山西省境内商品煤中毒害微量元素含量状况研究

郑智峰

摘  要：本文通過对山西省境内抽取的商品煤产品中的硫、汞、磷、氯、砷等有害微量元素含量、地区分布状况、相关性及经过洗选加工后含量变化情况进行了宏观研究分析，初步得出以下结论：山西省境内商品煤中硫含量平均值为0.09%，汞元素含量为0.16μg/g，磷元素含量平均值为0.03%，氯元素含量平均值为0.05%，砷元素含量平均值为6（μg/g），结果表明山西省境内的商品燃煤具有低硫、低汞、低磷、低氯、低砷的特点，硫元素、汞元素、氯元素、砷元素间的相关性系数r均小于0.3，表明各元素间不存在高度相关性，通过洗选加工后可看出全硫含量降幅约45%，汞元素含量降幅约55%，磷元素含量降幅约18%，氯元素含量降幅约3.7%，砷元素含量降幅约61%，数据表明经过洗选加工后煤中毒害元素含量均显著降低。

关键词：山西省  商品煤  有害微量元素  含量  洗选

中图分类号：P618.11                          文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）10（a）-0101-03

Abstract： In this paper， the content， regional distribution， correlation and content changes of harmful trace elements such as sulfur， mercury， phosphorus， chlorine and arsenic in commercial coal products extracted in Shanxi Province were studied and analyzed. The following conclusions are drawn preliminarily： the average sulfur content of commercial coal is 0.09% ，the content of mercury is 0.16μg/g ， the average phosphorus content is 0.03%， the average chlorine content 0.05%， and the average arsenic content is` 6 （μg/g） in Shanxi Province. The results show that the commercial coal burning in Shanxi Province has the characteristics of low sulfur， low mercury， low phosphorus， low chlorine and low arsenic. The correlation coefficient r among sulfur， mercury， chlorine and arsenic is all less than 0.3， which indicates that there is no high correlation between the elements. The total sulfur content decreased by 45%， mercury content by 55%， phosphorus content by 18%， chlorine content by 3.7%， and arsenic content by 61% after washing and processing. The data show that the content of toxic elements in coal after washing and processing decreases significantly.

Key Words： Shanxi Province; Commodity coal; Harmful trace elements; Content; Washing and processing

煤在燃烧利用过程中会使其含有的部分元素释放到周围环境，而其中某些元素为有毒有害元素，如硫、汞、砷、磷、氯等元素会对人体及周围环境产生一定的危害。煤中硫元素按其存在形态可分为有机硫和无机硫两种，干基全硫是商品重要质量指标之一，煤作为燃料燃烧生成SO2，不但腐蚀锅炉等设备，还会形成酸雨危害动植物生长和人体健康;汞是人类无需的有害元素，同时汞蒸汽有毒，汞在厌氧甲烷合成细菌作用下可以转化为毒性更强的甲基汞，且容易生物积累，因此要严格控制高汞煤的使用[1];煤中的磷主要是无机磷，煤燃烧时，煤中含磷化合物在高温下挥发，在锅炉表面上冷凝下来，形成一些难以消除的沉积物，严重影响锅炉热效率;煤中的氯多以氯化钠和氯化钾形态存在， 极少以有机化合物形态存在，但含氯量高于0.3% 的煤用于炼焦时会严重腐蚀炭化壁的耐火砖而缩短焦炉寿命;煤中砷燃烧生成的三氧化二砷具有的剧毒性为人们所共知， 所以煤中砷对人体及环境的危害久已[2]。

尽管煤中有害微量元素含量极少，现代化的除尘设备也大大降低了排放的飞灰，但是由于煤炭使用量巨大，每年通过燃煤向大气环境中排放的有害微量微量元素总量也相当惊人，本文旨在通过对山西省境内采集的商品煤样品中硫、汞、砷、磷、氯等元素进行统计分析了解：

（1）山西省境内各地区生产销售的商品煤中有害微量元素赋存状态;

（2）通过洗选加工后商品煤中毒害元素含量变化情况。

1  实验部分

本文所研究的样品均严格按照GB/T475-2008《商品煤样人工采取方法》和GB/T19494.2-2004《煤炭机械化采样》采取，根据实际情况按移动煤流抽样方法或静止煤抽样方法采集，同时按照GB/T474-2008《煤样的制备方法》进行制样，得到约1600个原煤样品及800个精煤样品。检测及评价方法按照GB/T31356-2014《商品煤质量评价与控制技术指南》实施[3]。

实验样品检测项目主要为灰分、全硫、汞、砷、磷、氯。其中灰分按GB/T212-2008《煤的工业分析方法》测定;全硫按GB/T214-2007《煤中全硫的测定方法》测定;汞元素按GB/T16659-2008《煤中汞的测定方法》测定;砷元素按GB/T3058-2008《煤中砷的测定方法》测定;磷元素按GB/T216-2003《煤中磷的测定方法》测定;氯元素按GB/T3558-2014《煤中氯的测定方法》测定。

2  检验结果统计分析

2.1 对山西各地区采集样品中有害元素含量的初步统计分析

通过对山西省各地区煤炭中毒害元素含量的算术平均值进行统计分析，对煤中毒害元素含量进行分级判定。

根据GB /T 15224.2-2010准《煤炭质量分级第2 部分：硫分》分级：长治地区、晋城地区采集的商品商品煤样品为特低硫煤，其他地区采集的样品均为低硫煤;根据GB/T20475.4-2012《煤中有害元素含量分级 第4部分：汞》分级：山西省范围内商品煤样品均为特低汞煤;根据GB/T20475.1-2012《煤中有害元素含量分级第1部分磷》分级：大同地区、长治地区、晋城地区、朔州地区、阳泉地区采集的商品煤样品为低磷煤，太原地区、晋中地区、临汾地区采集的商品煤样品为中磷煤;根据国家标准GB/T20475.2-2012《煤中有害元素含量分级2部分：氯》分级：太原地区、吕梁地区、晋中地区、临汾地区所采集的商品煤样品为低氯煤，大同地区、长治地区、晋城地区、朔州地区、阳泉地区、忻州地区采集的商品煤样品为特低氯煤;根据国家标准GB/T20475.2-2012《煤中有害元素含量分级第3部分：砷》分级：山西省各地区采集的商品煤样品均为低砷煤。

2.2 毒害元素含量相关性分析

本研究利用SPSS分析软件对样品中毒害元素之间相关性进行统计分析。用样本的相关系数r来推断总体相关系数，当时，视为高度相关;当时，视为中度相关;当时，视为低度相关;当时，视为变量之间相关度极弱，可视为不相关[4]。汞元素与砷元素之间的样本相关系数r为0.302，表现为低度正相关，其他所有元素的样本相关系数r均小于0.3，即各个元素之间表现为不相关。

2.3 经过洗选加工后毒害元素含量变化

要降低煤中毒害元素的污染，首先要从源头加以控制，禁止开采使用高毒害元素的煤炭资源，以消除煤中有害元素对环境带来的危害[5];同时由于大多数微量元素具有明显的矿物亲和性，所以利用煤炭洗选技术可一定程度上降低煤中毒害元素含量，以减轻对环境的污染[6]。

从表1可以看出，原煤经过洗选加工后，5种毒害元素含量的算术平均值均有所降低，通过洗选可看出全硫含量降幅约45%，汞元素含量降幅约55%，磷元素含量降幅约18%，氯元素含量降幅约3.7%，砷元素含量降幅约61%，数据表明经过洗选加工后商品煤中毒害元素在很大程度上被脱除，因而鼓励煤矿企业调整产品结构，提高洗选产品综合利用水平，可以最大限度降低毒害元素排放量[7]。同时可看出商品煤中汞元素和砷元素的降幅比较明显，说明山西省境内大多数煤中的汞元素和砷元素可能以无机态的形式共存。

3  结语

从化验结果及统计数据来看，山西省地区生产销售的商品煤具有低硫、低汞、低磷、低氯、低砷的特点，同时通过对5种微量元素之间的线性相关性可发现，各微量元素之间无高度相关性，仅汞元素与砷元素之间存在低度正相关。山西省各地区生产销售的商品煤经过洗选加工后毒害元素含量的浓度均有所降低，毒害元素在很大程度上被脱除，通过洗选加工可以最大限度降低毒害元素排放量。

参考文献

[1] 马晶晶，罗光前，李显，等.煤中汞的赋存形态及其测定方法[J].华中科技大学学报：自然科学版，2017，45（1）：123-127.

[2] 秦可敏.大同礦区煤中有害微量元素的赋存特征及其环境效应[D].徐州：中国矿业大学，2019.

[3] GB/T31356-2014，商品煤质量评价与控制技术指南[S].北京：中国标准出版社，2015.

[4] 潘金禾，马超凡，刘晓凯等.贵州某地煤中砷的赋存状态研究[J].煤炭技术，2019，38（7）：80-83.

[5] 张振轩.煤中有害元素检测标准方法论述[J].冶金 与材料，2019，39（3）：182-183.

[6] 张森.煤中微量有价元素赋存状态及迁移规律研究[D].太原：山西大学，2019.

[7] 刘汉斌，李 淼，郭彦霞，等.山西煤中有害微量元素分布特征与富集规律[J].洁净煤技术，2017，23（5）：20-23.