一種固砷劑及其制備方法和利用固砷劑固砷的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固砷劑及其制備方法和利用固砷劑固砷的方法，固砷劑由CaCO3和金屬鹽組成，其制備方法為將碳酸鈣進(jìn)行干燥，然后將碳酸鈣放置于金屬鹽溶液中，在溫度為95±5℃條件下水浴加熱2-2.5小時(shí)，期間用玻璃棒不斷攪拌，過濾，最后在100-110℃條件下烘干，研磨至180-300目即可，制得的固砷劑微觀區(qū)表面粗超，空隙發(fā)達(dá)，大小孔半生，孔隙率和比表面積得到大幅度提高，并且在高溫條件下對(duì)高砷燃煤的固砷效果好，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境綜合效益顯著。
【專利說明】一種固砷劑及其制備方法和利用固砷劑固砷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境治理領(lǐng)域，具體涉及一種固砷劑和該固砷劑的制備方法，還涉及利用固砷劑固砷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國煤炭資源儲(chǔ)量豐富，已探明資源量居世界第三位，在一次性能源資源儲(chǔ)量中，煤炭占94%。中國以煤為主的能源資源決定了在未來20~50年內(nèi)我國一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)以煤炭為主的格局不會(huì)改變。煤是一種不清潔燃料，目前已經(jīng)從煤中發(fā)現(xiàn)了 80余種微量元素，其中有害或潛在有害的微量元素有22種。在燃煤過程中，有害或潛在有害的微量元素將以不同的形式排放到大氣中，造成有害或潛在有害的微量元素大氣污染。雖然有害或潛在有害的微量元素如鉛、砷、汞、鋅、銅、鎘、鉻、鎳等污染物在大氣中濃度不高，但這些有害或潛在有害的微量元素污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞是相當(dāng)嚴(yán)重的，一旦被吸收或攝取不會(huì)被生物降解，并在生物體內(nèi)長期積累，很難排泄出來，這樣會(huì)危害人類及動(dòng)植物的健康，所以對(duì)有害或潛在有害元素的研究意義非常重大。許多研究已經(jīng)證實(shí)了重金屬元素的毒性，如基因突變，致癌，以及對(duì)肝臟、腎臟等器官和造血、代謝、神經(jīng)和免疫等系統(tǒng)的破壞。
[0003]我國蘭州、貴陽、成都、重慶等城市因高砷煤的使用，大氣中砷污染比較嚴(yán)重，已造成3000多例砷中毒事件。前捷克-斯洛伐克燃煤電廠所排放煙氣中鉛、砷元素含量相對(duì)較高，已造成附近兒童骨骼生長延緩。目前，煤燃燒過程中產(chǎn)生的砷化物對(duì)人類、動(dòng)植物和生態(tài)環(huán)境的危害已經(jīng)引起人們的重視。并且煙氣中同時(shí)存在硫化物和砷化物時(shí)，其協(xié)同作用對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的危害遠(yuǎn)大于兩者單獨(dú)作用的迭加。燃煤砷污染的治理可分為燃前洗煤技術(shù)和燃煤固砷技術(shù)。燃煤固砷技術(shù)是指在煤中加入鈣基材料使砷在煤燃燒過程中以特定形式固定在燃煤殘?jiān)?，具有操作?jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)勢(shì)。對(duì)燃煤中添加固硫劑的研究很多并且市場(chǎng)上已有成品出售。但整體來看，固化砷的效率不高，在流化床的運(yùn)行溫度的范圍內(nèi)，砷(As)的揮發(fā)率基本在50%以上。現(xiàn)有技術(shù)中，為了提高材料的固化效率，主要對(duì)材料進(jìn)行改性，但改性的方法很多，大體分為:強(qiáng)酸活化改性、有機(jī)改性和無機(jī)改性。如:采用金屬鹽鹽對(duì)石灰石進(jìn)行調(diào)制、改性，可以提高它的固硫效率，但是改性后的石灰石是否能提高對(duì)燃煤中砷化物的固化率未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種固砷劑，固砷劑原料價(jià)格低廉，能夠有效降低燃煤中砷的揮發(fā)率；本發(fā)明的目的之二在于提供固砷劑的制備方法，制備方法簡(jiǎn)單；本發(fā)明的目的之三在于提供利用固砷劑固砷的方法，操作簡(jiǎn)單，不需要特殊設(shè)備。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種固砷劑，所述固砷劑由CaCO3和金屬鹽按Ca2+與金屬離子的摩爾比為10~20組成。
[0007]優(yōu)選的，所述金屬鹽鹽為Na2C03、K2CO3和Al2 (SO4) 3中的至少一種。[0008]優(yōu)選的，所述固砷劑由CaCO3與Al2 (SO4) 3按Ca2+與Al3+的摩爾比為15組成。
[0009]優(yōu)選的，所述固砷劑由CaCO3、Na2CO3、K2CO3 和 Al2 (SO4) 3 按 Ca2+ =Al3+:Na+ =K+ 的摩爾比為1:1/15:1/6:1/4組成。
[0010]2、所述固砷劑的制備方法，包括如下步驟，將碳酸鈣進(jìn)行干燥，然后將碳酸鈣置于Ca2+與金屬鹽離子的摩爾比為10~20的金屬鹽溶液中，在溫度為95±5°C條件下水浴加熱2-2.5小時(shí)，期間用玻璃棒不斷攪拌，過濾，最后在100-110°C的條件下烘干，研磨至180-300目得固砷劑
[0011]3、利用所述固砷劑固砷的方法，包括如下步驟:向燃煤中按投加相當(dāng)于燃煤質(zhì)量
0.5~5%的固砷劑，然后在溫度為1000°C~1200°C條件下反應(yīng)。
[0012]更優(yōu)選的，向燃煤中按投加相當(dāng)于燃煤質(zhì)量1%的固砷劑，然后在溫度為1000°C~1200°C條件下反應(yīng)。
[0013]本發(fā)明中，所有單位都遵循國際標(biāo)準(zhǔn)單位轉(zhuǎn)換機(jī)制。g/g代表質(zhì)量與質(zhì)量比，高固砷劑配料用量離子比所用單位為mol/mol，即摩爾比。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明公開了一種固砷劑，依據(jù)砷(As)元素在高溫爐膛與煙氣中轉(zhuǎn)化運(yùn)移規(guī)律，結(jié)合砷(As)元素的吸附特性與化學(xué)特性，通過在碳酸鈣中添加金屬鹽鹽對(duì)碳酸鈣進(jìn)行改性，改性后獲得的固砷劑空隙發(fā)達(dá)，孔隙率和比表面積大，從而獲得一種能夠固定燃煤中砷的固砷劑，降低高溫?zé)煔庵猩榈臐舛?，?shí)現(xiàn)脫除高溫?zé)煔馍榈哪康模哂辛己玫慕?jīng)濟(jì)與環(huán) 境綜合效益；并且本發(fā)明固砷劑的原料價(jià)格低廉，制備方法和應(yīng)用方法均簡(jiǎn)單，直接將固砷劑與燃煤混合燃燒即可，便于工業(yè)應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其它優(yōu)點(diǎn)可以通過說明書，權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖:
[0017]圖1為不同離子比的固砷劑固砷效果結(jié)果圖。
[0018]圖2為在1000°C條件下不同投加比對(duì)固砷的影響結(jié)果圖。
[0019]圖3為在投加比為1%條件下不同溫度對(duì)固砷的影響結(jié)果圖。
[0020]圖4為不添加固砷劑煤樣燃燒的TG-DSC曲線圖。
[0021]圖5為添加固砷劑煤灰煤樣燃燒的TG-DSC曲線圖。
[0022]圖6為固砷劑電鏡掃描與X射線能譜聯(lián)用分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0024]本發(fā)明所采用的原煤煤樣取自重慶市綦江縣境內(nèi)的重慶松藻礦K2煤層，煤樣中含有粘土礦、碳酸鹽礦物、硫酸鹽及硫化物礦物等。煤樣預(yù)處理，具體方法為:將取回的煤樣放入恒溫烘干箱中60°C恒溫烘干，將烘干后的煤樣取出，在溫度為18~25°C條件下冷卻，將冷卻后的煤樣分級(jí)研磨，每研磨半小時(shí)過200目篩一次，收集篩出物，得預(yù)處理煤樣。
[0025]實(shí)施例1
[0026]為了能夠提高鈣基質(zhì)材料對(duì)砷的固化效率，通過改性來改善傳統(tǒng)鈣基質(zhì)的孔隙率與比表面積并提高鈣離子的活性，以進(jìn)一步提高固砷效率。本實(shí)施例中對(duì)碳酸鈣通過加入不同的金屬鹽進(jìn)行調(diào)制，通過不斷更改金屬鹽的種類和摻合比來獲得固砷效果最優(yōu)的固砷劑。
[0027]本實(shí)施例通過正交實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行研究，所采用的因素分別為:金屬鹽的種類及其離子比Y (本發(fā)明中所指的離子比表示Ca2+/其他金屬鹽離子的摩爾比)和燃燒溫度對(duì)固砷率的影響。金屬鹽選取Na2C03、K2C03和Al2 (SO4)3,正交實(shí)驗(yàn)的燃燒溫度選取900°C、1000°C和1100°C這三個(gè)水平，離子比Y (Ca2+/其金屬離子的摩爾比)取10、15和20三個(gè)水平。所以本正交實(shí)驗(yàn)是屬于三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，正交試驗(yàn)各因素水平表如表1所示。
[0028]表1、正交試驗(yàn)各因素水平表:\b?燃燒溢ft I +金屬鹽鹽 I 調(diào)制離f比 I
【權(quán)利要求】
1.一種固砷劑，其特征在于:所述固砷劑由CaCO3和金屬鹽按Ca2+與金屬鹽離子的摩爾比為10~20組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固砷劑，其特征在于:所述金屬鹽為Na2C03、K2C0dPAl2(SO4)3中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固砷劑，其特征在于:所述固砷劑由CaCO3與Al2(SO4) 3按Ca2+與Al3+的摩爾比為15組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固砷劑，其特征在于:所述固砷劑由CaC03、Na2CO3^K2CO3和Al2 (SO4)3 按 Ca2+:Al3+:Na+:K+的摩爾比為 1:1/15:1/6:1/4 組成。
5.權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述固砷劑的制備方法，其特征在于:包括如下步驟，將碳酸鈣進(jìn)行干燥，然后將碳酸鈣置于Ca2+與金屬鹽離子的摩爾比為10~20的金屬鹽溶液中，在溫度為95±5°C條件下水浴加熱2~2.5小時(shí)，期間用玻璃棒不斷攪拌，過濾，最后在100~110°C的條件下烘干，研磨至180-300目得固砷劑。
6.利用權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述固砷劑固砷的方法,其特征在于,包括如下步驟:向燃煤中按投加相當(dāng)于燃煤質(zhì)量0.5~5%的固砷劑，然后在溫度為1000°C~1200°C條件下反應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，包括如下步驟:向燃煤中按投加相當(dāng)于燃煤質(zhì)量1%的固砷劑，然后在溫度為1000°c~1200°C條件下反應(yīng)。
【文檔編號(hào)】C10L10/00GK103952207SQ201410138293
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】李東偉, 郭勝利, 黃濤 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)