煤中元素的种类与硫的利用

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1、煤中元素的种类与硫的利用煤中元素的种类与硫的利用目前，在煤中已查明了 80 多种元素，其中许多在煤中形成富集,有的可形 成工业矿床,如富锗煤、富铀煤、富钒石煤等。煤中伴生元素的来源，一般认为 有 3 种:植物生长过程中选择性吸收；植物遗体分解过程中从介质中吸附或呈矿 物质掺入；煤层形成后循环带入。元素在煤层中的富集与元素的性质、物质来 源、沉积环境以及煤的变质程度等密切相关根据煤中伴生元素的性质和用途，可分为有益元素、有害元素和指相元素 3 类。在煤中富集品位较高、达到或超过工业品位、可作为工业矿床开发利用或 综合利用的元素近 20 种。目前能进行工业性生产的有锗、镓、铀、钒等。锗。V.W.戈

2、尔德施米特于 1930 年首次从煤灰的分析中发现锗，锗是煤中 研究最详的伴生元素之一。中国有 10 余省（区）找到了富锗煤层，有的含锗平 均品位达 228 克/吨,单样最高品位达 3500 克/吨。锗主要富集在中、新生代褐 煤和部分的中、低变质烟煤中。一般在古陆边缘或沉积盆地边缘的煤系上、下 部煤层中，以及煤层近顶、底板部位，锗有局部富集的趋势。锗主要以锗腐殖 酸盐形式存在于煤的有机质中，镜煤是锗的最大载体。煤中锗的含量达 20 克/ 吨，即可从烟尘或煤的加工产品中提取回收。英国是最早从煤的烟尘中提取锗 的国家。 镓。主要与煤系、煤层中的粘土层伴生，一般在煤层的粘土夹层 及围岩中较为富集。美国

3、肯塔基州有的煤层煤灰中平均含镓 540 克/吨；德国鲁 尔煤田,煤灰中镓最高含量达 1000 克/吨；中国富镓煤层多分布于西南部晚古生 代和中生代含煤岩系中,含量 2040 克/吨,最高达 345 克/吨。煤中镓品位达 30 克/吨即可进行综合利用。 铀。一般以铀黑和铀的有机化合物存在于煤 中。含煤岩系中的铀矿，是铀矿床重要工业类型之一。美国、德国、法国、苏 联均找到了此种类型的矿床；中国从褐煤到无烟煤以及早古生代石煤中,均有工 业品位(300 克/吨)的富铀煤层，有的已进行工业性生产。 钒。是中国石煤 中的主要伴生元素，与有机质有成因联系，主要以含铝硅酸盐类矿物形式富集 于石煤中。石煤中五氧

4、化二钒的平均含量，大部分在 0.31.0%之间，一般高 于钒的综合利用品位(0.1%)，相当部分达到和超过钒矿床工业品位的要求 (0.5%)。 有害元素煤(或石煤)中的有害元素，现已查明的有硫、磷、氟、氯、 砷、铍、铅、硼、镉、汞、硒、铬等 10 多种，除硫外，其他元素在煤中含量一 般不高，但危害大。硫。是煤中常见的有害成分。中国的煤相当部分含硫比较高，全国高硫 煤产量约占原煤总产量的 1/6 强。高硫煤层主要分布于华北晚石炭世和华南晚古生代地层中，以黄铁矿硫、有机硫和硫酸盐硫形式存在，但以黄铁矿硫和有 机硫为主。炼焦时煤中硫转入焦炭，用于冶炼时，易使生铁产生热脆性，严重 影响生铁质量。在燃烧

5、过程中，1 吨煤可排放出约 60 千克二氧化硫,是造成城 镇环境污染的主要物质来源。磷。煤中磷多在煤的矿物质中,含量极微,一般只有千分之几到万分之几。 炼焦时，磷随着矿物质转入焦炭,冶炼时易使生铁产生冷脆性,严重影响生铁质 量；燃烧时污染空气。因此,一般炼焦用煤要求磷含量在 0.02%以下。砷。是有毒元素，主要以砷黄铁矿形式存在于煤中，按酿造和食品工业 燃料用煤要求，砷含量不能超过 8 克/吨，而中国某些煤矿的煤,砷含量在 50 克 /吨以上，高者可达 200300 克/吨。氟、氯、硼。均系强腐蚀性元素，对煤炭加工器械有不同程度的腐蚀作 用。英国煤中含氯较高,在 0.11.0%之间（最高可达

6、2%）。中国近期也在个别 矿点发现高氯煤层。铍、铅、镉、铬。其化合物都是有毒的，是环境保护要求控制的元素。 中国湖南石煤中镉的含量较高，一般在 40 克/吨左右。据某些地方的监测表明， 工业烟尘中的铍、镉、铅含量也较高。镉等元素被认为是对人体有极大潜在危 害的元素，骨痛病、高血压、心脏病和癌症的产生，均可能与环境中镉等元素 含量增高有关。1 碳、氢、氧是煤炭有机质的主体，占 95%以上；煤化程度越深，碳的含量越高， 氢和氧的含量越低。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的元素，氧是助燃元素。 煤炭燃烧时，氮不产生热量，在高温下转变成氮氧化合物和氨，以游离状态析 出。硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害

7、成分，其中以硫最为重要。煤炭燃 烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫（SO2），随烟气排放，污染大气，危害动、 植物生长及人类健康，腐蚀金属设备；当含硫多的煤用于冶金炼焦时，还影响 焦炭和钢铁的质量。所以，“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。 中国 85%的煤炭是通过直接燃烧使用的，主要包括火力发电、工业锅（窑）炉、 民 用取暖和家庭炉灶等。高耗低效燃烧煤炭向空气中排放出大量 SO2、CO2 和 烟尘，造成中国以煤烟型为主的大气污染。1952 年 11 月，一场错综复杂的异常天气袭击了伦敦，成百上千万个壁炉 里的燃烧产物无法升入大气，也无法散入风中。能见度为零，医院里挤满了呼 吸困难的人们，死亡

8、者达到几千人。在这场烟雾灾难之后，英国政府开始考虑减少污染，但是它面对着来自煤 炭业、制造业和电业利益集团的压力。就像在中国及美国发生的一样，这些行 业的拥护者声称，污染控制措施以及替代能源的花费实在太高了，无法实施。经过多次谈判，国会最终在 1956 年通过了空气清洁法（Clean Air Act）。除了将政府的研究扩大到污染防治领域外，该法案还为工业烟雾设立了 新的限制。它还开始控制家庭采暖和烹调所产生的烟雾，这也是英国空气污染 的重要原因。为了帮助购买低污染设备筹措资金，国家和地方政府部门都提供 了财政援助。尽管这个立法对减少烟雾这样的可见污染物卓有成效，但对于看不见的污 染物如二氧化硫

9、和汞却没有任何作用，更不用说温室气体二氧化碳了。 治理者们不是禁止将这些物质排入环境，反而鼓励工厂通过极高的烟囱把它们 排入大气，他们认为这些物质到那些层次里会被稀释，从而变得“无害”。不幸的是，单纯地拔高烟囱只会把污染换个地方。二氧化硫会变成酸雨， 落在它发源的工厂和发电厂下风处的几百公里外；细微颗粒甚至能飘得更远， 二氧化碳则迅速散入全世界的大气，21 世纪末的大气二氧化碳浓度可能变成英 国工业化开始时的两倍。中国的煤炭年消耗量超过 20 亿吨，而且未来几十年煤炭仍将使中国的主要 能源。有技术可以减少煤炭燃烧时所产生的颗粒物污染和进入大气的二氧化硫。这个变化最大的受益者将是中国人民，煤炭所

10、造成的健康损害、贫穷和环境破 坏让他们付出了沉重的代价。但是，中国空气的净化也会使那些远离中国的人 们受益。比如，研究者们发现，中国的烟雾微粒飘到了美国。除了污染控制措施之外，提高能效也同样重要。最先进的发电厂烧煤较少， 排放出的颗粒物质、二氧化硫和二氧化碳也比传统电厂要少。节能和提高能效 可以带来类似的好处，而且成本也比建立新的发电设施要低。如果中国能够在 这些技术上投资，其本身和世界其他地方都会受益无穷。治理污染最好的办法不是稀释，而是从根源上杜绝它的产生，这已经很清 楚了。所有地球居民都是邻居，共同呼吸着惟一的空气。父辈们在地方和国家 的层次上密切合作，减少污染，则必须在全球的层次上携起手来，共同保持健 康的空气。