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，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表面粗超，空隙發達，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高砷燃煤的固砷效果好，經濟與環境綜合效益顯著。
【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
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境治理領域，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】
[0002] 我國煤炭資源儲量豐富，已探明資源量居世界第三位，在一次性能源資源儲量中，煤炭占94%。中國以煤為主的能源資源決定了在未來20~50年內我國一次能源生產和消費以煤炭為主的格局不會改變。煤是一種不清潔燃料，目前已經從煤中發現了 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生態環境的破壞是相當嚴重的，一旦被吸收或攝取不會被生物降解，并在生物體內長期積累，很難排泄出來，這樣會危害人類及動植物的健康，所以對有害或潛在有害元素的研究意義非常重大。許多研究已經證實了重金屬元素的毒性，如基因突變，致癌，以及對肝臟、腎臟等器官和造血、代謝、神經和免疫等系統的破壞。
[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、砷元素含量相對較高，已造成附近兒童骨骼生長延緩。目前，煤燃燒過程中產生的砷化物對人類、動植物和生態環境的危害已經引起人們的重視。并且煙氣中同時存在硫化物和砷化物時，其協同作用對自然生態環境的危害遠大于兩者單獨作用的迭加。燃煤砷污染的治理可分為燃前洗煤技術和燃煤固砷技術。燃煤固砷技術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渣中，具有操作簡單、成本低廉的優勢。對燃煤中添加固硫劑的研究很多并且市場上已有成品出售。但整體來看，固化砷的效率不高，在流化床的運行溫度的范圍內，砷(As)的揮發率基本在50%以上。現有技術中，為了提高材料的固化效率，主要對材料進行改性，但改性的方法很多，大體分為:強酸活化改性、有機改性和無機改性。如:采用金屬鹽鹽對石灰石進行調制、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燃煤中砷化物的固化率未見報道。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種固砷劑，固砷劑原料價格低廉，能夠有效降低燃煤中砷的揮發率；本發明的目的之二在于提供固砷劑的制備方法，制備方法簡單；本發明的目的之三在于提供利用固砷劑固砷的方法，操作簡單，不需要特殊設備。
[0005]為實現上述發明目的，本發明提供如下技術方案:
[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]優選的，所述金屬鹽鹽為Na2C03、K2CO3和Al2 (SO4) 3中的至少一種。[0008]優選的，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，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于燃煤質量
0.5~5%的固砷劑，然后在溫度為1000°C~1200°C條件下反應。
[0012]更優選的，向燃煤中按投加相當于燃煤質量1%的固砷劑，然后在溫度為1000°C~1200°C條件下反應。
[0013]本發明中，所有單位都遵循國際標準單位轉換機制。g/g代表質量與質量比，高固砷劑配料用量離子比所用單位為mol/mol，即摩爾比。
[0014]本發明的有益效果在于:本發明公開了一種固砷劑，依據砷(As)元素在高溫爐膛與煙氣中轉化運移規律，結合砷(As)元素的吸附特性與化學特性，通過在碳酸鈣中添加金屬鹽鹽對碳酸鈣進行改性，改性后獲得的固砷劑空隙發達，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，降低高溫煙氣中砷的濃度，實現脫除高溫煙氣砷的目的，具有良好的經濟與環 境綜合效益；并且本發明固砷劑的原料價格低廉，制備方法和應用方法均簡單，直接將固砷劑與燃煤混合燃燒即可，便于工業應用。
[0015]本發明的其它優點、目標，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其它優點可以通過說明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖:
[0017]圖1為不同離子比的固砷劑固砷效果結果圖。
[0018]圖2為在1000°C條件下不同投加比對固砷的影響結果圖。
[0019]圖3為在投加比為1%條件下不同溫度對固砷的影響結果圖。
[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射線能譜聯用分析圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0024]本發明所采用的原煤煤樣取自重慶市綦江縣境內的重慶松藻礦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研磨，每研磨半小時過200目篩一次，收集篩出物，得預處理煤樣。
[0025]實施例1
[0026]為了能夠提高鈣基質材料對砷的固化效率，通過改性來改善傳統鈣基質的孔隙率與比表面積并提高鈣離子的活性，以進一步提高固砷效率。本實施例中對碳酸鈣通過加入不同的金屬鹽進行調制，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的固砷劑。
[0027]本實施例通過正交實驗來進行研究，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)和燃燒溫度對固砷率的影響。金屬鹽選取Na2C03、K2C03和Al2 (SO4)3,正交實驗的燃燒溫度選取900°C、1000°C和1100°C這三個水平，離子比Y (Ca2+/其金屬離子的摩爾比)取10、15和20三個水平。所以本正交實驗是屬于三因素三水平的正交實驗，正交試驗各因素水平表如表1所示。
[0028]表1、正交試驗各因素水平表:\b?燃燒溢ft I +金屬鹽鹽 I 調制離f比 I
【權利要求】
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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.權利要求1~4任一項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，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.利用權利要求1~4任一項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于燃煤質量0.5~5%的固砷劑，然后在溫度為1000°C~1200°C條件下反應。
7.根據權利要求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于燃煤質量1%的固砷劑，然后在溫度為1000°c~1200°C條件下反應。
【文檔編號】C10L10/00GK103952207SQ201410138293
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月8日 優先權日:2014年4月8日
【發明者】李東偉, 郭勝利, 黃濤 申請人:重慶大學