一种煤中重金属的脱除方法与流程

本发明属于煤清洁燃烧领域，更具体地，涉及一种煤中重金属的脱除方法。

背景技术：

煤炭占我国一次能源消费总量的60％以上，尽管煤炭在我国能源地位十分重要，但它很大一部分作为燃料被接燃烧，带来严重的环境问题。燃煤过程伴随着大量污染物的生成，除了灰渣、含硫氮气体外，排放烟气中还含有多种重金属，如汞、铅、铬、镉等。这些重金属主要富集在烟气中的亚微米颗粒上,难以被常规除尘及其他控制污染的设施有效捕获，从而大部分直接排放。在大气中，它们主要以气溶胶形式存在，不易沉降，且大部分重金属难以被微生物降解，这些重金属含量虽然不大，但其危害的隐秘性、持久性更大。由重金属元素造成的土壤、空气、水体的环境污染难以治理。

根据研究发现，大部分有毒重金属在烟道的灰尘颗粒物中发现，同时还有一部分以气态的形式从烟气道中挥发，因此可以利用传统除尘装置除去一部分，对于气相挥发的重金属元素可以采用降温冷却的方式除去。

常用的除尘设备包括：(1)喷雾干燥系统，可收集烟道中大部分的有毒重金属元素，广泛应用于废物焚烧系统的烟道废物除尘；(2)湿式除尘器，通过对气态物质的冷却凝结，可以脱除废物燃烧时气相成分中的重金属元素；(3)添加吸附剂，通过物理或化学的方法添加剂吸附以捕获烟气中的重金属元素，以达到脱除的效果；(4)物理洗煤，通过洗煤除去煤中灰分也就间接除去了赋存于灰中的重金属元素。

因为煤中重金属含量很低，所以很难除去，现在可行方法包括水洗预处理脱除和电厂或化工厂烟气净化设备脱除等，其中物理洗煤操作最为简便，但水洗只能脱去部分重金属，其脱除效果也与煤颗粒大小、浮选剂和ph值等相关。水洗只能脱除煤中水溶的无机态金属元素，不能脱除有机态的重金属元素，因为有机态重金属基本都是不溶于水的；而采用强酸洗可以有效脱除煤中有机金属元素，但该法对设备要求高，且洗涤后会产生大量酸性废水，从而导致非常高的废水处理成本。为此，开发一种条件温和、操作简单且较为经济的煤中重金属的脱除方法十分有必要。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种煤中重金属的脱除方法，其目的在于，利用二氧化碳气体溶于水形成酸性环境，在脱除煤中水溶性和酸溶性无机态重金属元素的同时，有效脱除与有机基团相连的重金属元素，解决了传统水洗技术脱除效果不佳及强酸洗高成本、高污染的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种煤中重金属的脱除方法，包括如下步骤：

s1将待洗煤样粉碎为煤粉，将煤粉和水混合后加入反应器，并向反应器中持续通入水；

s2向反应器中持续通入二氧化碳气体，使二氧化碳气体在水中达到饱和，形成酸性环境，对煤粉进行充分浸洗，以使煤粉中水溶性和酸溶性的无机态重金属元素从煤粉中脱除，同时酸性环境中氢离子对煤粉中有机态的重金属元素进行置换脱除；含重金属的水从反应器中不断排出；

s3对反应器中煤粉和水的混合物进行过滤，得到脱除重金属后的煤粉，对其进行干燥，完成煤中重金属脱除。

作为进一步优选的，所述s2中，对反应器中排出的含重金属的水进行离心沉降和过滤处理，然后通入反应器中循环使用。

作为进一步优选的，所述煤粉粒径为150μm～450μm。

作为进一步优选的，向反应器中通入水的流量为10ml/min～30ml/min。

作为进一步优选的，向反应器中通入二氧化碳气体的流量为150ml/min～250ml/min。

作为进一步优选的，对煤粉进行浸洗的时间为1h～6h。

作为进一步优选的，所述s3中，将脱除重金属后的煤粉在90℃～120℃的温度下真空干燥8h～12h。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明提供了一种温和条件下的煤中重金属的脱除方法，不仅可以脱除水溶性的重金属无机盐组分，同时co2溶于水形成酸性环境，实现与煤中有机基团化学结合的重金属的有效脱除。较水洗而言，脱除效果更加显著，且在常温常压下操作，条件温和，工艺简单，对反应器要求不高，成本较低，无污染。

2.本发明不断将水通入反应器中，避免水中离子达到饱和，从而影响脱除效果，且排出的水通过离心沉降后过滤处理除去水中固体杂质和无机盐离子后，重新通入反应器中，实现了水的循环利用，大大降低了水的消耗量；同时可以采用电厂和化工厂烟气或废气作为co2气体源，为co2的资源化利用提供了一条新的途径。

3.本发明将煤粉粒径控制在150μm～450μm，以便对煤进行充分清洗；同时控制向反应器中通入水和二氧化碳气体的流量，以使二氧化碳在水中达到饱和，形成合适的酸性环境，在保证煤中重金属脱除效果的同时避免资源浪费。

附图说明

图1是本发明实施例煤中重金属的脱除方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供的一种煤中重金属的脱除方法，如图1所示，具体包括如下步骤：

s1将待洗煤样粉碎为煤粉，使煤粉粒径为150μm～450μm；将煤粉和水混合后加入反应器，并向反应器中持续通入水，水流量为10ml/min～30ml/min；

s2向反应器中持续通入二氧化碳气体，二氧化碳气体的流量为150ml/min～250ml/min，使二氧化碳气体在水中达到饱和，形成酸性环境，在常温常压下对煤粉充分浸洗1h～6h，以使煤粉中水溶性和酸溶性的无机态重金属元素从煤粉中脱除，同时酸性环境中氢离子对煤粉中有机态的重金属元素进行置换脱除；浸洗期间含重金属的水从反应器中不断排出；

s3对反应器中煤粉和水的混合物进行过滤，得到脱除重金属后的煤粉，将该煤粉在90℃～120℃的温度下真空干燥8h～12h，完成煤中重金属脱除。

进一步的，可采用电厂和化工厂烟气或废气作为co2气体源。

进一步的，反应器中排出的含重金属的水经离心沉降后，通过滤膜做分离处理，除掉水中固体杂质和无机盐后通入反应器中循环使用。

以下为具体实施例：

实施例1

以五彩湾煤为原料，经粉碎后在105℃下真空干燥10h，采用硝酸和双氧水作为消解剂将样品在200℃下消解保温，通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪(icp-oes)分别测定所得消解液中的重金属含量，通过计算得到五彩湾煤中pb元素含量为3.3μg/g，ni元素含量为4.8μg/g，cu元素含量为6.8μg/g，zn元素含量为3.5μg/g。

(1)采用纯水洗涤煤样作为对比实验，以便直观地将纯水洗涤和采用本实施例提供的co2水洗脱除方法对煤样进行处理后的重金属含量和脱除率进行对比；对比实验包括以下步骤：

s1以五彩湾煤为煤样，将其进行充分粉碎；

s2取30g煤粉与水混合后加入到反应器中，向反应器内持续通入循环水，水流量为20ml/min，在常温常压下搅拌浸洗1h；

s3将水洗涤后的五彩湾煤样混合物固液分离处理，得到的煤样在105℃下真空干燥10h。

采用硝酸和双氧水作为消解剂将样品在200℃下消解保温，通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪分别测定所得消解液中的重金属含量，通过计算得到水洗后五彩湾煤中pb元素含量为3.0μg/g，ni元素含量为3.7μg/g，cu元素含量为4.3μg/g，zn元素含量为3.4μg/g。则重金属脱除率分别为：pb元素9％，ni元素23％，cu元素37％，zn元素2.8％。

(2)本实施例脱除煤中重金属包括如下步骤：

s1以五彩湾煤为煤样，将其进行充分粉碎；

s2取30g煤粉与水混合后加入到反应器中，向反应器内持续通入循环水，水流量为20ml/min，并不断通入co2气体，气体流量为200ml/min，使其在煤水混合物中达到饱和，在常温常压下搅拌浸洗1h；

s3将洗后的五彩湾煤样混合物进行固液分离处理，得到的煤样在105℃下真空干燥10h。

采用硝酸和双氧水作为消解剂将样品在200℃下消解保温，通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪分别测定所得消解液中的重金属含量，通过计算得到水洗后五彩湾煤中pb元素含量为3.0μg/g，ni元素含量为3.1μg/g，cu元素含量为4.2μg/g，zn元素含量为2.8μg/g。则重金属脱除率分别为：pb元素9.0％，ni元素35.4％，cu元素38.2％，zn元素20％。

实施例2

采用与实施例1中相同的五彩湾煤为原料。

(1)采用纯水洗涤煤样作为对比实验，对比实验包括以下步骤：

s1以五彩湾煤为煤样，将其进行充分粉碎；

s2取30g煤粉与水混合后加入到反应器中，向反应器内持续通入循环水，水流量为20ml/min，在常温常压下搅拌浸洗6h；

s3将水洗涤后的五彩湾煤样混合物固液分离处理，得到的煤样在105℃下真空干燥10h。

采用硝酸和双氧水作为消解剂将样品在200℃下消解保温，通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪分别测定所得消解液中的重金属含量，通过计算得到水洗后五彩湾煤中pb元素含量为2.1μg/g，ni元素含量为2.7μg/g，cu元素含量为4.0μg/g，zn元素含量为2.8μg/g。则重金属脱除率分别为：pb元素36.4％，ni元素43.7％，cu元素41.2％，zn元素20％。

(2)本实施例脱除煤中重金属包括如下步骤：

s1以五彩湾煤为煤样，将其煤进行充分粉碎；

s2取30g煤粉与水混合后加入到反应器中，向反应器内持续通入循环水，水流量为20ml/min，并不断通入co2气体，气体流量为200ml/min，使其在煤水混合物中达到饱和，在常温常压下搅拌浸洗6h；

s3将洗后的五彩湾煤样混合物进行固液分离处理，得到的煤样在105℃下真空干燥10h。

采用硝酸和双氧水作为消解剂将样品在200℃下消解保温，通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪分别测定所得消解液中的重金属含量，通过计算得到水洗后五彩湾煤中pb元素含量为1.5μg/g，ni元素含量为1.9μg/g，cu元素含量为3.9μg/g，zn元素含量为2.5μg/g。则重金属脱除率分别为：pb元素54.5％，ni元素60.4％，cu元素42.6％，zn元素28.6％。

综上，在其他参数相同的情况下，通入co2水洗的效果优于传统的直接水洗。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。