El efecto inhibidor del óxido de calcio sobre la volatilización del arsénico en el carbón.
Artículos seleccionados sobre petrología y geoquímica del carbón de Ren Deyi
La comunidad científica reconoce que el arsénico es la sustancia más común y dañina en el entorno actual. La quema de carbón es una fuente importante de arsénico en la atmósfera. El contenido de arsénico en la famosa neblina sobre Londres es de 0,04 a 0,1,4 microgramos/metro cúbico, y el contenido de arsénico en la atmósfera sobre Praga llega a 0,56 microgramos/metro cúbico. La contaminación por arsénico en el aire también es grave en las principales ciudades chinas como Fushun, Shenyang, Lanzhou, Guiyang, Chengdu y Chongqing. El uso de carbón con alto contenido de arsénico en algunas zonas de Guizhou ha provocado intoxicación por arsénico en más de 3.000 personas [1, 2]. Durante la quema de carbón, la tasa de volatilización del arsénico es superior al 25% por encima de 800 °C y, a medida que la temperatura continúa aumentando, la tasa de volatilización del arsénico sigue aumentando. Por encima de 1100 °C, la tasa de volatilización del arsénico es superior a 60. % [3]. La investigación de Gutberlet muestra que un contenido de CaO >:3% puede reducir eficazmente el daño del arsénico. El análisis de Balling y Hein demostró que agregar piedra caliza durante el proceso de combustión del carbón puede reducir significativamente el contenido de arsénico en los gases de combustión. Los experimentos de Meij muestran que la volatilidad del arsénico está significativamente relacionada con el contenido de calcio en el carbón. Cuando el contenido de calcio en el carbón
Primero, la forma de transformación del arsénico en el carbón durante el calentamiento y la combustión
1 Verificación experimental
Para comprender la relación. entre CaO y Para la reacción del As a una determinada temperatura, se seleccionaron minerales que contenían As para las pruebas de calentamiento. Se calentaron muestras de rejalgar y oropimente con una cierta cantidad de CaO a 865438±05°C durante 2 horas, y luego se usó difracción de rayos X para determinar las características y cambios de la distribución de fases (Figura 65438±0).
Las muestras de mineral en bruto son principalmente rejalgar, que contiene más oropimento y una pequeña cantidad de oropimento, mica, yeso y feldespato. En ausencia de CaO, el As y el S en el mineral básicamente se volatilizan a temperaturas más altas, dejando solo SiO2_2, hematita (fe2o3) y una pequeña cantidad de mica y anhidrita.
El rejalgar y el oropimente se oxidan y se descomponen a una determinada temperatura;
Artículos seleccionados sobre petrología y geoquímica del carbón de Ren Deyi
Figura 1 Mineral que contiene arsénico calentado a 815°C El patrón XRD final
Después de agregar CaO y calentar, la composición cambió significativamente. Además de estacional (SiO2_2), hematita (fe2o_3) y una pequeña cantidad de mica, también aparecen gran cantidad de anhidrita (CaSO4) y arseniato de calcio (Ca3(AsO_4)_2). La tasa de volatilización cayó significativamente del 67,56% al 30,03%. El As2O3 generado reacciona con CaO a una determinada temperatura;
Artículos seleccionados de Ren Deyi sobre petrología y geoquímica del carbón
Los resultados muestran que a una determinada temperatura, el CaO no solo reacciona con azufre, pero también reacciona con arsénico.
2. La forma de transformación del arsénico en el carbón durante el proceso de combustión.
Frandsen et al. calcularon el equilibrio termodinámico de las formas de transformación de oligoelementos en carbón bituminoso basándose en el principio de minimización de energía libre de Gibbs. En condiciones de oxidación estándar (sistema As/O), el As existe en estado sólido a 750K, y entre 750 y 900k, existen tres formas: As2O5 sólido, As4O6 gaseoso y AsO*** gaseoso. Entre ellos, el As2O5 sólido está presente a 750K. 750~800k Principalmente, el As4O6 gaseoso domina a 800-830k. Los resultados muestran que a cierta temperatura, el arseniato de calcio es la forma más estable de arsénico en presencia de calcio.
2. Prueba de fijación de arsénico en combustión en lecho fijo
La prueba de combustión en lecho fijo simulada muestra que la tasa de volatilización del arsénico en el carbón es del 20,91% ~ 39,66%, con un promedio de 28,50%. . Después de agregar CaO, la tasa de volatilización del As osciló entre 3,94% y 25,81%, con un valor promedio de 13,19%. Los resultados muestran que a cierta temperatura, la tasa de volatilización del As disminuye después de agregar CaO durante la combustión del carbón. La tasa de inhibición del CaO sobre la volatilización del As en el carbón es del 3,05% al 37,35%, con un valor medio de 15,438+0%. Sin embargo, las tasas de inhibición de CaO sobre materia volátil de As en diferentes carbones son diferentes. Para el carbón con alto contenido de arsénico, el CaO tiene un efecto inhibidor significativo sobre la volatilización.
Por ejemplo, el contenido de As en el carbón crudo LT01 y AT01 es alto, y la tasa de inhibición de la volatilización de As por CaO también es alta, que son 37,35% y 16,97% respectivamente, y el efecto de inhibición es obvio. Para el carbón con bajo contenido de arsénico, el CaO no tiene ningún efecto inhibidor obvio sobre la volatilización del arsénico. Por ejemplo, el contenido de As en el carbón crudo PN28 es de sólo 5,7 mg·kg-1, y la tasa de inhibición de As por el CaO es de sólo 3,86%. El arsénico en el carbón con alto contenido es principalmente secundario y existe en estados inorgánicos y adsorbidos. Esto muestra que el efecto inhibidor del CaO sobre la volatilización del As en el carbón se ve afectado por varios factores, como el estado de aparición del arsénico en el carbón (Tabla 1).
Tabla 1 Resultados experimentales de la tasa de inhibición de arsénico en la prueba de combustión en lecho fijo (contenido en carbón)
3. comprender mejor El efecto inhibidor del CaO sobre la volatilización del arsénico durante la combustión del carbón se probó utilizando el pequeño banco de pruebas de lecho fluidizado circulante del Centro de Combustión Limpia de Carbón de la Universidad de Tsinghua en el carbón de Pu'an en el suroeste de Guizhou. El banco experimental de lecho fluidizado circulante consta de un cuerpo de caldera de lecho fluidizado, un dispositivo de separación gas-sólido, un sistema de suministro de aire y un sistema de recuperación de energía. El cuerpo de la caldera de lecho fluidizado incluye principalmente la cámara de combustión, la placa de distribución de aire, el sistema de alimentación y el sistema de descarga de escoria; el dispositivo de separación de gas-sólido tiene la forma de un separador ciclónico; el sistema de recuperación de energía incluye la superficie de calentamiento en la cámara de combustión; la superficie de calentamiento de vapor por convección y la superficie de calentamiento de vapor por convección. Economizadores y filtros de vapor en canales de gases de combustión. Al comparar el contenido de As en los productos de combustión en lecho fluidizado con y sin adición de CaO (Tabla 2), se encontró que la tasa de volatilización de As en el carbón con adición de CaO se redujo significativamente. El contenido de arsénico en el humo y el polvo se ha reducido entre 4 y 5,4 veces. Porque el contenido del agua pulverizada para eliminación de polvo del pulverizador de humos no tiene cambios significativos. Cuando el CaO se quema o no, la distribución del contenido de As en las cenizas de lecho fluidizado con diferentes tamaños de partículas cambia mucho. El contenido de arsénico en las cenizas de lecho fluidizado sin óxido de calcio es mayormente menor que el de las cenizas de lecho fluidizado con óxido de calcio. Cuando se quema sin agregar CaO, el As es altamente volátil. Una gran parte del As se volatiliza durante el proceso de combustión, una parte del As ingresa a la atmósfera en forma gaseosa y la otra parte es absorbida por las cenizas después de que la temperatura disminuye. Cuanto más pequeñas son las partículas, mayor es el área de superficie específica, mayor es la actividad, más fuerte es la fuerza de adsorción y mayor es la cantidad de arsénico adsorbido. Por tanto, en las cenizas producidas por combustión sin adición de CaO, el contenido de As en partículas < 0,0308 mm es muy elevado, alcanzando los 172,8 mg·kg-1. Sin embargo, después de agregar CaO, se inhibe la volatilización de As, la tasa de volatilización de As se reduce significativamente, el contenido de As en cenizas con diferentes tamaños de partículas aumenta significativamente y el enriquecimiento de As en cenizas de partículas finas <0,0308 mm es significativamente reducido, sólo 17,67mg·kg -1.
Cuando el carbón se quema en lecho fluidizado circulante (CFB), el efecto del CaO sobre la materia volátil del carbón es más obvio que en la combustión en lecho fijo, lo que está relacionado con las características de combustión de los diferentes métodos de combustión. . El flujo suficiente de partículas en el lecho fluidizado circulante puede maximizar la reacción del CaO con el As. A temperaturas más altas fuera de la cámara de combustión, favorece la adsorción y la unión continua de parte del As por el CaO altamente activo y las cenizas de carbón.
Tabla 2 Resultados de la prueba de fijación de arsénico de combustión en lecho fluidizado
Cuarto, conclusión
(1) Durante la combustión y utilización del carbón, a una determinada temperatura, CaO se combina con As para formar Ca3(AsO4)2. Cao Shen no sólo puede fijar azufre, sino también inhibir significativamente la volatilización del arsénico en el carbón.
(El CaO tiene tasas de inhibición significativamente diferentes de la volatilización del arsénico en diferentes carbones, lo que está relacionado con el estado de aparición del arsénico en el carbón y otros factores.
(3) El CaO inhibe la volatilización del arsénico en el carbón La eficiencia de supresión también está estrechamente relacionada con el modo de combustión y la temperatura de combustión.
Expresar gratitud/gratitud
Este artículo es parte de los resultados de la investigación del autor durante su estudio de doctorado en China. Universidad de Minería y Tecnología (Campus de Beijing). Financiada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China. Bajo la dirección de C-LChou (Zhou·) del Servicio Geológico de Illinois, proporcionó la información extranjera más reciente. en el Centro de Combustión Limpia de Carbón de la Universidad de Tsinghua y la Investigación de Geología de la Industria Nuclear de Beijing, Wang Xiuqin, un ingeniero senior del instituto, ayudó a completar algunos experimentos y pruebas.
Participó en el examen y contribuyó. 1] Belkin H E, Zheng B S, Zhou D X, etc. Resultados geoquímicos y mineralógicos preliminares del arsénico en el carbón mineralizado de un área endémica de envenenamiento por arsénico en la provincia de Guizhou, China.
14ª Conferencia y Seminario Internacional Anual sobre el Carbón de Pittsburgh, 23 al 27 de septiembre de 1997, Taiyuan, Shanxi, China
[2] Zheng Baosheng, Ding Zhiyong, Huang, et al Salud en el uso del carbón en el suroeste de China y problemas de enfermedades. Revista Internacional de Geología del Carbón, 1999, 40: 119 ~ 132
[3] Zhang Junying. Investigación sobre el patrón de enriquecimiento de oligoelementos potencialmente tóxicos en el carbón y su supresión de la contaminación [Tesis doctoral]. Beijing: Universidad de Minería y Tecnología de China (Campus de Beijing), 1999, 135.
[4] Swaine D J, Goodarzi F. Aspectos ambientales de los oligoelementos en el carbón. Kluwer Academic Press, 1995, 312
[5] Diaz-SomoanoM, Martinez-Alonos A, Ascon J.M.D., et al. Retención de compuestos de arsénico en gases de combustión de gasificación de carbón utilizando piedra caliza. En: Actas de la Décima Conferencia Internacional del Carbón (editado por Li, Zhang Boqing, Liu y Zhang Zhiyong). Shanxi Taiyuan Science and Technology Press, 1999, 1445 ~ 1448
[6] Frandsen F, Dam-Johansen K, Rasmussen P. Oligoelementos producidos por la combustión y gasificación del carbón: un enfoque de equilibrio. Prog Energy Combustion Science, 1994, 20: 115 - 138
Uso de cal para inhibir la volatilización del arsénico en la quema de carbón
Ying 1, Ren Deyi 2, Zhong Qin 1, Xu Fuming 1, Zhang Yanguo 3
( 1. Escuela de Ingeniería Química, Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing, Nanjing 210094;
2. Universidad de Minería y Tecnología de China (Beijing), Beijing 100083;
3. Centro de Combustión Limpia de Carbón de la Universidad de Tsinghua, Beijing 100084, China)
Resumen: El arsénico es uno de los carcinógenos más nocivos y de mayor distribución. La quema de carbón es una fuente importante de arsénico en la atmósfera. Este artículo demuestra que la cal puede inhibir la volatilización del arsénico. En la combustión de carbón en lecho fijo, la tasa de inhibición de la volatilización del arsénico está entre el 3,05% y el 37%. El uso de cal lo reduce en un 35%. En la combustión de carbón en lecho fluidizado circulante (CFB), la distribución del arsénico en diferentes tamaños de partículas de ceniza cambia significativamente cuando se agrega cal y sin agregar cal. Utilice cal para reducir el tamaño de las partículas <0,0308 mm de 172. De 8 mg kg-1 a 17,67 mg·kg-1, el contenido de azufre en las cenizas de chimenea se reduce de 4 a 5. También 4 veces. A cierta temperatura, es eficaz utilizar cal para inhibir la volatilización del arsénico en el carbón.
Palabras clave: arsénico, quema de carbón, supresión de la contaminación, combustión en lecho fluidizado circulante
(Este artículo fue coautor de Zhang Junying, Ren Deyi, Zhong Qin, Xu Fuming y Zhang Yanguo y fue publicado originalmente en "Journal of Fuel Chemistry, Volumen 28, Número 3, 2000)