脱硫石膏汞开题

安徽理工大学本科毕业设计（论文）开题报告

2 研究现状

自然界中的汞有三种价态：单质汞(Hg0)、一价汞(Hg1+)和二价汞(Hg2+)。元素汞容易挥发，且难溶于水，是大气中相对比较稳定的形态，在大气中的停留时间长。Hg1+ 和Hg2+两种离子中，二价汞(Hg2+)比较稳定，许多二价形态的汞溶于水。汞的有机化合物不易解离，因而在生物体内的、外环境中容易造成累积，是最具毒性的形态。事实上，各种形态的汞，从污染源进入到大气、水体后，均可转化为甲基汞，甲基汞溶于水，进一步在藻类、鱼类等水生物体内富集，通过食物链直接危害人类健康甲基汞进入人体后主要侵害人的神经系统，尤其是中枢神经系统，最近的病理学研究表明，甲基汞可以穿过胎盘屏障侵害胎儿，使新生儿发生先天性疾病。除了神经系统受到损害外，儿童的免疫系统和循环系统的发育也受到侵害。

不同地区、不同煤种、不同矿层的煤中汞含量是不同的，含量差别很大。美国煤中汞含量0.09-0.51mg/kg，平均为0.22mg/kg；澳大利亚煤中含量在0.03-0.25mg/kg范围内，平均为0.087mg/kg；我国煤炭中汞量分布很不均匀，各学者对此也有争议。各种煤汞含量由高到低依次为：瘦煤>褐煤>焦煤>无烟煤>气煤>长焰煤。

燃煤过程中释放出的汞的形态转化与煤种、燃烧温度、烟气气氛、烟气成分、烟气冷却速率和除尘脱硫系统的布置有关。烟煤燃烧产生的烟气中，汞的形态以氧化态为主，无烟煤燃烧产生的烟气中，氧化态与元素态的汞比例相当，褐煤燃烧产生的烟气中，汞主要以元素态存在；相比普通煤粉炉，循环流化床燃烧温度要低一些，其燃烧烟气中的氧化态汞比例要大一些;氧化性烟气气氛对元素汞的氧化有促进作用，而还原性烟气气氛则不利于氧化态汞的生成；烟气中含有的微量元素成分氯、溴等影响元素汞的氧化。烟气不同冷却速率或烟气在冷却段的停留时间对于汞的形态转化是有影响的，较低的冷却速率可以促进汞(Hg0)向二价汞(Hg2+)转化。煤种痕量元素的释放、迁移转化的过程是极端复杂的，并且由于煤的非均匀性和不同煤种间煤中痕量元素浓度显著的变化性而使得问题更加复杂。在燃烧过程中，煤颗粒首先进行热解和着火，随着挥发份的析出，汞元素等气相元素气化，焦炭随后开始燃烧，以挥发的痕量元素蒸发，从焦炭颗粒中释放出，在高温环境下与周围的气体发生氧化还原反应。元素汞最后经历复杂的物理和化学变化，进入气相和气溶胶。其中绝大部分是蒸发释放，以金属汞蒸汽的形态存在与烟气中。在炉膛内的高温下，几乎所有煤中的汞转化为元素汞并停留在烟气中。

除尘设备汞脱除：CS-ESP（cold side-ESP）、HS-ESPS(hot side-ESP)和FF（Fabric Fitler）的平均脱汞效率分别为27%、4%和58%。总体来说，FF脱除气态汞的能力更为优越，并且低品质的煤引起除尘设备脱汞效率低，与烟气中的Hg0的浓度及煤种的含氯量也有关。脱硫装置汞脱除：湿法脱硫装置(WFGD)的脱硫效率高，适应性广，目前它对脱汞污染排放特性的影响也受到广泛关注。研究表明，WFGD对烟气内的Hg2+脱除效率可高达89.24%-99.1%；增加脱硫浆液和烟气体积比，有利于提高WFGD对Hg2+的脱除效率；WFGD对烟气中全汞的脱除效率可以达到50%以上，Hg2+在全汞中比例是决定WFGD 全汞脱除效果的关键因素。少于8%的Hg2+可以被还原为Hg0，这种转化与浆液中的硫酸氢根离子和金属离子有关，较高的二氧化硫浓度有利于促进Hg2+还原作用的发生。吸附剂脱汞：如活性碳类、飞灰、钙基类、沸石等固体吸收剂。

总之，当前我国对燃煤电厂脱汞尚处于初级阶段，大都停留在实验室规模研究，对吸附剂除汞的吸附过程中的内在机理还不甚清楚，而弄清楚吸附机理对于开发和发展汞排放控制技术又至关重要，因此应切实加强这方面的研究，争取早日开发出具有我国自主知识产权的新型廉价高效脱汞吸附剂。本课题对燃煤电厂汞的迁移规律进行研究，分析测定石膏的汞浓度，通过对燃煤副产物进行浸出和焙烧实验，研究汞在副产物中的赋

存情况。

3 研究内容

在众多烟气脱硫工艺中，湿式石灰石-石膏法以其稳定、高效等优点成为世界上最成熟、应用最广泛的脱硫工艺，这种工艺会产生大量副产物脱硫石膏。我国石灰石-石膏湿法脱硫始于80年代末，脱硫石膏应用尚未形成较大工业规模化。石膏的用途广泛，可以用于水泥生产，水泥生产中加入一定量石膏，不仅能对水泥起缓凝作用，同时还可以提高水泥强度，此外脱硫石膏还可用于生产空心砌块、建筑石膏、粉刷石膏等。从前面的讨论可以看出，烟气经过脱硫石膏后，部分汞吸附在石膏内。石膏制成建筑等材料后，这些材料又会被曝露在大气环境中，会在雨水中和长时间储存在料场，吸附汞的脱硫石膏可能再次进入环境中，这样就带来汞的二次污染。

本文的主要研究内容是采集燃煤电厂的脱硫石膏样品，对其进行汞的浓度分析并计算其富集因子，对燃煤副产物石膏进行浸出实验和不同温度下的焙烧实验，分析汞在燃煤副产物中的迁移规律，汞在副产物中的赋存情况。

4 拟采用的研究思路与方法

采集燃煤电厂的脱硫石膏样品对其进行汞的浓度分析，对脱硫石膏行浸出实验和不同温度下的焙烧实验：

（1）脱硫石膏中的汞在不同温度下（相同时间内）、不同时间内（相同温度下）的稳定性研究

（2）脱硫石膏中的汞在不同浓度淋洗剂（相同时间）、不同时间内（相同浓度淋洗剂）的稳定性研究

实验所用检测方法：

实验采用测汞仪对本实验中的样品进行测定

汞含量测定实验：

考虑到煤燃烧过程中有机态的汞转化为气态汞或颗粒态汞，将有机汞的提取步骤变为重点提取固体物质中的零价汞，利用逐级化学提取法，根据各形态汞在不同浸提液中的溶解特性测定固体产物中汞存在的水溶态(氯化物硝酸盐和硫酸盐)酸溶态(碳酸盐HgO)过氧化氢溶态(零价汞以及难降解有机汞)及王水溶残渣态(以硫化汞为主的惰性汞和晶格态汞)。脱硫灰中汞的提取步骤: （1）水溶态汞的浸提方法，取10 g脱硫灰样品加入 200m去离子水，搅拌后恒温振荡30 min，静置2 h，过滤分离残渣和滤液。滤液待测，残渣风干。（2）酸溶态汞的浸提方法，将步骤（1）的残渣加入150 mL 20mol /L的HCl中，剧烈摇动，放置5 min后加10mL 1%的 CuSO4 溶液，搅拌后恒温振荡 30 min，静置 2 h，过滤分离残渣和滤液。滤液待测，残渣风干. (3)过氧化氢溶态汞的浸提方法。将步骤(2)的残渣加入100mL30% 的双氧水中，再加入10 mL浓HCl静置8 h，过滤分离残渣和滤液。滤液待测，残渣风干。晶格态汞的浸提方法。将步骤的残渣加入40 mL王水中,保持消化 8 h，过滤分离，残渣和滤液，滤液待测。

淋洗实验：

实验材料

（1）样品为淮南电厂采集的脱硫石膏

（2）淋溶柱将硬质管的一端用带有玻璃导管的橡皮的一端用带有玻璃导管的橡皮塞塞住,并在管底铺上一层玻璃纤维及慢速定量滤纸称取过2mm筛的石膏样品50克，装入管柱中，在试样上铺一层玻璃纤维以防试样溅出。将淋溶柱固定在铁架上，于玻璃导管下放一玻璃收集渗滤液、淋洗前用去离子水浸润饱和淋溶柱。

（3）淋洗液采用各不同浓度的酸溶液淋洗石膏样品，酸溶液浓度分别为 5%、7%、10%、