松河矿17＃煤地下气化模拟固液产物特征及微量元素析出规律
煤炭地下气化（UCG）是指将煤炭在地下进行有控制的燃烧，而转化成可燃性气体燃料或化工原料的一种新型煤炭开发技术。煤中含有多种微量元素，研究煤中微量元素在气化过程中的赋存状态和迁移规律，不仅可以为煤炭地下气化环境评估提供支撑，还可为煤中关键金属元素的回收利用提高理论依据。本论文以黔西松河矿区17#煤层为研究对象，结合煤炭地下气化物理模拟实验和固体产物浸泡实验，分析了气化过程固液产物物理和化学特征，探究了原煤、固液产物中微量元素的赋存特征和含量变化，揭示了微量元素的迁移过程和析出规律。 黔西松河矿区17#煤层为低灰分、中挥发分、低硫煤，Ro,max为1.38%，宏观煤岩类型为半暗型~半亮型。显微组分主要为镜质组，有机组分为91.93%，无机组分较少，为典型的焦煤，主要矿物有黄铁矿、石英、方解石、绿泥石、高岭石、锆石以及其他粘土矿物。 开展了煤炭地下气化物理模拟实验，结果发现，产出气中有效气体组分和热值随着气化剂中氧气浓度的升高逐渐上升，并在氧气浓度为74%时趋于稳定，说明气化剂中氧气浓度介于70%~80%之间气化效果最好。对气化残焦的表面形貌分析发现，残焦表面出现明显融蚀现象，孔裂隙发育程度增加。 开展了残焦浸泡模拟实验，结果发现，随着浸泡温度升高，浸泡液中氨氮的浓度逐渐升高，而挥发酚和TOC浓度逐渐下降，微量元素中Mn、Sb、V、Co、Cr、Ni、Cu和Zn含量浓度总体增加，Cd、Pb、As、Se浓度呈现下降趋势。随着浸泡时间的延长，浸泡液中氨氮、挥发酚和TOC前期浓度增长迅速，后期增加缓慢并逐渐趋于稳定，而微量元素总体呈现增长趋势。 结合相关性分析和数理统计分析，研究了17#原煤及气化残焦中有害微量元素和稀土元素的赋存状态，结果显示，气化残焦中Cr、Se、Ba主要赋存在硅酸盐矿物中，Be、Co、Cu、Mo、Sb、V主要赋存在粘土矿物中，As、Tl、Pb主要以有机结合态赋存在有机物中，稀土元素主要赋存在硅酸盐和磷酸盐等矿物内。 原煤和气化残焦中微量元素的分布存在明显的差异化富集现象，表明微量元素发生了不同程度的迁移。不同气化残焦中的微量元素含量随气化剂氧气浓度的变化而变化，其中Be、Co、As、Mo、V、Cd、Cu、Tl和Pb随着氧气浓度的上升迁移能力增强，而Ni、Zn、Ba、Cr随着氧气浓度的上升迁移能力逐渐减弱，气化剂中氧气浓度与Sb的迁移能力关系微弱。研究认为，影响煤炭地下气化过程中微量元素迁移的主要因素包括气化剂中氧气浓度配比、不同微量元素的自身特性及其赋存状态。
煤炭地下气化;固液产物;微量元素;赋存特征;析出规律
中国矿业大学;中国矿业大学(江苏)
硕士
地球化学
吴财芳
2023
中文
TD84
2023-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）