CN108676600A - 能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂的制备方法 - Google Patents

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谢兴旺
薛则禹
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开一种能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂的制备方法，该技术是在煤在锅炉中的燃烧过程中，向锅炉中直接喷入添加剂。该添加剂由石灰石和高岭土研磨混合，并用磷酸溶液浸泡改性而成。石灰石和高岭土按以下质量比配比：石灰石：50～80％，高岭土：20～50％。磷酸溶液浓度为1～3mol/L本发明可以有效控制燃煤过程中重金属砷(As)和铅(Pb)化合物的释放，通过物理化学吸附作用，可以固化煤燃烧过程中释放的重金属，减少微米级颗粒的排放量，对于减轻重金属污染有一定的帮助。该添加剂的成分稳定，来源广泛，无毒无害，易于储存，便宜易得。

Description

能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂的制备方法
技术领域
本发明属于煤炭清洁燃烧技术领域，更具体地涉及一种可以有效控制煤中重金属释放的燃烧技术。
背景技术
煤是一种不清洁能源，其燃烧产生的大气污染是全人类共同面临的难题，更是制约我国国民经济和社会可持续发展的一个重要因素。以亚微米量级颗粒形式存在的重金属及其化合物，即使在很低的浓度下，也具有相当大的毒性，而且它们在大气中有很长的驻留期，不易降解，可以在生物体内沉积，并转化为毒性很大的有机化合物，对生态环境会造成严重的污染，包括对水、大气以及土壤的污染，其中对重要的是对人体造成很大伤害。在煤的燃烧过程中，重金属随温度升高而蒸发，目前对于细微颗粒物的捕集效率很低，若不加以处理，便扩散到大气中，这些含重金属的细微颗粒会直接进入人的呼吸系统，严重影响人类的身体健康。综上，实现燃煤过程中对重金属化合物释放的控制有重要的意义。
发明内容
技术问题：为了解决现有燃煤烟气中存在的重金属释放问题，本发明提供了一种能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂的制备方法。
技术方案：本发明控制重金属砷(As)和铅(Pb)释放的煤炭燃烧技术的作用机理为：在燃煤过程中，煤中的重金属是以有机态和络合态或细分散矿物形式存在。本发明在燃煤过程中加入事先配好的添加剂，其主要成分为含有钙基、硅铝基以及磷酸盐的矿物质，在燃烧过程中不同矿物质的合理配比有助于其以物理及化学方式吸附重金属砷(As)和铅(Pb)蒸汽生成高熔点的重金属的砷酸钙、铝硅酸盐以及磷酸盐，使烟气中重金属进入飞灰及灰渣中。这样，燃烧过程中重金属的排放量就得到了有效的控制，降低了气态重金属化合物的含量，达到重金属排放标准。在机理方面，高岭土因其较大的比表面积具有较强的物理吸附能力，对烟气中的重金属进行一次捕集，在高温下的As和Pb能进入Si-Al结构之中，同时Ca对As、P对Pb具有更强的针对性吸收能力。
本发明的能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂的制备方法，通过燃烧中加入或者燃烧前加入炉膛进行重金属固定，该燃煤添加剂石灰石和高岭土研磨混合，并用磷酸溶液浸泡改性而成。
本发明的能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂的制备方法包括如下步骤：
1)将石灰石和高岭土在破碎机内进行粉碎，筛选出粉末；
2)将步骤1)中所得粉末混合均匀，取该混合粉末浸泡在磷酸溶液中改性，水浴、加热2h；
3)将步骤2)处理过的粉末过滤蒸干，并在压片机内压片成型，使成型后的添加剂中各成分充分混合；
4)将步骤3)中已压片成型的添加剂破碎成颗粒状，并与煤混合加入至流化床内进行燃烧。
其中：
所述的石灰石和高岭土的质量比为：石灰石50～80％，高岭土20～50％。
所述浸泡改性的磷酸溶液浓度为1～3mol/L。
所述步骤1)中筛选出的筛下粉末为50-100目。
所述步骤2)中，加热的温度为50-80℃。
所述步骤2)中，水浴的时间为2-3h。
有益效果：本发明一种流化床内有效控制重金属砷(As)和铅(Pb)释放的煤炭燃烧技术，可以有效控制燃煤过程中重金属砷(As)和铅(Pb)的释放，使其由气态转化成固态，便于重金属的捕集，达到烟气重金属排放标准。此外，气态重金属化合物的减少也会降低亚微米颗粒的排放量，有助于缓减目前严峻的环境问题。该技术中使用的添加剂的来源丰富，配方简单，成本低廉，同时生成的产物成分稳定，浸出毒性低。
具体实施方式
在鼓泡流化床内进行了燃煤试验，添加剂总量占煤质量的5％，燃烧温度850℃，炉内停留时间5s。实验结束后，对飞灰和底渣收集称重后，按EPA3050B标准进行消解，ICP-OES上机试验，进行质量平衡计算。每个工况进行3次，保证相对标准偏差<10％。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
例1
本实施例的可以有效控制碱金属释放的生物质燃烧技术的添加剂由如下质量比的原料配比组成：石灰石50％，高岭土50％。用于浸泡改性的磷酸溶液浓度为3mol/L。
例2
本实施例的可以有效控制碱金属释放的生物质燃烧技术的添加剂由如下质量比的原料配比组成：石灰石60％，高岭土40％。用于浸泡改性的磷酸溶液浓度为3mol/L。
例3
本实施例的可以有效控制碱金属释放的生物质燃烧技术的添加剂由如下质量比的原料配比组成：石灰石70％，高岭土30％。用于浸泡改性的磷酸溶液浓度为3mol/L。
例4
本实施例的可以有效控制碱金属释放的生物质燃烧技术的添加剂由如下质量比的原料配比组成：石灰石80％，高岭土20％。用于浸泡改性的磷酸溶液浓度为3mol/L。
例5
本实施例的可以有效控制碱金属释放的生物质燃烧技术的添加剂由如下质量比的原料配比组成：石灰石60％，高岭土40％。用于浸泡改性的磷酸溶液浓度为1mol/L。
例6
本实施例的可以有效控制碱金属释放的生物质燃烧技术的添加剂由如下质量比的原料配比组成：石灰石60％，高岭土40％。用于浸泡改性的磷酸溶液浓度为2mol/L。
表1
由表格1可以看出，本发明可以有效控制重金属释放，对于重金属砷的固定效率可以达到70.3％以上，对于重金属铅的固定效率可以达到75.1％以上，这样就极大地减少重金属砷(As)和铅(Pb)的排放，达到重金属排放标准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明的实质做简单的修改和等同替换，仍属于本发明所保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)将石灰石和高岭土在破碎机内进行粉碎，筛选出粉末；
2)将步骤1)中所得粉末混合均匀，取该混合粉末浸泡在磷酸溶液中改性，水浴、加热2h；
3)将步骤2)处理过的粉末过滤蒸干，并在压片机内压片成型，使成型后的添加剂中各成分充分混合；
4)将步骤3)中已压片成型的添加剂破碎成颗粒状，并与煤混合加入至流化床内进行燃烧。
2.根据权利要求1所述能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂，其特征在于所述的石灰石和高岭土的质量比为：石灰石50～80％，高岭土20～50％。
3.根据权利要求1所述能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂，其特征在于所述浸泡改性的磷酸溶液浓度为1～3mol/L。
4.根据权利要求1所述能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂，其特征在于所述步骤1)中筛选出的筛下粉末为50-100目。
5.根据权利要求1所述能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂，其特征在于所述步骤2)中，加热的温度为50-80℃。
6.根据权利要求1所述能有效控制重金属砷和铅释放的燃煤添加剂，其特征在于所述步骤2)中，水浴的时间为2-3h。
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