la n dz i n c i nt h e s ec o a ls a m p l e si sm a i n l y a s s o c i a t e dw i t hs u l f i d ea n da l u m i n o s i l i c a t e ;m e r c u r ym a i n l yo c c u r si ns u l f i d e ;c h r o m i u ma n d m a n g a n e s ea r em a i n l yi ns u l f i d e a n di r o n m a n g a n e s eo x i d e s .V a n a d i u mm a i n l yc o m b i n e sw i t h a l u m i n o s i l i c a t ea n di r o n m a n g a n e s eo x i d e s .I r o nm a i n l yO c c u r si ns u l f i d ea n di r o n - m a n g a n e s e o x i d e s .H e n c e ,f r o mt h ep o i n to fv i e wo fc l e a nc o a lt e c h n o l o g y ,i ti sp o s s i b l et or e m o v eN i ,C r ,V , Z n ,H g ,a n dM ni nH e s h a nh i g ho r g a n o s u l f u rc o a lt o g e t h e rw i t hp y r i t eb yc o a lp r e p a r a t i o n .S p e c i a l c o a l f o r m i n ge n v i r o n m e n to fr e s t r i c t e dc a r b o n a t ep l a t f o r mr e s u l t si ns u c ho c c u r r e n c em o d e sa sF e , N i ,C r ,V ,Z n ,H g ,a n dM ni nt h ei n v e s t i g a t e dH e s h a n ’Sc o a ls a m p l e s . K e yw o r d s h i g h s u l f u rc o a l ;o r g a n o s u l f u r ;o c c u r r e n c e ;s e q u e n t i a lc h e m i c a le x t r a c t ;H e s h a n c o aI f i e l d 收稿日期2 0 0 4 0 4 1 5 基金项目国家自然科学基金项目 4 0 1 3 3 0 1 0 ,4 0 2 7 2 1 2 8 ;国家重点基础研究专项经费资助项目 G 1 9 9 9 0 2 2 2 1 2 0 1 作者简介赵峰华 1 9 6 9 一 ,男,山西省和顺县人,副教授,工学博士,从事煤地球化学和环境地球化学方面的研究. 万方数据 中国矿业大学学报第3 4 卷 大多数高硫煤以硫化物硫 黄铁矿硫 占主导 地位,因此对煤中黄铁矿已进行了较多的研究[ 1 。2 ] ; 而超高有机硫煤因分布较少,故研究程度相对较 低.超高有机硫煤以其独特的物理化学组成和地质 地球化学成因背景而倍受关注.从地质成因来看, 其形成于局限碳酸盐台地环境,不同于一般的成煤 泥炭沼泽[ 3 ] ;从矿物学和元素地球化学来看,超高 有机硫煤中的硫化物矿物含量较低,M o ,N i ,H g , Z n ,A s ,S e ,S b 和U 等有害元素含量较高.这些元 素在超高有机硫煤中是如何存在的 它的成因机制 是什么 为了回答这些问题,本实验拟采用逐级化 学提取方法对合山超高有机硫煤中F e ,H g ,N i , Z n ,M n ,C r 和V 的赋存状态进行研究,试图从地 球化学角度理解其成因机制,同时也为超高有机硫 煤的洁净利用提供一些信息. 1样品 煤品L L 一3 和L L 一6 采自广西合山煤田里兰煤 矿合山组上段3 号煤层.合山组上段厚度约5 5m , 由厚层状生物碎屑灰岩、燧石灰岩、碳质灰岩、铝土 岩和煤层组成.3 号煤层形成于局限碳酸盐台地潮 坪环境,结构复杂,含1 - 2 层夹矸,平均厚1 .2m . 对样品的煤岩定量统计、元素含量测定、形态硫分 析和工业分析结果如表1 .由表1 可知,L L 一3 和 L L 一6 样品均为高煤级高灰分超高有机硫煤,有机 硫占全硫的7 3 %和9 2 %,而黄铁矿硫只占全硫的 2 4 %和7 %,其中L L 一3 相对L L 一6 样品含有较多黄 铁矿硫.煤样品中N i ,Z n ,M n ,V ,H g ,M o ,A s ,S e , S b ,u 等元素含量较高.煤岩组成以镜质组为主,9 镜质组 约6 5 %.x 射线衍射及显微镜下统计表 明,煤样品中矿物由黏土矿物、黄铁矿、石英和碳酸 盐 方解石 组成,并以黏土矿物为主;相对于L L 一6 样品,L L 一3 样品含有较多黄铁矿. 国际上公认煤中C r ,N i ,V 等元素的赋存状态 还未确定[ 4 ] ,实验选择样品L L 一6 中含量较高的 C r ,N i ,V ,F e ,Z n ,M n 和样品L I 。一3 中含量较高的 H g 田以测定它们在超高有机硫煤中的赋存状态. 为了与样品L L 一6 进行对比,因此也测定了F e 含 量较低的样品L L 一3 中F e 的赋存状态. 表1样品的化学和煤岩组成特征 T a b l e1C h e m i c a la n dp e t r o l o g i c a lc o m p o s i t i o n so fc o a ls a m p l e s I ,I ,一3 L L 一6 V L L 一3 啪/1 0 一6 I 』L 一6 I ,L 一3 L L 一6 L L 一3 L L 一6 A d ,V d 。f ,S t ,d ,S p , d ,S o .d S 刚分别为样品的干燥基灰分、干燥无灰基挥发分、干燥基全硫、干燥基硫化物硫、干燥基有机硫、干燥基硫酸盐 硫.V ,I ,E ,c l ,P y ,c ,Q 分别为镜质组、惰质组、壳质组、黏土矿物、黄铁矿、碳酸盐矿物、石英. 2实验方法 首先采用逐级化学提取实验方法将煤中不同 赋存状态的元素提取出来,然后用G B C 一9 0 2 型原 子吸收光谱仪测定提取液中F e ,M n ,Z n ,N i ,C r 的 含量,用x D Y ~2 A 型双道原子荧光光度计测定提 取液中H g 的含量,用J P 一1 型极谱测定仪测定V 的含量.逐级化学提取实验步骤如下. 1 水溶态和可交换态测试称取1 .0 0 00g 煤 样于具塞三角瓶中,加入1 5m L 醋酸钠溶液 1 m o l /L ,p H 8 .2 0 ,摇动1h ,转入离心管,高速离 心3 0m i n .上清液移入2 5m L 比色管中,残渣用8 J o 7 “m o o 邝 L ∞0 ∞孔G ∞n e ≈●g 加 骨卯, u 铝∞j;㈣魄㈣州&蝴h堋堋 o 8 7 d孔蹦, 3 2 b 强如№笳∞燃w笼n慧3枷r3㈣舢””n吣嘶 b o∞“o■、。%船u驵舳 s弘N∞弘T仉m E m m 6 8 4 C , ,;觚“孙刚钉Ⅲ撕∽异猢A强慨压强㈤HL;j互茁 &m n m&孙∽M锄&㈣邮n娜⋯&孙M;薹叭 1 4 iKⅢ僦3埘贴嬲蛐&叭蚰 9 6 9 2 l 4 4№m蒜麓№篙h麓 万方数据 第1 期赵峰华等合山超高有机硫煤中F e M n H g Z n N i C r V 的赋存状态及意义 3 5 m I 。交换水洗涤后,再次高速离心3 0r a i n ,上清液 合并于2 5m L 比色管中,用交换水冲洗至刻度,摇 匀,供F e ,M n 等7 种元素测试用. 2 碳酸盐结合态将步骤1 剩余的残渣加入 1 5m I 。醋酸钠溶液 醋酸钠溶液先用醋酸在p H 计 上调至p H 一5 ,水浴提取1h 后,离心分离,以下 操作同步骤1 . 3 铁锰氧化物结合态将步骤2 剩余残渣加 入1 5m L 2 5 %的醋酸溶液 内含0 .0 4m o l /L 盐酸 羟胺 ,水浴提取1h .以下操作同步骤1 . 4 硫化物结合态将步骤3 剩余残渣加入1 5 m L ,2m o l /I 。H N O 。水浴提取1h .以下操作同步骤 1 . 摇匀. 3 结果与讨论 实验结果如表2 ,图1 和图2 反映不同赋存状 态所占的比例.从图中可以看出,高煤级高灰超高 有机硫煤中N i ,C r ,V ,F e ,Z n ,H g ,M n 具有多种赋 存状态,但除V 以外,多数元素的优势赋存状态只 有两种.如,N i 和Z n 主要与硫化物 质量分数分别 为4 6 %和4 6o A 和铝硅酸盐结合 质量分数分别为 2 6 %和2 20 A ;H g 主要与硫化物结合 质量分数为 6 1 % ;C r 和M n 主要与硫化物 质量分数分别为 3 6 %和2 4 % 和铁锰氧化物 质量分数分别为3 0 % 和6 9 % 结合;V 主要与铝硅酸盐 质量分数为 5 铝硅酸盐结合态将步骤4 剩余残渣用水3 4 % 和铁锰氧化物结合 质量分数为2 5 % ;F e 主 转入聚四氟乙烯坩埚中,蒸干.加H F 溶解残渣,蒸要与硫化物 质量分数平均为3 5 % 和铁锰氧化物 干.然后用5 %H N O 。温热溶解,过滤.将滤液转入结合 质量分数平均为3 3 % .同时也发现,高煤级 2 5m L 比色管中,定容摇匀. 高灰超高有机硫煤中有机结合态的N i ,c r ,V ,Z n , 6 有机结合态将步骤5 剩余残渣连同滤纸,H g ,M n 所占比例较少,质量分数均小于1 0 %,仅 在高温电炉上碳化至无烟,移人6 5 0 ‘C 马弗炉中烧有质量分数约1 6 %的F e 为有机结合态,因此,从 至无黑色.用H N O 。和H C I O 。溶解至透明,蒸至白煤的洁净利用角度,9 0 %以上的M n ,H g ,N i ,Z n , 烟冒尽.用5 %H N O 。转入2 5m L 比色管中,定容V ,C r 等有害元素有可能通过洗选来脱除. 表2 合山煤样品的逐级化学提取实验结果 T a b l e2 E x p e r i m e n t a lr e s u l t so fs e q u e n t i a lc h e m i c a le x t r a c to fH e s h a nc o a ls a m p l e s W B /1 0 _ 6 序号状态 F e H g F eM nZ nN iC rV F cM nZ nVN iC r 图lL L 一6 样品中F e M n Z n V N i C r 的赋存状态 F i g .1 O c c u r r e n c eo fF e M n Z n V N i C r i nL L 一6c o a ls a m p l e 合山超高有机硫煤中F e ,N i ,C r ,V ,Z n ,H g , M n 的赋存状态之所以具有以上特征是因为其特 殊的形成环境.从地球化学角度看,金属离子对硫 化氢的争夺比有机质更有优势,因此,泥炭沼泽必 须有大量的硫化氢和相对贫乏的F e ,Z n ,N i ,H g , M n 等亲硫金属元素,才能形成超高有机硫煤.铁 的丰度远远大于N i ,Z n ,H g ,M n 等微量元素的丰 度,铁离子首先与硫化氢结合形成黄铁矿,N i ,c r , V ,Z n ,H g ,M n 等微量元素由于其丰度低而没有机 会形成各自的硫化物矿物,只能作为伴生元素同黄 铁矿一起沉淀;上述无机离子接近耗尽时,大量的 硫化氢开始与有机质结合形成高有机硫煤. 合山超高有机硫煤形成于局限碳酸盐台地潮 坪环境,成煤沼泽受海水影响强烈,大量硫酸盐被 带人,水介质偏碱性,极有利于细菌的繁衍.从煤岩 分析,显微组分的凝胶化程度较高,样品的灰分也 较高,表明还原环境下细菌活动强烈[ 5 - 6 ] ,在泥炭沼 们。 。。,弘 一撇篇∞篡意豪 。盯。。。∞ 一一 置曩孔施m鼠仡∞石磊 一酸 o n o,%弘。一硅L色m;专眠L眠眠一崩 o o , 一态 3 9 O 8 5 0 5 O 一{嚣黧撇弛羔黼。磊 m掘∞∞氓弧眠加一向 ; 髯磊 O 2 2 一一, 1 5 O O 6 8 O 2一. 掌蔫羔一 9 4 2 一小㈣叭化M兰}他2一M 一崭 订 n 一盐 ,o o o o m o 一擞薰寨基,。。。,。糖黼一港 踟阳∞如∞如加m O 万方数据 中国矿业大学学报第3 4 卷 泽聚集时细菌曾将硫酸盐还原成大量的硫化氢.从 元素分析结果看,煤中N i ,C r ,V ,Z n ,H g ,M n 等金 属元素的丰度在微量水平上,特别是铁的含量较 低,表明泥炭沼泽期间无机元素供给贫乏.正是这 种局限碳酸盐台地潮坪环境形成了合山超高有机 硫煤,并导致煤中有机结合态的F e ,N i ,C r ,V ,Z n , H g ,M n 较少,这些金属主要与硫化物、铁锰氧化物 或铝硅酸盐结合. 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 O;虬隰匿 ■ F c H g 图2L L 一3 样品中F e M n 的赋存状态 F i g .2 T h eo c c u r r e n c eo fF e M ni nL L - 3c o a ls a m p l e 4 结论 士和汤达祯教授、中国科学院地质与地球物理所曾 荣树研究员的指导和支持,在此一并致谢. 参考文献 [ 1 ] 唐跃刚,任德贻.煤中黄铁矿的成因研究[ J ] .地质论 评,1 9 9 6 ,4 2 1 6 4 7 0 . T a n gYG ,R e nDY .T h eg e n e t i cs t u d yo fp y r i t ei n c o a l [ J ] .G e o l o g i cR e v i e w ,1 9 9 6 ,4 2 i 6 4 7 0 . [ 2 1 代世峰,任德贻,唐跃刚。等.高硫煤中硫的地质演化 模式[ J 1 .地质论评,2 0 0 1 ,4 7 4 3 8 3 3 8 7 . D a iSF ,R e nDY ,T a n gYG ,e ta 1 .G e o l o g i c a l l y e v o l u t i o n a r ym o d e so fs u l f u ri nh i g h s u l f u rc o a l [ J ] . G e o l o g i cR e v i e w ,2 0 0 1 ,4 7 4 3 8 3 3 8 7 . [ 3 3 张鹏飞,刘焕杰,卓越,等.试论局限碳酸盐岩含煤 建造[ J 1 .沉积学报,1 9 8 3 ,1 3 1 6 2 8 . Z h a n gPF ,L i uHJ ,Z h u oY ,e ta 1 .O nr e s t r i c t e d p l a t f o r mc a r b o n a t ec o a lf o r m a t i o n s o m es e d i m e n t a r y c h a r a c t e r i s t i c so fH e s h a nF o r m a t i o ni nt h eH e s h a n 局限碳酸盐台地成煤环境决定了合山超高有 机硫煤中N i ,c r ,V ,Z n ,H g ,M n 等有害元素主要,.、 以无机结合态的形式存在,含量达9 0 %以上,而有 机结合态的含量小于1 0 %.在各种无机结合态中, 硫化物态、铁锰氧化物态或铝硅酸盐态是这些元素 的主要赋存形式,因此,超高有机硫煤中N i ,C r ,V , Z n ,H g ,M n 等有害元素有可能通过洗选与黄铁矿 [ 5 ] 等矿物质一起脱除. 致谢 [ 6 ] 本研究得到核工业北京地质研究院尹金双研 究员、中国矿业大学韩德馨院士和秦勇教授,安徽 理工大学唐修义教授、中国地质大学 北京 杨起院 a r e ao fc e n t r a lG u a n g x i [ J ] .A c t aS e d i m e n t o l o g i c a S i n i c a ,1 9 8 3 ,l 3 ,1 6 2 8 . F i n k e m a nRB .M o d e so fo c c u r r e n c eo fe n v i r o n m e n t a l l ys e n s i t i v et r a c ee l e m e n t si nc o a l [ A 1 .S w a i n eDJ , G o o d a r z iF ,e d s .E n v i r o n m e n t a lA s p e c t so fT r a c e E l e m e n t si nC o a l [ C ] . D o r d r e c h t /B o s t o n /L o n d o n K l u w e rA c a d e m i cP u b l i s h e r s ,19 9 5 .2 4 5 0 . G o l d h a b e rMB 。K a p l a nIR .C o n t r o l sa n dc o n s e q u e n c eo fs u l p h a t er e d u c t i o nr a t ei nr e c e n tm a r i n e s e d i m e n t s [ - J ] .S o i lS c i e n c e ,1 9 7 5 ,1 1 9 1 4 2 5 5 . 雷加锦,濮英英,任德贻.贵定超高有机硫煤中的细菌 体及其意义[ J ] .岩石学报,1 9 9 5 ,1 1 4 4 5 6 4 6 0 . L e iJJ ,P uYY ,R e nDY .B a c t e r i a lb o d yi n u l t r a h i g ho r g a n o s u l f u rc o a lf r o mG u i d i n ga n di t s s i g n i f i c a n c e [ J ] .A c t aP e t r o l o g i c aS i n i c a ,1 9 9 5 ,1 1 4 4 5 6 4 6 0 . 责任编辑李成俊 万方数据
展开阅读全文

资源标签

最新标签

长按识别或保存二维码,关注学链未来公众号

copyright@ 2019-2020“矿业文库”网

矿业文库合伙人QQ群 30735420